KR101665371B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

원료 가스를 흘리는 타이밍으로 ALD 성막 중에 챔버 내 압력이 급준하게 변화하면 기판이 어긋나는 것에 의해 원료 가스가 웨이퍼 이면에 유입되어 램프 표면으로의 성막이 발생한다.
기판이 처리되는 기판 처리실; 상기 기판을 처리할 때에 복수의 처리 가스를 교호(交互)적으로 상기 기판 처리실 내의 상기 기판에 공급하는 가스 공급부; 상기 기판의 이면(裏面)의 일부를 보지(保持)하는 보지 기구 및 상기 보지 기구를 지지하는 지지부를 포함하는 기판 보지부; 상기 기판 보지부가 대기(待機)하는 대기실; 상기 대기실에 설치되고 상기 기판을 이면으로부터 가열하는 가열부; 상기 기판 처리실 및 상기 대기실의 적어도 어느 일방의 분위기를 배기하는 가스 배기부; 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 대기실 불활성 가스 공급부; 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및 상기 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션에 상기 기판 보지부가 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하도록 상기 퍼지 가스 공급부와 상기 가스 배기부 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 공정에서 이용되는 매엽식(枚葉式) 기판 처리 장치는 웨이퍼(기판)를 처리할 때의 웨이퍼 가열 방식으로서 저항 가열 히터를 이용하고 있다. 하지만 저항 가열 히터를 이용한 방식에서, 감압 하에서 예컨대 저항 가열 히터와 웨이퍼의 접촉면으로부터 열이 전열되기 때문에, 온도 안정까지 시간이 소요되므로 생산성을 저하시키는 주요인이 되고 있다. 해결책으로서 웨이퍼에 램프를 배치하고, 그 램프로부터의 복사열을 이용하여 가열하는 방식이 효과적이다. 웨이퍼 전면(全面)을 균등하게 가열할 수 있고 또한 단시간에 승온 및 강온할 수 있기 때문에, 기판의 처리 온도까지 상승시키기 위한 시간인 소위 프리히팅(preheating) 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다.
램프 가열 방식으로서는 기판 처리면(표면)으로부터 가열하는 방법이나 기판 이면(裏面)으로부터 가열하는 방법을 생각해볼 수 있다. 매엽 장치에 램프 가열 방식을 채택하는 경우, 가스를 균일하게 공급하기 위해서 기판 표면과 대향하는 처리실 천정(天井)에 가스 공급 기구를 설치하는 경우가 많으므로, 이와 같은 기구적 제한 때문에 기판 이면에 램프를 배치하여 가열하는 방법을 고려할 수 있다.
기판에 박막을 형성하는 방법으로서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)이나 ALD(Atomic Layer Deposition)이 존재한다. ALD법은 원료 가스와 반응 가스를 기판 표면에서 반응시켜 박막을 형성하는 방법이다. 원료 가스와 반응 가스를 기판 표면 이외에서 반응시키지 않기 위해서, ALD법은 각 가스를 공급하는 동안 잔류 가스를 제거하기 위한 퍼지 공정을 포함하는 것이 바람직하다. ALD법은 원자 레벨로 막 두께를 제어 가능하기 때문에 예컨대 스텝 커버리지가 높은 홈[溝] 등에 막을 형성할 때에 효과적이다. 따라서 높은 생산성을 유지하면서 스텝 커버리지가 높은 홈 등에 박막을 형성할 때에는 램프를 이용하여 ALD법으로 처리하는 것이 효과적이다.
한편 램프 가열 방식을 ALD 성막에 채택하는 경우, 이하의 과제가 상정(想定)될 수 있다. 기판 이면에 회입(回入)된 가스가 램프 표면에 부착되고 램프 상(上)(램프를 격납한 램프 격납실과 처리실 사이에 형성되는 창)에 막이 형성되기 때문에, 열전도 특성이 대폭적으로 변화하여 웨이퍼 온도의 편차가 커진다는 점이다. 램프 표면으로의 막 부착을 방지하기 위해서 웨이퍼 이면에 가스가 회입되지 않도록 웨이퍼 이면의 공간의 압력을 웨이퍼 표면의 압력보다 높게 하는 것을 생각해볼 수 있지만, 차압(差壓)에 의해 웨이퍼가 들어올려져[持上], 그 결과 웨이퍼의 위치 어긋남이 발생한다. 웨이퍼의 위치 어긋남이 발생하지 않도록 웨이퍼 표면 및 이면 영역이 마찬가지의 압력이 되도록 압력을 제어하는 것을 생각해볼 수 있지만, 가스의 공급을 절체(切替)하였을 때의 급준(急峻)한 압력 변동에 추종하지 못하고 결과적으로 기판의 위치 어긋남이 발생한다. 기판의 위치 어긋남에 의해 가스가 웨이퍼 이면에 유입하여 램프 표면으로의 성막이 발생할 것으로 생각된다.
그렇기 때문에 본 발명의 목적은 전술한 과제를 해결하고, 높은 생산성을 유지하면서 스텝 커버리지가 높은 홈 등에 박막을 형성하는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 기판 처리실; 상기 기판을 처리할 때에 복수의 처리 가스를 교호(交互)적으로 상기 기판 처리실 내의 상기 기판에 공급하는 가스 공급부; 상기 기판의 이면(裏面)의 일부를 보지(保持)하는 보지 기구 및 상기 보지 기구를 지지하는 지지부를 포함하는 기판 보지부; 상기 기판 보지부가 대기(待機)하는 대기실; 상기 대기실에 설치되고 상기 기판을 이면으로부터 가열하는 가열부; 상기 기판 처리실 및 상기 대기실의 적어도 어느 일방의 분위기를 배기하는 가스 배기부; 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 대기실 불활성 가스 공급부; 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및 상기 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션에 상기 기판 보지부가 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하도록 상기 퍼지 가스 공급부와 상기 가스 배기부 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치다.
