KR101752075B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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준이치 다나베
가츠히코 야마모토
유키 다이라
나오후미 오하시
히데하루 이타타니
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Abstract

기판이 통과하고 있는 도중에 플라즈마가 착화해도 균일하게 성막할 수 있도록, 반응 용기 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위로 회전 방향을 따라서 복수의 기판(200)을 적재하는 공정, 제1 처리 영역(201a)에 제1 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과, 제2 처리 영역(201b)에 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과, 상기 제2 처리 영역(201b) 내에 설치된 플라즈마 생성부(206)에 의해, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 제1활성도로 생성을 개시하는 제1 공정과, 상기 회전에 의해 상기 복수의 기판(200)을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역(201a)과 상기 제2 처리 영역(201b)을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역(201a)에 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역(201b)에 상기 제1활성도보다도 높은 제2활성도의 플라즈마를 생성해서 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 제1 및 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING DEVICE AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
예를 들어, 플래시 메모리나 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에 박막을 형성하는 기판 처리 공정이 실시되는 경우가 있다. 이러한 공정을 실시하는 기판 처리 장치로서, 기판이 적재된 서셉터를 이동시켜서, 플라즈마 생성부에 의해 처리 가스의 플라즈마가 생성된 영역에 기판을 통과시킴으로써, 기판 위에 박막을 형성하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.
최근 들어, 배선 치수 등이 미세화되는 경향이 있기 때문에, 1매의 기판의 면 내에서의 박막의 막 두께나, 복수의 기판간에서의 박막의 막 두께를 재현성 좋게 균일하게 하는 것이 중요해진다.
그러나, 상술한 기판 처리 장치에서는, 플라즈마 생성부에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 상태에 따라, 1매의 기판의 면 내에서의 박막의 막 두께나, 복수의 기판간에서의 박막의 막 두께를 재현성 좋게 균일하게 하는 것이 곤란한 경우가 있었다. 이러한 경우, 수율이 저하되는 원인이 되어버릴 가능성이 있다.
본 발명은 1매의 기판의 면 내에서의 박막의 막 두께나, 복수의 기판간에서의 박막의 막 두께를 균일하게 하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과, 상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과, 상기 처리실에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과, 상기 제2 처리 영역 내에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 제1 활성도로 생성을 개시하는 제1 공정과, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역에, 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도의 플라즈마를 생성해서 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
다른 형태에 의하면,
제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 갖고, 상기 제1 처리 영역 내 및 상기 제2 처리 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 회전 가능하게 설치되어, 회전 방향을 따라서 복수의 상기 기판을 적재하는 기판 적재대와, 상기 복수의 기판이, 순차적으로, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 교대로 통과하도록 상기 기판 적재대를 회전시키는 회전 기구와, 상기 제1 처리 영역 내에 제1 원소 함유 가스를 공급함과 함께, 상기 제2 처리 영역 내에 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기함과 함께, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 배기계와, 상기 제2 처리 영역 내에 설치되고, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 기판 적재대 위에 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 복수의 기판을 적재하는 처리와, 상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 제1 처리 영역에 상기 제1 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 처리 영역에, 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 처리와, 상기 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 제1 활성도로의 생성을 개시하는 제1 처리와, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 기판 위에 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역에 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도의 플라즈마를 생성해서, 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 처리를 행하도록, 상기 회전 기구, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서, 기판을 적재시키는 단계와, 상기 기판 적재대를 회전시키는 단계와, 상기 처리실 내를 배기시키는 단계와, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와, 상기 제2 처리 영역 내의 적어도 일부에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스를 제1 활성도로 활성화시키는 제1 단계와, 상기 제2 처리 영역 내에, 상기 제2 원소 함유 가스를 상기 제1 활성도보다도 낮은 제2 활성도로 활성화시키는 제2 단계를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 의하면, 1매의 기판의 면 내에서의 박막의 막 두께나, 복수의 기판간에서의 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 클러스터형의 기판 처리 장치의 횡단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 클러스터형의 기판 처리 장치의 종단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 챔버의 횡단면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 챔버의 종단면 개략도로서, 도 3에 도시하는 프로세스 챔버의 A-A'선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제2 공정의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 시퀀스에서의 각 부의 동작 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 9의 (a-1) 내지 (c-1)은, 본 발명의 제1 실시 형태의 박막 형성 공정에서의 웨이퍼 위치를 나타내는 모식적인 평면도이며, (a-2) 내지 (c-2)는, (a-1) 내지 (c-1)일 때에 있어서의 웨이퍼 위의 박막 형성 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 10의 (a-1) 내지 (c-1)은, 본 발명의 제1 실시 형태의 박막 형성 공정에서의 기판 위치를 나타내는 모식적인 평면도이며, (a-2) 내지 (c-2)는, (a-1) 내지 (c-1)일 때에 있어서의 웨이퍼 위의 박막 형성 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 11의 (a) 내지 (f)는, 더블 패터닝법에 의한 기판 처리 공정에서의 웨이퍼의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 시퀀스에서의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 13의 (a) 및 (b)는, 비교예의 박막 형성 공정에서의 기판 위의 박막 형성 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
먼저, 도 1 및 도 2를 사용하여, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치(10)의 횡단면도이다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치(10)의 종단면 개략도이다.
또한, 본 발명이 적용되는 기판 처리 장치(10)에서는, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 반송하는 캐리어로서는, FOUP(Front Opening Unified Pod: 이하, 포드라고 함)(100)가 사용되고 있다. 본 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치(10)의 반송 장치는, 진공측과 대기측으로 나뉘어져 있다.
또한, 이하의 설명에서, 전후 좌우는 도 1을 기준으로 한다. 도 1에 도시되어 있는 X1의 방향을 우측, X2의 방향을 좌측, Y1의 방향을 앞측, Y2의 방향을 뒤측으로 한다.
(진공측의 구성)
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 처리 장치(10)는, 진공 상태 등의 대기압 미만의 압력(부압)에 견딜 수 있는 제1 반송실(103)을 구비하고 있다. 제1 반송실(103)의 하우징(101)은, 평면에서 보았을 때 예를 들어 오각형이며, 상하 양단이 폐색된 상자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이하에서 말하는 「평면에서 보았을 때」란, 기판 처리 장치(10)의 연직 상측에서 연직 하측을 보았을 때를 말한다.
제1 반송실(103) 내에는, 부압 하에서 2매의 웨이퍼(200)를 동시에 이동 탑재할 수 있는 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)가 설치되어 있다. 여기서, 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)는, 1매의 웨이퍼(200)를 이동 탑재할 수 있는 것이어도 된다. 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)는, 제1 웨이퍼 이동 탑재기 엘리베이터(115)에 의해, 제1 반송실(103)의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 구성되어 있다.
하우징(101)의 5개의 측벽 중 전방측에 위치하는 측벽에는, 예비실(로드 로크실)(122, 123)이 각각 게이트 밸브(126, 127)를 통해서 연결되어 있다. 예비실(122, 123)은, 웨이퍼(200)를 반입하는 기능과 웨이퍼(200)를 반출하는 기능을 병용 가능하게 구성되고, 각각 부압에 견딜 수 있는 구조로 구성되어 있다.
또한, 예비실(122, 123) 내에는 기판 지지대(140)에 의해 2매의 웨이퍼(200)를 겹쳐 쌓도록 두는 것이 가능하다. 예비실(122, 123)에는, 웨이퍼(200)의 사이에 배치되는 분리판(중간 플레이트)(141)이 설치된다.
제1 반송실(103)의 하우징(101)의 5개의 측벽 중 후방측(배면측)에 위치하는 4매의 측벽에는, 기판에 원하는 처리를 행하는 제1 프로세스 챔버(202a)와, 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)가 게이트 밸브(150, 151, 152, 153)를 통해서 각각 인접해서 연결되어 있다. 제1 프로세스 챔버(202a)와, 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)에 대해서는, 상세를 후술한다.
