KR101718419B1 - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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토오루 카쿠다
히데토 타테노
타쿠야 조다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
에이제트 일렉트로닉 머티어리얼스 (룩셈부르크) 에스.에이.알.엘.
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Abstract

본 발명은, 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정; 상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 공정; 및 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;을 포함한다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 방법, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
대규모 집적 회로(Large Scale Integrated Circuit: 이하, 단순히 LSI라고도 부른다)의 미세화에 따라 트랜지스터 소자 사이의 누설 전류 간섭을 제어하는 가공 기술은 기술적인 어려움이 가중되고 있다. LSI의 소자 사이 분리는 기판이 되는 실리콘(Si) 상에 인접하여 설치된 분리 대상의 소자 사이에 홈[溝] 또는 공(孔) 등의 공극(空隙)을 형성하고, 그 공극 내에 절연물을 퇴적하는 방법에 의해 이루어지고 있다. 절연물로서는 산화막이 이용되는 경우가 많고, 예컨대 실리콘 산화막(SiO막)이 이용된다. SiO막은 Si 기판 자체의 산화나, 화학 기상 성장법(Chemical Vapor Deposition: CVD법)이나, 절연물 도포법(Spin On Dielectric:SOD법) 등에 의해 형성할 수 있다.
최근의 미세화에 따라 미세 구조 내로의 산화물의 매립, 특히 종(縱)방향으로 깊거나 또는 횡(橫)방향으로 좁은 공극 구조 내로의 산화물의 매립을 수행할 때에 CVD법에 의한 매립 방법은 기술적인 한계에 달하고 있다. 이러한 배경으로 인하여 유동성을 가지는 산화물을 이용한 매립 방법, 즉 SOD법의 채택이 증가 경향에 있다. SOD법에서는 SOG(Spin On Glass)라고 불리는 무기 또는 유기 성분을 포함하는 도포 절연 재료가 이용되고 있다. 이 재료는 CVD 산화막의 등장 이전부터 LSI의 제조 공정에 채택되고 있었지만, 가공 기술이 0.35μm 내지 1μm 정도의 가공 치수이었다. 미세화를 실현하기 위해서 이 재료를 도포한 후에 예컨대 질소 분위기에서 400℃ 정도의 열처리를 수행하는 개질 공정이 실시되는 경우가 있다.
하지만 최근 LSI, DRAM(Dynamic Random Access Memory), 플래시 메모리로 대표되는 반도체 장치의 최소 가공 치수가 30nm 폭보다 작아지고 있다. 그렇기 때문에 SOD법을 이용하는 경우에서 품질을 유지한 상태의 미세화나, 제조 스루풋 향상의 달성이나, 처리 온도의 저온화가 과제가 되고 있다.
본 발명은 기판 상에 형성되는 막의 특성을 향상시키는 것과 함께 제조 스루풋을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정; 상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 공정; 및 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 수용하는 처리 용기; 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 기판을 가열하는 가열부; 및 상기 기판을 제1 온도로 가열하는 것과 함께 상기 처리 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질 처리한 후에, 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 상기 기판을 가열하도록, 상기 처리 가스 공급부와 상기 가열부를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정; 상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 공정; 및 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 순서; 상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 순서; 및 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 순서;를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판 상에 형성되는 막의 특성을 향상시키는 것과 함께 제조 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로의 종단면(縱斷面) 개략도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정 사전 처리를 도시하는 플로우 차트.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 이벤트와 온도의 타이밍 예를 도시하는 도면.
도 7은 종래의 기판 처리 이벤트와 온도의 타이밍 예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태와 종래의 기판 상의 이물양의 비교를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도.
우선 발명자들이 얻은 지견에 대하여 설명한다.
발명자들은 실라잔 결합(≡Si-N=결합, 이하, -Si-N-결합이라고도 표기한다)을 함유하는 막이 표면에 형성된 기판, 예컨대 폴리실라잔(SiH2NH, 이하, PHPS라고도 부른다)을 표면에 도포하여 폴리실라잔 막을 형성한 기판을 처리액이나 처리 가스로 처리하면, 복수의 이물(파티클)이 발생하여 처리 후의 기판 상에 부착된다는 과제를 발견했다. 또한 이물의 발생에 의해 품질을 유지하지 못해 미세화가 저해되는 과제를 발견했다. 또한 이들에 부수되어 품질을 확보한 기판 처리를 계속할 수 없어 제조 스루풋이 악화되는 과제를 발견했다.
발명자들은 이들 과제의 원인을 다음과 같이 추측했다.
우선 폴리실라잔 막은 폴리실라잔 용액의 도포와 프리베이크에 의해 형성된다. 하지만 이 프리베이크로는 폴리실라잔의 도포막 중의 용제나 불순물을 완전히 제거하기 어렵다. 이에 따라 그 후에 수행되는 개질 처리 공정에서 프리베이크 후의 폴리실라잔 막 중에 잔존하는 용제가 막 중으로부터 이탈하여 처리 용기 내에 아웃 가스로서 방출되고, 기판에 재부착되어 반응을 일으키는 경우가 있다.
또한 프리베이크나 개질 처리 공정에서 분자량이 낮은 폴리실라잔이 도포막 중으로부터 이탈하여 처리 용기 내에 아웃 가스로서 방출되고, 기판에 재부착되어 잔존 용제와 반응하는 경우가 있다. 그 결과, 기판 표면에 SiO의 이물 또는 불순물로서 부착되는 경우가 있다.
또한 개질 처리 공정에서 처리액으로서 이용되는 과산화수소(H2O2)수에 포함되는 불순물과, 폴리실라잔 막 중에 잔존하는 용제 등이 반응하여 부생성물이 생성되는 경우가 있다.
이 원인에 기초하여 예의 연구한 결과, 발명자들은 폴리실라잔 막을 개질한 후의 건조 처리 공정에서 폴리실라잔 도포 후의 프리베이크 시의 온도 이하의 온도로 기판을 건조시키는 방법, 또는 처리액의 순도를 높이는 것, 또는 이 방법을 조합하는 것 등에 의해 전술한 과제를 해결할 수 있다는 사실을 발견했다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태 중 하나인 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성에 대하여 주로 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면으로 도시한다. 도 2는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로(202)의 종단면 개략도다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 처리 용기(203)(반응관)를 구비한다. 처리 용기(203)는 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 처리 용기(203)(반응관)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리 용기(203)의 하부에는 처리 용기(203)의 하단 개구[노구(爐口)]를 기밀하게 봉지(폐색) 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 처리 용기(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 원판 형상으로 형성된다. 기판의 처리 공간이 되는 처리실(201)은 주로 처리 용기(203)와 씰 캡(219)으로 구성된다.
(기판 지지부)
기판 지지부[기판 보지부(保持部)]로서의 보트(217)는 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 보지할 수 있도록 구성된다. 보트(217)는 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지하는 복수 개의 지주(217a)를 구비한다. 지주(217a)는 예컨대 3개 구비된다. 복수 개의 지주(217a)는 각각 저판(217b)과 천판(217c) 사이에 가설(架設)된다. 복수 매의 웨이퍼(200)는 지주(217a)에 의해 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬되어 관축 방향에 다단으로 보지되도록 구성된다. 천판(217c)의 바깥지름은 보트(217)에 보지되는 웨이퍼(200)의 최대 바깥지름보다 커지도록 형성된다.
지주(217a), 저판(217b), 천판(217c)의 구성 재료로서는 예컨대 산화실리콘(SiO2), 탄화실리콘(SiC), 산화알루미늄(AlO), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘(SiN), 산화지르코늄(ZrO) 등의 열전도성이 높은 비금속 재료가 이용된다. 특히 전술한 구성 재료로서 열전도율이 10W/mK 이상인 비금속 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 열전도율이 문제되지 않는다면 전술한 구성 재료로서 석영(SiO) 등을 이용해도 좋다. 또한 금속에 의한 웨이퍼(200)로의 오염이 문제되지 않는다면 지주(217a), 천판(217c)을 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료로 형성해도 좋다. 지주(217a), 천판(217c)의 구성 재료로서 금속을 이용하는 경우, 이들 금속 부재에 세라믹이나 테프론(등록상표) 등의 피막을 형성해도 좋다.
보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 탄화실리콘 등의 내열 재료로 이루어지는 단열체(218)가 설치되고, 제1 가열부(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측으로 전달되기 어렵도록 구성된다. 단열체(218)는 단열 부재로서 기능하는 것과 함께 보트(217)를 보지하는 보지체로서도 기능한다. 단열체(218)는 도시되는 바와 같이 원판 형상으로 형성된 단열판이 수평 자세로 다단으로 복수 매 설치된 것에 한정되지 않고, 예컨대 원통 형상으로 형성된 석영 캡 등이어도 좋다. 또한 단열체(218)는 보트(217)의 구성 부재 중 하나로서 생각해도 좋다.