또 다른 형태에 의하면, 기판 보지부가 기판을 대기실로부터 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션으로 반송하는 공정; 상기 기판이 상기 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 공정; 및 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 기판을 이면으로부터 가열하면서 복수의 처리 가스를 교호적으로 상기 기판에 공급하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 높은 생산성을 유지하면서 스텝 커버리지가 높은 홈 등에 박막을 형성하는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리의 성막 시퀀스예.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리의 성막 처리의 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 프리히팅 시의 기판 처리 장치를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명한다. 기판 처리 장치(100)는 기판(200) 상에 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)는 상부 처리 용기(202a)와 하부 처리 용기(202b), 천정부인 샤워 헤드(230)로 구성된다.
상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)의 하단에 둘러싸인 공간이며 웨이퍼(200)(기판)보다 상방(上方)의 공간을 처리 공간(101)이라고 부르고, 하부 처리 용기(202b)에 둘러싸인 공간이며 웨이퍼(200)보다 하방(下方)의 공간을 반송 공간(102)(대기실)이라고 부른다. 상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)의 하단에 구성되고 처리 공간(101)을 둘러싸는 구성을 처리실(201)이라고 부른다.
하부 처리 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 도시되지 않는 기판 반입출구가 설치되고, 웨이퍼는 기판 반입출구를 개재하여 도시되지 않는 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 처리 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 후술하는 기판 보지부(210) 및 기판(200)의 이면 방향에 가열부인 램프 히터(213)를 포함한다.
처리실(201) 내에는 웨이퍼(200)를 보지하는 기판 보지부(210)가 위치하도록 구성된다. 기판 보지부(210)는 웨이퍼(200)의 이면을 보지하는 보지 기구(210a)와 리프트 핀(207)에 지지되는 보지부(210b)를 포함한다. 보지 기구(210a)의 웨이퍼 재치면의 높이는 보지부(210b)의 표면의 높이에 비해 낮도록 구성되고, 재치면에 웨이퍼(200)가 재치되는 경우, 웨이퍼(200)의 표면이 보지부(210b)의 표면과 마찬가지의 높이가 되도록 구성된다. 이와 같이 하는 것에 의해 후술하는 제5 가스 공급부로부터 공급되는 가스 흐름이 웨이퍼(200)의 측면에 영향을 미치지 않도록 이루어진다. 또한 기판 보지부(210)는 웨이퍼(200)의 외주부(外周部)를 지지하도록 구성된다. 하부 용기(202b)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 보지부(210)는 리프트 핀(207)에 의해 지지된다. 리프트 핀(207)은 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜 리프트 핀(207) 및 기판 보지부(210)를 승강시키는 것에 의해 기판 보지부(210) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 리프트 핀(207) 하단부의 주위는 도시되지 않는 벨로즈에 의해 피복되고, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 보지된다.
기판 보지부(210)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 기판 재치면이 기판 반입출구의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
〔가스 도입구〕
처리실(201)의 상부에 설치되는 후술하는 샤워 헤드(230)의 상면(천정벽)에는 처리실(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)가 설치된다. 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)에 접속되는 가스 공급부의 구성에 대해서는 후술한다.
〔샤워 헤드〕
가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)와 처리실(201) 사이에는 처리실(201)에 연통(連通)하는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)는 상부 용기(202a)에 접속된다. 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)로부터 도입되는 가스는 상부 용기(202a)에 설치된 공(孔)을 개재하여 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232)에 공급된다. 버퍼실(232)은 상부 용기(202a)와 분산판(234)에 둘러싸이도록 형성된다.
샤워 헤드의 덮개 부분은 도전성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼실(232) 내 또는 처리실(201) 내에서 플라즈마를 생성하는 경우에는 전극으로서 이용되는 경우도 있다. 그 경우, 덮개 부분과 상부 용기(202a) 사이에는 절연 블록이 설치되고, 덮개 부분과 상부 용기(202a) 사이를 절연한다.
샤워 헤드(230)는 버퍼실(232)과 처리실(201)의 처리 공간(101) 사이에 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b)로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 구비한다. 분산판(234)에는 복수의 관통공이 설치된다. 분산판(234)은 웨이퍼(200)의 상방에 웨이퍼(200)와 대향하도록 배치된다.
〔공급계〕
샤워 헤드(230)의 덮개에 상당하는 상부 용기(202a)에 접속된 가스 도입구(241a), 가스 도입구(241b), 가스 도입구(241c)에는 각각 가스 공급관이 접속된다. 가스 도입공(241a)에는 제1 가스 공급관(243a)이 접속되고, 가스 도입공(241b)에는 제2 가스 공급관(243b)이 접속된다. 또한 가스 도입공(241c)에는 제3 가스 공급관(243c)이 접속된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급부로부터는 제1 가스A(예컨대 TiCl4) 및 캐리어 가스(예컨대 N2)가 처리실(201)에 공급되고, 제2 가스 공급관(243b)을 포함하는 제2 가스 공급부로부터는 제2 가스B(예컨대 NH3) 및 캐리어 가스(예컨대 N2)가 처리실(201)에 공급된다. 제3 가스 공급부로부터는 퍼지 가스가 처리실(201)에 공급된다. 제4 가스 공급부로부터는 퍼지 가스가 대기실(102)에 공급된다. 제5 가스 공급부로부터는 퍼지 가스가 처리실(201)에 공급된다. 이하, 각 공급계의 상세를 설명한다.
