KR101674928B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 샤워 헤드 내의 부생성물을 효율적으로 제거하고 파티클 발생을 억제한다.
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하되, 상기 성막 공정에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 공정; 및 상기 제1 배기 공정 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 공정;을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법을 구성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, COMPUTER PROGRAM AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판을 처리하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 상기 반도체 장치의 제조 방법 또는 기판 처리 방법에 따른 공정을 실시하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이들의 패턴을 형성할 때, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 수행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
상기 패턴을 형성하는 방법 중 하나로서 회로 사이에 홈[溝]을 형성하고, 그 홈에 라이너 막이나 배선을 형성하는 공정이 존재한다. 이 홈은 최근의 미세화에 따라 높은 애스펙트비가 되도록 형성되고 있다.
라이너 막 등을 형성하는데 있어서는 상기 홈의 상부 측면, 중부 측면, 하부 측면, 저부(底部)의 각각에서 형성되는 막 두께에 편차가 없는 양호한 스텝 커버리지의 막을 형성하는 것이 요구되고 있다. 양호한 스텝 커버리지의 막으로 하는 것에 의해 반도체 디바이스의 특성을 균일하게 할 수 있고, 이에 의해 반도체 디바이스의 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이와 같은 높은 애스펙트비의 홈에 대하여 가스를 가열하여 성막 처리를 수행하거나, 가스를 플라즈마 상태로 하여 성막 처리를 수행하는 것이 시도되었지만, 양호한 스텝 커버리지를 포함하는 막을 형성하는 것은 용이하지 않았다. 양호한 스텝 커버리지를 포함하는 막을 형성하는 방법으로서 적어도 2종류의 처리 가스를 교(交互)호적으로 공급하고, 기판 표면에서 반응시키는 방법이 알려져 있다.
또한 반도체 디바이스의 특성을 균일화할 필요가 있기 때문에 박막을 형성할 때, 기판 면내(面內)에 대하여 가스를 균일하게 공급할 필요가 있다. 이를 실현하기 위해서 기판의 처리면에 대하여 균일하게 가스를 공급하는 것이 가능한 기판 처리 장치로서 예컨대 매엽(枚葉) 장치가 이용된다. 상기 매엽 장치에서는 가스를 보다 균일하게 공급하기 위해서 예컨대 기판 상에 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 설치하고, 또한 샤워 헤드 내에 버퍼 공간을 설치한다.
샤워 헤드를 포함하는 매엽 장치에서 전술한 방법을 이용하는 경우에는 각 처리 가스가 기판 표면 이외에서 반응하는 것을 억제하기 위해서 각 처리 가스를 공급하지 않는 기간에 잔류 처리 가스를 불활성 가스로 퍼지(배출) 하는 것이 필요하지만, 그와 같은 퍼지 공정을 포함하기 때문에 성막 속도가 느리다는 문제가 있다. 그래서 성막 처리 시간을 단축하기 위해서 대량의 퍼지 가스를 흘려 잔류 가스를 배출하는 것이 유효한 수단 중 하나인 것으로 생각된다.
또한 샤워 헤드의 일 형태로서 각 처리 가스의 혼합을 방지하기 위해서 샤워 헤드 내의 버퍼 공간을 가스종(種)마다 설치하는 것이 생각되지만, 구조가 복잡해지기 때문에 메인터넌스가 번거롭고 비용이 상승한다는 문제가 있다. 그렇기 때문에 복수 종류의 가스에 공통된 버퍼 공간을 포함하는 샤워 헤드를 사용하는 것이 현실적이다.
이와 같이 가스의 균일 공급 및 성막 처리의 고속화를 실현하기 위해서는 복수 종류의 가스의 공통 샤워 헤드를 이용하는 것과 함께 잔류 가스를 배출하기 위해서 대유량의 퍼지 가스를 흘리는 것이 생각된다. 하지만 퍼지 가스에 의해 샤워 헤드가 냉각되면, 샤워 헤드 내에 부생성물이 부착될 것으로 생각된다. 부착된 부생성물은 파티클이 되어 기판 상에 형성된 막의 특성에 악영향을 미친다.
본 발명의 목적은 샤워 헤드 내의 퇴적막을 효율적으로 제거하여 파티클 발생을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 대표적인 구성은 다음과 같다. 즉, 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하되, 상기 성막 공정에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 공정; 및 상기 제1 배기 공정 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 공정;을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
또한 본 발명에 따른 프로그램의 대표적인 구성은 다음과 같다. 즉, 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 순서; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 순서 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 순서;를 포함하되, 상기 성막 순서에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고, 상기 퇴적막 제거 순서에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 순서; 및 상기 제1 배기 순서 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 순서;를 컴퓨터에 실행시키도록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
또한 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 대표적인 구성은 다음과 같다. 즉, 샤워 헤드를 포함하고 기판을 처리하는 처리실; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급계; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계; 상기 처리실에 설치된 제1 배기계와, 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계; 및 상기 성막 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 성막 가스를 상기 처리실 내에 공급한 후 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 막을 기판 상에 형성하는 성막 처리와, 상기 성막 처리 후에 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 처리 시에 공급하는 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 처리에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 처리를 수행하되, 상기 성막 처리에서는 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하고, 상기 퇴적막 제거 처리에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 상기 제2 배기계에 의해 배출하는 제1 배기 처리와, 상기 제1 배기 처리 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 처리를 수행하도록 상기 성막 가스 공급계와 상기 불활성 가스 공급계와 상기 제1 배기계와 상기 제2 배기계를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
상기의 구성에 의하면, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 효율적으로 제거하여 파티클 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면(縱斷面) 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정을 설명하는 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제3 가스 공급계를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제3 가스 공급계를 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도.
<제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)(이하, 단순히 장치라고도 부른다)의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면(수직 단면) 개략도이다. 기판 처리 장치(100)는 박막을 형성하는 장치이며, 도 1에 도시되는 바와 같이 1매 또는 수매씩 기판을 처리하는 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)(수평 단면)이 원형이며, 원통형의 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)의 측벽이나 저벽(底壁)은 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다.
처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 공간(201a)과, 웨이퍼(200)를 반송하는 반송 공간(201b)을 포함한다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)와 천정부(天井部)인 샤워 헤드(230)로 그 외각(外殼)이 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 처리 공간(201a)과 반송 공간(201b)을 구분하는 칸막이 판(204)이 설치된다.
처리 공간(201a)은 상부 처리 용기(202a)와 샤워 헤드(230)와 후술하는 기판 재치부(210)에 둘러싸여진 공간이며 칸막이 판(204)보다 상방(上方)의 공간이다. 반송 공간(201b)은 하부 용기(202b)와 기판 재치부(210)에 둘러싸여진 공간이며 칸막이 판보다 하방(下方)의 공간이다. 상부 처리 용기(202a)와 칸막이 판(204) 사이(접촉부)나, 칸막이 판(204)과 하부 용기(202b) 사이(접촉부) 등에는 처리 용기(202) 내를 기밀하게 유지하기 위한 O링(208)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접하여 기판 반입출구(206)가 설치된다. 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 인접하는 기판 반송실(도시되지 않음)과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 수직 방향으로 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 전기적으로 접지(接地)된다.
처리 공간(201a)과 반송 공간(201b) 사이에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 재치부(210)가 배치된다. 기판 재치부(210)는 예컨대 질화알루미늄(AlN), 세라믹스, 석영 등의 비금속 재료로 형성된다. 기판 재치부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치부(210)에 내포된 가열원(源)으로서의 기판 재치부 히터(213)를 포함한다. 기판 재치면(211)은 처리 공간(201a) 내에 위치한다. 기판 재치부(210)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 기판 재치부 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치부(210)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 수직 방향으로 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜 샤프트(217) 및 기판 재치부(210)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 유지된다.
기판 재치부(210)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)가 되도록 상승한다.
구체적으로는 기판 재치부(210)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치부(210)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면보다 하방으로 매몰하여 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
(가스 도입구)
후술하는 샤워 헤드(230)의 상면(천정벽)에는 처리실(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(241)가 설치된다. 가스 도입구(241)에 접속되는 가스 공급계의 구성에 대해서는 후술한다.
(샤워 헤드)
처리실(201) 상에는 처리실(201)의 천정부인 샤워 헤드(230)가 설치된다. 가스 도입구(241)는 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된다. 샤워 헤드(230)는 처리실(201)에 가스를 분산시키기 위한 가스 분산 기구다. 샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)와 처리실(201) 사이에 배치되고, 가스 도입구(241) 및 처리실(201)과 연통(連通)한다.
샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 가스 도입구(241)와 처리 공간(201a) 사이에 구비한다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 관통공(234a)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다. 분산판(234)은 관통공(234a)이 설치된 철 형상부(234b)[凸狀部]와, 철 형상부의 주위에 설치된 플랜지부(234c)를 포함한다. 플랜지부(234c)는 전기적으로 절연성의 구조체인 절연 블록(233)에 의해 지지된다.
샤워 헤드(230)에서 덮개(231)와 분산판(234) 사이에는 가스 도입구(241)로부터 도입된 가스를 분산판(234) 표면의 전역(全域)에 확산시키기 위한 버퍼 공간인 버퍼실(232)이 설치된다.
버퍼실(232) 내에는 버퍼실(232) 내에 공급된 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)는 가스 도입구(241)와 연통하여 덮개(231)에 설치된 덮개 구멍[穴](231a)을 정점(頂点)으로 하여 분산판(234) 방향(즉 하 방향)을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상이다. 가스 가이드(235)의 하단의 수평 방향의 지름은 관통공(234a) 군(群)의 최외주(最外周)의 지름보다 크다. 가스 가이드(235)에 의해 버퍼실(232) 내에 공급된 가스는 보다 균일화되도록 분산된다.
이와 같이 하여 가스 도입구(241)로부터 도입된 가스는 덮개(231)에 설치된 덮개 구멍(231a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 설치된 버퍼실(232) 내에 공급된다. 그리고 분산판(234)과 가스 가이드(235)에 의해 균일화되도록 분산되어 분산판(234)의 관통공(234a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
샤워 헤드의 덮개(231)는 전도성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼실(232) 내 또는 처리실(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 이용된다. 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고, 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이를 전기적으로 절연한다. 또한 덮개(231)에는 샤워 헤드 가열부인 저항 히터(231b)가 설치된다.
버퍼실(232)의 상방의 덮개(231)에는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출하기 위한 제2 배기계(270)(샤워 헤드 배기 라인)가 설치된다. 제2 배기계(270)에 대해서는 후술한다.
(가스 공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 접속된 가스 도입구(241)에는 공통 가스 공급관(242)이 접속된다. 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a)과, 제2 가스 공급관(244a)과, 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다. 제2 가스 공급관(244a)은 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 공통 가스 공급관(242)에 접속된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 제1 원소 함유 가스가 주로 공급되어, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급계(244)로부터는 주로 제2 원소 함유 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는 웨이퍼(200)를 처리할 때에는 주로 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)나 처리실(201)을 클리닝할 때에는 주로 클리닝 가스가 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 가스 흐름의 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(243c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 티타늄(Ti)이다. 즉 제1 원소 함유 가스는 예컨대 티타늄 함유 가스다. 티타늄 함유 가스로서는 예컨대 TiCl4(4염화티타늄) 가스를 이용할 수 있다. 또한 제1 원소 함유 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 좋다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(232b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c) 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
또한 제1 원소 함유 가스로서는 실리콘 함유 가스이어도 좋고, 예컨대 유기 실리콘 재료인 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS)이나, 헥사메틸디실라젠(C6H19NSi2, 약칭: HMDS)이나, 트리실릴아민[(SiH3)3N, 약칭: TSA] 등을 이용할 수 있다. 이들의 가스는 프리커서로서 작용한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(246c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다.
제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 가스 공급계인 제1 원소 함유 가스 공급계(243)(티타늄 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계(246)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계(246)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를 제1 원소 함유 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)의 하류에는 리모트 플라즈마 유닛(244e)이 설치된다. 제2 가스 공급관(244a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(244c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200) 상에 조사(照射)된다.
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 원소와는 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는 예컨대 질소(N)를 들 수 있다. 본 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스다. 구체적으로는 질소 함유 가스로서는 NH3가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 가스 공급계인 제2 원소 함유 가스 공급계(244)(질소 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(247c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터 공급되는 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 제2 불활성 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계(247)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 제2 불활성 가스 공급계(247)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급원(244b), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 제2 불활성 가스 공급계(247)를 제2 원소 함유 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(245c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(245d), 퍼지 가스를 가열하는 가스 가열부인 배관 가열부(245e)가 설치된다.
제3 가스 공급원(245b)으로부터 예컨대 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다. 퍼지 가스란 처리실(201) 또는 버퍼실(232) 내의 분위기(가스)를 배출하기 위해서 처리실(201) 또는 버퍼실(232) 내에 도입되는 가스를 말한다.
제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 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.
배관 가열부(245e)에 의해 가열된 퍼지 가스는 버퍼실(232), 분산판(234)을 개재하여 처리실(201)에 공급된다. 이와 같이 하는 것에 의해 분산판(234)을 원하는 온도로 유지하는 것이 가능해진다.
예컨대 퍼지 가스의 공급에 의해 분산판(234)이 과도하게 냉각된 경우, 다음과 같은 문제가 발생할 것으로 생각된다. 즉 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 열분해 온도 이하가 되는 것에 의해 분산판(234)의 기판 대향면에 부생성물이 퇴적하거나, 다음 처리 가스 공급 공정(예컨대 제2 원소 함유 가스를 공급한 후의 제1 원소 함유 가스 공급 공정)에서 온도에 관한 프로세스 윈도우를 유지하지 못하고, 그 결과 다음 공정의 막 처리 특성이 악화된다는 문제가 있다.
예컨대 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스를 공급하고, 제2 원소 함유 가스로서 NH3가스를 공급한 경우, 부생성물로서 염화암모니아(NH4Cl)가 발생하고, 분산판(234)의 온도가 염화암모니아가 부착되는 온도(예를 들면 150℃)까지 저하하면, 분산판(234)에 염화암모니아가 부착된다. 또한 본 실시 형태와 같이 퍼지 가스를 가열하는 것에 의해 상기 문제를 억제할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다 하류측에는 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류단이 접속된다. 클리닝 가스 공급관(248a)에는 상류 방향부터 순서대로 클리닝 가스 공급원(248b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(248c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(248d)가 설치된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급계(245)가 구성된다.
또한 주로 클리닝 가스 공급관(248a), 매스 플로우 컨트롤러(248c) 및 밸브(248d)에 의해 클리닝 가스 공급계(248)가 구성된다. 또한 클리닝 가스원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 클리닝 가스 공급계(248)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를 제3 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 기판 처리 공정에서는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스가 매스 플로우 컨트롤러(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 처리실(201) 내나 샤워 헤드(230) 내에 잔류된 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하도록 이용해도 좋다.
클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230) 내나 처리실(201) 내에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서 클리닝 가스는 예컨대 3불화질소(NF3) 가스를 들 수 있다.
또한 클리닝 가스로서 예컨대 불화수소(HF) 가스, 3불화염소가스(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 이용해도 좋고, 또한 이들을 조합시켜서 이용해도 좋다.
(제4 가스 공급계)
상부 용기(202a)의 측벽[즉 처리실(201)의 측방]에는 제4 가스 공급계(249)가 설치된다. 제4 가스 공급계(249)의 제4 가스 공급관(249a)에는 상류 방향부터 순서대로 제4 가스 공급원(249b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(249c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(249d), 퍼지 가스를 가열하는 가스 가열부인 배관 가열부(249e)가 설치된다.
주로 제4 가스 공급관(249a), 매스 플로우 컨트롤러(249c), 밸브(249d)에 의해 제4 가스 공급계(249)가 구성된다. 또한 제4 가스 공급원(249b)을 제4 가스 공급계(249)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
제4 가스 공급원(249b)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(249c), 밸브(249d), 배관 가열부(249e)를 개재하여 처리실(201)의 처리 공간(201a)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.
후술하는 성막 공정(S104)에서 배관 가열부(249e)에 의해 가열된 퍼지 가스는 처리실(201)에 공급된 후, 적어도 그 일부가 분산판(234)과 버퍼실(232)을 개재하여 제2 배기계(270)로부터 배출된다. 이와 같이 하는 것에 의해 버퍼실(232) 내를 단시간에 퍼지할 수 있고, 또한 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 마찬가지로 분산판(234)을 원하는 온도로 유지하는 것이 가능해진다.
또는 후술하는 퇴적막 제거 공정(S110)에서 배관 가열부(249e)에서 가열되지 않고 처리실(201)에 공급된 퍼지 가스는 적어도 그 일부가 분산판(234)과 버퍼실(232)을 개재하여 제2 배기계(270)로부터 배출된다. 퇴적막 제거 공정(S110)의 상세한 내용은 후술한다.