(승강부)
처리 용기(203)의 하방(下方)에는 보트(217)를 승강시켜서 처리 용기(203)의 내외로 반송하는 승강부로서의 보트 엘리베이터가 설치된다. 보트 엘리베이터에는 보트 엘리베이터에 의해 보트(217)가 상승되었을 때에 노구를 봉지하는 씰 캡(219)이 설치된다.
씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치된다. 보트 회전 기구(267)의 회전축(261)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 보트 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다.
(제1 가열부)
처리 용기(203)의 외측에는 처리 용기(203)의 측벽면을 둘러싸는 동심원 형상으로, 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)를 가열하는 제1 가열부(207)가 설치된다. 제1 가열부(207)는 히터 베이스(206)에 의해 지지되어 설치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 가열부(207)는 제1 내지 제4 히터 유닛(207a 내지 207d)을 구비한다. 히터 유닛(207a 내지 207d)은 각각 처리 용기(203) 내에서의 웨이퍼(200)의 배열 방향을 따라 설치된다.
처리 용기(203) 내에는 가열부로서의 히터 유닛(207a 내지 207d)마다 웨이퍼(200) 또는 주변 온도를 검출하는 온도 검출기로서 예컨대 열전대 등의 제1 내지 제4 온도 센서(263a 내지 263d)가 설치된다. 온도 센서(263a 내지 263d)는 각각 처리 용기(203)와 보트(217) 사이에 각각 설치된다. 또한 온도 센서(263a 내지 263d)는 각각 히터 유닛(207a 내지 207d)에 의해 각각 가열되는 복수 매의 웨이퍼(200) 중 그 중앙에 위치하는 웨이퍼(200)의 온도를 검출하도록 설치되어도 좋다.
제1 가열부(207), 온도 센서(263a 내지 263d)에는 도 3에 도시하는 온도 제어 컨트롤러(400)를 개재하여 후술하는 컨트롤러(121)가 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(121)는 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)의 온도가 소정의 온도가 되도록 온도 센서(263a 내지 263d)에 의해 각각 검출된 온도 정보에 기초하여 히터 유닛(207a 내지 207d)으로의 공급 전력을 소정의 타이밍에 각각 제어하도록 구성된다. 또한 컨트롤러(121)는 히터 유닛(207a 내지 207d)마다 개별로 온도 설정이나 온도 조정을 수행할 수 있도록 구성된다.
(가스 공급부)
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이 처리 용기(203)와 제1 가열부(207) 사이에는 처리액 공급 노즐(501)이 설치된다. 처리액 공급 노즐(501)은 예컨대 열전도율이 낮은 석영 등에 의해 형성된다. 처리액 공급 노즐(501)은 이중관 구조이어도 좋다. 처리액 공급 노즐(501)은 처리 용기(203)의 외벽의 측부를 따라 배설(配設)된다. 처리액 공급 노즐(501)의 선단(先端)(하류단)은 처리 용기(203)의 정부(頂部)(상단 개구)에 기밀하게 접속된다. 처리 용기(203)의 상단 개구에 접속된 처리액 공급 노즐(501)의 선단에는 공급공(502)이 설치된다. 공급공(502)은 처리액 공급 노즐(501) 내를 흐르는 처리액을 처리 용기(203) 내에 수용된 보트(217)의 상부에 설치된 기화기(217d)를 향하여 공급하도록 구성된다. 후술하는 예에서는 공급공(502)은 기화기(217d)를 향하여 처리액을 적하하도록 구성된다. 단, 공급공(502)의 구성은 이와 같은 형태에 한정되지 않고, 예컨대 공급공(502)으로부터 기화기(201d)를 향하여 처리액을 분사하도록 구성해도 좋다. 가스 공급부는 주로 기화부로서의 기화기(217d), 처리액 공급 노즐(501) 및 처리액 공급부로서의 공급공(502)으로 구성된다.
또한 전술한 가스 공급부에는 산소 함유 가스 공급부(602)를 포함시키도록 구성해도 좋다. 산소 함유 가스 공급부(602)는 산소 함유 가스를 공급하는 가스 공급관(602c)을 구비한다. 가스 공급관(602c)에는 상류측부터 순서대로 밸브(602a), 가스 유량 제어부(602b)(매스 플로우 컨트롤러), 밸브(601d)가 설치된다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 아산화질소(NO) 가스 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스가 이용된다. 또한 가스 공급관(602c)에는 산소 함유 가스를 가열하는 가스 가열부(602e)가 설치된다. 가스 가열부(602e)는 가스 공급관(602c) 내를 흐르는 산소 함유 가스를 예컨대 80℃ 내지 150℃ 정도, 바람직하게는 100℃ 내지 120℃ 정도의 온도로 가열하도록 구성된다. 산소 함유 가스를 가열하는 것에 의해 기화기(217d)에 공급된 처리액의 기화를 보조할 수 있다. 또한 처리 용기(203) 내에 공급된 처리 가스의 액화를 억제할 수 있다. 또한 산소 함유 가스의 가열은 전술한 제1 가열부에서 수행되도록 구성해도 좋다.
처리액 공급 노즐(501)의 상류단에는 처리액을 공급하는 처리액 공급관(289a)의 하류단이 접속된다. 처리액 공급관(289a)에는 상류 방향부터 순서대로 액체 유량 제어 유닛(300)과, 퍼지 가스 공급부(601)가 설치된다.
(액체 유량 제어 유닛)
액체 유량 제어 유닛(300)은 처리액을 공급하는 유체관(310a)을 구비한다. 액체관(310a)의 하류단은 처리액 공급관(289a)의 상류단에 접속된다. 유체관(310a)에는 상류측부터 순서대로 리저브 탱크(301), 오토 밸브(302a), 핸드 밸브(303a), 필터(304), 오토 밸브(302b), 액체유량 컨트롤러(305)(LMFC), 밸브(302c, 302d)가 설치된다. 액체관(310a)의 상류단은 리저브 탱크(301) 내에 저류된 처리액의 액면 이하에 위치하도록 설치된다. 리저브 탱크(301)에는 압송 가스 공급부, 가스 배출부, 처리액 배출부가 접속된다. 리저브 탱크(301)의 용량은 1리터 내지 5리터로 하는 것이 바람직하고, 예컨대 2리터로 할 수 있다. 리저브 탱크(301)의 용량은 후술하는 기판 처리 공정이 2회 이상 연속 실행할 수 있는 용량으로 하는 것이 바람직하다.
압송 가스 공급부는 압송 가스를 공급하는 가스관(310b)을 구비한다. 가스관(310b)에는 상류측부터 순서대로 오토 밸브(302e), 기체유량 컨트롤러(309)(MFC), 오토 밸브(302f, 302g), 핸드 밸브(303b)가 설치된다. 가스관(310b)의 하류단은 리저브 탱크(301) 내에 저류된 처리액의 액면 상방(上方)에 위치하도록 설치된다. 적어도 가스관(310b), 오토 밸브(302g), MFC(309)에 의해 압송 가스 공급부가 구성된다. 오토 밸브(302e, 302f), 핸드 밸브(303b)를 압송 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다. 압송 가스 공급부로부터 리저브 탱크(301) 내에 압송 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스를 공급하는 것에 의해 리저브 탱크(301) 내로부터 필터(304)를 향하여 처리액이 압송된다.
가스 배출부는 가스관(310c)을 구비한다. 가스관(310c)에는 상류측부터 순서대로 핸드 밸브(303c), 오토 밸브(302h)가 설치된다. 가스관(310c)의 상류단은 리저브 탱크(301) 내에 저류된 처리액의 액면 상방에 위치하도록 설치된다. 적어도 가스관(310c), 오토 밸브(302h)에 의해 가스 배출부가 구성된다. 핸드 밸브(303c)를 가스 배출부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
유체관(310a)에서의 오토 밸브(302c와 302d) 사이에는 드레인 관(310e)이 접속된다. 드레인 관(310e)에는 오토 밸브(302i)가 설치된다. 또한 필터(304)에는 가스관(310d)이 접속된다. 가스관(310d)의 하류단은 드레인 관(310e)에서의 오토 밸브(302i)의 하류측에 접속된다. 가스관(310d)에는 오토 밸브(302j)가 설치된다. 필터(304)는 리저브 탱크(301)로부터 공급된 처리액 중에 포함되는 기체를 취출(取出)하고, 액체만 유체관(310a)을 개재하여 LMFC(305)에 보내도록 구성된다. 처리액 중에 포함되어 있었던 기체는 가스관(310d), 드레인 관(310e)을 개재하여 배출된다. 필터(304)로부터 보내진 처리액은 LMFC(305)에 의해 유량 제어되어 처리액 공급관(289a) 내에 공급된다.