〔제1 가스 공급부〕
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(244a), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러, 밸브, 가스 공급관(241a), 샤워 헤드(230)[버퍼실(232)]을 개재하여 처리실(201)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소 함유 가스는 예컨대 TiCl4이다. 즉 제1 원소 함유 가스는 예컨대 티탄 함유 가스다. 또한 제1 원소 함유 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 하나이어도 좋다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(234a)과 매스 플로우 컨트롤러 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247a), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브가 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 매스 플로우 컨트롤러, 밸브, 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 불활성 가스가 샤워 헤드(230)[버퍼실(232)], 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 제1 가스 공급관(243a)에 설치된 매스 플로우 컨트롤러, 밸브에 의해 제1 원소 함유 가스 공급부(티탄 함유 가스 공급부라고도 부른다)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 제1 불활성 가스 공급관(246a)에 설치된 매스 플로우 컨트롤러 및 밸브에 의해 제1 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247a), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(244a), 제1 불활성 가스 공급부를 제1 원소 함유 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
〔제2 가스 공급부〕
제2 가스 공급관(243b)의 상류에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브가 설치된다.
제2 가스 공급관(243b)으로부터는 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러, 밸브, 가스 공급관(243b), 샤워 헤드(230)[버퍼실(232)]를 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는 리모트 플라즈마 유닛에 의해 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200) 상에 조사(照射)되어도 좋다.
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) 및 탄소(C) 중 어느 하나다. 본 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스로 한다. 구체적으로는 질소 함유 가스로서는 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(243b), 제2 가스 공급관(243b)에 설치된 매스 플로우 컨트롤러, 밸브에 의해 제2 원소 함유 가스 공급부(질소 함유 가스 공급부라고도 부른다)가 구성된다.
또한 제2 가스 공급관(243b)의 밸브보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(246b)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브가 설치된다.
제2 불활성 가스 공급관(246b)으로부터는 매스 플로우 컨트롤러, 밸브, 제2 가스 공급관(243b)을 개재하여 불활성 가스가 샤워 헤드(230)[버퍼실(232)], 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(246b), 제2 불활성 가스 공급관(246b)에 설치된 매스 플로우 컨트롤러 및 밸브에 의해 제2 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(244b)을 제2 불활성 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급원(244b), 제2 불활성 가스 공급부를 제2 원소 함유 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
〔제3 가스 공급부〕
제3 가스 공급관(243c)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성(제3) 가스 공급원(248), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC), 개폐 밸브인 밸브가 설치된다.
제3 가스 공급관(243c)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러, 밸브를 샤워 헤드(232), 처리실(101)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.
주로 불활성 가스 공급관(243c), 매스 플로우 컨트롤러, 밸브에 의해 퍼지 가스 공급부인 제3 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스원을 제3 가스 공급부에 포함시켜도 좋다.
제3 가스 공급부에서 샤워 헤드(232)에 공급된 불활성 가스에 의해 샤워 헤드(232) 내의 가스를 배기한다.
〔제4 가스 공급부〕
대기실(102)에는 하부 용기(202b)의 측면에 설치된 불활성 가스를 공급하는 제4 가스 공급부가 설치된다. 불활성 가스 공급구(250a)로부터 불활성 가스가 공급된다. 제4 가스 공급관(250b)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성(제4) 가스 공급원(250e), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(250d)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(250c)가 설치된다.
제4 가스 공급관(250b)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(250d), 밸브(250c)를 개재하여 대기실(102)에 공급된다. 이 퍼지 가스에 의해 대기실의 분위기를 배기하거나, 후술과 같이 처리실(201)과의 압력을 상대적으로 제어한다.
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.
주로 불활성 가스 공급관(250b), 매스 플로우 컨트롤러(250d), 밸브(250c)에 의해 대기실 불활성 가스 공급부인 제4 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성(제4) 가스 공급원(250e)을 제4 가스 공급부에 포함시켜도 좋다.
〔제5 가스 공급부〕
후술하는 협공간(狹空間) 영역(270)에는 제5 가스 공급부가 접속된다. 제5 가스 공급관(271a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성(제5) 가스 공급원(271b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(271c) 및 개폐 밸브인 밸브(271d), 버퍼 공간(271e)이 설치된다. 버퍼 공간(271e)은 기판(200) 외주를 둘러싸도록 원주 형상으로 형성되고, 기판(200)의 외주를 향하여 제5 가스를 공급한다.
제5 가스 공급관(271a)으로부터 매스 플로우 컨트롤러(271c), 밸브(271d), 버퍼 공간(271e)을 개재하여 처리실(201) 내의 기판(200)의 외주에 제5 가스가 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.
주로 불활성 가스 공급관(271a), 매스 플로우 컨트롤러(271c), 밸브(271d), 버퍼 공간(271e)에 의해 제5 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스원(271b)을 제5 가스 공급부에 포함시켜도 좋다.
〔제1 배기계〕
처리실(201)[상부 용기(202a)]의 내벽 측면에는 처리실(201)의 분위기를 배기하는 배기구(221)가 설치된다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되고, 배기관(222)에는 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(223), 진공 펌프(224)가 순서대로 직렬로 접속된다. 주로 배기구(221), 배기관(222), 압력 조정기(223), 진공 펌프(224)에 의해 제1 배기계(배기 라인)가 구성된다.
〔제2 배기계〕
대기실(102)에는 하부 용기(202b)의 내벽 측면에 설치된 전술한 불활성 가스 공급구(250a)로부터 불활성 가스가 공급된다. 대기실(102)[하부 용기(202b)]의 내벽 측면에는 대기실(102) 내의 분위기를 배기하는 배기구(225)가 설치된다. 배기구(225)에는 배기관(226)이 접속되고, 배기관(226)에는 대기실(102) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(227), 진공 펌프(228)가 순서대로 직렬로 접속된다. 주로 배기구(225), 배기관(226), 압력 조정기(227), 진공 펌프(228)에 의해 제2 배기계(배기 라인)가 구성된다.