(대기측의 구성)
예비실(122, 123)의 전방측에는, 진공 하 및 대기압 하의 상태에서 웨이퍼(200)를 반송할 수 있는 제2 반송실(121)이 게이트 밸브(128, 129)를 통해서 연결되어 있다. 제2 반송실(121)에는, 웨이퍼(200)를 이동 탑재하는 제2 웨이퍼 이동 탑재기(124)가 설치되어 있다. 제2 웨이퍼 이동 탑재기(124)는 제2 반송실(121) 내에 설치된 제2 웨이퍼 이동 탑재기 엘리베이터(131)에 의해 승강되도록 구성되어 있음과 함께, 리니어 액추에이터(132)에 의해 좌우 방향으로 왕복 이동되도록 구성되어 있다.
제2 반송실(121)의 좌측에는 노치 맞춤 장치(106)가 설치되어 있다. 또한, 노치 맞춤 장치(106)는, 오리엔테이션 플랫 맞춤 장치이어도 된다. 또한, 제2 반송실(121)의 상부에는 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(118)이 설치되어 있다.
제2 반송실(121)의 하우징(125)의 전방측에는, 웨이퍼(200)를 제2 반송실(121)에 대하여 반입 반출하기 위한 기판 반입 반출구(134)와, 포드 오프너(108)가 설치되어 있다. 기판 반입 반출구(134)를 사이에 두고 포드 오프너(108)와 반대측, 즉 하우징(125)의 외측에는, 로드 포트(IO 스테이지)(105)가 설치되어 있다. 포드 오프너(108)는, 포드(100)의 캡(100a)을 개폐함과 함께 기판 반입 반출구(134)를 폐색 가능한 클로져(142)와, 클로져(142)를 구동하는 구동 기구(136)를 구비하고 있다. 로드 포트(105)에 적재된 포드(100)의 캡(100a)을 개폐함으로써, 포드(100)에 대한 웨이퍼(200)의 출납을 가능하게 한다. 또한, 포드(100)는 도시하지 않은 공정 내 반송 장치(OHT 등)에 의해, 로드 포트(105)에 대하여 공급 및 배출되도록 되어 있다.
(2) 프로세스 챔버의 구성
계속해서, 본 실시 형태에 따른 처리 로로서의 프로세스 챔버의 구성에 대해서, 주로 도 3 및 도 4를 사용해서 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)가 구비하는 프로세스 챔버의 횡단면 개략도이다. 도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)가 구비하는 프로세스 챔버의 종단면 개략도로서, 도 3에 도시하는 프로세스 챔버의 A-A'선 단면도이다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 프로세스 챔버(202a), 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)는, 예를 들어 각각 마찬가지로 구성되어 있다. 이하에서는, 제1 프로세스 챔버(202a), 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)를, 총칭해서 「프로세스 챔버(202)」라 한다.
(처리실)
도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 처리 로로서의 프로세스 챔버(202)는, 원통 형상의 기밀 용기인 반응 용기(203)를 구비하고 있다. 반응 용기(203) 내에는, 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)이 형성되어 있다.
반응 용기(203) 내의 상측에는, 중심부로부터 방사 형상으로 연장되는 4개의 구획판(205)이 설치되어 있다. 4개의 구획판(205)은, 처리실(201) 내의 천장부로부터 서셉터(217)의 바로 위까지의 공간을 가로막도록 설치되어 있다. 이에 의해, 4개의 구획판(205)은, 처리실(201)을, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)을 구획하도록 구성되어 있다. 또한, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)은, 후술하는 서셉터(기판 적재대)(217)의 회전 방향(R)을 따라, 이 순서대로 배열하도록 구성되어 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 제1 처리 영역(201a) 내에는 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스가 공급되고, 제2 처리 영역(201b) 내에는 제2 원소를 포함하는 제2 원소 함유 가스가 공급되고, 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에는, 불활성 가스가 공급되도록 구성되어 있다.
웨이퍼(200)가, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)을 통과하는 시간, 즉, 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)의 각각의 면적에 의존한다. 즉, 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은, 구획판(205)의 배치에 의존한다. 여기에서는, 예를 들어 4개의 구획판(205)은, 평면에서 보았을 때 반응 용기(203)의 중심에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 예를 들어 각각의 구획판(205)은, 서로 90°의 각도로 배치되어 있다. 이에 의해, 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은, 대략 동등하다.
구획판(205)의 하단은, 구획판(205)이 웨이퍼(200)에 간섭하지 않을 정도로 서셉터(217)에 근접해서 배치되어 있다. 이에 의해, 구획판(205)과 서셉터(217)의 사이를 통과하는 가스는 적다. 따라서, 각 영역 내에서 서로 다른 가스가 혼합되는 것이 억제된다.
구획판(205)의 단부와 반응 용기(203)의 측벽과의 사이에는, 소정의 폭의 간극이 형성되어 있고, 이 간극을 가스가 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 이 간극을 통해서, 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내로부터 제1 처리 영역(201a) 내 및 제2 처리 영역(201b) 내를 향해서 불활성 가스를 분출시키도록 한다. 이에 의해, 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에의 제1 원소 함유 가스 및 제2 원소 함유 가스 등의 처리 가스의 침입을 억제할 수 있어, 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에서의 처리 가스의 반응을 억제할 수 있도록 구성되어 있다.
(서셉터)
구획판(205)의 하측, 즉 반응 용기(203) 내의 바닥측 중앙에는, 반응 용기(203)의 중심에 회전축의 중심을 갖고, 회전 가능하게 구성된 기판 적재대로서의 서셉터(217)가 설치되어 있다. 서셉터(217)는, 웨이퍼(200)의 금속 오염을 저감할 수 있도록, 예를 들어 질화알루미늄(AlN), 세라믹스, 석영 등의 비금속 재료로 형성되어 있다. 또한, 서셉터(217)는, 반응 용기(203)와는 전기적으로 절연되어 있다.
서셉터(217)는, 반응 용기(203) 내에서, 복수매(본 실시 형태에서는, 예를 들어 5매)의 웨이퍼(200)를 동일면 상에, 또한 동일 원주 상에 배열하여 지지하도록 구성되어 있다. 여기서, 동일면 상이란, 완전한 동일면에 한정되는 것은 아니며, 서셉터(217)를 상면에서 보았을 때, 복수매의 웨이퍼(200)가 서로 겹치지 않도록 배열되어 있으면 된다. 또한, 서셉터(217)는, 복수매의 웨이퍼(200)를 회전 방향을 따라서 배열하여 배치하도록 구성되어 있다.
서셉터(217) 표면에서의 웨이퍼(200)의 지지 위치에는, 웨이퍼 적재부(217b)가 설치되어 있다. 처리하는 웨이퍼(200)의 매수와 동일수의 웨이퍼 적재부(217b)가 서셉터(217)의 중심으로부터 동심원상의 위치에 서로 등간격(예를 들어 72°의 간격)으로 배치되어 있다.
각각의 웨이퍼 적재부(217b)는, 예를 들어 서셉터(217)의 상면에서 보았을 때 원 형상이며, 측면에서 보았을 때 오목 형상이다. 웨이퍼 적재부(217b)의 직경은, 웨이퍼(200)의 직경보다도 약간 커지도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 웨이퍼 적재부(217b) 내에 웨이퍼(200)를 적재함으로써, 웨이퍼(200)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있고, 또한 서셉터(217)의 회전에 수반되는 원심력에 의해 웨이퍼(200)가 서셉터(217)로부터 튀어나오는 등의 웨이퍼(200)의 위치 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
서셉터(217)에는, 서셉터(217)를 승강시키는 승강 기구(268)가 설치되어 있다. 서셉터(217)의 각 웨이퍼 적재부(217b)의 위치에는, 관통 구멍(217a)이 복수 형성되어 있다. 상술한 반응 용기(203)의 저면에는, 반응 용기(203) 내에의 웨이퍼(200)의 반입·반출 시에, 웨이퍼(200)를 밀어올려서, 웨이퍼(200)의 이면을 지지하는 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)이 복수 설치되어 있다. 관통 구멍(217a) 및 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)은, 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)을 상승되었을 때, 또는 승강 기구(268)에 의해 서셉터(217)가 하강되었을 때, 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)이 서셉터(217)와는 비접촉의 상태에서 관통 구멍(217a)을 뚫고 나가도록, 서로 배치되어 있다.