퍼지 가스 공급부(601)는 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급관(601c)을 구비한다. 퍼지 가스 공급관(601c)에는 상류측부터 순서대로 오토 밸브(601a), MFC(601b), 오토 밸브(601d)가 설치된다. 퍼지 가스 공급관(601c)의 하류단은 처리액 공급관(289a)에 접속된다. 퍼지 가스로서는 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200)에 형성된 막에 대하여 반응성이 낮은 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직하고, 예컨대 질소(N2) 가스나, Ar(아르곤) 가스, He(헬륨) 가스, Ne(네온) 가스 등의 희가스가 이용된다.
(배기부)
처리 용기(203)의 하방에는 처리실(201) 내의 가스를 배기하는 제1 배기관(231)의 상류단이 접속된다. 제1 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(255), 진공 펌프(246a)(배기 장치)가 설치된다. 제1 배기관(231)에서의 APC 밸브(255)의 상류측에는 제2 배기관(243)이 접속된다. 제2 배기관(243)에는 상류측부터 순서대로 APC 밸브(240), 분리기(244), 진공 펌프(246b)(배기 장치)가 설치된다. 분리기(244)에는 액체회수 탱크(247)가 접속된다.
처리실(201) 내는 진공 펌프(246a, 246b)에서 발생하는 부압(負壓)에 의해 배기된다. 또한 APC 밸브(255, 240)는 밸브의 개폐에 의해 처리실(201) 내의 배기 및 배기 정지를 수행할 수 있는 개폐 밸브이며 또한 밸브 개도(開度)의 조정에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있는 압력 조정 밸브이기도 한다. 제1 배기관(231)에서의 APC 밸브(255)의 상류측에는 압력 검출기로서의 압력 센서(223)가 설치된다. 압력 센서(223)에는 후술하는 컨트롤러(121)(도 3 참조)가 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(121)는 압력 센서(223)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(255, 240)의 밸브 개도를 제어하여 처리실(201) 내의 압력이 원하는 압력이 되도록 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
주로 제1 배기관(231), APC 밸브(255), 압력 센서(223)에 의해 제1 배기부가 구성된다. 진공 펌프(246a)를 제1 배기부에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제2 배기관(243), APC 밸브(240)에 의해 제2 배기부가 구성된다. 제1 배기관(231)에서의 제2 배기관(243)과의 접속부보다 상류측, 압력 센서(223), 분리기(244), 진공 펌프(246b)를 제2 배기부에 포함시켜서 생각해도 좋다. 본 명세서에서는 제1 배기부 및 제2 배기부 중 어느 하나 또는 양방(兩方)을 단순히 배기부라고도 칭한다.
(제2 가열부)
후술하는 기판 처리 공정에서 반응물로서 예컨대 과산화수소를 이용하고 처리 가스로서 예컨대 과산화수소 가스를 이용하는 경우, 과산화수소 가스가 처리 용기(203) 내에서 과산화수소의 기화점보다 낮은 온도로 냉각되어 재액화될 가능성이 있다. 또한 과산화수소 가스란 예컨대 액체 상태의 과산화수소인 과산화수소수를 기화 또는 미스트화한 것을 말한다.
과산화수소 가스의 재액화는 처리 용기(203) 내에서의 제1 가열부(207)로 가열되는 영역 이외의 영역에서 발생하는 경우가 많다. 제1 가열부(207)는 전술한 바와 같이 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)를 가열하도록 설치된다. 그렇기 때문에 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)가 수용된 영역은 제1 가열부(207)에 의해 적절하게 가열된다. 하지만 처리 용기(203) 내에서의 웨이퍼(200)의 수용 영역 이외의 영역은 제1 가열부(207)로는 가열하기 어렵다. 그 결과, 처리 용기(203) 내에서의 제1 가열부(207)로 가열되는 영역 이외의 영역은 비교적 저온이 되기 쉽고, 과산화수소 가스가 이 저온의 영역을 통과할 때에 냉각되어 재액화하는 경우가 있다.
과산화수소 가스가 재액화하여 발생한 액체(이하, 단순히 「액체」라고도 부른다)는 처리 용기(203) 내의 저부(底部), 예컨대 씰 캡(219)의 상면 등에 저류하는 경우가 있다. 이에 따라 재액화된 과산화수소와 씰 캡(219)이 반응하여 씰 캡(219)이 손상되는 경우가 있다.
또한 액체가 씰 캡(219) 상에 저류되면, 씰 캡(219)을 하강시켜서 노구[처리 용기(203)의 하단 개구]를 개방했을 때, 씰 캡(219) 상의 액체가 노구로부터 처리 용기(203)의 외부에 떨어지는 경우가 있다. 이에 다라 처리로(202)의 노구 주변의 부재가 손상되는 경우가 있는 것과 함께, 작업원들이 안전하게 처리로(202) 부근에 출입할 수 없는 경우가 있다.
과산화수소수는 예컨대 상온에서 고체 또는 액체인 원료(반응물)로서 과산화수소(H2O2)를 이용하고 용매로서 물(H2O)을 이용하여, 과산화수소를 물에 용해시키는 것에 의해 제조된다. 과산화수소의 비점(기화점)은 물의 비점보다 높다고 알려져 있다. 이에 따라 과산화수소 가스가 재액화하여 발생한 액체는 처리 용기(203) 내에 공급될 때의 과산화수소수에 비해 과산화수소의 함유 농도가 높아지는 경우가 있다.
그리고 과산화수소 가스가 재액화하는 것에 의해 발생한 액체가 처리 용기(203) 내에서 다시 기화하여, 기화 가스가 다시 발생하는 경우가 있다(이하, 이 가스를 「재기화 가스」라고도 부른다). 전술한 바와 같이 과산화수소와 물은 기화점이 다르고, 먼저 물이 증발하여 배기된다. 그렇기 때문에 재기화 가스는 웨이퍼(200)에 공급된 직후의 과산화수소 가스에 비해 과산화수소의 농도가 높아지는 경우가 있다.
따라서 재기화 가스가 발생한 처리 용기(203) 내에서는 과산화수소 가스의 농도가 불균일해지는 경우가 있다. 예컨대 고농도의 과산화수소수가 저류되기 쉬운 처리 용기(203) 내의 저부에서는, 그 이외의 장소에 비해 과산화수소 가스의 농도가 높아지는 경향이 있다. 그 결과, 처리 용기(203) 내의 복수 매의 웨이퍼(200) 사이에서의 기판 처리가 불균일해져, 기판 처리의 특성에 편차가 발생하는 경우가 있다. 또한 로트 사이에서의 기판 처리가 불균일해지는 경우도 있다.
또한 과산화수소의 재액화와 재기화가 반복되는 것에 의해 과산화수소의 농도가 높아지는 경우가 있다. 그 결과, 과산화수소수의 고농도화에 의한 폭발이나 연소가 발생하는 우려도 있다.
이 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 가열부(207)로 가열되는 영역 이외의 영역을 가열하도록 제2 가열부(280)를 설치한다. 제2 가열부(280)는 예컨대 처리 용기(203)의 하부의 외측(외주)에 처리 용기(203)의 측벽면을 동심원 형상으로 둘러싸도록 설치하는 것이 바람직하다.
제2 가열부(280)는 제1 배기관(231)을 향하여 처리 용기(203)의 상측(상류측)으로부터 하측(하류측)으로 흐르는 과산화수소 가스를 처리 용기(203) 내의 하류측[즉 처리 용기(203) 내의 단열체(218)가 수용되는 영역]에서 가열하도록 구성된다. 또한 제2 가열부(280)는 처리 용기(203)의 노구부 주변의 부재, 즉 처리 용기(203)의 하단 개구를 봉지하는 씰 캡(219), 처리 용기(203)의 하부, 처리 용기(203) 내의 저부에 배설되는 단열체(218) 등의 처리 용기(203)의 하부를 구성하는 부재를 가열하도록 구성된다. 바꿔 말하면, 제2 가열부(280)는 보트(217)가 처리실(201) 내에 반입되었을 때의 저판(217b)의 위치보다 하방의 영역을 구성하는 부재를 가열하도록 구성된다.