〔차압계〕
처리 용기(202)의 측면에는 처리실(201)의 내부 분위기와 대기실(102)의 내부 분위기의 차압을 측정하는 차압계(229)가 설치된다. 이 차압계(229)의 출력값에 기초하여 가스 공급부 및 가스 배기부 중 적어도 하나가 처리실(201)과 대기실(102)의 압력 제어를 수행한다.
〔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 제어하는 제어부로서 기능한다.
〔협공간 영역〕
상부 용기(202a)의 내벽 측면에는 협공간 형성 부재(5)가 설치된다. 이 협공간 형성 부재(5)로부터 기판(200)의 외주의 주변 영역에 형성한 협공간 영역(270)에 제5 가스 공급부로부터 불활성 가스인 퍼지 가스(271)를 공급하고, 또한 이 협공간 영역(270)에 의해 기판(200)의 주변으로부터 균등하게 기판(200) 상에 퍼지 가스가 흐르는 구조로 한다. 또한 협공간 영역(270)의 압력을 기판(200)의 표면 영역인 기판 처리실(201)의 압력보다 고압으로 보지하는 것에 의해 원료 가스의 협공간 영역(270)에 원료 가스가 확산되는 것을 방지하고, 또한 기판(200)의 이면 영역인 대기실(102)에 원료 가스가 확산되는 것을 방지한다.
(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 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 시퀀스예이며, 도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 공정의 플로우의 예이며, 도 4는 기판을 프리히팅 할 때의 기판(200)과 램프 히터(213)의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 도 4에서는 설명의 편의상 도 1 중의 관련 개소(箇所)만을 발췌하고 일부 구성의 기재를 생략한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(260)에 의해 제어된다. 또한 도면에서 램프 히터(213)는 노출되어 있지만, 램프 히터(213)를 둘러싸도록 램프 박스를 설치하는 것에 의해 램프 히터(213)에 파티클 등의 이물(異物)의 부착을 방지하는 것도 가능하다.
여기서는 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스를 이용하고 제2 원소 함유 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 TiN막을 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 공정(S101)〕
처리 장치(100)에서는 기판 보지부(210)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시킨다. 이 상태를 도 4에 도시한다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 도시되지 않는 웨이퍼 이재기(移載機)를 이용하여 처리실 내에 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입하여 기판 보지부(210) 상에 웨이퍼(200)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 보지부(210) 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.
〔프리히팅 공정(S102)〕
기판 처리 장치(100) 내에서는 기판 보지부(210)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시킨 상태(이 상태를 도 4에 도시한다)에서 램프 히터(213)에 공급하는 전력을 조정하고 기판 온도를 승온시켜, 기판(200)의 표면 온도가 소정의 처리 온도가 되도록 제어한다. 또한 이 때에 기판 주변 영역에 대향하는 부분의 램프 히터(213)를 기판의 중앙 부분에 대향하는 램프에 대하여 선행하여 램프 출력을 상승시키고, 그 후에 기판 중앙 부분에 대향하는 램프 히터(213)의 램프 출력을 상승시켜도 좋다. 이와 같이 제어하는 것에 의해 기판의 중앙부와 주연부의 온도차를 작게 할 수 있기 때문에 기판의 휘어짐을 억제하는 것이 가능해진다. 기판의 휘어짐이 발생해도 막질에 대한 영향은 적지만, 기판이 휘어짐되는 것에 의해 기판 보지부와 기판 사이에 극간(隙間)이 발생할 것으로 생각된다. 그 극간이 발생하지 않도록 휘어짐을 방지하는 것이 가능해진다. 또한 기판(200)의 원주 방향으로 존(zone) 분할하여 램프의 출력을 제어하도록 하는 것도 생각해볼 수 있다.
〔리프트 업 공정(S103)〕
그 후, 기판 보지부(210)를 상승시키는 것에 의해 기판 보지부(210) 상에 기판(200)이 재치된다.
〔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 소정 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 공급한다. 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 상에 형성된 티탄 함유막과 반응하여 TiN막을 형성한다. 소정 시간이 경과한 후, 암모니아 가스의 공급을 정지하고, 퍼지 가스에 의해 샤워 헤드(230), 처리실(201)로부터 암모니아 가스를 배출한다.
성막 공정(S104)에서는 이상의 처리를 반복하는 것에 의해 원하는 막 두께의 TiN막을 형성한다.
〔기판 반출 공정(S105)〕
다음으로 기판 보지부(210)를 하강시킨다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 제3 가스 공급부로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
다음으로 박막 형성 공정(S104)에 관해서 도 2를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2의 「TiCl4」은 제1 가스 공급부로부터 TiCl4가스를 공급하는 타이밍을 나타낸다. 「NH3」은 제2 가스 공급부로부터 NH3가스를 공급하는 타이밍을 나타낸다. 「Carrier A」는 제1 가스 공급부의 캐리어 가스를 공급하는 타이밍을 나타낸다. 「Carrier B」는 제2 가스 공급부의 캐리어 가스를 공급하는 타이밍을 나타낸다. 「처리실 내 불활성 가스 공급」은 제3 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스(퍼지 가스)를 공급하는 타이밍을 나타낸다. 「반송실 내 불활성 가스 공급」은 제4 가스 공급부로부터 불활성 가스(퍼지 가스)을 공급하는 타이밍을 나타낸다. 또한 상기 공정 동안, 제1 배기계로부터 처리실(201)의 분위기를 배기하고, 또한 제2 배기계로부터 대기실(102)의 분위기를 배기한다.