(제1 배기계)
처리실(201)[상부 용기(202a)]의 내벽 측면에는 처리실(201) 내의 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)와, 진공 펌프(224)가 가스 흐름의 순서대로 직렬로 접속된다. 배기구(221)와 배기관(222)과 압력 조정기(223)를 포함하도록 제1 배기계(220)(처리실 배기 라인)가 구성된다. 또한 진공 펌프(224)를 제1 배기계(220)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 배기계)
버퍼실(232)의 상방의 덮개(231)에는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출하기 위한 샤워 헤드 배기 구멍(231c)이 수직 방향으로 관통하여 설치된다. 샤워 헤드 배기구(231c)에는 배기관(271)이 접속된다. 배기관(271)에는 배기의 ON/OFF를 절체(切替)하는 밸브(272), 버퍼실(232) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC 등의 압력 조정기(273), 진공 펌프(274)가 가스 흐름의 순서대로 직렬로 접속된다. 배기관(271)과 밸브(272)와 압력 조정기(273)를 포함하도록 제2 배기계(270(샤워 헤드 배기 라인)가 구성된다. 또한 진공 펌프(274)를 제2 배기계(270)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
샤워 헤드 배기 구멍(231c)은 가스 가이드(235)의 상방에 있기 때문에 후술하는 샤워 헤드 배기 공정(S204, S210)에서는 다음과 같이 가스가 흐르도록 구성된다. 즉 덮개 구멍(231a)으로부터 공급된 불활성 가스는 가스 가이드(235)에 의해 분산되어 버퍼실(232) 내의 공간 중앙 및 하방으로 흐른다. 그 후, 가스 가이드(235)의 단부(端部)에서 선회하여 샤워 헤드 배기 구멍(231c)으로부터 배기된다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드의 덮개(231)에는 정합기(251)를 개재하여 고주파 전원(252)이 접속된다. 정합기(251)로 임피던스를 조정하여 고주파 전원(252)으로부터 덮개(231)에 고주파 전력을 인가하는 것에 의해, 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]나 처리실(201) 내[구체적으로는 처리 공간(201a) 내]에 플라즈마가 생성된다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 제어부인 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 연산부(261) 및 기억부(262)를 적어도 포함한다. 연산부(261)는 상기 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(262)로부터 기판 처리 장치(100)의 프로그램이나 제어 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 기판 처리 장치(100)의 각 구성을 제어한다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 반도체 제조 장치로서의 기판 처리 장치(100)를 사용하여 기판을 처리하는 기판 처리 공정의 개략에 대하여 설명한다. 이 기판 처리 공정은 예컨대 반도체 장치를 제조하기 위한 일 공정이다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작이나 처리는 컨트롤러(260)에 의해 제어된다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 플로우 차트다.
여기서는 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스(4염화티타늄 가스)를 이용하고, 제2 원소 함유 가스로서 NH3가스(암모니아 가스)를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 TiN막(질화티타늄 막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 예컨대 웨이퍼(200) 상에는 미리 소정의 막이 형성되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어도 좋다.
〔기판 반입·재치 공정(S102)〕
우선 도 2에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입하고, 기판 재치부(210) 상에 재치하는 기판 반입·재치 공정(S102)을 수행한다. 구체적로는 기판 재치부(210)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치부(210)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치부(210) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고, 도시되지 않는 웨이퍼 반송기를 이용하여 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이재(移載)한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 재치부(210)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입한 후, 웨이퍼 반송기를 처리 용기(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 재치부(210)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치부(210)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치한다.
또한 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입할 때 또는 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내로부터 반출할 때에는, 제1 배기계(220)에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스(예컨대 N2가스)를 공급하는 것이 바람직하다. 예컨대 진공 펌프(224)를 작동시켜 APC밸브(223)를 여는 것에 의해 제1 배기계(220)로부터 처리 용기(202) 내를 배기하는 상태에서, 적어도 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 기판 반입출구(206)로부터 처리 용기(202) 내로의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 제1 배기계(220)의 진공 펌프(224)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S102) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S106)이 종료될 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(200)를 기판 재치부(210) 상에 재치할 때에는 기판 재치부(210)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어한다. 웨이퍼(200)의 온도는 예컨대 실온 이상 500℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 400℃ 이하다. 실온이란 약 10℃ 내지 30℃의 온도대를 나타낸다. 여기서는 20℃다. 이 때 히터(213)의 온도는 도시되지 않는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
〔성막 공정(S104)〕
다음으로 웨이퍼(200)의 표면 상에 박막을 형성하는 성막 공정(S104)을 수행한다. 여기서는 성막 공정(S104)의 기본적인 흐름에 대하여 설명하고, 성막 공정(S104)의 상세에 대해서는 도 3을 이용하여 후술한다.
성막 공정(S104)에서는 우선 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232)을 개재하여 제1 가스 공급계(243)로부터 처리실(201) 내에 TiCl4가스를 공급하여 웨이퍼(200) 상에 티타늄 함유막을 형성한다. TiCl4가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, TiCl4가스의 공급을 정지한다. 그리고 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 퍼지 가스(N2가스 등의 불활성 가스)를 공급하고, 이 퍼지 가스에 의해 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내로부터 제1 배기계(220)와 제2 배기계(270)를 개재하여 TiCl4가스를 배출한다. 이 때 퍼지 가스를 처리실(201) 내에 공급할 때에 퍼지 가스가 분산판(234)을 냉각하지 않도록 퍼지 가스를 배관 가열부(245e)와 배관 가열부(249e)에 의해 소정의 온도 이상으로 가열한다.
TiCl4가스를 배출한 후, 버퍼실(232)을 개재하여 제2 가스 공급계(244)로부터 처리실(201) 내에 플라즈마 상태의 NH3가스를 공급한다. NH3가스는 형성된 티타늄 함유막과 반응하여 질화티타늄 막을 형성한다. 소정 시간이 경과한 후, NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 퍼지 가스를 공급하고, 이 퍼지 가스에 의해 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내로부터 제1 배기계(220)와 제2 배기계(270)를 개재하여 NH3가스를 배출한다. 이 때도 퍼지 가스를 처리실(201) 내에 공급할 때에 퍼지 가스가 분산판(234)을 냉각하지 않도록 퍼지 가스를 배관 가열부(245e)와 배관 가열부(249e)에 의해 소정의 온도 이상으로 가열한다.
성막 공정(S104)에서는 이상의 공정을 반복하는 것에 의해 원하는 막 두께의 질화티타늄 막을 형성한다. 또한 성막 공정(S104)을 수행하는 동안, 버퍼실(232)의 내벽에 부생성물이 부착되어 퇴적하는 것을 억제하기 위해서 샤워 헤드 가열부(231b)에 의해 버퍼실(232)이나 분산판(234)을 가열한다.
〔기판 반출 공정(S106)〕
다음으로 질화티타늄 막이 형성된 웨이퍼(200)를 처리 용기(203)로부터 반출한다. 구체적으로는 기판 재치부(210)를 하강시켜, 기판 재치부(210)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 제3 가스 공급계(245)로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하면서 게이트 밸브(205)를 열고, 웨이퍼 반송기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 제3 가스 공급계(245)로부터 처리 용기(202) 내로의 불활성 가스 공급을 정지한다.
〔처리 횟수 판정 공정(S108)〕
웨이퍼(200)를 반출한 후, 성막 공정(S104)의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였는지에 대한 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달한 경우에는 퇴적막 제거 공정(S110)으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않은 경우에는 대기하는 새로운 웨이퍼(200)의 처리를 시작하기 위해서 기판 반입·재치 공정(S102)으로 이행한다.
〔퇴적막 제거 공정(S110)〕
성막 공정(S104)에서는 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부생성물이 부착되지 않도록 버퍼실(232)을 가열하지만, 성막 공정(S104)을 반복하는 것에 의해 부생성물이 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 점차 부착되거나, 경우에 따라서는 1회의 성막 공정(S104)만으로 많은 부생성물이 부착된다. 퇴적막 제거 공정(S110)에서는 성막 공정(S104)에서 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 부생성물에 의한 퇴적막을 제거한다. 퇴적막 제거 공정(S110)의 상세한 내용은 도 4를 이용하여 후술한다.
〔처리 횟수 판정 공정(S112)〕
퇴적막 제거 공정(S110)을 수행한 후, 퇴적막 제거 공정(S110)의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였는지에 대한 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달한 경우에는 클리닝 공정(S114)으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않은 경우에는 대기하는 새로운 웨이퍼(200)의 처리를 시작하기 위해서 기판 반입·재치 공정(S102)으로 이행한다.
〔클리닝 공정(S114)〕
처리 횟수 판정 공정(S108)에서 성막 공정(S104)의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였다고 판정된 경우에는 클리닝 공정(S114)을 수행한다. 클리닝 공정(S114)에서는 기판 재치부(210)가 웨이퍼 처리 위치에 있는 상태이며 또한 기판 재치부(210) 상에 웨이퍼(200)가 없는 상태에서, 클리닝 가스 공급계(248)의 밸브(248d)를 열고 샤워 헤드(230)를 개재하여 클리닝 가스를 처리실(201) 내에 공급한다.