제2 가열부(280)에는 후술하는 컨트롤러(121)가 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(121)는 처리 용기(203) 내의 온도를 처리 용기(203) 내의 하류측에서 처리 가스(과산화수소 가스)의 액화를 억제할 수 있는 온도(예컨대 100℃ 내지 300℃)로 하도록, 제2 가열부(280)로의 공급 전력을 소정의 타이밍에 제어하도록 구성된다. 제2 가열부(280)에 의한 처리 용기(203)의 노구부의 가열은 적어도 처리 용기(203) 내에 처리액이 공급되는 동안은 계속해서 수행된다. 바람직하게는 웨이퍼(200)가 처리 용기(203) 내에 반입된 후부터 반출되기 전까지 계속해서 수행된다. 제2 가열부(280)를 이용한 가열을 수행하는 것에 의해, 노구부에서의 처리 가스의 액화나 파티클이나 불순물 등의 노구부로의 부착을 방지할 수 있다. 또한 제2 가열부(280)를 이용한 가열을 웨이퍼(200)의 반입 직후부터 시작하는 것에 의해 처리 가스 공급 전의 환경을 정비하는 시간을 단축할 수 있다.
(제어부)
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a)(Central Processing Unit), RAM(121b)(Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하고, 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(121b)는 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 LMFC(305), MFC(309, 601b, 602b), 오토 밸브(302a 내지 302j, 601a, 601d, 602a, 602d), 셔터(252, 254, 256), APC 밸브(255, 240), 진공 펌프(246a, 246b), 압력 센서(223), 제1 가열부(207)(207a, 207b, 207c, 207d), 제2 가열부(280), 온도 센서(263a 내지 263d), 보트 회전 기구(267), 블로어 회전 기구(259) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터의 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(121a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 LMFC(305)에 의한 처리액의 유량 조정 동작, MFC(309, 601b, 602b)에 의한 가스의 유량 조정 동작, 오토 밸브(302a 내지 302j, 601a, 601d, 602a, 602d)의 개폐 동작, 셔터(252, 254, 256)의 차단 동작, APC 밸브(255, 240)의 개폐 조정 동작, 온도 센서(263a 내지 263d)에 기초하는 제1 가열부(207)의 온도 조정 동작, 제2 가열부(280)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246a, 246b)의 기동 및 정지, 블로어 회전 기구(259)의 회전 속도 조절 동작, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](123)를 준비하고, 이 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 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 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(123)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 사전 처리 공정
여기서 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 후술하는 기판 처리 공정을 수행하기 전에 수행되는 사전 처리 공정에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)에는 폴리실라잔(PHPS) 도포 공정(T20)과, 프리베이크 공정(T30)이 순서대로 수행된다. PHPS 도포 공정(T20)에서는 도포 장치(도시되지 않음)를 이용하여 웨이퍼(200)의 표면에 폴리실라잔을 도포한다. 도포된 폴리실라잔의 두께는 폴리실라잔의 분자량, 폴리실라잔 용액의 점도, 코터의 회전수에 의해 조정된다. 프리베이크 공정(T30)에서는 웨이퍼(200)의 표면에 도포된 폴리실라잔으로부터 용제가 제거된다. 구체적으로는 폴리실라잔을 도포한 웨이퍼(200)를 70℃ 내지 250℃ 정도의 온도로 가열하는 것에 의해 폴리실라잔의 도포막 중으로부터 용제를 휘발시킨다. 이 가열 처리는 바람직하게는 150℃ 정도로 수행된다.
웨이퍼(200)로서는 표면에 미세 구조인 요철(凹凸) 구조를 가지는 실리콘 기판 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 웨이퍼(200)의 표면에 공급된 폴리실라잔은 적어도 요부(凹部)[홈(溝)] 내에 충전되고, 홈 내에는 실라잔 결합을 포함하는 실리콘(Si) 함유막이 형성된다. 후술하는 기판 처리 공정에서는 이 실라잔 결합을 포함하는 Si 함유막이 형성되고, 이 막에 프리베이크가 수행되는 웨이퍼(200)에 대하여 처리 가스로서 과산화수소수의 기화 가스를 공급하여 개질 처리를 수행하는 예에 대하여 설명한다. 또한 Si 함유막에는 Si나 질소(N), 수소(H)가 포함되고, 경우에 따라서는 탄소(C)이나 다른 불순물이 혼합될 가능성이 있다. 또한 미세 구조를 가지는 기판이란 기판의 표면에 대하여 수직 방향에 깊은 홈(요부)이 형성된 기판이나, 기판의 표면에 대하여 평행 방향에 예컨대 10nm 내지 30nm 정도의 폭이 좁은 홈(요부)이 형성된 기판 등을 말한다. 즉 미세 구조를 가지는 기판이란 그 표면에 애스펙트비가 높은 요철 구조가 형성된 기판을 말한다.
(3) 기판 처리 공정
계속해서 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정에 대하여 도 5, 도 6을 이용하여 설명한다. 이 공정은 전술한 기판 처리 장치에 의해 실시된다. 본 실시 형태에서는 이 기판 처리 공정의 일 예로서 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용하여 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유막을 실리콘 산화막(SiO막)으로 개질(산화)하는 공정(개질 처리 공정)을 수행하는 경우에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
과산화수소수는 수증기(물, H2O)와 비교하면 활성화 에너지가 높고, 1분자 중에 포함되는 산소 원자의 수가 많기 때문에 산화력이 강하다. 그렇기 때문에 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용하는 것에 의해 웨이퍼(200) 표면의 홈 내에 형성된 막의 심부(深部)(홈의 저부)까지 산소 원자(O)를 도달시킬 수 있다. 따라서 웨이퍼(200) 상의 막의 표면부와 심부 사이에서 개질 처리의 정도를 보다 균일하게 할 수 있다. 즉 웨이퍼(200)에 형성된 막의 표면부와 심부 사이에서 보다 균일한 기판 처리를 수행할 수 있어, 개질 처리 후의 막의 유전율 등을 두께 방향에서 균일화시킬 수 있다. 또한 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용하는 것에 의해 개질 처리 공정을 저온으로 수행할 수 있어, 웨이퍼(200) 상에 형성된 회로 소자의 성능 열화 등을 억제할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 반응물로서의 과산화수소를 기화 또는 미스트화한 것(즉 기체 상태의 과산화수소)을 과산화수소 가스라고 부르고, 액체 상태의 과산화수소를 처리액(과산화수소수)이라고 부른다.
〔기판 반입 공정(S10)〕
우선 미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)한다.
그리고 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)를 보트 엘리베이터에 의해 들어 올려서 처리 용기(203) 내[처리실(201) 내]에 반입(보트 로드)한다. 이 상태에서 처리로(202)의 개구부인 노구는 씰 캡(219)에 의해 밀봉된 상태가 된다.
〔압력·온도 조정 공정(S20)〕
처리 용기(203) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246a, 246b) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 진공 배기한다. 또한 밸브(602a, 601d)를 열고 산소 함유 가스 공급부(602)로부터 처리 용기(203) 내에 산소 함유 가스를 공급한다. 바람직하게는 산소 함유 가스를 가스 가열부(602e)로 예컨대 100℃ 내지 120℃로 가열한 후에 공급한다. 이때 처리 용기(203) 내의 압력은 압력 센서(223)로 측정하고, 이 측정한 압력에 기초하여 APC 밸브(255, 240)의 개폐를 피드백 제어한다(압력 조정). 처리 용기(203) 내의 압력은 미(微)감압 상태, 예컨대 700hPa 내지 1,000hPa로 조정한다.
처리 용기(203) 내에 수용된 웨이퍼(200)가 소정의 제1 온도, 예컨대 40℃ 내지 300℃, 바람직하게는 70℃ 내지 130℃가 되도록 제1 가열부(207)로 가열한다. 이때 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)가 제1 온도가 되도록 온도 센서(263a 내지 263d)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터 유닛(207a 내지 207d)으로의 공급 전력을 피드백 제어한다(온도 조정). 이때 히터 유닛(207a 내지 207d)의 설정 온도는 모두 같은 온도가 되도록 제어한다. 또한 처리 용기(203) 내, 특히 처리 용기(203)(반응관)의 하방에 과산화수소 가스가 재액화되지 않는 온도가 되도록 제2 가열부(280)로 가열한다. 제2 가열부(280)의 설정 온도는 예컨대 100℃ 내지 200℃로 한다.
또한 웨이퍼(200)를 가열하면서 보트 회전 기구(267)를 작동하여 보트(217)의 회전을 시작한다. 이때 보트(217)의 회전 속도를 컨트롤러(121)에 의해 제어한다. 또한 보트(217)는 적어도 후술하는 개질 처리 공정(S30)이 종료할 때까지의 동안은 항상 회전시킨 상태를 유지한다.
〔개질 처리 공정(S30)〕
웨이퍼(200)가 소정의 제1 온도에 도달하고, 보트(217)가 원하는 회전 속도에 도달하면, 처리액 공급관(289a), 처리액 공급 노즐(501)을 개재한 처리 용기(203) 내로의 과산화수소수의 공급을 시작한다. 도 6에 개질 처리 공정(S30)을 80℃로 시작하는 예, 즉 제1 온도를 80℃로 했을 때의 예를 도시한다.