〔Step1〕
기판 표면에 TiCl4가스를 공급하여 기판 상에 Ti 함유막을 형성한다. 이 때 제1 가스 공급관의 밸브, 제2 가스 공급부의 밸브, 제3 가스 공급부의 밸브, 제4 가스 공급부의 밸브(250c)를 닫은 상태에서 제5 가스 공급부의 밸브를 열림(開)으로 하여 제5 가스 공급부로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 즉 처리실(201) 내에 제1 처리 가스인 TiCl4가스가 공급되기 전에 제5 가스 공급부로부터 처리실(201) 내에 소정 유량의 퍼지 가스를 흘린다. 제1 처리 가스인 TiCl4가스보다 먼저 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 제1 처리 가스를 공급했을 때에 발생하는 압력 변동에 의한 기판의 어긋남을 억제하는 것과 함께 제1 처리 가스 공급 전에 협공간 영역(270)에 불활성 가스 벽을 형성한다.
예컨대 기판의 재치 위치가 어긋난 경우, 그 어긋남에 의해 처리실(201)과 반송실(101)이 연통될 가능성이 있고, 그 연통 개소를 개재하여 가스가 램프 히터(213)에 공급되고 부착된다.
본 실시 형태에서는 전술과 같이 기판의 재치 위치 어긋남을 방지하는 것에 의해 기판 이면측의 대기실(102)에 처리 가스인 TiCl4가스가 유입되는 것을 방지한다. 또한 협공간 영역(270)에 불활성 가스 벽을 형성하는 것에 의해 가스가 협공간 영역에 회입되지 않는다. 따라서 협공간 내에서 부생성물이 발생하지 않는다.
제5 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브를 열림으로 하여 처리 가스인 TiCl4가스와 그 캐리어 가스의 공급을 시작한다. TiCl4가스의 공급을 시작한 후, 밸브(250c)를 열림으로 하여 대기실(201)에 불활성 가스를 공급한다. 또한 처리실 내의 가스가 제2 가스 공급관(243b)에 유입되는 것을 방지하기 위해서 제2 가스 공급관(243b)의 밸브를 닫은 상태에서 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브를 열림으로 하여 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높아질 수 있는 유량으로 불활성 가스의 공급을 시작한다. 이와 같이 단계적으로 가스 공급을 시작하는 것에 의해 압력 변동을 저감하기 때문에 기판의 어긋남을 억제할 수 있다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(271d), 제1 가스 공급관(243a)의 밸브, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브를 열림으로 하고 동시에 밸브(250c)를 닫는다. 또한 소정 시간이 경과한 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브를 닫힘으로 하여 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 이와 같이 하여 단계적으로 가스 공급을 정지하는 것에 의해 압력 변동을 저감하고 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높은 상태를 유지할 수 있기 때문에, 기판 표면에 Ti 함유막을 형성하고 다음 처리인 Step2로 이행할 때에도 보다 확실하게 기판의 어긋남을 억제하는 것이 가능해진다.
〔Step2〕
Step1 후, 밸브(271d)를 조여서, 협공간 영역(270)으로부터 처리실에 공급되는 불활성 가스의 유량을 줄인다. 이 때 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브, 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브의 개도(開度)를 Step1에 이어 유지한다. 이와 같이 제어하는 것에 의해 협공간 영역(270)에 잔류 가스가 유입되지 않도록 하면서 처리실(201) 내의 분위기를 배기한다.
또한 배기 효율을 높이는 경우나 샤워 헤드 내의 가스 저류(貯留)로부터 잔류 가스를 제거하는 경우에는, 제3 가스 공급부의 밸브를 열림으로 하여 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 공급해도 좋다.
〔Step3〕
기판 표면에 NH3을 공급하고, 기판 상에 TiN막을 형성한다. 이 때 제1 가스 공급관의 밸브, 제2 가스 공급관의 밸브, 제3 가스 공급부의 밸브, 제4 가스 공급부의 밸브(250c)를 닫힘으로 하고, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브, 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브의 열림으로 한 상태에서, 제5 가스 공급부의 밸브를 열림으로 하여 제5 가스 공급부에서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 즉 처리실(201) 내에 제2 처리 가스인 NH3가스가 처리실에 공급되기 전에 제5 가스 공급부로부터 처리실(201) 내에 소정 유량의 퍼지 가스를 흘린다. 제2 처리 가스인 NH3가스보다 먼저 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 제2 처리 가스를 공급했을 때에 발생하는 압력 변동에 의한 기판의 어긋남을 억제하는 것과 함께 제2 처리 가스 공급 전에 협공간 영역(270)에 불활성 가스 벽을 형성한다.
예컨대 기판의 재치 위치가 어긋난 경우, 그 어긋남에 의해 처리실(201)과 반송실(101)이 연통될 가능성이 있고, 그 연통 개소를 개재하여 가스가 램프 히터(213)에 공급되고 부착된다.
본 실시 형태에서는 전술과 같이 기판의 재치 위치 어긋남을 방지하는 것에 의해 기판 이면측의 대기실(102)에 처리 가스인 NH3가스가 유입되는 것을 방지한다. 또한 협공간 영역(270)에 불활성 가스의 벽을 형성하는 것에 의해 가스가 협공간 영역에 회입되지 않는다. 따라서 협공간 내에서 부생성물이 발생하지 않는다. 또한 원료 가스의 회입을 방지하는 불활성 가스(퍼지 가스)의 유량을 원료 가스(처리 가스)와 캐리어 가스의 총 유량에 비례시키고, 또한 동일한 타이밍으로 증감하는 기능을 가진다고도 생각할 수 있다.