클리닝 가스가 샤워 헤드(230) 내와 처리실(201) 내를 채운 후, 고주파 전원(252)으로부터 샤워 헤드(230)에 전력을 인가하는 것과 함께 정합기(251)에 의해 임피던스를 조정시켜 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]와 처리실(201) 내[구체적으로는 처리 공간(201a) 내]에 클리닝 가스의 플라즈마를 생성한다. 생성된 클리닝 가스 플라즈마는 샤워 헤드(230) 내와 처리실(201) 내의 벽에 부착된 부생성물을 제거한다.
다음으로 성막 공정(S104)의 상세에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정을 설명하는 플로우 차트다.
〔제1 처리 가스 공급 공정(S202)〕
기판 재치부(210) 상의 웨이퍼(200)가 히터(213)에 의해 가열되어 원하는 온도에 도달한 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서, 제1 가스 공급계(243)의 밸브(243d)를 열고 가스 도입구(241), 버퍼실(232), 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 제1 처리 가스로서의 TiCl4가스의 공급을 시작한다. 버퍼실(232) 내에서는 가스 가이드(235)에 의해 TiCl4가스가 균일하게 분산된다. 균일하게 분산된 가스는 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급된다.
이 때 TiCl4가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. TiCl4가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm이상 5,000sccm 이하다. 또한 TiCl4가스와 함께 제1 불활성 가스 공급계(246)로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 처리실(201) 내에 흘려도 좋다. 또한 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도(開度)를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력(예컨대 10Pa 내지 3,000Pa)으로 한다.
처리실(201) 내에서 TiCl4가스는 소정의 시간, 예컨대 0.05초 내지 0.5초간 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200) 표면 상에는 TiCl4가스가 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하는 것에 의해 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다.
티타늄 함유층은 예컨대 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4가스의 유량, 기판 재치부(210)(서셉터)의 온도, 처리실(201)에서의 처리 시간 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 단, 제1 배기계(220)로부터의 배기는 계속해서 수행한다.
〔제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)〕
TiCl4가스의 공급을 정지한 후, 제2 배기계(270)의 밸브(272)를 열림으로 하여 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]의 분위기를 배출한다. 구체적으로는 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열된 퍼지 가스가 공급되고, 분산판(234) 및 버퍼실(232)의 온도를 저하시키지 않도록 유지하면서 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출한다. 이 때 진공 펌프(274)는 사전에 작동시켜둔다.
이 때 버퍼실(232)에서의 제2 배기계(270)의 배기 컨덕턴스가 처리실(201)을 개재한 제1 배기계(220)의 컨덕턴스보다 크게 되도록 제2 배기계(270)의 APC밸브(273)의 개도 또는 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도를 제어하여 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 버퍼실(232)의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기 구멍(231c)을 향한 가스 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여 버퍼실(232)의 벽에 부착된 가스나 버퍼실(232) 내에 부유한 가스가 처리실(201)에 진입하지 않고 제2 배기계(270)로부터 배출된다.
또한 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)에서 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스를 공급할 때에 제4 가스 공급계(249)로부터도 퍼지 가스를 공급하는 것이 바람직하지만, 제4 가스 공급계(249)로부터는 퍼지 가스를 공급하지 않도록 구성하는 것도 가능하다. 소정의 시간, 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)을 수행한 후, 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)을 종료한다.
〔제1 처리실 배기 공정(S206)〕
제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)이 종료된 후, 계속해서 제1 배기계(220) 및 제2 배기계(270)로부터의 배기를 수행한다. 구체적으로는 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열된 퍼지 가스가 공급되고, 분산판(234) 및 버퍼실(232)의 온도를 유지하면서 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내의 분위기를 배출한다.
이 때 처리 공간(201a)에서의 제1 배기계(220)로부터의 배기 컨덕턴스가 샤워 헤드(230)를 개재한 제2 배기계(270)로부터의 배기 컨덕턴스보다 크게 되도록 APC밸브(273)의 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름이 형성된다. 따라서 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해져 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다.
제1 처리실 배기 공정(S206)에서 공급된 불활성 가스는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 티타늄 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 또한 제1 처리실 배기 공정(S206)에서도 APC밸브(273)의 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 제어하는 것에 의해 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]에 잔류한 TiCl4가스를 제2 배기계(270)로부터 제거할 수 있다.
제1 처리실 배기 공정(S206)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지한다. 이와 같이 제1 처리실 배기 공정(S206)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201)을 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름이 제2 배기계(270)의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해져 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 한층 더 높아진다.
또한 제1 처리실 배기 공정(S206)의 시작 시점부터 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것도 가능하다. 이와 같이 하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름을 형성하는 것이 용이해진다.
이와 같이 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204) 후, 계속해서 제1 처리실 배기 공정(S206)을 수행하는 것에 의해 다음과 같은 효과를 발견할 수 있다. 즉 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하기 때문에 제1 처리실 배기 공정(S206)에서 가스 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유해도 잔류 가스가 웨이퍼(200) 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한 제1 처리실 배기 공정(S206)에서 전술한 바와 같이 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스를 공급할 때에 제4 가스 공급계(249)로부터도 퍼지 가스를 공급하도록 구성해도 좋지만, 제4 가스 공급계(249)로부터는 퍼지 가스를 공급하지 않도록 구성하는 것도 가능하다.
소정의 시간, 제1 처리실 배기 공정(S206)을 수행한 후, 밸브(245d)와 밸브(249d)를 닫고 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터의 퍼지 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하고, 제1 처리실 배기 공정(S206)을 종료한다.
〔제2 처리 가스 공급 공정(S208)〕
제1 처리실 배기 공정(S206) 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 제2 가스 공급계(244)의 밸브(244d)를 열고 리모트 플라즈마 유닛(244e), 가스 도입구(241), 버퍼실(232), 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 제2 처리 가스로서의 NH3가스의 공급을 시작한다. 처리실(201) 내에 공급되는 NH3가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마화된다. 플라즈마화된 NH3가스를 버퍼실(232)과 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하기 때문에 웨이퍼(200) 상에 균일하게 NH3가스를 공급할 수 있다. 그렇기 때문에 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
이 때 NH3가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm이상 5,000sccm 이하다. 또한 NH3가스와 함께 제2 불활성 가스 공급계(247)로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 처리실(201) 내에 흘려도 좋다. 또한 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력(예컨대 60Pa 내지 600Pa)으로 한다.
처리실(201) 내에서 플라즈마 상태의 NH3가스가 소정의 시간, 예컨대 0.1초 내지 0.3초간, 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200) 상에 이미 형성된 티타늄 함유층이 NH3가스의 플라즈마에 의해 개질되는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에는 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다.
티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 개질층은 예컨대 처리 용기(203) 내의 압력, NH3가스의 유량, 기판 재치부(210)의 온도, 플라즈마 생성부(250)의 전력 공급 상태 등에 따라 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 처리실(201) 내로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 단, 제1 배기계(220)로부터의 배기는 계속해서 수행한다.
〔제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)〕
NH3가스의 공급을 정지한 후, 제2 배기계(270)의 밸브(272)를 열림으로 하여 샤워 헤드(230) 내의 분위기를 배출, 즉 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출한다. 이 때 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열된 퍼지 가스가 공급되어, 분산판(234) 및 버퍼실(232)의 온도를 저하시키지 않도록 유지하면서 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출한다.
제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)에서는 버퍼실(232)에서의 제2 배기계(270)의 배기 컨덕턴스가 처리실(201)을 개재한 제1 배기계(220)의 컨덕턴스보다 크게 되도록 제2 배기계(270)의 APC밸브(273)의 개도 또는 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도를 제어하여 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 버퍼 공간(232의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기 구멍(231c)을 향한 가스 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여 버퍼실(232)의 벽에 부착된 가스나 버퍼실(232) 내에 부유한 가스가 처리실(201)에 진입하지 않고 제2 배기계(270)로부터 배기된다.
또한 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)에서 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스를 공급할 때에 전술한 바와 같이 제4 가스 공급계(249)로부터도 퍼지 가스를 공급하는 것이 바람직하지만, 제4 가스 공급계(249)로부터는 퍼지 가스를 공급하지 않도록 구성하는 것도 가능하다. 소정의 시간 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)을 수행한 후, 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)을 종료한다.
〔제2 처리실 배기 공정(S212)〕
제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)이 종료된 후, 계속해서 제1 배기계(220) 및 제2 배기계(270)로부터의 배기를 수행한다. 구체적으로는 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열된 퍼지 가스가 공급되고, 분산판(234) 및 버퍼실(232)의 온도를 유지하면서 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내의 분위기를 배출한다.