이하, 개질 처리 공정(S30)의 순서에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선 밸브(302h, 302j, 302i)를 닫은 상태에서 밸브(303a, 302a 내지 302d)를 연다. 다음으로 밸브(303b, 302e 내지 302g)를 열고 압송 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 리저브 탱크(301) 내에 MFC(309)로 유량 제어하면서 압송 가스를 공급한다. 그리고 리저브 탱크(301) 내에 저류되는 과산화수소수를 LMFC(305)로 유량 제어하면서 처리액 공급관(289a), 처리액 공급 노즐(501), 공급공(502)을 개재하여 처리 용기(203) 내에 공급한다. 과산화수소수의 유량은 예컨대 1cc/min 내지 30cc/min, 바람직하게는 5cc/min 내지 20cc/min, 보다 바람직하게는 10cc/min으로 한다. 압송 가스로서는 예컨대 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스나, He가스, Ne가스, Ar가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
여기서 처리액 공급 노즐(501) 내에는 과산화수소 가스가 아닌 과산화수소수를 흘리는 것이 바람직하다. 왜냐하면 처리액 공급 노즐(501) 내에 과산화수소 가스를 흘리면 처리액 공급 노즐(501)의 열 조건에 따라서는 처리 용기(203) 내에 공급되는 과산화수소 가스의 농도에 편차가 발생하는 경우가 있기 때문이다. 이 경우, 처리 용기(203) 내에서의 과산화수소의 농도 분포가 불안정해져 재현성 좋게 기판 처리를 수행하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 또한 처리액 공급 노즐(501) 내에서의 과산화수소의 농도가 고농도가 되면 처리액 공급 노즐(501)의 내부가 부식되는 경우도 있다. 그리고 부식에 의해 발생한 이물이 예컨대 막 처리 등의 기판 처리에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 그래서 본 실시 형태에서는 처리액 공급 노즐(501) 내에 과산화수소 가스가 아닌 과산화수소수를 흘린다.
처리액 공급 노즐(501)로부터 처리 용기(203) 내에 공급된 과산화수소수는 가열된 기화부로서의 기화기(217d)에 접촉하고 기화된다. 이에 의해 처리 가스로서의 과산화수소 가스(즉 과산화수소수 가스)가 생성된다. 또한 과산화수소수의 기화를 촉진시키기 위해서 기화기(217d)의 상부나 주위에 제3 가열부(도시되지 않음)를 설치하여 기화기(217d)를 가열하도록 구성해도 좋다.
처리실(201) 내에서 생성된 과산화수소수 가스는 제1 배기관(231)을 향해 흘르고, 이 과정에서 웨이퍼(200)의 표면에 공급된다. 그 결과, 웨이퍼(200)의 표면에서 산화 반응이 발생하고, 웨이퍼(200) 상에 형성되고 있었던 폴리실라잔 막은 SiO막으로 개질된다.
또한 처리 용기(203) 내에 과산화수소수를 공급할 때, 전술한 제2 배기계를 이용하여 처리실(201) 내의 배기를 수행하는 것에 의해 배기 가스 중에 포함되는 과산화수소를 회수해도 좋다. 이 경우, APC 밸브(255)를 닫고 APC 밸브(240)를 열어 처리 용기(203) 내의 분위기를 제2 배기관(243)을 개재하여 배기하면 좋다. 제2 배기관(243) 내를 흐른 배기 가스는 분리기(244)에 의해 과산화수소를 포함하는 액체와, 과산화수소를 포함하지 않는 기체로 분리된다. 과산화수소를 포함하는 액체는 액체회수 탱크(247) 내에 회수되어, 과산화수소를 포함하지 않는 기체는 진공 펌프(246b)로부터 배기된다.
또한 처리 용기(203) 내에 과산화수소수를 공급할 때, APC 밸브(255, 240)를 닫거나 개도를 작게 하는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 과산화수소 가스를 봉입하여 처리 용기(203) 내를 가압해도 좋다. 이에 의해 처리 용기(203) 내에서의 과산화수소 가스의 농도 분포를 균일화시킬 수 있어, 웨이퍼(200)의 면내(面內)에서의 개질 처리의 균일성 및 웨이퍼(200) 사이에서의 개질 처리의 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 처리 용기(203) 내를 가압하는 것에 의해 전술한 산화 반응을 촉진시켜 SiO막의 막질을 향상시키는 것도 가능해진다. 또한 산화 처리에 소요되는 시간을 단축시켜 생산성을 향상시키는 것도 가능해진다.
또한 처리 용기(203) 내로의 과산화수소수의 공급을 시작하기 전에 산소 함유 가스 공급부(602)로부터의 산소 함유 가스의 공급을 먼저 시작하여 처리 용기(203) 내를 미 감압 상태로 보지해두는 것이 바람직하다. 산소 함유 가스의 유량(제1 유량)은 예컨대 1slm 내지 30slm, 바람직하게는 5slm 내지 20slm, 보다 바람직하게는 10slm 내지 20slm으로 할 수 있다. 과산화수소 가스를 처리 용기(203)에 공급할 때에 산소 함유 가스를 공급하는 것에 의해 전술한 개질 속도를 향상시킬 수 있어, 개잘 처리에 소요되는 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 또한 처리 용기(203) 내에서의 이물의 발생을 억제하는 것도 가능해진다. 또한 처리 용기(203) 내로의 과산화수소수의 공급을 시작하기 전, 즉 과산화수소 가스의 생성을 시작하기 전에 처리 용기(203) 내로의 산소 함유 가스의 공급을 시작하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 면내에서의 개질 처리의 균일성, 웨이퍼(200) 사이에서의 개질 처리의 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 개질 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능해진다. 이에 대해서는 산소 함유 가스를 미리 공급하지 않은 상태에서 과산화수소 가스를 발생시킨 경우, 처리 용기(203)의 상부에 설치된 웨이퍼(200)로의 처리와, 처리 용기(203)의 하부에 설치된 웨이퍼(200)로의 처리가 다른 타이밍에 시작되어 웨이퍼(200) 사이에서의 개질 처리의 균일성이 저하될 가능성이 있다. 또한 웨이퍼(200) 면내의 주연부로의 처리와, 웨이퍼(200) 면내 중앙부로의 처리가 다른 타이밍에 시작되어 웨이퍼(200) 면내에서의 개질 처리의 균일성이 저하될 가능성도 있다. 또한 처리 용기(203) 내에서의 이물의 발생량이 증가하여 막질의 제어가 곤란해질 가능성도 있다. 이에 대하여 처리 용기(203) 내에 미리 산소 함유 가스를 공급하여 미감압 상태로 보지해두는 것에 의해 이 과제를 회피하는 것이 가능해진다.
소정 시간이 경과하고 폴리실라잔 막의 개질이 종료된 후, 밸브(302d)를 닫고 처리 용기(203) 내로의 과산화수소수의 공급을 정지한다. 또한 밸브(602a, 601d)를 닫고 처리 용기(203) 내로의 산소 함유 가스의 공급도 정지한다.
여기서 시판되는 과산화수소수에는 안정제로서의 산이나 염화물이 포함되는 경우가 있다. 또한 시판되는 과산화수소수에는 불순물이 혼입되는 경우도 있다. 불순물로서는 예컨대 Ag, Al, As, Au, B, Ba, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, K, Li, Mg, Mn, Mi, Na, Ni, Pb, Sb, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, V, Zn, Zr 등 중 적어도 어느 하나의 원소가 예시된다. 불순물은 예컨대 과산화수소수가 든 용기 반송 시, 보관 중, 기판 처리 장치로의 설치 시 등에 혼입될 수 있다. 혼입하는 불순물의 양은 외부로부터의 불순물 혼입을 방지하는 기구가 용기에 구비되어 있는지에 대한 여부 등에 따라 차이가 있을 것으로 생각되지만, 예컨대 0.1ppm 내지 10ppm 정도의 양이 예시된다. 발명자들은 이들 안정제나 불순물과, 폴리실라잔 막에 잔류하는 용제나 불순물, 또는 폴리실라잔이 반응하여 이물(파티클)이 발생할 가능성이 있는 사실을 발견했다. 그래서 발명자들은 고순도의 과산화수소수와 표준의 과산화수소수에 대하여 안정제나 불순물의 함유량을 조사했다. 그 결과, 고순도의 과산화수소수에 포함되는 안정제나 불순물의 양은 표준의 과산화수소수에 포함되는 안정제나 불순물의 양에 비하여 약 2분의 1 이하가 된다는 것을 알았다. 예컨대 표준의 과산화수소수에는 산이 10ppm 이하, 염화물이 0.3ppm 이하 포함되고, 고순도의 과산화수소수에는 산이 5ppm 이하, 염화물이 0.02ppm 이하 포함된다는 것을 알았다. 표준품을 이용했을 때의 파티클의 수와, 고순도품을 이용했을 때의 파티클의 수의 비교 결과에 대해서는 후술한다.