제5 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제2 가스 공급관(243b)의 밸브를 열림으로 하여 처리 가스인 NH3가스의 공급을 시작한다. NH3가스의 공급을 시작한 후, 밸브(250c)를 열림으로 하여 대기실(201)에 불활성 가스를 공급한다. 또한 처리실 내의 가스가 제2 가스 공급관(243b)에 유입되는 것을 방지하기 위해서 제2 가스 공급관(243b)의 밸브를 닫은 상태에서 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브를 열림으로 하여 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높아질 수 있는 유량으로 불활성 가스의 공급을 시작한다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(271d), 제2 가스 공급관(243b)의 밸브, 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브를 열림으로 하면서 밸브(250c)를 닫는다. 또한 소정 시간이 경과한 후, 제2 가스 공급관(243a)의 밸브를 닫힘으로 하여 NH3가스의 공급을 정지한다. 이와 같이 하여 단계적으로 가스 공급을 정지하는 것에 의해 압력 변동을 저감하는 것과 함께, 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높은 상태를 유지할 수 있다. 따라서 기판 표면에 원하는 막을 형성하여 다음 처리인 Step4로 이행할 때에도 보다 확실하게 기판의 어긋남을 억제하는 것이 가능해진다.
〔Step4〕
Step3 후, 밸브(271d)를 조여서, 협공간 영역(270)으로부터 처리실에 공급되는 불활성 가스의 유량을 줄인다. 이 때 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브, 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브의 개도를 Step1에 이어서 계속 유지한다. 이와 같이 제어하는 것에 의해 협공간 영역(270)에 잔류 가스가 유입되지 않도록 하면서 처리실(201) 내의 분위기를 배기한다.
또한 배기 효율을 높이는 경우나 샤워 헤드 내의 가스 저류로부터 잔류 가스를 제거하는 경우에는, 제3 가스 공급부의 밸브를 열림으로 하여 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 공급해도 좋다.
〔Step5〕
기판 표면에 TiCl4을 공급하여 기판 상에 원하는 막을 형성한다. 이 때 제1 가스 공급관의 밸브, 제2 가스 공급관의 밸브, 제3 가스 공급부의 밸브, 제4 가스 공급부의 밸브(250c)를 닫힘으로 하고, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브, 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브의 열림으로 한 상태에서, 제5 가스 공급부의 밸브를 열림으로 하여 제5 가스 공급부에서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 즉 처리실(201) 내에 제1 처리 가스인 TiCl4가스가 처리실에 공급되기 전에 제5 가스 공급부로부터 처리실(201) 내에 소정 유량의 퍼지 가스를 흘린다. 제1 처리 가스인 TiCl4가스보다 먼저 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해, 제1 처리 가스를 공급했을 때에 발생하는 압력 변동에 의한 기판의 어긋남을 억제하면서 제1 처리 가스 공급 전에 협공간 영역(270)에 불활성 가스 벽을 형성한다.
만일 기판의 재치 위치가 어긋난 경우, 그 어긋남에 의해 처리실(201)과 반송실(101)이 연통될 가능성이 있고, 그 연통 개소를 개재하여 가스가 램프 히터(213)에 공급되고 부착된다.
본 실시 형태에서는 전술과 같이 기판의 재치 위치 어긋남을 방지하는 것에 의해 기판 이면측의 대기실(102)에 처리 가스인 TiCl4가스가 유입되는 것을 방지한다. 또한 협공간 영역(270)에 불활성 가스 벽을 형성하기 때문에 가스가 협공간 영역에 회입되지 않는다. 따라서 협공간 내에서 부생성물이 발생하지 않는다.
제5 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브를 열림으로 하여 처리 가스인 TiCl4가스의 공급을 시작한다. TiCl4가스의 공급을 시작한 후, 밸브(250c)를 열림으로 하여 대기실(201)에 불활성 가스를 공급한다. 또한 처리실 내의 가스가 제2 가스 공급관(243b)에 유입되는 것을 방지하기 위해서 제2 가스 공급관(243b)의 밸브를 닫은 상태에서 제2 불활성 가스 공급관(246b)의 밸브를 열림으로 하여 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높아질 수 있는 유량으로 불활성 가스의 공급을 시작한다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(271d), 제1 가스 공급관(243a)의 밸브, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브를 열림으로 하고 동시에 밸브(250c)를 닫는다. 또한 소정 시간이 경과한 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브를 닫힘으로 하여 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 이와 같이 하여 단계적으로 가스 공급을 정지하는 것에 의해, 압력 변동을 저감하면서 처리실(201)의 압력이 반송실의 압력보다 높은 상태를 유지할 수 있다. 따라서 기판 표면에 원하는 막을 형성하여 다음 처리인 Step2로 이행할 때에도 보다 확실하게 기판의 어긋남을 억제하는 것이 가능해진다.
Step5 후, Step2 내지 Step5를 반복하여 원하는 막 두께의 질화티탄막을 형성한다.
또한 Step1, Step3, Step5에서 상시 처리실(201)의 압력을 대기실(102)의 압력보다 높게 하도록 제어하기 위해서 차압계(229)에 의해 처리실(201)과 대기실(102)의 압력차를 검출하고, 그 출력 결과에 기초하여 가스 공급부 및 가스 배기부 중 적어도 하나를 컨트롤러(제어부)에 의해 제어한다. 이와 같이 상시 처리실(201) 내의 압력이 대기실(102) 내의 압력으로 하는 것이 가능해지기 때문에 기판(200)의 위치 어긋남이 방지되어 처리 가스가 대기실측에 유입되는 것을 억제할 수 있다. 즉 램프 히터(213)의 표면에 성막되는 것을 방지할 수 있다.
특히 표면적이 707cm2인 기판 표면에 1기압의 압력차에 의해 발생하는 총 하중은 약 690kg다. 미세(微細) 가공을 수행한 기판에서는 5kgf의 하중으로도 파괴될 가능성이 있다. 그렇기 때문에 안전성을 예상하고 기판 표면측[처리실(201)]과 이면[대기실(102)]측과의 압력차를 5Torr 이하로 억제하는 것이 필요해진다. 그렇기 때문에 하중량을 고려하여 차압을 0.5Torr 내지 5Torr의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
램프 표면에 성막되지 않기 때문에 램프의 방사 특성의 변화가 억제되기 때문에 기판에 성막되는 막의 균일성이 향상된다.