이 때 처리 공간(201a)에서의 제1 배기계(220)로부터의 배기 컨덕턴스가 샤워 헤드(230)를 개재한 제2 배기계(270)로부터의 배기 컨덕턴스보다 크게 되도록 APC밸브(273)의 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 조정한다. 이와 같이 조정하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름이 형성된다. 따라서 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해져 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다.
제2 처리실 배기 공정(S212)에서 공급된 불활성 가스는 제2 처리 가스 공급 공정(S208)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 질소 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 또한 제2 처리실 배기 공정(S212)에서도 APC밸브(273)의 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 제어하는 것에 의해 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]에 잔류한 NH3가스를 제2 배기계(270)로부터 제거할 수 있다.
제2 처리실 배기 공정(S212)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지한다. 이와 같이 제2 처리실 배기 공정(S212)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201)을 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름이 제2 배기계(270)의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해져 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 한층 더 높아진다.
이와 같이 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210) 후, 계속해서 제2 처리실 배기 공정(S212)을 수행하는 것에 의해 다음 효과를 발견할 수 있다. 즉 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하기 때문에 제2 처리실 배기 공정(S212)에서 가스 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유해도 잔류 가스가 웨이퍼(200) 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한 제2 처리실 배기 공정(S212)의 시작 시점부터 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것도 가능하다. 이와 같이 하는 것에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)를 향한 불활성 가스의 흐름을 형성하는 것이 용이해진다.
또한 제2 처리실 배기 공정(S212)에서 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스를 공급할 때에 전술한 바와 같이 제4 가스 공급계(249)로부터도 퍼지 가스를 공급하도록 구성해도 좋지만, 제4 가스 공급계(249)로부터는 퍼지 가스를 공급하지 않도록 구성하는 것도 가능하다.
소정의 시간, 제2 처리실 배기 공정(S212)을 수행한 후, 밸브(245d)와 밸브(249d)를 닫고, 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터의 퍼지 가스의 공급을 정지하는 것과 함께 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하고, 제2 처리실 배기 공정(S212)을 종료한다
〔판정(S214)〕
제2 처리실 배기 공정(S212)이 종료된 후, 컨트롤러(260)는 제1 처리 가스 공급 공정(S202) 내지 제2 처리실 배기 공정(S212)을 1사이클로 하는 처리 사이클을 소정 횟수 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않은 경우(S214에서 No인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202)으로 이행하고, 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204), 제1 처리실 배기 공정(S206), 제2 처리 가스 공급 공정(S208), 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210), 제2 처리실 배기 공정(S212)을 수행한다. 소정 횟수 실시한 경우(S214에서 Yes인 경우), 성막 공정(S104)을 종료한다.
다음으로 퇴적막 제거 공정(S110)의 상세를 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도다.
도 4에는 성막 공정(S104)과, 기판 반출 공정(S106)과 퇴적막 제거 공정(S110)에서의 가스A(제1 처리 가스, TiCl4가스)와 가스B(제2 처리 가스, NH3가스)의 처리실(201)로의 공급 상태와, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e) 및 제4 가스 공급계(249)의 배관 가열부(249e)의 가열 상태와, 기판 재치부 히터(213)의 가열 상태와, 샤워 헤드 가열부(231b)의 가열 상태와, 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도 상태와, 제2 배기계(270)의 밸브(272)의 개폐 상태가 도시된다.
도 4의 예에서는 시각t1 내지 시각t2의 성막 공정(S104)에서 가스A의 공급 공정A1, 가스A의 배기 공정P1[제1의 샤워 헤드 배기 공정(S204)과 제1 처리실 배기 공정(S206)], 가스B의 공급 공정B1, 가스B의 배기 공정P2[제2의 샤워 헤드 배기 공정(S210)과 제2 처리실 배기 공정(S212)], 가스A의 공급 공정A2, 가스A의 배기 공정P3, 가스B의 공급 공정B2, 가스B의 배기 공정P4의 순서대로 처리가 수행된다. 또한 A1, A2, B1, B2에는 N2 등의 불활성 가스가 캐리어 가스로서 포함되어도 좋다. 또한 도 4에서는 퍼지 가스 공급 공정P1 내지 공정P4는 불연속적으로 도시되지만 연속적이어도 좋다.
도 4에 도시하는 바와 같이 성막 공정(S104)에서는 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 제4 가스 공급계(249)의 배관 가열부(249e)와 기판 재치부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 ON 상태, 즉 가열된다. 또한 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도는 상시 열림 상태, 즉 제1 배기계(220)로부터의 배기가 상시 수행된다. 또한 제2 배기계(270)의 밸브(272)는 퍼지 가스가 공급되는 P1, P2, P3, P4의 기간만 열림 상태가 된다. 또한 전술한 바와 같이 P1, P2, P3, P4의 각각에서 제1 처리실 배기 공정(S206)과 제2 처리실 배기 공정(S212)에서는 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 방지하는 것도 가능하다.
다음으로 시각t2 내지 시각t3의 기판 반출 공정(S106)에 의해서, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 처리실(201)로부터 반출된다. 기판 반출 공정(S106)에서는 제1 배기계(220)로부터의 배기는 수행되지만, 제2 배기계(270)로부터의 배기는 정지된다. 또한 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스가 처리실(201)에 공급된다. 또한 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 제4 가스 공급계(249)의 배관 가열부(249e)의 가열은 모두 OFF 상태, 즉 정지되지만, 기판 재치부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 ON 상태, 즉 가열된다.
다음으로 시각t3 내지 시각t5의 퇴적막 제거 공정(S110)에서 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적막의 제거가 수행된다. 구체적으로는 시각t3 내지 시각t4에서 퇴적막 제거 공정(S110)의 제1 스텝C1이 수행되고, 시각t4 내지 시각t5에서 퇴적막 제거 공정(S110)의 제2 스텝C2가 수행된다.
예컨대 제1 스텝C1에서의 처리실(201) 내의 압력은 약 2,050Pa 내지 2,100Pa이며, 버퍼실(232) 내의 압력은 약 2,000Pa다. 또한 제2 스텝C2에서의 처리실(201) 내의 압력은 약 500Pa이며, 버퍼실(232) 내의 압력은 약 2,000Pa다. 이와 같이 제1 스텝C1에서는 처리실(201) 내의 압력이 버퍼실(232) 내의 압력보다 높고, 제2 스텝C2에서는 버퍼실(232) 내의 압력이 처리실(201) 내의 압력보다 높다.
퇴적막 제거 공정(S110)에서 제1 배기계(220)와 제2 배기계(270)로부터의 배기가 수행된다. 또한 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 퍼지 가스가 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 또한 기판 재치부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 ON 상태다. 또한 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 제4 가스 공급계(249)의 배관 가열부(249e)의 가열은 모두 OFF 상태다.
제1 스텝C1에서 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 제4 가스 공급계(249)의 배관 가열부(249e)를 OFF 상태로 하여 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스와 제4 가스 공급계(249)로부터의 퍼지 가스를 가열하지 않는 상태로 한다. 즉 퇴적막 제거 공정(S110)에서의 퍼지 가스의 온도를 성막 공정(S104)에서의 퍼지 가스의 온도보다 낮게 한다. 예컨대 퇴적막 제거 공정(S110)에서의 퍼지 가스의 온도는 10℃ 내지 300℃(바람직하게는 280℃)이며, 성막 공정(S104)에서의 퍼지 가스의 온도는 300℃ 내지 500℃(바람직하게는 380℃)이다. 이 때 전술한 바와 같이 샤워 헤드 가열부(231b)를 ON 상태로 하여 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)을 가열한다.
이와 같이 하는 것에 의해 버퍼실(232) 내에 공급된 퍼지 가스와 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)과의 온도 차이에 의해 발생하는 열응력에 의해 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적막에 크랙(균열)이 발생하고, 막 박리를 발생시키기 쉬워진다.
버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)의 열팽창율과 퇴적막의 열팽창율은 온도마다 다르다. 그렇기 때문에 성막 시에 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적막은 성막 시보다 저온의 상태가 되면, 열팽창율의 차이에 의해 응력이 발생한다. 본 실시 형태에서는 또한 퍼지 가스의 온도를 성막 시보다 낮게 하는 것과 함께 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)을 가열하여 저온의 퍼지 가스와의 온도 차이를 확대하는 것에 의해, 보다 막 박리를 발생시키기 쉽게 한다.
또한 제1 스텝C1에서 샤워 헤드 배기 밸브(272)와 처리실 배기 밸브인 APC밸브(223)를 열림으로 하여, 제1 배기계(220) 및 제2 배기계(270)로부터의 배기가 수행된다. 이 때 제2 배기계(270)가 배기하는 퍼지 가스의 유량(배기 유량)이 제1 배기계(220)가 배기하는 퍼지 가스의 유량보다 크게 되도록, 제2 배기계(270)의 APC밸브(273) 또는 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)를 제어한다.