〔건조 처리 공정(S40)〕
개질 처리 공정(S30)이 종료된 후, 웨이퍼(200)를 전술한 프리베이크 공정(T30)에서의 처리 온도 이하의 소정의 제2 온도로 승온시킨다. 제2 온도는 전술한 제1 온도보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 설정한다. 제2 온도는 예컨대 150℃로 할 수 있다. 승온 후, 온도를 보지하여 웨이퍼(200)와 처리 용기(203) 내를 완만하게 건조시킨다. 이렇게 건조시키는 것에 의해 폴리실라잔 막으로부터 이탈한 부생성물인 암모니아, 염화암모니아, 탄소, 수소 외에 용매에 기인하는 아웃 가스 등의 불순물, 과산화수소에 기인하는 불순물 등을 웨이퍼(200)로부터, 즉 SiO막 중이나 SiO막의 표면으로부터 제거할 수 있다. 또한 이 물질의 웨이퍼(200)로의 재부착도 억제할 수 있다.
또한 웨이퍼(200)를 제2 온도로 승온시키기 전 또는 승온과 동시에 산소 함유 가스의 유량을 전술한 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 하는 것이 바람직하다. 제2 유량은 예컨대 10slm 내지 40slm로 할 수 있다. 웨이퍼(200)를 제2 온도로 승온시키기 전에 산소 함유 가스의 유량을 많게 하는 것에 의해 불순물의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
〔포스트베이크 공정(S50)〕
건조 처리 공정(S40)이 종료된 후, 웨이퍼(200)를 건조 처리 공정(S40)의 제2 온도보다 고온으로 승온시켜, 질소, 산소, 또는 아르곤 중 적어도 1개 이상을 포함하는 분위기 하에서 열처리한다. 이 포스트베이크 처리에 의해 SiO막 중에 잔존하는 수소를 제거할 수 있어, SiO막을 수소의 함유량이 적은 양질의 막으로 개질할 수 있다. 즉 포스트베이크 처리를 수행하는 것에 의해 SiO막의 품질을 향상시킬 수 있다. 단, 고품질의 산화막질이 요구되는 디바이스 공정(예컨대 STI 등) 이외에서는 제조 스루풋을 우선시키는 경우가 있다. 이 경우에는 포스트베이크 처리를 수행하지 않아도 좋다.
〔강온·대기압 복귀 공정(S60)〕
건조 처리 공정(S40) 또는 포스트베이크 공정(S50)이 종료된 후, APC 밸브(255, 240) 중 적어도 어느 하나를 열고 처리 용기(203)(반응관) 내를 진공 배기한다. 이에 의해 처리 용기(203) 내에 잔존하는 파티클이나 불순물을 제거할 수 있다. 진공 배기 후, APC 밸브(255, 240) 중 적어도 어느 하나를 닫고 퍼지 가스 공급부(601)로부터 처리 용기(203) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 공급하여 처리 용기(203) 내의 압력을 대기압으로 복귀시킨다. 대기압으로 복귀시키는 것에 의해 처리 용기(203) 내의 열용량을 증가시킬 수 있어, 웨이퍼(200)와 처리 용기(203)를 균일하게 가열할 수 있다. 웨이퍼(200)와 처리 용기(203)를 균일하게 가열하는 것에 의해 진공 배기로 제거하지 못한 파티클, 불순물, 웨이퍼(200)로부터의 아웃 가스 및 과산화수소수에 포함되어 있었던 잔류 불순물을 처리 용기(203) 내로부터 제거할 수 있다. 처리 용기(203) 내의 압력이 대기압이 되고 소정 시간이 경과한 후, 소정의 온도[예컨대 웨이퍼(200)의 삽입 온도 정도]로 강온시킨다.
또한 웨이퍼(200)를 강온시키면서 제2 가열부(280)로의 전력 공급을 정지하여 제2 가열부(280)를 강온시킨다. 제2 가열부(280)의 강온을 전술한 웨이퍼(200)의 강온 시작 이후에 시작하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 면내에서의 막질의 불균일화나 웨이퍼(200) 사이에서의 막질의 불균일화를 방지할 수 있다. 또한 처리 용기(203) 내에 발생한 파티클, 불순물, 웨이퍼(200)로부터의 아웃 가스 및 과산화수소수에 포함되어 있었던 잔류 불순물 등이 노구부에 흡착하는 것을 억제할 수 있다.
웨이퍼(200)를 강온시키면서 블로어(257)를 작동시킨 상태에서 셔터(252, 254, 256)를 열어도 좋다. 그리고 냉각 가스 공급관(249)으로부터 냉각 가스를 매스 플로우 컨트롤러(251)에 의해 유량 제어하면서 처리 용기(203)와 단열 부재(210) 사이의 공간(260) 내에 공급하고, 냉각 가스 배기관(253)으로부터 배기해도 좋다. 냉각 가스로서는 N2가스 외에 예컨대 He가스, Ne가스, Ar가스 등의 희가스나 공기 등을 단독으로 또는 혼합하여 이용할 수 있다. 이에 의해 공간(260) 내를 급냉시켜 공간(260) 내에 설치되는 처리 용기(203)나 제1 가열부(207)를 단시간에 냉각할 수 있다. 또한 처리 용기(203) 내의 웨이퍼(200)를 보다 단시간에 강온시킬 수 있다.
또한 셔터(254, 256)를 닫은 상태에서 냉각 가스 공급관(249)으로부터 냉각 가스를 공간(260) 내에 공급하고, 공간(260) 내를 냉각 가스로 충만시키는 것에 의해 전술한 냉각 처리를 수행해도 좋다. 그 후, 블로어(257)를 작동시킨 상태에서 셔터(254, 256)를 열고 공간(260) 내의 냉각 가스를 냉각 가스 배기관(253)으로부터 배기해도 좋다.
〔기판 반출 공정(S70)〕
그 후, 보트 엘리베이터에 의해 씰 캡(219)을 하강시켜서 처리 용기(203)의 하단을 개구하는 것과 함께 처리 완료된 웨이퍼(200)를 보트(217)에 보지한 상태에서 처리 용기(203)의 하단으로부터 처리 용기(203)[처리실(201)]의 외부에 반출(보트 언로드)한다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 취출하여(웨이퍼 디스차지), 본 실시 형태의 기판 처리 공정을 종료한다.
(4) 본 실시 형태에 의해 얻어지는 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 개질 처리 공정(S30)이 종료된 후에 웨이퍼(200)를 개질 처리 온도이상 프리베이크 공정(T30)의 온도 이하에서 건조 처리 공정(S40)을 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 발생하는 파티클의 수를 억제할 수 있다.
도 7에 종래 기술에 의한 프로세스 시퀀스예를 도시한다. 또한 도 8에 도 6과 도 7의 조건으로 각각 처리된 웨이퍼(200) 상의 파티클의 수를 측정한 결과를 도시한다. 또한 도 6, 도 7의 실선은 웨이퍼(200)의 온도를, 2점 쇄선은 처리실(201) 내의 압력을 나타낸다. 도 6은 개질 처리 공정(S30)을 80℃로 수행하고, 건조 처리 공정(S40)을 150℃로 수행하는 예를 도시한다. 도 7은 개질 처리 공정(S30) 및 건조 처리 공정(S40)을 각각 80℃로 수행하는 예를 도시한다.
도 8의 종축은 웨이퍼(200) 상의 파티클의 수를 나타낸다. 도 8의 TOP, CNT, BTM은 웨이퍼(200)의 처리 위치, 즉 웨이퍼(200)가 보트(217)의 상부, 중앙부, 하부에 재치되었음을 나타낸다. 도 8에 도시하는 온도(80℃, 150℃)는 건조 처리 공정(S40)에서의 웨이퍼(200)의 온도를 도시한다. 도 8에 의하면, 건조 처리 공정(S40)의 온도를 150℃로 한 경우, 건조 처리 공정(S40)의 온도를 80℃로 한 경우에 비해, 파티클의 수가 4분의 1 이하로 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다
(b) 건조 처리 공정(S40)을 수행하는 것에 의해 부생성물인 암모니아, 염화암모니아, 탄소, 수소, 기타, 용매에 기인하는 아웃 가스 등의 불순물을 웨이퍼(200)로부터 이탈시킬 수 있다.
(c) 건조 처리 공정(S40)을 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200)로부터 이탈시킨 불순물의 웨이퍼(200)로의 재부착을 억제할 수 있다.
(d) 건조 처리 공정(S40)에서는 웨이퍼(200)로의 불순물의 재부착을 억제하면서 웨이퍼(200)의 건조를 수행할 수 있다.