승강 기구(268)에는, 서셉터(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 도시하지 않은 회전축은, 서셉터(217)에 접속되어 있고, 회전 기구(267)를 작동시킴으로써 서셉터(217)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 서셉터(217)가 회전함으로써, 5개의 웨이퍼 적재부(217b)가 일괄적으로 회전되도록 구성되어 있다.
회전 기구(267)에는, 후술하는 컨트롤러(300)가, 커플링부(267a)를 통해서 접속되어 있다. 커플링부(267a)는, 예를 들어 회전측과 고정측의 사이를 금속 브러시 등에 의해 전기적으로 접속하는 슬립 링 기구로서 구성되어 있다. 이에 의해, 서셉터(217)의 회전이 방해되지 않도록 되어 있다. 컨트롤러(300)는, 서셉터(217)를 소정의 속도로 소정 시간 회전시키도록, 회전 기구(267)에의 통전 상태를 제어하도록 구성되어 있다.
상술한 바와 같이, 서셉터(217)를 회전시킴으로써, 서셉터(217) 위에 적재된 웨이퍼(200)는, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b) 및 제2 퍼지 영역(204b)을 이 순서대로 통과하게 된다.
(가열부)
서셉터(217)의 내부에는, 가열부로서의 히터(218)가 일체적으로 매립되어 있어, 웨이퍼(200)를 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 히터(218)에 전력이 공급되면, 웨이퍼(200) 표면이 소정 온도(예를 들어, 실온 내지 1000℃ 정도)로까지 가열 가능하게 구성되어 있다. 또한, 히터(218)는, 서셉터(217)에 적재된 각각의 웨이퍼(200)를 개별로 가열하도록, 동일면 상에 복수(예를 들어 5개) 설치해도 된다.
서셉터(217)에는 온도 센서(274)가 설치되어 있다. 히터(218) 및 온도 센서(274)에는, 전력 공급선(222)을 통해서, 전력 조정기(224), 히터 전원(225) 및 온도 조정기(223)가 전기적으로 접속되어 있다. 온도 센서(274)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여, 히터(218)에의 통전 상태가 제어되도록 구성되어 있다.
(가스 공급부)
반응 용기(203)의 천장부의 중앙부에는, 제1 원소 함유 가스 도입부(251)와, 제2 원소 함유 가스 도입부(252)와, 불활성 가스 도입부(253), 클리닝 가스 도입부(258)를 구비하는 가스 공급부(250)가 설치되어 있다. 가스 공급부(250)의 상단은, 반응 용기(203)의 천장부에 개설된 개구에 기밀하게 접속되어 있다.
가스 공급부(250)는 예를 들어 통 형상이다. 가스 공급부(250)의 내부에는, 각 가스 도입부가 구획되어 있다. 예를 들어, 가스 공급부(250) 내의 제1 처리 영역(201a)측에는, 제1 원소 함유 가스 도입부(251)가 설치되어 있다. 가스 공급부(250) 내의 제2 처리 영역(201b)측에는, 제1 원소 함유 가스 도입부(251)로부터 이격되어 제2 원소 함유 가스 도입부(252)가 설치되어 있다. 가스 공급부(250) 내 중 제1 원소 함유 가스 도입부(251)와 제2 처리 영역(201b)의 사이에는, 불활성 가스 도입부(253)가 설치되어 있다. 불활성 가스 도입부(253)의 중앙이며, 제1 원소 함유 가스 도입부(251)와 제2 원소 함유 가스 도입부(252)의 사이에는, 클리닝 가스 도입부(258)가 배치되어 있다.
제1 원소 함유 가스 도입부(251)의 제1 처리 영역(201a)측의 측벽에는, 제1 처리 영역(201a)에 개구되는 제1 가스 분출구(254)가 형성되어 있다. 제2 원소 함유 가스 도입부(252)의 제2 처리 영역(201b)측의 측벽에는, 제2 처리 영역(201b)에 개구되는 제2 가스 분출구(255)가 형성되어 있다.
불활성 가스 도입부(253)의 제1 퍼지 영역(204a) 및 제2 퍼지 영역(204b)의 측에서의 측벽에는, 각각 제1 퍼지 영역(204a)에 개구되는 제1 불활성 가스 분출구(256) 및 제2 퍼지 영역(204b)에 개구되는 제2 불활성 가스 분출구(257)가 형성되어 있다.
가스 공급부(250)의 바닥에는, 클리닝 가스 도입부(258)의 단부인 클리닝 가스 공급 구멍(259)이 형성되어 있다. 즉, 클리닝 가스 공급 구멍(259)은, 제1 가스 분출구(254), 제2 가스 분출구(255), 불활성 가스 분출구(256, 257)보다 낮은 위치에 형성되어 있다.
가스 공급부(250)는, 제1 원소 함유 가스 도입부(251)로부터 제1 처리 영역(201a) 내에 제1 원소 함유 가스를 공급하고, 제2 원소 함유 가스 도입부(252)로부터 제2 처리 영역(201b) 내에 제2 원소 함유 가스를 공급하고, 불활성 가스 도입부(253)로부터 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에 불활성 가스를 공급하고, 클리닝 가스 도입부(258)로부터 처리실(201) 내의 대략 전역에 클리닝 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 가스 공급부(250)는, 각각의 서로 다른 가스를 혼합시키지 않고 개별로 각 영역에 공급할 수 있고, 또한 각 가스를 병행해서 각 영역에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
(처리 가스 공급계)
제1 원소 함유 가스 도입부(251)의 상단에는, 제1 가스 공급관(232a)의 하류단이 접속되어 있다. 제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 제1 가스 공급원(232b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(232c) 및 개폐 밸브인 밸브(232d)가 설치되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터, 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(232c), 밸브(232d), 제1 원소 함유 가스 도입부(251) 및 제1 가스 분출구(254)를 통해서, 제1 처리 영역(201a) 내에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는, 원료 가스, 즉, 처리 가스의 하나이다.
여기서, 제1 원소는, 예를 들어 실리콘(Si)이다. 즉, 제1 원소 함유 가스는, 예를 들어 실리콘 함유 가스이다. 실리콘 함유 가스로서는, 예를 들어 SiH2(NH(C4H9))2(비스터셔리부틸아미노실란, 약칭: BTBAS) 가스를 사용할 수 있다. 또한, 제1 원소 함유 가스는, 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 된다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는, 제1 가스 공급원(232b)과 매스 플로우 컨트롤러(232c)의 사이에, 도시하지 않은 기화기를 설치하면 된다. 여기에서는 기체로서 설명한다.
또한, 실리콘 함유 가스로서는, BTBAS 이외에, 예를 들어 유기 실리콘 재료인 헥사메틸디실라잔(C6H19NSi2, 약칭: HMDS)이나 트리실릴아민((SiH3)3N, 약칭: TSA) 등을 사용할 수 있다. 이들 가스는, 프리커서로서 작용한다. 또한, 제1 원소 함유 가스는, 후술하는 제2 가스보다 점착도(점도)가 높은 재료가 사용된다.
제2 원소 함유 가스 도입부(252)의 상단에는, 제2 가스 공급관(233a)의 하류 단이 접속되어 있다. 제2 가스 공급관(233a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 제2 가스 공급원(233b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(233c) 및 개폐 밸브인 밸브(233d)가 설치되어 있다.