이와 같이 하는 것에 의해 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막이 분산판(234)의 관통공(234a) 내에 공급되는 것이 억제된다. 따라서 박리된 막에 의해 관통공(234a)이 막히는 것이 억제된다. 또한 분산판(234)의 관통공(234a) 내에 막힌 퇴적막을 제거하여 제2 배기계(270)로부터 배출하는 것이 용이해진다. 또한 제1 배기계(220)로부터의 배기에 의해 처리실(201)의 내벽으로부터 박리된 막이나 파티클은 처리실(201) 내로부터 배출된다.
바람직하게는 버퍼실(232) 내에서의 제2 배기계(270)의 컨덕턴스가 처리실(201)을 개재한 제1 배기계(220)의 컨덕턴스보다 커지도록, 제2 배기계(270)의 APC밸브(273) 또는 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)를 제어한다. 이와 같이 하는 것에 의해 버퍼실(232) 내의 분위기가 처리실(201) 내에 유입되지 않고, 처리실(201) 내의 분위기가 버퍼실(232) 내에 유입된다.
이와 같이 하여 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막은 제2 배기계(270)로부터 배출된다. 그리고 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막의 대부분이 제2 배기계(270)로부터 배출될 정도로 시간이 경과한 후 샤워 헤드 배기 밸브(272)를 닫으면, 제1 스텝C1이 종료되고 제2 스텝C2가 시작된다.
또한 제1 스텝C1에서 제1 배기계(220)로부터의 배기를 정지하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 해도 처리실(201)의 내벽으로부터 박리된 막이나 파티클을 처리실(201) 내로부터 배출할 수는 없지만, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막을 제2 배기계(270)로부터 배출할 수 있다.
제2 스텝C2에서는 제2 배기계(270)로부터의 배기가 정지되기 때문에 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스의 흐름이 버퍼실(232)로부터 처리실(201) 방향이 된다. 또한 제4 가스 공급계(249)로부터의 퍼지 가스의 흐름이 처리실(201)로부터 버퍼실(232) 방향이 되지 않는다.
제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스는 분산판(234)의 관통공(234a)을 통과하기 위해서 관통공(234a) 내의 부착물을 제거하면서 관통공(234a)으로부터 압출(押出)한다. 압출된 부착물은 제1 배기계(220)로부터 배출된다.
또한 전술한 바와 같이 제2 스텝C2에서 기판 재치부 히터(213)(서셉터 히터)를 ON으로 하는 것이 바람직하다. 서셉터 히터(213)를 ON으로 하는 것에 의해 분산판(234)이 보다 가열되어, 온도는 낮은 쪽부터 나열하면 퍼지 가스, 퇴적막, 분산판(234), 기판 재치부(210)의 순서이며, 퍼지 가스의 온도가 가장 낮고 기판 재치부(210)의 온도가 가장 높다. 이에 의해 분산판(234)과 퍼지 가스와의 온도 차이 즉 분산판(234)에 부착된 퇴적막과 퍼지 가스의 온도 차이가 보다 커진다. 즉 퇴적막의 열응력이 보다 커진다. 따라서 분산판(234)에 부착된 퇴적막을 보다 제거하기 쉬워진다.
또한 제1 스텝C1과 제2 스텝C2 중 어느 하나 또는 양방(兩方)에서 제3 가스 공급계(245)나 제4 가스 공급계(249)로부터의 퍼지 가스의 유량을 매스 플로우 컨트롤러(245c나 249c)를 제어하는 것에 의해 성막 공정(S104)에서의 퍼지 가스의 유량보다 크게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하는 것에 의해 성막 공정(S104) 시보다 대유량의 퍼지 가스가 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 충돌되기 때문에 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적막을 보다 제거하기 쉬워진다.
또한 제1 스텝C1과 제2 스텝C2 중 어느 하나 또는 양방에서 서셉터 히터(213)나 샤워 헤드 가열부(231b)를 OFF 상태로 하도록 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 해도 퍼지 가스의 온도가 성막 공정(S104)에서의 퍼지 가스의 온도보다 낮기 때문에 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 막을 어느 정도 제거할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 제3 가스 공급계와 제4 가스 공급계에 퍼지 가스를 가열하는 배관 가열부를 설치하였지만, 대신에 가열 기능과 냉각 기능을 가지고 퍼지 가스의 온도를 조절하는 배관 조절부를 설치해도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해 퇴적막 제거 공정에서 퍼지 가스를 원하는 온도로 하는 것이 용이해진다.
(4) 제1 실시 형태에 따른 효과
제1 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 1개를 가질 수 있다.
(A1) 퇴적막 제거 공정에서 성막 공정 시에 공급하는 퍼지 가스(불활성 가스)보다 낮은 온도의 불활성 가스를 샤워 헤드 내에 공급하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내에 설치되는 가스 가이드 등의 부재에 퇴적한 퇴적막을 냉각하는 것이 가능해지고, 외부에 냉각부를 설치하는 경우에 비해 샤워 헤드 내의 퇴적막에 큰 열응력을 가하는 것이 가능해진다. 즉 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 용이해진다.
(A2) 퇴적막 제거 공정에서 성막 공정 시에 공급하는 퍼지 가스(불활성 가스)보다 낮은 온도의 불활성 가스를 처리실 내에 공급하도록 구성하였기 때문에, 처리실 내에 노출되는 칸막이 판(204) 등의 처리실 내 부재(部材)에 퇴적한 퇴적막을 직접 냉각하는 것이 가능해지고, 퇴적막에 큰 열응력을 가하는 것이 가능해진다. 즉 처리실 내의 퇴적막을 제거하는 것이 용이해진다.
(A3) 이 때 샤워 헤드 내(내벽이나 분산판)를 가열하기 때문에 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 더욱 용이해진다.
(A4) 퇴적막 제거 공정에서는 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 공정 및 제1 배기 공정 후에 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 처리실 내의 분위기를 배출하는 제2 배기 공정을 수행하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 보다 용이해진다.
(A5) 상기 제1 배기 공정에서는 제2 배기계의 배기 유량이 제1 배기계의 배기 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막이 박리되어 처리실 내에 유입되는 것을 억제할 수 있다.
(A6) 상기 제1 배기 공정에서는 처리실 내의 분위기가 샤워 헤드 내에 유입되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막이 박리되어 처리실 내에 유입되는 것을 보다 억제할 수 있다.
(A7) 상기 제2 배기 공정에서는 제1 배기계의 배기 유량이 제2 배기계의 배기 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 처리실 내에 있는 파티클을 배출하는 것이 용이해진다.
(A8) 상기 제2 배기 공정에서는 샤워 헤드 내의 분위기가 처리실 내에 유입되도록 구성하였기 때문에, 처리실 내에 있는 파티클(예컨대 샤워 헤드 내의 퇴적막에 기인한다)을 배출하는 것이 보다 용이해진다.
(A9) 성막 공정에서의 퍼지 공정에서는 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)가 가스 가열부에 의해 가열되고 퇴적막 제거 공정에서는 가스 가열부에 의한 가열이 정지된 상태에서 샤워 헤드에 퍼지 가스(불활성 가스)가 공급되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 용이해진다. 또한 성막 공정에서 샤워 헤드의 온도를 프로세스 윈도우의 범위 내로 유지하는 것이 용이해지기 때문에 양호한 막질을 얻을 수 있다.
(A10) 퇴적막 제거 공정에서는 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량이 성막 공정의 퍼지 공정에서 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 용이해진다.
(A11) 상기 제1 배기 공정에서는 처리실에 설치된 퍼지 가스 공급계(제4 가스 공급계)로부터 처리실 내에 퍼지 가스(불활성 가스)를 공급하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 보다 용이해진다.
<제2 실시 형태>
다음으로 도 5와 도 6을 이용하여 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제3 가스 공급계를 설명하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도다. 제2 실시 형태의 기판 처리 장치와 제1 실시 형태의 기판 처리 장치의 차이점은 도 5에 도시하는 제3 가스 공급계와 상기 제3 가스 공급계를 제어하는 컨트롤러뿐이며, 그 외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 5에 도시하는 바와 같이 제2 실시 형태의 제3 가스 공급계는 제1 실시 형태의 제3 가스 공급계(245)에서 제3 가스 공급원(245b)과 매스 플로우 컨트롤러(245c) 사이에 개폐 밸브인 밸브(245f)와, 가스를 저장하는 가스 저류부인 탱크(245g)와, 개폐 밸브인 밸브(245h)를 추가한 것이다.