(e) 건조 처리 공정(S40)을 개질 처리 공정(S30)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 수행하는 것에 의해, 열 데미지나 서멀 버짓(열 이력)에 의한 SiO막에의 영향을 저감시킬 수 있다.
(f) 건조 처리 공정(S40)을 개질 처리 공정(S30)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 수행하는 것에 의해, SiO막의 유전율의 변화를 저감할 수 있다. 즉 원하는 유전율을 유지할 수 있다.
(g) 건조 처리 공정(S40)을 개질 처리 공정(S30)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 수행하는 것에 의해 SiO막의 유전율의 재현성을 향상시킬 수 있다.
(h) 건조 처리 공정(S40)을 개질 처리 공정(S30)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 수행하는 것에 의해, SiO막의 막 밀도를 원하는 밀도로 유지할 수 있다.
(i) 건조 처리 공정(S40)을 개질 처리 공정(S30)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도이며 프리베이크 공정(T30)의 처리 온도 이하의 온도로 수행하는 것에 의해, SiO산화막의 막 밀도의 재현성을 향상시킬 수 있다.
(j) 건조 처리 공정(S40)에서 웨이퍼(200)를 완만하게 건조시키는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 수용된 복수 매의 웨이퍼(200)의 각각에 대하여 균일한 건조 처리를 수행할 수 있다.
(k) 건조 처리 공정(S40) 후에 처리 용기(203) 내의 온도를 유지한 상태에서 처리 용기(203) 내를 진공 배기하는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 잔류하는 파티클이나 불순물을 제거할 수 있다.
(l) 진공 배기 후에 처리 용기(203) 내의 온도를 유지한 상태에서 대기압으로 복귀시키고 처리 용기(203) 내의 열용량을 증가시키는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 온도를 올릴 수 있어 진공 배기에서 제거하지 못한 파티클이나 웨이퍼(200)로부터의 아웃 가스 등을 한층 더 제거할 수 있다.
(m) 개질 처리 공정(S30)에서 이용하는 처리액으로서의 과산화수소수의 농도를 높이는 것에 의해 파티클의 수를 한층 더 억제할 수 있다. 도 8에 도시하는 「표준품」이란 산이 10ppm 이하, 염화물이 0.3ppm 이하 포함되는 표준의 과산화수소수를 이용한 것을 나타내고, 「고순도품」이란 산이 5ppm 이하, 염화물이 0.02ppm 이하 포함되는 고순도의 과산화수소수를 이용했음을 나타낸다. 도 8에 의하면, 개질 처리 공정(S30)에서 고순도품을 이용한 경우, 표준품을 이용한 경우에 비해, 같은 온도 조건이어도 파티클의 수를 약 2분의 1 이하로 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다
(n) 도 8에 의하면, 처리 용기(203)의 상부(TOP)와 중부(CNT)와 하부(BTM)를 비교하면, 고순도품을 이용한 경우에는 TOP의 파티클의 수를 저감할 수 있어, 웨이퍼(200) 사이의 처리의 균일성도 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
(o) 개질 처리 공정(S30)에서는 처리 용기(203) 내에 공급하는 과산화수소와 산소 함유 가스와의 공급 비율을 조정하는 것에 의해 막 밀도를 제어할 수 있다.
(p) 개질 처리 공정(S30)에서는 처리 용기(203) 내에 공급하는 과산화수소와 산소 함유 가스와의 공급 비율을 조정하는 것에 의해 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
(q) 강온·대기압 복귀 공정(S60)에서는 진공 배기 시에 처리 용기(203) 내를 중진공으로 일시적으로 퍼지하는 것에 의해 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경 가능하다. 전술한 실시 형태에서는 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용하는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 처리 가스로서 상온에서 고체 또는 액체인 원료(반응물)를 용매에 용해시킨 용액(액체 상태의 반응물)을 기화시킨 가스를 이용하는 경우라면, 과산화수소 가스를 이용하는 경우에 한정되지 않고 본 발명은 바람직하게 적용 가능하다. 또한 원료(반응물)의 기화점이 용매의 기화점과 다르면 전술한 실시 형태의 효과를 얻기 쉽다. 또한 처리 가스인 기화 가스는 재액화하면 원료의 농도가 높아지는 것에 한정되지 않고, 재액화하면 원료의 농도가 낮아지는 것이어도 좋다. 이러한 처리 가스이어도 전술한 기판 처리 장치를 이용하여 전술한 실시 형태와 같은 처리 순서로 처리를 수행하면, 처리 용기 내에서의 처리 가스의 농도를 균일화하여, 개질 처리의 기판 면내에서의 균일성 및 기판 간에서의 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능하다.
또한 처리 가스로서는 과산화수소 가스 외에 예컨대 수소(H2) 가스 등의 수소 원소(H)를 포함하는 가스(수소 함유 가스)와, 예컨대 산소(O2) 가스 등의 산소 원소(O)를 포함하는 가스(산소 함유 가스)를 반응시켜서 얻은 수증기(H2O) 가스 등을 이용해도 좋다. 또한 처리 가스로서는 물(H2O)을 가열하여 발생시킨 수증기도 이용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는 O2가스 외에 예컨대 오존(O3) 가스나 수증기(H2O) 등을 이용해도 좋다. 단, 과산화수소는 수증기(물, H2O)와 비교하면, 활성화 에너지가 높고 1분자 중에 포함되는 산소 원자의 수가 많기 때문에 산화력이 강하다는 특징이 있다. 그렇기 때문에 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용한 경우, 기판 표면의 홈 내에 형성된 막의 심부(홈의 저부)까지 산화 처리를 수행할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용한 경우, 개질 처리 공정을 40℃ 내지 150℃의 저온으로 수행할 수 있어, 기판 상에 형성된 회로 소자, 특히 고온 처리에 약한 재질(예컨대 알루미늄)을 이용한 회로 소자의 성능 열화 등을 억제할 수 있다는 점에서 유리하다.
또한 처리 가스로서 과산화수소 가스를 이용하는 경우에는 처리 가스 중에 H2O2 분자 단체의 상태나, 여러 분자가 결합한 클러스터 상태가 포함되어도 좋다. 또한 과산화수소수를 기화시켜서 과산화수소 가스를 생성할 때에 H2O2 분자 단체까지 분해해도 좋고, 여러 분자가 결합된 상태에서 유지되는 클러스터 상태까지 분해해도 좋다. 또한 전술한 클러스터가 여러 개 모여서 형성된 안개(미스트) 상태의 것을 처리 가스로서 이용해도 좋다.
또한 처리 가스로서 물(H2O)을 기화시킨 가스(수증기화한 가스)를 이용하는 경우, 처리 가스 중에 H2O 분자 단체의 상태나, 여러 분자가 결합한 클러스터 상태가 포함되어도 좋다. 또한 물(H2O)을 액체 상태로부터 기체 상태로 기화시킬 때, H2O 분자 단체까지 분해해도 좋고, 여러 분자가 결합된 상태에서 유지되는 클러스터 상태까지 분해해도 좋다. 또한 전술한 클러스터가 여러 개 모여서 형성된 안개(미스트) 상태의 것을 처리 가스로서 이용해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 폴리실라잔 막이 형성된 기판을 처리하는 예를 도시했지만, 이에 한정되지 않는다. 즉 실라잔 결합(-Si-N-)을 포함하는 막이 형성된 기판을 처리하는 경우에는 그 막이 폴리실라잔 막이 아니어도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 PHPS 도포 공정과 프리베이크 공정을 수행하는 것에 의해 형성된 폴리실라잔 막을 처리하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 CVD법으로 형성되고, 프리베이크되지 않은 Si 함유막을 처리하는 경우에서도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 전술한 처리로(202)에서 처리 용기(203) 외에 제1 가열부(207)가 구비하는 히터 유닛(207a 내지 207d) 각각의 온도를 검출하는 온도 검출기로서 예컨대 열전대 등의 외부 온도 센서(264a 내지 264d)(도 2 참조)가 설치되어도 좋다.
또한 건조 처리 공정(S40)과 강온·대기압 복귀 공정(S60) 사이에 예컨대 웨이퍼(200)를 800℃로부터 1000℃의 고온으로 가열하는 어닐링 공정(열처리 공정)을 수행해도 좋다. 이 경우, 전술한 바와 같이 강온·대기압 복귀 공정(S60)에서 공간(260) 내에 냉각 가스를 공급하면 좋다. 이에 의해 처리 용기(203) 및 제1 가열부(207)를 보다 단시간에 냉각시킬 수 있어, 다음 개질 처리 공정(S30)의 시작 시간을 앞당겨 제조 스루풋을 향상시킬 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 종형(縱型) 처리로를 구비하는 기판 처리 장치에 대하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 매엽식(枚葉式), Hot Wall형, Cold Wall형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치나, 처리 가스를 여기(勵起)시켜서 웨이퍼(200)를 처리하는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 처리 가스로서의 과산화수소 가스를 처리 용기(203) 내에서 생성시키는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대 처리 용기(203) 외에서 미리 기화시킨 과산화수소 가스를 처리 용기(203) 내에 공급해도 좋다.