제2 가스 공급관(233a)으로부터는, 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가, 매스 플로우 컨트롤러(233c), 밸브(233d), 제2 원소 함유 가스 도입부(252) 및 제2 가스 분출구(255)를 통해서, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는, 플라즈마 생성부(206)에 의해 플라즈마 상태로 되어, 웨이퍼(200) 위에 조사된다.
제2 원소 함유 가스는, 처리 가스의 하나이다. 또한, 제2 원소 함유 가스는, 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 된다.
여기서, 제2 원소 함유 가스는, 제1 원소와 상이한 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는, 예를 들어 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나이다. 본 실시 형태에서는, 제2 원소 함유 가스는, 예를 들어 산소 함유 가스인 것으로 한다. 구체적으로는, 산소 함유 가스로서는, 산소(O2) 가스가 사용된다. 또한, 산소 함유 가스로서는, 오존(O3) 가스나 수증기(H2O)를 사용해도 된다. 또한, 제2 원소 함유 가스는, 제1 원소 함유 가스보다 점착도(점도)가 낮은 재료가 사용된다.
주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(232c), 밸브(232d), 제1 원소 함유 가스 도입부(251) 및 제1 가스 분출구(254)에 의해, 제1 원소 함유 가스 공급계(실리콘 함유 가스 공급계라고도 함)가 구성된다. 또한, 제1 가스 공급원(232b)을, 제1 원소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 주로, 제2 가스 공급관(233a), 매스 플로우 컨트롤러(233c), 밸브(233d), 제2 원소 함유 가스 도입부(252) 및 제2 가스 분출구(255)에 의해, 제2 원소 함유 가스 공급계(산소 함유 가스 공급계라고도 함)가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급원(233b)을, 제2 원소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 그리고, 주로, 제1 원소 함유 가스 공급계 및 제2 원소 함유 가스 공급계에 의해, 처리 가스 공급계가 구성된다.
(불활성 가스 공급계)
불활성 가스 도입부(253)의 상단에는, 제1 불활성 가스 공급관(234a)의 하류단이 접속되어 있다. 제1 불활성 가스 공급관(234a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(234b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(234c) 및 개폐 밸브인 밸브(234d)가 설치되어 있다.
제1 불활성 가스 공급관(234a)으로부터는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(234c), 밸브(234d), 불활성 가스 도입부(253), 제1 불활성 가스 분출구(256) 및 제2 불활성 가스 분출구(257)를 통해서, 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에 각각 공급된다. 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에 공급되는 불활성 가스는, 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 퍼지 가스로서 작용한다.
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(232d)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(235a)의 하류단이 접속되어 있다. 제2 불활성 가스 공급관(235a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(235b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(235c) 및 개폐 밸브인 밸브(235d)가 설치되어 있다.
제2 불활성 가스 공급관(235a)으로부터는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(235c), 밸브(235d), 제1 가스 공급관(232a), 제1 원소 함유 가스 도입부(251) 및 제1 가스 분출구(254)를 통해서, 제1 처리 영역(201a) 내에 공급된다. 제1 처리 영역(201a) 내에 공급되는 불활성 가스는, 박막 형성 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
또한, 제2 가스 공급관(233a)의 밸브(233d)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(236a)의 하류단이 접속되어 있다. 제3 불활성 가스 공급관(236a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(236b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236c) 및 개폐 밸브인 밸브(236d)가 설치되어 있다.
제3 불활성 가스 공급관(236a)으로부터는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(236c), 밸브(236d), 제2 가스 공급관(233a), 제2 원소 함유 가스 도입부(252) 및 제2 가스 분출구(255)를 통해서, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급된다. 제2 처리 영역(201b) 내에 공급되는 불활성 가스는, 제1 처리 영역(201a) 내에 공급되는 불활성 가스와 마찬가지로, 박막 형성 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
여기서, 불활성 가스는, 예를 들어 질소(N2) 가스이다. 또한, 불활성 가스로서, N2 가스 이외에, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
주로, 제1 불활성 가스 공급관(234a), 매스 플로우 컨트롤러(234c) 및 밸브(234d), 불활성 가스 도입부(253), 제1 불활성 가스 분출구(256) 및 제2 불활성 가스 분출구(257)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(234b)을, 제1 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(235a), 매스 플로우 컨트롤러(235c) 및 밸브(235d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(235b), 제1 가스 공급관(232a), 제1 원소 함유 가스 도입부(251) 및 제1 가스 분출구(254)를, 제2 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(236a), 매스 플로우 컨트롤러(236c) 및 밸브(236d)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(236b), 제2 가스 공급관(233a), 제2 원소 함유 가스 도입부(252) 및 제2 가스 분출구(255)를, 제3 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
그리고, 주로, 제1 불활성 가스 공급계, 제2 불활성 가스 공급계 및 제3 불활성 가스 공급계에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
(클리닝 가스 공급계)
클리닝 가스 도입부(258)의 상단에는, 클리닝 가스 공급관(237a)의 하류단이 접속되어 있다. 클리닝 가스 공급관(237a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 클리닝 가스 공급원(237b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(237c), 개폐 밸브인 밸브(237d) 및 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 유닛(237e)이 설치되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 클리닝 가스가 공급된다. 클리닝 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(237c), 밸브(237d), 리모트 플라즈마 생성 유닛(237e), 클리닝 가스 도입부(258), 클리닝 가스 공급 구멍(259)을 통해서 반응 용기(203)에 공급된다. 클리닝 가스는, 리모트 플라즈마 생성 유닛(237e)에 의해 플라즈마 상태로 된 클리닝 가스에 의해, 반응 용기(203) 내의 부생성물 등이 클리닝된다.
여기서, 클리닝 가스는, 예를 들어 3불화질소(NF3) 가스이다. 또한, 클리닝 가스로서, 예를 들어 불화수소(HF) 가스, 3불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 사용해도 되고, 또한 이들을 조합해서 사용해도 된다. 또한, 상기 클리닝 가스는, 희석 가스로서 불활성 가스(예를 들어, 질소 가스)와 함께 공급해도 된다.
(배기계)
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 반응 용기(203)의 저부에는, 반응 용기(203) 내를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 압력 센서(248), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243) 및 개폐 밸브로서의 밸브(245)를 통해서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있어, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다. APC 밸브(243)는, 밸브를 개폐해서 처리실(201) 내의 진공 배기나 진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브 개방도를 조절해서 처리실(201) 내의 압력을 조정 가능하게 되어 있는 개폐 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(243) 및 밸브(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 배기계에는, 압력 센서(248) 및 진공 펌프(246)를 포함해도 된다.
(플라즈마 생성부)
제2 처리 영역(201b) 내의 상방에는, 플라즈마 생성부(206)의 적어도 일부를 구성하는 전극(271)이 설치되어 있다. 플라즈마 생성부(206)는, 제2 처리 영역(201b) 내에 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성(제2 원소 함유 가스를 활성화)하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 플라즈마를 사용함으로써, 저온이어도 제2 원소 함유 가스를 활성화시켜 웨이퍼(200)의 처리를 행할 수 있다.
제2 처리 영역(201b) 내에는, 예를 들어 서로 평행하게 나란히 설치된 2개의 막대 형상 전극(271)이 설치되어 있다. 2개의 전극(271)은, 예를 들어 석영제의 커버(도시하지 않음)로 덮여 있다. 전극(271)에는, 임피던스를 정합하는 정합기(272)를 통해서, 고주파 전원(273)이 접속되어 있다. 고주파 전원(273)으로부터 전극(271)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 전극(271)의 주변에 플라즈마가 생성된다. 또한, 주로 전극(271)의 바로 아래에 플라즈마가 생성된다. 이와 같이, 플라즈마 생성부(206)는, 소위 용량 결합형의 플라즈마를 생성한다.