도 6을 이용하여 제2 실시 형태의 제3 가스 공급계의 동작을 설명한다. 도 6과 제1 실시 형태의 도 4의 차이점은 시각t3 내지 시각t4에서의 퍼지 가스의 유량과 퍼지 가스의 흘리는 방법이며, 그 외의 점은 도 4와 마찬가지이다.
도 6의 P6에 도시하는 바와 같이 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 마찬가지로 퇴적막 제거 공정(S110)의 제1 스텝C1에서 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열되지 않은 퍼지 가스가 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 시각t3에서 제3 가스 공급계(245)의 탱크(245g)에 저장된 퍼지 가스가 밸브(245d)와 밸브(245h)가 열림이 되는 것에 의해 한 번에 버퍼실(232) 내에 공급된다. 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 초기 유량(공급 시작 시의 유량)은 제1 실시 형태에서의 퍼지 가스의 유량보다 커지도록 탱크(245g)의 용량이 설정된다.
도 6의 P6에 도시하는 바와 같이 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 유량은 공급 시작 시에는 크지만, 점차로 작아져 이윽고 제1 실시 형태에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 유량과 같아진다. 또한 도 6의 P6의 형상은 유량의 개략을 도시한 것이기 때문에 정확한 것이 아니다.
이와 같이 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스 초기 유량이 공급 종료 시의 유량보다 크게 되도록 하였기 때문에 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스의 유량을 크게 하는 것이 용이해진다. 또한 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 충돌하는 퍼지 가스의 압력이 단시간에 변화하는 것과 함께 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)의 온도를 단시간에 크게 냉각하는 것이 가능해지기 때문에 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적막을 보다 제거하기 쉬워진다.
또한 퍼지 가스를 탱크(245g)에 저장하는 것은 시각t2 내지 시각t3의 P5가 종료된 후, 밸브(245d)와 밸브(245h)를 닫힌 상태에서 밸브(245f)가 열림이 되는 것에 의해 수행된다. 그 후, 퍼지 가스가 소정량, 탱크(245g)에 저장된 후, 전술한 바와 같이 도 6의 시각t3의 타이밍으로 밸브(245d)와 밸브(245h)가 열림이 되는 것에 의해 퍼지 가스가 탱크(245g)로부터 버퍼실(232) 내에 한 번에 공급된다.
제2 실시 형태의 제2 스텝C2에서의 제3 가스 공급계의 동작은 제1 실시 형태의 제2 스텝C2에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다. 또한 제2 실시 형태의 성막 공정(S104)에서의 제3 가스 공급계의 동작은 밸브(245f)와 밸브(245h)가 상시 열린 상태에서 수행되기 때문에 제1 실시 형태의 성막 공정(S104)에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다.
또한 제2 실시 형태에서 제4 가스 공급계에도 탱크를 구비하여 제3 가스 공급계와 마찬가지의 구성으로 하여 제3 가스 공급계와 마찬가지의 동작을 수행해도 좋다.
제2 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 1개를 가질 수 있다.
(B1) 퇴적막 제거 공정에서는 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량이 성막 공정에서 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 용이해진다.
(B2) 퇴적막 제거 공정에서는 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급 시작 시의 유량이 공급 종료 시의 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것이 보다 용이해진다.
<제3 실시 형태>
다음으로 도 7과 도 8을 이용하여 본 발명의 제3 실시 형태를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 제3 가스 공급계를 설명하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 시퀀스도다. 제3 실시 형태의 기판 처리 장치와 제1 실시 형태의 기판 처리 장치의 차이점은 도 7에 도시하는 제3 가스 공급계와 상기 제3 가스 공급계를 제어하는 컨트롤러뿐이며, 그 외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 7에 도시하는 바와 같이 제3 실시 형태의 제3 가스 공급계는 제1 실시 형태의 제3 가스 공급계(245)에서 제3 가스 공급원(245b)과 매스 플로우 컨트롤러(245c) 사이에 제1 가스 저류계와 제2 가스 저류계를 병렬로 접속한 것이다. 제1 가스 저류계는 개폐 밸브인 밸브(245f)와, 가스를 저장하는 가스 저류부인 탱크(245g)와, 개폐 밸브인 밸브(245h)를 포함하도록 구성된다. 제2 가스 저류계는 제3 가스 공급관(245a)으로부터 분기된 가스 분기관(245p)에 설치되고, 개폐 밸브인 밸브(245k)와, 가스를 저장하는 가스 저류부인 탱크(245m)와, 개폐 밸브인 밸브(245n)를 포함하도록 구성된다.
도 8을 이용하여 제3 실시 형태의 제3 가스 공급계의 동작을 설명한다. 도 8과 제1 실시 형태의 도 4의 차이점은 시각t3 내지 시각t5에서의 퍼지 가스의 유량과, 퍼지 가스의 흘리는 방법이며, 그 외의 점은 도 4와 마찬가지이다. 또한 제3 실시 형태의 시각t3 내지 시각t4(제1 스텝C1)에서의 제3 가스 공급계의 동작은 제2 실시 형태의 시각t3 내지 시각t4(제1 스텝C1)에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
도 8의 P7에 도시하는 바와 같이 제3 실시 형태에서는 퇴적막 제거 공정(S110)의 제2 스텝C2에서 제3 가스 공급계(245)와 제4 가스 공급계(249)로부터 가열되지 않은 퍼지 가스가 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 시각t4에서 제3 가스 공급계(245)의 탱크(245m)에 저장되었던 퍼지 가스가 밸브(245n)가 열림이 되는 것에 의해 한 번에 버퍼실(232) 내에 공급된다. 이와 같은 가스의 흘리는 방법을 플러시 플로우(Flush Flow)라고 부른다. 밸브(245d)는 도 8의 P6에서 이미 열림 상태로 이루어진다. P7에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 초기 유량이 제1 실시 형태에서의 퍼지 가스의 유량보다 커지도록, 탱크(245m)의 용량이 설정된다.
도 8의 P7에 도시하는 바와 같이 P7에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 유량은 공급 시작 시에는 크지만 점차 작아져서 이윽고 제1 실시 형태에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 유량과 같아진다. 또한 도 8의 P7의 형상은 유량의 개략을 도시하는 것이기 때문에 정확한 것이 아니다.
또한 퍼지 가스를 탱크(245m)에 저장하는 것은 시각t4까지의 동안, 밸브(245n)가 닫힌 상태에서 밸브(245k)가 열림이 되는 것에 의해 수행된다. 그 후, 퍼지 가스가 소정량 탱크(245m)에 저장된 후, 전술한 바와 같이 도 8의 t4의 타이밍으로 밸브(245n)가 열림이 되는 것에 의해 퍼지 가스가 탱크(245m)로부터 버퍼실(232) 내에 한 번에 공급된다. 소정 시간이 경과하고 P7(제2 스텝C2)이 종료되면, 밸브(245n)가 닫히고 퍼지 가스 탱크(245m)로의 저장이 시작된다.
전술한 바와 같이 제3 실시 형태의 제1 스텝C1에서의 제3 가스 공급계의 동작은 제2 실시 형태의 제1 스텝C1에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다. 또한 제3 실시 형태의 성막 공정(S104)에서의 제3 가스 공급계의 동작은 밸브(245f)와 밸브(245h)가 열린 상태에서 수행되기 때문에 제1 실시 형태의 성막 공정(S104)에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다.
또한 제3 실시 형태에서 제4 가스 공급계에도 탱크를 구비하여 제3 가스 공급계와 마찬가지의 구성으로 하여 제3 가스 공급계와 마찬가지의 동작을 수행해도 좋다.
제3 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과의 적어도 1개를 가질 수 있다.
(C1) 제1의 배기 공정과 제2 배기 공정의 각각에서 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급 시작 시의 유량이 공급 종료 시의 유량보다 크게 되도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드 내의 퇴적막을 제거하는 것과 처리실 내에 있는 파티클을 배출하는 것이 보다 용이해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 각 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하며, 그 효과도 갖가지 변경에 맞춰서 얻을 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 질화티타늄(TiN)막을 형성하는 TiN형성 처리에 대하여 설명하였지만 본 발명은 TiN막 형성 처리에 한정되지 않고, 산화실리콘(SiO)막을 형성하는 SiO막 형성 처리나, 질화실리콘(SiN)막을 형성하는 SiN막 형성 처리나, 텅스텐(W)막을 형성하는 W막 형성 처리 등에도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 2종류의 처리 가스를 교호적으로 기판 상에 공급하는 성막 처리에 대하여 설명하였지만 본 발명은 복수 종류의 처리 가스를 교호적으로 기판 상에 공급하는 성막 처리에 한정되지 않고, 복수 종류의 처리 가스를 동시에 기판 상에 공급하는 성막 처리에도 적용 가능하다. 또한 성막 처리 이외의 기판 처리에도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 기판(200)을 원형의 웨이퍼로 하였지만, 직사각형[矩形]의 기판이어도 좋다.