또한 기판의 위치 어긋남의 발생 확률이 저감된다.
또한 기판의 휘어짐 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
또한 기판의 어긋남, 휘어짐이 저감되기 때문에 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
기판 처리 장치(100)에서 수행되는 성막 처리에는 예컨대 CVD, PVD, ALD, Epi, 그 외 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리나, 어닐링 처리, 산화 처리, 확산 처리 등을 예로 들 수 있으며, 처리 과정에서 압력이 변동되는 프로세스에서 실시 가능하다.
또한 복수의 기판 처리 장치(100)에 통신 회선을 개재하여 접속되고, 복수의 기판 처리 장치(100)의 상태를 관리하는 군(群) 관리 장치(관리 서버) 및 이와 같은 기판 처리 장치 및 군 관리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템에도 적용할 수 있다. 또한 군 관리 장치는 기판 처리 장치와 마찬가지의 플로어(클린 룸)에 배치할 필요는 없고, 예컨대 LAN 접속되어 사무실에 배치해도 좋다. 또한 군 관리 장치에서 격납부(데이터 베이스)나 제어부와 조작부나 표시부를 일체적으로 할 필요는 없고, 각각 별체로 해도 좋고, 클린 룸 상에 배치된 데이터 베이스 내의 데이터를 원격으로 사무소에 배치된 단말 장치에 의한 조작 화면상의 조작(예컨대 인스톨 작업 등)을 수행할 수 있도록 구성해도 좋다.
또한 전술의 프로그램이란 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되었던 것이며, 그 기억 매체로부터 시스템의 제어부에 인스톨된 것이어도 좋다.
본 발명은 특허청구범위에 기재한 사항을 특징으로 하지만, 또한 이하에 부기된 사항도 포함된다.
[부기1]
기판이 처리되는 기판 처리실; 기판을 처리할 때에 복수의 처리 가스를 교호적으로 상기 기판 처리실에 공급하는 가스 공급부; 상기 기판의 이면의 일부를 보지하는 보지 기구와, 상기 보지 기구를 지지하는 지지부를 포함하는 기판 보지부; 상기 기판을 이면으로부터 가열하는 가열부; 상기 기판 보지부가 대기하는 대기실; 및 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 가스 공급부 및 또는 가스 배기부를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
[부기2]
또한, 상기 기판 보지부가 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 대기실 불활성 가스 공급부;를 포함하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
[부기3]
또한, 상기 제어부는 상기 퍼지 가스 공급부로부터 퍼지 가스의 공급을 시작한 후, 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 시작하도록 제어하는 부기2에 기재된 기판 처리 장치.
[부기4]
또한, 상기 제어부는 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께 상기 퍼지 가스 공급부로부터 퍼지 가스를 공급하고 소정 시간이 경과한 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 후, 상기 퍼지 가스 공급부의 공급량을 저감하도록 제어하는 부기2 또는 부기3에 기재된 기판 처리 장치.
[부기5]
또한, 상기 제어부는 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께 상기 퍼지 가스 공급부로부터 퍼지 가스를 공급하여 제1 막을 형성하고, 제1 막을 형성한 후, 상기 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스의 공급을 정지하는 것과 함께 상기 퍼지 가스를 계속해서 공급하여 상기 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 상기 처리실로부터 퍼지하고, 상기 처리실로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 퍼지한 후, 상기 퍼지 가스의 공급량을 증가시키고, 그 앞뒤가 바뀜기 제1 막을 형성한 가스와 다른 가스의 공급을 시작하도록 제어하는 부기2 내지 부기4 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기6]
또한, 상기 제어부는 상기 처리실로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 퍼지한 후, 그 후 상기 제1 막을 형성한 가스와 다른 가스의 공급을 시작한 후, 상기 대기실 불활성 가스 공급부로부터 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 부기5에 기재된 기판 처리 장치.
[부기7]
기판 보지부가 대기실에서 대기하는 것과 함께 기판 처리 포지션에서 기판을 보지하여 기판 표면을 처리실 분위기에 노출하는 공정; 및
상기 기판을 상기 이면으로부터 가열하면서 상기 처리실의 압력을 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 복수의 처리 가스를 교호적으로 처리실에 공급하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
[부기8]
또한, 다수의 공을 포함하는 샤워 헤드를 개재하여 기판 상에 균등하게 원료를 공급하는 매엽 ALD장치다.
[부기9]
또한, 기판 이면으로부터 램프에 의해 기판을 가열하는 매엽 ALD장치다.
[부기10]
또한, 기판의 원주 방향으로 존 분할하여 램프의 출력을 제어하는 기능을 가지는 매엽 ALD장치다.
[부기11]
또한, 기판 주연부에 퍼지 가스를 공급하여 원료 가스가 기판 주연부 및 이면에 회입되지 않는 기구를 포함하는 매엽 ALD장치다.
[부기12]
또한, 원료 가스 회입 방지의 퍼지 가스 유량을 원료 가스와 캐리어 가스 총유량에 비례시키고, 또한 동일한 타이밍으로 증감하는 기능을 가지는 부기11에 기재된 매엽 ALD장치다.
[부기13]
또한, 기판이 상부 위치에 있는 경우, 기판 표면 영역의 압력이 기판 이면 영역의 압력보다 상시 0.5Torr 내지 3Torr 높아지도록 압력 제어하는 매엽 ALD장치다.
[부기14]
또한, 기판이 램프에 근접하는 하부 위치에서 프리히팅을 실시한 후에 기판을 상부 위치에 이동하여 성막을 시작하는 매엽 ALD장치다.