예를 들어, 플라즈마 생성부(206)의 전극(271)은, 평면에서 보았을 때 반응 용기(203)의 중심으로부터 외측을 향하는 방향으로 설치되어 있다. 바꿔 말하면, 전극(271)은, 평면에서 보았을 때 반응 용기(203)의 중심으로부터 직경 방향으로 설치되어 있다. 전극(271)은, 웨이퍼(200)의 상면과 평행하게 설치되어 있다. 또한, 전극(271)은, 웨이퍼(200)가 통과하는 경로 상에 배치되어 있다. 전극(271)의 길이는, 웨이퍼(200)의 직경보다도 길다. 이에 의해, 전극(271)의 바로 아래를 통과하는 웨이퍼(200)의 전체면에 순차적으로 플라즈마가 조사된다.
주로, 전극(271)에 의해, 플라즈마 생성부(206)가 구성된다. 또한, 정합기(272) 및 고주파 전원(273)을 플라즈마 생성부(206)에 포함해서 생각해도 된다.
(제어부)
이어서, 도 5를 사용하여, 본 실시 형태의 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(300)에 대해서 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치(10)의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(300)는, CPU(Central Processing Unit)(301a), RAM(Random Access Memory)(301b), 기억 장치(301c), I/O 포트(301d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(301b), 기억 장치(301c), I/O 포트(301d)는, 내부 버스(301e)를 통해서, CPU(301a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(300)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(302)가 접속되어 있다.
기억 장치(301c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(301c) 내에는, 기판 처리 장치(10)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 성막 처리 등의 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피가, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(300)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(301b)은, CPU(301a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(301d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(232c, 233c, 234c, 235c, 236c, 237c), 밸브(232d, 233d, 234d, 235d, 236e, 237f), 압력 센서(248), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(218), 온도 센서(274), 정합기(272), 고주파 전원(273), 회전 기구(267), 승강 기구(268) 등에 접속되어 있다. 또한, I/O 포트(301d)는, 도시되지 않은 전력 조정기(224), 히터 전원(225) 및 온도 조정기(223)에도 접속되어 있다.
CPU(301a)는, 기억 장치(301c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(302)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(301c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(301a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(232c, 233c, 234c, 235c, 236c, 237c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(232d, 233d, 234d, 235d, 236e, 237f)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 압력 센서(248)에 기초하는 APC 밸브(243)에 의한 압력 조정 동작, 온도 센서(274)에 기초하는 히터(218)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 서셉터(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 승강 기구(268)에 의한 서셉터(217)의 승강 동작, 고주파 전원(273)에 의한 전력 공급 및 정지, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(300)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(303)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(303)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하거나 함으로써, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(300)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(303)를 통해서 공급하는 경우에 제한하지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(303)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억 장치(301c)나 외부 기억 장치(303)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(301c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(303) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(3) 기판 처리 공정
계속해서, 본 실시 형태에 따른 반도체 제조 공정의 일 공정으로서, 상술한 프로세스 챔버(202)를 구비하는 기판 처리 장치(10)를 사용해서 제조되는 기판 처리 공정에 대해서 설명한다.
먼저, 도 6 및 도 7을 사용하여, 기판 처리 공정의 개략에 대해서 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 7은, 본 실시 형태에 따른 제2 공정의 흐름도이다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(10)의 프로세스 챔버(202)의 구성의 각 부의 동작은, 컨트롤러(300)에 의해 제어된다.
여기에서는, 제1 원소 함유 가스로서 BTBAS 가스를 사용하고, 제2 원소 함유 가스로서 산소(O2) 가스를 사용하여, 웨이퍼(200) 위에 박막으로서 실리콘 산화막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한, 예를 들어 웨이퍼(200) 위에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
(기판 반입·적재 공정 S102)
예를 들어, 최대 25매의 웨이퍼(200)가 수납된 포드(100)가, 공정 내 반송 장치에 의해 반송되어, 로드 포트(105) 위에 적재된다. 포드(100)의 캡(100a)이 포드 오프너(108)에 의해 제거되고, 포드(100)의 기판 출납구가 개방된다. 제2 웨이퍼 이동 탑재기(124)는, 포드(100)로부터 웨이퍼(200)를 픽업하여, 노치 맞춤 장치(106) 위에 적재한다. 노치 맞춤 장치(106)는, 웨이퍼(200)의 위치 조정을 행한다. 제2 웨이퍼 이동 탑재기(124)는, 웨이퍼(200)를 노치 맞춤 장치(106)로부터 대기압의 상태 예비실(122) 내에 반입한다. 게이트 밸브(128)가 폐쇄되고, 예비실(122) 내가 배기 장치(도시하지 않음)에 의해 부압으로 배기된다.
프로세스 챔버(202)에서는 서셉터(217)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시킴으로써, 서셉터(217)의 관통 구멍(217a)에 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)을 관통시킨다. 그 결과, 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)이, 서셉터(217) 표면보다도 소정의 높이만큼 돌출된 상태가 된다. 계속해서, 소정의 게이트 밸브를 개방하고, 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)를 사용하여, 처리실(201) 내에 소정 매수(예를 들어 5매)의 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입한다. 그리고, 서셉터(217)가 도시하지 않은 회전축을 중심으로 해서, 각 웨이퍼(200)가 겹치지 않도록, 서셉터(217)의 회전 방향을 따라서 적재한다. 이에 의해, 웨이퍼(200)는, 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출된 웨이퍼 푸쉬업 핀(266) 위에 수평 자세로 지지된다.
처리실(201) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)를 프로세스 챔버(202)의 밖으로 퇴피시키고, 소정의 게이트 밸브를 폐쇄해서 반응 용기(203) 내를 밀폐한다. 그 후, 서셉터(217)를 상승시킴으로써, 서셉터(217)에 설치된 각 적재부(217b) 위에 웨이퍼(200)를 적재한다.
또한, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입할 때는, 배기계에 의해 처리실(201) 내를 배기하면서, 불활성 가스 공급계로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉, 진공 펌프(246)를 작동시켜 APC 밸브(243)를 개방함으로써 처리실(201) 내를 배기한 상태에서, 적어도 제1 불활성 가스 공급계의 밸브(234d)를 개방함으로써, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리실(201) 내에의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(200) 위에의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 또한 제2 불활성 가스 공급계 및 제3 불활성 가스 공급계로부터 불활성 가스를 공급해도 된다. 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 기판 반입·적재 공정(S102)부터 후술하는 기판 반출 공정(S106)이 종료될 때까지의 동안에는, 항상 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(200)를 서셉터(217) 위에 적재할 때는, 서셉터(217)의 내부에 매립된 히터(218)에 전력을 공급하여, 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 웨이퍼(200)의 온도는, 예를 들어 실온 이상 700℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 200℃ 이하이다. 이때, 히터(218)의 온도는, 온도 센서(274)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(218)에의 통전 상태를 제어함으로써 조정된다.
또한, 실리콘으로 구성되는 웨이퍼(200)의 가열 처리에서는, 표면 온도를 750℃ 이상으로까지 가열하면, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 소스 영역이나 드레인 영역 등에 불순물의 확산이 발생하여, 회로 특성이 열화되어, 반도체 디바이스의 성능이 저하되어버리는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 상술한 바와 같이 제한함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 소스 영역이나 드레인 영역에서의 불순물의 확산, 회로 특성의 열화, 반도체 디바이스의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 후술하는 더블 패터닝법 등과 같이 웨이퍼(200) 위에 포토레지스트 패턴이 형성된 상태에서, 포토레지스트 패턴 위에 박막을 형성하는 경우에는, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 200℃ 이상의 고온일 때 포토레지스트 패턴이 열 변화되어버릴 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 저온에서 기판 처리 공정을 행하는 것이 가능하기 때문에, 포토레지스트 막의 열화를 억제할 수 있다.
(박막 형성 공정 S104)
이어서, 박막 형성 공정 S104를 행한다. 박막 형성 공정 S104의 기본적인 흐름에 대해서 설명하고, 본 실시 형태의 특징 부분에 대해서는 상세를 후술한다.
박막 형성 공정 S104에서는, 제1 처리 영역(201a) 내에 BTBAS 가스를 공급하고, 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스를 공급해서 웨이퍼(200) 위에 실리콘 산화막을 형성한다.