이하, 부기(附記)로서 본 발명의 형태를 기재한다.
(부기1)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기2)
부기1에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 성막 공정에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 공정; 및 상기 제1 배기 공정 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 공정;을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기3)
부기2에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제1 배기 공정에서는 상기 처리실 내의 분위기가 상기 샤워 헤드 내에 유입되는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기4)
부기2 또는 부기3에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제2 배기 공정에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기가 상기 처리실 내에 유입되는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기5)
부기1 내지 부기4 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제1 배기 공정에서는 상기 제2 배기계의 배기 유량이 상기 제1 배기계의 배기 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
(부기6)
부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제2 배기 공정에서는 상기 제1 배기계의 상기 배기 유량이 상기 제2 배기계의 상기 배기 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
(부기7)
부기1 내지 부기6 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 불활성 가스는 상기 처리실에 설치되며 가스 가열부를 구비하는 불활성 가스 공급계에 의해서 공급되고, 상기 성막 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스가 상기 가스 가열부에 의해 가열되는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기8)
부기7에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 가스 가열부에 의한 가열이 정지된 상태에서 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 불활성 가스가 공급되는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기9)
부기1 내지 부기8 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 유량이 상기 성막 공정에서 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
(부기10)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 공급 시작 시의 유량이 공급 종료 시의 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
(부기11)
부기1 내지 부기10 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드 내를 가열하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기12)
부기2 내지 부기11 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제1 배기 공정에서는 상기 처리실에 접속된 제2 불활성 가스 공급계로부터 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기13)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하는 기판 처리 방법.
(부기14)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 순서; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 순서 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 순서;를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.
(부기15)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 순서; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 순서 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 순서;를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
(부기16)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하는 기판의 제조 방법.
(부기17)
샤워 헤드를 포함하고 기판을 처리하는 처리실; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급계; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계; 및 상기 성막 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 성막 가스를 상기 처리실 내에 공급한 후 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 막을 기판 상에 형성하는 성막 처리와, 상기 성막 처리 후에 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 처리 시에 공급하는 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 처리에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 처리를 수행하도록 상기 성막 가스 공급계와 상기 불활성 가스 공급계를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
(부기18)
부기17에 기재된 기판 처리 장치로서, 상기 처리실에 설치된 제1 배기계와, 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 성막 처리에서는 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하고, 상기 퇴적막 제거 처리에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 상기 제2 배기계에 의해 배출하는 제1 배기 처리와, 상기 제1 배기 처리 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 처리를 수행하도록 상기 제1 배기계와 상기 제2 배기계를 제어하는 기판 처리 장치.
(부기19)
샤워 헤드를 포함하고 기판을 처리하는 처리실; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 제1 성막 가스와 제2 성막 가스를 교호적으로 공급하는 성막 가스 공급계; 상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계; 상기 불활성 가스 공급계에 설치되고 상기 불활성 가스의 공급 배관을 가열하는 배관 가열부; 및 상기 성막 가스 공급계와 상기 불활성 가스 공급계와 상기 배관 가열부와 상기 샤워 헤드 가열부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 배관 가열부를 ON으로 한 상태에서 상기 성막 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 제1 성막 가스를 상기 처리실 내에 공급한 후 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급하고 그 후 상기 성막 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 제2 성막 가스를 상기 처리실 내에 공급한 후 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 막을 상기 기판 상에 형성하는 성막 처리와, 상기 성막 처리 후에 상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서 상기 배관 가열부를 OFF로 한 상태에서 상기 성막 처리 시에 공급하는 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 처리에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 처리를 수행하도록 제어하는 기판 처리 장치.
(부기20)
부기19에 기재된 기판 처리 장치로서, 상기 처리실에 설치된 제1 배기계와, 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 성막 처리에서는 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하고, 상기 퇴적막 제거 처리에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 상기 제2 배기계에 의해 배출하는 것과 함께 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제1 배기 처리와, 상기 제1 배기 처리 후 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 처리를 수행하는 기판 처리 장치.
(부기21)
샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 상기 성막 공정 시에 공급된 상기 성막 가스를 퍼지하기 위해서 불활성 가스를 공급하고, 상기 샤워 헤드 내와 상기 처리실 내를 퍼지하는 퍼지 공정; 및 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 및 상기 처리실의 내벽에 퇴적한 퇴적막에 상기 퇴적막보다 낮은 온도의 불활성 가스를 공급하여, 상기 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
100: 반도체 제조 장치(기판 처리 장치) 200: 웨이퍼
201: 처리실 220: 제1 배기계(처리실 배기 라인)
221: 배기구 222: 배기관
223: 압력 조정기(APC밸브) 224: 진공 펌프
230: 샤워 헤드 231: 덮개
231a: 덮개 구멍 231b: 샤워 헤드 가열부
231c: 샤워 헤드 배기 구멍 232: 버퍼실
234: 분산판 235: 가스 가이드
241: 가스 도입구 243: 제1 가스 공급계
244: 제2 가스 공급계 245: 제3 가스 공급계
246: 제1 불활성 가스 공급계 247: 제2 불활성 가스 공급계
249: 제4 가스 공급계 260: 컨트롤러(제어부)
261: 연산부 262: 기억부
270: 제2 배기계(샤워 헤드 배기 라인) 271: 배기관
272: 개폐 밸브(밸브) 273: 압력 조정기(APC밸브)
274: 진공 펌프

Claims (16)

  1. 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정; 및
    상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 공정 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 공정에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 공정;
    을 포함하되,
    상기 성막 공정에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고,
    상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 공정; 및
    상기 제1 배기 공정 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 공정;
    을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배기 공정에서는 상기 처리실 내의 분위기가 상기 샤워 헤드 내에 유입되는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배기 공정에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기가 상기 처리실 내에 유입되는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배기 공정에서는 상기 제2 배기계의 배기 유량이 상기 제1 배기계의 배기 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배기 공정에서는 상기 제1 배기계의 배기 유량이 상기 제2 배기계의 배기 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 상기 처리실에 설치되며 가스 가열부를 구비하는 불활성 가스 공급계에 의해서 공급되고,
    상기 성막 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스가 상기 가스 가열부에 의해 가열되는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 가스 가열부에 의한 가열이 정지된 상태에서 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 불활성 가스가 공급되는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 유량이 상기 성막 공정에서 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급되는 불활성 가스의 공급 시작 시의 유량이 공급 종료 시의 유량보다 큰 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 퇴적막 제거 공정에서는 상기 샤워 헤드 내를 가열하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배기 공정에서는 상기 처리실에 접속된 제2 불활성 가스 공급계로부터 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 순서; 및
    상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 순서 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 순서에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 순서;를 포함하되,
    상기 성막 순서에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고,
    상기 퇴적막 제거 순서에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 순서; 및
    상기 제1 배기 순서 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 순서;
    를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  14. 샤워 헤드를 포함하고 기판을 처리하는 처리실;
    상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급계;
    상기 샤워 헤드에 접속되고 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계;
    상기 처리실에 설치된 제1 배기계와, 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계; 및
    상기 성막 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 성막 가스를 상기 처리실 내에 공급한 후 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 막을 기판 상에 형성하는 성막 처리와, 상기 성막 처리 후에 상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 처리 시에 공급하는 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 불활성 가스 공급계로부터 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 처리에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 처리를 수행하되, 상기 성막 처리에서는 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하고, 상기 퇴적막 제거 처리에서는 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 상기 제2 배기계에 의해 배출하는 제1 배기 처리와, 상기 제1 배기 처리 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 처리를 수행하도록 상기 성막 가스 공급계와 상기 불활성 가스 공급계와 상기 제1 배기계와 상기 제2 배기계를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 삭제
  16. 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 불활성 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 순서; 및
    상기 처리실 내에 상기 기판이 없는 상태에서 상기 성막 순서 시에 공급하는 상기 불활성 가스보다 낮은 온도의 불활성 가스를 상기 샤워 헤드에 공급하여, 상기 성막 순서에 의해 상기 샤워 헤드 내에 퇴적한 퇴적막을 제거하는 퇴적막 제거 순서;를 포함하되,
    상기 성막 순서에서는 상기 처리실에 설치된 제1 배기계에 의해 상기 처리실 내의 분위기를 배출하고,
    상기 퇴적막 제거 순서에서는 상기 샤워 헤드에 설치된 제2 배기계에 의해 상기 샤워 헤드 내의 분위기를 배출하는 제1 배기 순서; 및
    상기 제1 배기 순서 후, 상기 처리실 내의 분위기를 상기 제1 배기계에 의해 배출하는 제2 배기 순서;
    를 컴퓨터에 실행시키도록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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