도 9는 전술한 다른 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도다. 도 9에 도시하는 기판 처리 장치에서는 처리 용기(203) 외에서 처리 가스인 과산화수소 가스를 생성하여 처리 용기(203) 내에 공급한다. 도 9에서는 제1 실시 형태와 공통 구성에 대해서는 동일한 부호로 도시한다.
도 9에 도시하는 바와 같이 처리 용기(203) 내에는 웨이퍼(200)의 배열 방향을 따르도록 가스 공급 노즐(701)이 배설된다. 가스 공급 노즐(701)의 측부에는 가스 공급공(702)이 예컨대 웨이퍼(200) 각각에 대응하도록 복수 설치된다. 가스 공급 노즐(701)의 상류단에는 과산화수소 가스를 공급하는 가스 공급관(933)이 접속된다. 가스 공급관(933)에는 상류측부터 순서대로 과산화수소 가스 발생 장치(707), 오토 밸브(909)가 설치된다. 과산화수소 가스 발생 장치(707)에는 과산화수소수 공급관(932d)이 접속된다. 과산화수소수 공급관(932d)에는 상류측부터 순서대로 과산화수소수원(940d), 액체유량 컨트롤러(941d)(LMFC), 오토 밸브(942d)가 설치된다. 또한 가스 공급관(933)에는 N2가스 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(932c)이 접속된다. 불활성 가스 공급관(932c)에는 상류측부터 순서대로 불활성 가스 공급원(940c), MFC(941c), 밸브(942c)가 설치된다.
주로 가스 공급관(933), 과산화수소 가스 발생 장치(707), 과산화수소수 공급관(932d), 오토 밸브(933, 942d), LMFC(941d)에 의해 과산화수소 가스 공급계(90)가 구성된다. 가스 공급 노즐(701), 과산화수소수원(940d)을 과산화수소 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 불활성 가스 공급관(932c), MFC(941c), 밸브(942c)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급원(940c)를 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 불활성 가스 공급계를 과산화수소 가스 공급계(90)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
도 9에 도시하는 기판 처리 장치를 이용하는 경우, 개질 처리 공정(S30)에서는 오토 밸브(942d)를 열고 LMFC(941d)에 의해 유량 조정된 과산화수소수를 과산화수소 가스 발생 장치(707)에 공급한다. 그리고 과산화수소 가스 발생 장치(707)로 과산화수소수를 기화시키는 것에 의해 과산화수소 가스를 발생시킨다. 이 상태에서 오토 밸브(909)를 여는 것에 의해 가스 공급 노즐(701)을 개재하여 처리 용기(203) 내, 즉 웨이퍼(200)에 대하여 과산화수소 가스를 공급할 수 있다.
단, 도 9에 도시하는 기판 처리 장치를 이용한 경우, 과산화수소 가스가 가스 공급관(933) 내나 가스 공급 노즐(701) 내를 통과할 때에 재액화되는 경우가 있다. 특히 가스 공급관(933)이나 가스 공급 노즐(701)이 커브인(구부러진) 개소(箇所)나 접합 개소 등에서 과산화수소 가스가 체류하여 재액화되는 경우가 많다. 그 결과, 가스 공급관(933) 내나 가스 공급 노즐(701) 내에서 재액화되어 발생한 액체에 의해 가스 공급관(933) 내나 가스 공급 노즐(701) 내가 손상되는 경우가 있다. 그렇기 때문에 가스 공급관(933)이나 가스 공급 노즐(701)에 히터를 설치하여 가열할 필요가 있다. 이에 대하여 전술한 제1 실시 형태에서는 처리 용기(203) 내에 과산화수소를 액체 상태로 공급하기 때문에 히터가 불필요해지는 점에서 바람직하다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
<부기1>
본 발명의 일 형태에 의하면,
실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정;
상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 개질 처리 공정; 및
상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
<부기2>
부기1에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는,
상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 공정;
상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 공정;
을 더 포함한다.
<부기3>
부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는,
상기 개질 처리 공정에서 상기 기판에 산소 함유 가스를 제1 유량으로 공급하고,
상기 건조 처리 공정 전에 상기 산소 함유 가스를 상기 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 한다.
<부기4>
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 건조 처리 공정 후에 상기 처리 용기 내를 상기 제2 온도로 진공 배기하는 공정을 포함한다.
<부기5>
부기4에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 진공 배기 후에 상기 처리 용기 내를 대기압으로 배기하는 공정을 포함한다.
<부기6>
부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 처리 가스는 과산화수소 가스다.
<부기7>
부기1 내지 부기6 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 처리액은 과산화수소를 포함한다.
<부기8>
부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 제1 온도는 70℃ 내지 130℃다.
<부기9>
부기1 내지 부기6 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법으로서 바람직하게는
상기 제2 온도는 80℃ 내지 150℃다.
<부기10>
본 발명의 다른 형태에 의하면,
실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 수용하는 처리 용기;
상기 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 기판을 가열하는 가열부; 및
상기 기판을 제1 온도로 가열하는 것과 함께 상기 처리 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질 처리한 후에 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 상기 기판을 가열하도록 상기 처리 가스 공급부와 상기 가열부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
<부기11>
부기10에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 처리 가스 공급부는,
상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 처리액 공급부; 및
상기 처리 용기 내로 상기 처리액을 기화시켜서 처리 가스를 발생시키는 기화부;
를 포함한다.
<부기12>
부기10 또는 부기11에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 처리 용기 내에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 기판을 상기 개질 처리할 때에 상기 산소 함유 가스를 제1 유량으로 공급하고,
상기 건조 처리하기 전에 상기 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 증가시키도록 상기 가스 공급부를 제어한다.
<부기13>
본 발명의 다른 형태에 의하면,
실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정;
상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 개질 처리 공정; 및
상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
<부기14>
부기13에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 공정; 및
상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 공정;
을 더 포함한다.
<부기15>
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 단계;
상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 개질 처리 단계; 및
상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 단계;
를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 또는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
<부기16>
부기15에 기재된 프로그램, 또는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 바람직하게는,
상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 단계; 및
상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 단계;
를 컴퓨터에 실행시킨다.
200: 웨이퍼(기판) 203: 처리 용기(반응관)
217: 보트 217d: 기화기(기화부)
219: 씰 캡 207: 제1 가열부
280: 제2 가열부 300: 액체 유량 제어 유닛
501: 처리액 공급 노즐 502: 공급공(처리액 공급부)
231: 가스 배기관 121: 컨트롤러(제어부)

Claims (11)

  1. 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정;
    상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 공정; 및
    상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 공정; 및
    상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 공정;
    을 더 포함하는 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질 처리 공정에서,
    상기 기판에 산소 함유 가스를 제1 유량으로 공급하고,
    상기 건조 처리 공정 전 또는 시작과 동시에 상기 기판에 공급되는 상기 산소 함유 가스의 유량을 상기 제1 유량보다 많은 제2 유량으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조 처리 공정 후에 상기 처리 용기 내를 상기 제2 온도로 진공 배기하는 공정; 및
    상기 진공 배기하는 공정 후에 상기 처리 용기 내를 대기압으로 복귀하는 공정;
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스는 과산화수소 가스인 기판 처리 방법.
  6. 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 공정;
    상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 공정; 및
    상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 공정; 및
    상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 공정;
    을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 수용하는 처리 용기;
    상기 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 기판을 가열하는 가열부; 및
    상기 기판을 제1 온도로 가열하는 것과 함께 상기 처리 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질 처리한 후에 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 상기 기판을 가열하도록 상기 처리 가스 공급부와 상기 가열부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는
    상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 처리액 공급부; 및
    상기 처리 용기 내로 상기 처리액을 기화시켜서 처리 가스를 발생시키는 기화부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 실라잔 결합을 포함하는 막이 형성되고 상기 막에 프리베이크가 수행된 기판을 처리 용기 내에 반입하는 단계;
    상기 기판을 제1 온도로 가열하고 상기 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 실라잔 결합을 포함하는 막을 개질하는 개질 처리 단계; 및
    상기 기판을 상기 제1 온도보다 높고 상기 프리베이크 시의 온도 이하인 제2 온도로 가열하는 건조 처리 단계;
    를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 처리액을 공급하는 단계; 및
    상기 처리 용기 내의 기화기로 상기 처리액을 기화시켜서 상기 처리 가스를 발생시키는 단계;
    를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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