또한, 박막 형성 공정 S104에서는, 기판 반입·적재 공정 S102 후, 계속해서, 배기부에 의해 처리실(201) 내가 배기됨과 함께, 불활성 가스 공급계로부터 제1 퍼지 영역(204a) 내 및 제2 퍼지 영역(204b) 내에 퍼지 가스로서의 N2 가스가 공급되어 있다.
(서셉터 회전 개시 S202)
먼저, 웨이퍼(200)가 각 웨이퍼 적재부(217b)에 적재되면, 회전 기구(267)에 의해 서셉터(217)의 회전을 개시한다. 이때, 서셉터(217)의 회전 속도는 컨트롤러(300)에 의해 제어된다. 서셉터(217)의 회전 속도는 예를 들어 1회전/분 이상 100회전/분 이하이다. 구체적으로는, 회전 속도는, 예를 들어 60회전/분이다. 서셉터(217)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(200)는, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)의 순서대로 이동을 개시한다.
(가스 공급 개시 S204)
웨이퍼(200)를 가열해서 원하는 온도에 달하고, 서셉터(217)가 원하는 회전 속도에 도달하면, 밸브(232d)를 열어서 제1 처리 영역(201a) 내에 BTBAS의 공급을 개시하고, 또한 밸브(233d)를 열어서 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스를 공급한다.
이때, BTBAS 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(232c)를 조정한다. 또한, BTBAS의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 제3 공정 S210까지 BTBAS 가스를 일정 유량으로 계속해서 흘린다.
또한, BTBAS 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다.
또한, 산소 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(233c)를 조정한다. 또한, 산소 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 제3 공정 S210까지 산소 가스를 일정 유량으로 계속해서 흘린다.
또한, APC 밸브(243)의 밸브 개방도를 적정하게 조정함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다.
또한, 이 가스 공급 개시 S204 때부터, 웨이퍼(200)의 표면 위에 후술하는 소정의 두께를 갖는 실리콘 함유층이 형성되기 시작한다.
(제1 공정 S206)
이어서, BTBAS 가스 및 산소 가스의 유량이 안정되면, 플라즈마 생성부(206)에 의해, 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스의 플라즈마 생성을 개시한다. 바꿔 말하면, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 개시함으로써 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 플라즈마가 착화된다.
구체적으로는, 고주파 전원(273)으로부터 전극(271)에 고주파 전력을 인가함과 함께, 정합기(272)에 의해 임피던스를 정합시킨다. 이에 의해, 제2 처리 영역(201b) 내에서의 전극(271)의 하방에 산소 가스의 플라즈마를 생성한다. 제2 처리 영역(201b) 내에는, 산소 원소를 포함하는 활성종이 생성된다.
또한, 제1 공정 S206 때부터, 후술하는 바와 같이, 실리콘 함유층이 산소 가스의 플라즈마에 의해 개질되기 시작한다.
(제2 공정 S208)
이어서, 제1 공정 S206 후에, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 계속하여, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 원소 및 산소 원소를 함유하는 실리콘 산화막을 형성해 가는 제2 공정 S208을 행한다.
제2 공정 S208에서는, 복수의 웨이퍼(200)가, 순차적으로, 제1 처리 영역(201a)과 제2 처리 영역(201b)을 소정 횟수 교대로 통과하도록 서셉터(217)가 계속해서 회전하고 있다. 구체적으로는, 웨이퍼(200)는, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)의 순서대로 교대로 통과한다. 이에 의해, 웨이퍼(200)에는, BTBAS 가스의 공급, 불활성 가스의 공급, 플라즈마 상태가 된 산소 가스의 공급, 불활성 가스의 공급을 1 사이클로 하고, 이 사이클이 순서대로 실시된다.
이하, 도 7을 사용하여, 제2 공정 S208의 상세를 설명한다.
(제1 처리 영역 통과 S302)
웨이퍼(200)가 제1 처리 영역(201a)을 통과할 때, BTBAS 가스가 웨이퍼(200)에 공급된다. 웨이퍼(200) 표면의 위에는, BTBAS 가스가 웨이퍼(200) 위에 접촉함으로써 「제1 원소 함유층」으로서의 실리콘 함유층이 형성된다.
실리콘 함유층은, 예를 들어 처리실(201) 내의 압력, BTBAS 가스의 유량, 서셉터(217)의 온도, 제1 처리 영역(201a)의 통과에 걸리는 시간(제1 처리 영역(201a)에서의 처리 시간) 등에 따라, 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
(제1 퍼지 영역 통과 S304)
이어서, 웨이퍼(200)는, 제1 처리 영역(201a)을 통과한 후에, 서셉터(217)의 회전 방향(R)으로 이동해서 제1 퍼지 영역(204a)으로 이동한다. 웨이퍼(200)가 제1 퍼지 영역(204a)을 통과할 때, 제1 처리 영역(201a)에서 웨이퍼(200)에 결합할 수 없었던 실리콘 성분이, 불활성 가스에 의해 웨이퍼(200) 위로부터 제거된다.
(제2 처리 영역 통과 S306)
이어서, 웨이퍼(200)는, 제1 퍼지 영역(204a)을 통과한 후에, 서셉터(217)의 회전 방향(R)으로 이동해서 제2 처리 영역(201b)으로 이동한다. 웨이퍼(200)가 제2 처리 영역(201b)을 통과할 때, 제2 처리 영역(201b)에서는, 실리콘 함유층이 산소 가스의 플라즈마에 의해 개질된다.
여기서, 실리콘 함유층이 산소 가스의 플라즈마에 의해 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에는, 예를 들어 실리콘 원소 및 산소 원소를 함유하는 층이 형성된다. 이하, 실리콘 원소 및 산소 원소를 함유하는 층을, 간단히 「개질층」이라 한다.
개질층은, 예를 들어 반응 용기(203) 내의 압력, 산소 가스의 유량, 서셉터(217)의 온도, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급 상태 등에 따라, 소정의 두께, 소정의 분포, 실리콘 함유층에 대한 소정의 산소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
이하에서, 개질층 위에 형성된 실리콘 함유층이 더 개질될 때, 예를 들어 개질층 위에 개질층이 더 적층되어 형성되는 것으로서 설명한다. 또한, 개질층 위에 형성된 실리콘 함유층이 더 개질될 때는, 하측에 위치하는 개질층과 상측에 적층되는 개질층의 계면이 형성되지 않는 경우나, 하측에 위치하는 개질층에 산소 성분 등이 상측에 적층되는 개질층을 넘어서 침입하는 경우를 포함한다.
(제2 퍼지 영역 통과 S308)
이어서, 웨이퍼(200)는, 플라즈마가 착화된 제2 처리 영역(201b)을 통과한 후에, 서셉터(217)의 회전 방향(R)으로 이동해서 제2 퍼지 영역(204b)으로 이동한다. 웨이퍼(200)가 제2 퍼지 영역(204b)을 통과할 때, 제2 처리 영역(201b)에서 웨이퍼(200)에 결합할 수 없었던 산소 성분이, 불활성 가스에 의해 웨이퍼(200) 위로부터 제거된다.
(판정 S310)
그 동안에, 컨트롤러(300)는, 상기 1 사이클을 소정 횟수 실시했는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(300)는, 서셉터(217)의 회전 수를 카운트한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S310에서로 "아니오"인 경우), 서셉터(217)의 회전을 더 계속시켜서, 실리콘 함유 가스의 공급 S302, 불활성 가스의 공급 S304, 플라즈마 상태가 된 산소 가스의 공급 S306, 불활성 가스의 공급 S308의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S310에서 "예"인 경우), 제2 공정 S208을 종료한다.
이와 같이, 제1 원소 함유 가스의 공급 S302, 불활성 가스의 공급 S304, 플라즈마 상태가 된 제2 원소 함유 가스의 공급 S306, 불활성 가스의 공급 S308의 1 사이클로 해서, 소정 횟수 반복한다.