[부기15]
또한, 프리히팅 시, 기판 주변 영역의 램프 출력을 중앙부에 대하여 선행하여 상승시키고, 그 후에 중앙부의 램프 출력을 상승시키는 매엽 ALD장치다.
5: 협공간 형성 부재 100: 기판 처리 장치
101: 처리 공간 102: 대기실
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실
260: 컨트롤러 270: 협공간 영역

Claims (20)

  1. 기판이 처리되는 기판 처리실;
    상기 기판을 처리할 때에 복수의 처리 가스를 교호(交互)적으로 상기 기판 처리실 내의 상기 기판에 공급하는 가스 공급부;
    상기 기판의 이면(裏面)의 일부를 보지(保持)하는 보지 기구 및 상기 보지 기구를 지지하는 지지부를 포함하는 기판 보지부;
    상기 기판 보지부가 대기(待機)하는 대기실;
    상기 대기실에 설치되고 상기 기판을 이면으로부터 가열하는 가열부;
    상기 기판 처리실 및 상기 대기실의 적어도 어느 일방의 분위기를 배기하는 가스 배기부;
    상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 대기실 불활성 가스 공급부;
    상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및
    상기 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션에 상기 기판 보지부가 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하도록 상기 퍼지 가스 공급부와 상기 가스 배기부 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 보지부는 상기 기판 처리 포지션에 상승 가능하도록 구성되고,
    상기 대기실은 상기 기판 처리 포지션의 하방에서 상기 기판 보지부가 대기하는 반송 공간을 포함하고,
    상기 기판 처리실을 구성하는 상부 용기의 측벽에 설치되고, 상기 기판 처리 포지션의 주변에 협공간을 형성하는 협공간 형성 부재; 및
    상기 기판 보지부가 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 협공간에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부;
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 불활성 가스 공급부로부터 상기 불활성 가스의 공급을 시작한 후, 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스의 공급을 시작하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께 상기 불활성 가스 공급부로부터 상기 불활성 가스를 공급하고 소정 시간이 경과한 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 후, 상기 불활성 가스 공급부의 공급량을 저감하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 공급부로부터 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께, 상기 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하여 원하는 막을 형성하고,
    상기 원하는 막을 형성 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 상기 불활성 가스의 공급을 계속하여 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실로부터 퍼지하고,
    상기 처리실로부터 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 퍼지한 후, 상기 불활성 가스의 공급량을 증가시키고, 그 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스 공급을 시작하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리실로부터 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 퍼지한 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스의 공급을 시작한 후, 상기 대기실 불활성 가스 공급부로부터 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 기판 보지부가 기판을 대기실로부터 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션으로 반송하는 공정;
    상기 기판이 상기 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 기판을 이면으로부터 가열하면서 복수의 처리 가스를 교호적으로 상기 기판에 공급하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 보지부가 상기 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스의 공급과 함께 불활성 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 불활성 가스를 공급하는 공정부터 소정 시간이 경과한 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 후, 상기 불활성 가스의 공급량을 저감하는 공정;
    을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께 불활성 가스를 공급하여 원하는 막을 형성하는 공정;
    상기 원하는 막을 형성하는 공정 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 상기 불활성 가스의 공급을 계속하여 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실로부터 퍼지하는 공정;
    상기 퍼지하는 공정 후, 상기 불활성 가스의 공급량을 증가시키고, 그 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 퍼지하는 공정 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스의 공급을 시작한 후, 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판 보지부가 기판을 대기실로부터 기판 처리실 내의 기판 처리 포지션으로 반송하는 단계;
    상기 기판이 상기 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 기판 처리실의 압력이 상기 대기실의 압력보다 높아지도록 상기 기판 처리실에 퍼지 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 기판을 이면으로부터 가열하면서 복수의 처리 가스를 교호적으로 상기 기판에 공급하는 단계;
    를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판 보지부가 상기 기판 처리 포지션에 위치한 상태에서 상기 대기실에 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 불활성 가스를 공급하는 단계를 시작한 후, 제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  16. 제14항에 있어서,
    제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스의 공급과 함께 불활성 가스를 공급시키는 단계; 및
    상기 불활성 가스를 공급시키는 단계부터 소정 시간이 경과한 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 후, 상기 불활성 가스의 공급량을 저감시키는 단계;
    를 더 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  17. 제14항에 있어서,
    제1 처리 가스 또는 제2 처리 가스를 공급하는 것과 함께 불활성 가스를 공급하여 제1 막을 형성시키는 단계;
    상기 제1 막을 형성시키는 단계 후, 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 상기 불활성 가스의 공급을 계속하여 상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실로부터 퍼지시키는 단계; 및
    상기 퍼지시키는 단계 후, 상기 불활성 가스의 공급량을 증가시키고, 그 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스를 공급시키는 단계;
    를 더 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 퍼지시키는 단계 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스 중 다른 하나의 가스의 공급을 시작한 후, 상기 대기실에 불활성 가스를 공급시키는 단계를 더 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  19. 제7항에 있어서,
    상기 반송하는 공정에서는 상기 기판 보지부를 기판 처리 포지션으로 상승시키고 상기 기판 처리 포지션의 주변에 상기 기판과 협공간 형성 부재 사이의 협공간을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 복수의 처리 가스를 교호적으로 처리실에 공급하는 공정에서는 상기 협공간에 불활성 가스를 공급하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 반송하는 단계는 상기 기판 보지부가 기판 처리 포지션으로 상승시키고 상기 기판 처리 포지션의 주변에 상기 기판과 협공간 형성 부재 사이의 협공간을 형성시키는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 처리 가스를 교호적으로 상기 기판에 공급하는 단계는 상기 협공간에 불활성 가스를 공급시키는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
KR1020140161472A 2013-11-29 2014-11-19 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 KR101665371B1 (ko)

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