(제3 공정 S210)
이어서, 제2 공정 S208 후에, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고, 플라즈마 생성을 정지한다. 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후에도, 제1 처리 영역(201a)에의 제1 원소 함유 가스의 공급과, 제2 처리 영역(201b)에의 제2 원소 함유 가스의 공급과, 제1 퍼지 영역(204a) 및 제2 퍼지 영역(204b)에의 질소 가스의 공급과, 서셉터(217)의 회전을 소정 기간 계속한다.
이때, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후에도, 플라즈마 중의 활성종 등은 실활되지 않고, 소정의 기간 계속해서 플라즈마가 잔존한다. 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후, 플라즈마가 밀한 상태에서 플라즈마가 성긴 상태로 되어 나가며, 플라즈마 중의 활성종 등은 실활된다.
(가스 공급 정지 S212)
제3 공정 S210 후, 적어도 밸브(232d) 및 밸브(233d)를 폐쇄하여, 제1 원소 함유 가스 및 제2 원소 함유 가스의 제1 처리 영역(201a) 및 제2 처리 영역(201b)에의 공급을 정지한다.
(서셉터 회전 정지 S214)
가스 공급 정지 S212 후, 서셉터(217)의 회전을 정지한다. 이상에 의해, 박막 형성 공정 S104가 종료된다.
(기판 반출 공정 S106)
이어서, 서셉터(217)를 하강시켜, 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출시킨 웨이퍼 푸쉬업 핀(266) 위에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 소정의 게이트 밸브를 개방하고, 제1 웨이퍼 이동 탑재기(112)를 사용해서 웨이퍼(200)를 반응 용기(203)의 밖으로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는, 불활성 가스 공급계로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
이상에 의해, 기판 처리 공정을 종료한다. 또한, 기판 처리 공정의 종료 후, 클리닝 가스 공급계로부터 처리실(201) 내에 클리닝 가스를 공급하여, 처리실(201) 내를 클리닝해도 된다.
(4) 박막 형성 공정의 상세에 대해서
계속해서, 본 실시 형태에 따른 박막 형성 공정 S104 중 제1 공정 S206 내지 제3 공정 S210에 대해서, 비교예와 대비하면서 상세를 설명한다.
(제1 공정에 대해서)
도 13을 사용하여, 비교예의 박막 형성 공정에 대해서 설명한다. 도 13의 (a) 및 (b)는, 비교예의 제1 공정에서의 웨이퍼(200') 위의 박막 형성 상태를 도시하는 모식적 단면도이다.
여기서, 비교예에서는, 제1 공정에서의 제2 처리 영역(201b)의 압력과, 제2 공정에서의 제2 처리 영역(201b)의 압력은 동등한 것으로 한다.
비교예에서는, 가스 공급 개시(S204에 상당하는 공정)에 의해, 예를 들어 웨이퍼(200') 위에는 실리콘 함유층(803)이 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 실리콘 함유층(803)은, 실리콘 함유 가스(BTBAS 가스)가 분해된 실리콘 성분(802)이 부착되어, 실리콘 함유층(803)이 구성되어 있는 것으로 한다.
이어서, 도 13의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 공정에서, 플라즈마 생성부에 의해, 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스의 플라즈마 생성을 개시한다. 또한, 도면에서는 플라즈마 생성부 중 주로 전극(271') 부근을 나타내고 있다. 플라즈마 생성부의 하방에는, 산소 원소의 활성종을 포함하는 플라즈마의 시스(801)가 생성된다.
이때, 예를 들어 서셉터의 회전 속도가 높아 웨이퍼(200')가 제2 영역(201b')을 통과하는 타이밍을 조정하는 것이 곤란하거나, 플라즈마 생성부에 의한 플라즈마의 착화 타이밍이 변동되거나 할 가능성이 있다. 이러한 경우, 플라즈마 생성부에 의해 플라즈마가 착화될 때, 플라즈마 생성부의 바로 아래를 웨이퍼(200')가 통과하고 있는 도중인 경우가 있다. 이하, 플라즈마 생성부에 의해 플라즈마가 착화될 때, 복수의 웨이퍼(200') 중 플라즈마 생성부의 바로 아래를 처음으로 통과하는 웨이퍼를 「제1 웨이퍼(W1')」라 한다.
플라즈마가 착화될 때, 제1웨이퍼(W1')의 면 내에 있어서, 플라즈마 생성부의 바로 아래를 이미 통과하고 있던 측에는 플라즈마가 조사되지 않는다. 한편, 웨이퍼(200')가 서셉터의 회전 방향(R')으로 이동함에 수반하여, 플라즈마가 착화될 때 플라즈마 생성부의 바로 아래를 통과하기 전이었던 측(바꿔 말하면, 플라즈마 생성부의 회전 방향 하류이며, 플라즈마가 생성될 때 플라즈마 생성부의 바로 아래를 통과하고 있지 않은 측)에는 수시로 플라즈마가 조사되어 간다. 이 때문에, 제1 웨이퍼(W1')의 전체가 제2 처리 영역(201b)을 통과한 후에는, 제1 웨이퍼(W1')의 면 내에 플라즈마가 조사되지 않은 영역(비 플라즈마 조사 영역(200a'))과 플라즈마가 조사된 영역(플라즈마 조사 영역(200b'))이 발생한다. 한편, 제1 웨이퍼(W1') 이후의 웨이퍼(200')에는 전체면에 플라즈마가 조사되어 간다.
비 플라즈마 조사 영역(200a')에는, 실리콘 함유층(803)의 표면이 노출된 상태 그대로이다. 한편, 플라즈마 조사 영역(200b')에는, 실리콘 함유층(803)은, 산소 가스의 플라즈마에 의해 개질된다. 플라즈마 조사 영역(200b')에는, 실리콘 함유층(803)이 개질됨으로써, 개질층(805)이 형성된다.
이때, 제1웨이퍼(W1')의 면 내에 있어서, 비 플라즈마 조사 영역(200a')과 플라즈마 조사 영역(200b')의 사이에, 단차(da)가 발생할 수 있다. 단차(da)는, 서셉터(217)가 1회전했을 때 형성되는 막의 두께이며, 예를 들어 약 1.8Å(0.18nm) 정도이다. 또한, 서셉터(217) 위에 적재된 제1 웨이퍼(W1')와, 제1 웨이퍼(W1') 이외의 웨이퍼(200)와의 사이에, 단차(da)에 상당하는 층 두께 차가 발생할 수 있다.
그 후, 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에 웨이퍼(200')가 소정 횟수 교대로 통과함으로써, 웨이퍼(200') 위에 실리콘 산화막이 형성된다. 이때, 제1 웨이퍼(W1')에 형성된 박막에는, 최초로 형성된 단차(da)에 상당하는 막 두께 차가 잔존한다.
이와 같이, 플라즈마가 착화될 때 제1 웨이퍼(W1')의 면 내에 비 플라즈마 조사 영역(200a')이 발생한 것에 기인하여 비 플라즈마 조사 영역(200a')과 플라즈마 조사 영역(200b')의 사이에, 제1 웨이퍼(W1')의 면 내에서 막 두께 차가 발생할 수 있다. 또한, 제1 웨이퍼(W1')와 제1 웨이퍼(W1') 이외의 웨이퍼(200')와의 사이에 막 두께 차가 발생할 수 있다.
또한, 최근에는, 예를 들어 20nm 이하의 배선 치수가 요구되고 있다. 이 때문에, 상기와 같은 약간의 막 두께 차라도, 배선의 패턴 폭 등의 차가 발생해버릴 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도를, 후술하는 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도보다도 낮게 한다. 구체적으로는, 예를 들어 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력보다도 낮게 한다.
이하, 도 8, 도 9의 (a-1) 내지 도 10의 (c-2)를 사용하여, 본 실시 형태의 박막 형성 공정 S104의 상세에 대해서 설명한다. 도 8은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 시퀀스에서의 각 부의 동작 타이밍을 도시하는 도면이다. 도 9의 (a-1) 내지 (c-1)은, 본 실시 형태의 박막 형성 공정에서의 웨이퍼 위치를 도시하는 모식적인 평면도이며, 도 9의 (a-2) 내지 (c-2)는, (a-1) 내지 (c-1)일 때에 있어서의 웨이퍼 위의 박막 형성 상태를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 10의 (a-1) 내지 (c-1)은, 본 실시 형태의 박막 형성 공정에서의 웨이퍼 위치를 도시하는 모식적인 평면도이며, 도 10의 (a-2) 내지 (c-2)는, (a-1) 내지 (c-1)일 때에 있어서의 웨이퍼 위의 박막 형성 상태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 9의 (a-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 공급 개시 S204에 의해, 예를 들어 웨이퍼(200) 위에 BTBAS 분자 등이 접촉함으로써 실리콘 함유층(903)이 형성되어 있다. 여기에서는, 예를 들어 실리콘 성분(902)에 의해, 실리콘 함유층(903)이 구성되어 있는 것으로 한다.
이어서, 도 9의 (b-1) 및 (b-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 공정 S206에서, 플라즈마 생성부(206)에 의해, 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스의 플라즈마 생성을 개시한다(도 8의 플라즈마 생성부 On). 플라즈마 생성부(206)의 하방에는, 산소 원소의 활성종을 포함하는 플라즈마의 시스(901)가 생성된다.
플라즈마 생성부(206)에 의해 플라즈마가 착화될 때, 플라즈마 생성부(206)의 바로 아래를, 웨이퍼(200)(제1 웨이퍼(W1)라 함)가 통과하고 있는 도중인 경우가 있다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도(제2 처리 영역(201b) 내의 가스 활성도(제1 활성도))를, 후술하는 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도(제2 활성도)보다도 낮게 하고 있다.
구체적으로는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들어 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 한다. 적어도 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 개시할 때에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P1))을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 한다. 또한, 제1 공정 S206에서의 모든 기간에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 해도 된다.
이에 의해, 제1 공정에서, 플라즈마가 착화되었을 때, 플라즈마는 성긴 상태가 된다. 따라서, 플라즈마 생성부(206)의 바로 아래에 제1 웨이퍼(W1)가 위치하고 있는 상태에서 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마가 착화된 경우에도, 제1 웨이퍼(W1)의 표면에 접촉하는 산소 원소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다.
도 9의 (b-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 비 플라즈마 조사 영역(200a)에는, 실리콘 함유층(903)의 표면이 노출된 상태 그대로이다. 한편, 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 플라즈마 조사 영역(200b)에는, 활성화된 산소 성분이 분산된 상태에서 부착되어, 개질층(905)이 형성된다.
이와 같이, 거시적으로 보면, 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로 개질층(905)이 형성된다. 바꿔 말하면, 본 실시 형태에서는, 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)의 사이에 명확한 단차가 발생하기 어렵다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 공정 S206에서, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력으로 설정한다. 예를 들어, 제1 공정 S206에서의 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 개시했을 때의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력으로 설정한다.
제1 공정 S206에서의 「제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력」이란, 예를 들어 이하와 같은 압력 범위를 말한다.
예를 들어, 제1 공정 S206에서, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급에 의해 산소 가스의 플라즈마를 생성하는 것이 가능한 압력 이상으로 한다.
보다 바람직하게는, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 웨이퍼(200) 면 내에서의 개질층(905) 존재 비율을 단차가 현저해지지 않는 압력 범위로 한다.
제2 처리 영역(201b) 내의 압력에 관한 이들의 하한 및 상한을 바꿔 말하면, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 압력으로 설정한다.
구체적으로는, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 예를 들어 1Pa 이상 2000Pa 이하로 하고, 바람직하게는 10Pa 이상 1000Pa 이하로 한다. 이에 의해, 플라즈마가 착화될 때 안정적으로 산소 원소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(200)의 면 내에서, 산소 원소를 포함하는 활성종이 접촉하는 확률이 감소한다.
도 9의 (b-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 공정 S206에서는, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 상기와 같은 낮은 압력으로 설정함으로써, 예를 들어 제2 처리 영역(201b)에서의 실리콘 함유층(903)의 위 또는 내에는, 실리콘 성분(902)보다도 적은 수의 산소 성분(904)밖에 결합되지 않는다. 예를 들어, 개질층(905)이 형성되지 않고 실리콘 함유층(903)의 표면이 노출된 면적은, 개질층(905)이 형성된 면적보다도 넓다. 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 플라즈마 조사 영역(200b)에 있어서, 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등을 낮은 밀도로 성기게 분산시켜 형성할 수 있다.
이와 같이, 실질적으로 플라즈마 조사 영역(200b)의 표면 상태는, 비 플라즈마 조사 영역(200a)의 표면 상태와 큰 차이가 없어, 플라즈마 조사 영역(200b)과 비 플라즈마 조사 영역(200a)의 사이에 명확한 단차를 발생하지 않는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 공정 S206에서, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 서서히 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 상승시킨다. 예를 들어, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 단조 증가시킨다. 예를 들어, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 압력(P1)에서 압력(P1)보다도 높은 압력(P2)으로 상승시킨다. 웨이퍼(200)에의 박막의 성막 레이트는 서서히 상승되어 나간다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 함유층(903)이 개질되어서 개질층(905)이 서서히 적층되어 감에 따라, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905)이 형성되는 밀도를 서서히 높게 해 나갈 수 있다.
구체적으로는, 제1 공정 S206에서, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 서서히 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 상승시킴으로써, 예를 들어 이하와 같이 하여, 웨이퍼(200) 위에 개질층(905)이 서서히 적층되어 간다.
도 9의 (c-1) 및 (c-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 플라즈마 조사 영역(200b)에 산소 성분(904)이 성기게 분산된 상태로 개질층(905)이 형성된 제1 웨이퍼(W1)가 제1 처리 영역(201a)을 통과할 때, BTBAS 가스가 공급되어, 적어도 개질층(905)의 위에 실리콘 함유층(903)이 더 형성된다.
이어서, 도 10의 (a-1) 및 (a-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 웨이퍼(W1)가 제2 처리 영역(201b)을 통과할 때는, 산소 가스에 의한 플라즈마가 제1 웨이퍼(W1)에 조사됨으로써, 실리콘 함유층(903)의 위에 개질층(905)이 더 형성된다.
이때, 서서히 제2 처리 영역(201b) 내의 압력이 상승하고 있음으로써, 산소 성분(904)이 밀하게 분산된 상태로, 실리콘 함유층(903) 위에 개질층(905)이 형성된다. 즉, 개질층(905)의 형성 영역이 무질서하게 넓어져 간다.
이와 같이, 웨이퍼(200) 위에 개질층(905)이 서서히 적층되어 감에 따라서, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등의 밀도를 높게 해 갈 수 있다.
이에 의해, 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 서서히 구별할 수 없게 되도록, 무질서하게 실리콘 함유층(903) 및 개질층(905)이 교대로 퇴적되어 간다.
도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 제1 공정 S206에서 처리실(201) 내의 압력을 압력(P1)에서부터 압력(P2)까지 상승시킨 후에, 제2 공정 S208에서 처리실(201) 내의 압력을 압력(P2)으로 유지한다.
이후에는, 도 10의 (b-1) 내지 (c-2)에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 공정 S208을 행하여, 웨이퍼(200)의 위에 개질층(905)을 더 적층시켜 간다.
이와 같이 하여, 본 실시 형태에서는, 거시적으로 보면 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로, 막 두께가 면 내 균일한 실리콘 산화막이 형성된다.
(제3 공정 S210에 대해서)
이어서, 제3 공정 S210에서, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고, 플라즈마 중의 활성종 등이 실활될 때, 플라즈마 생성부의 바로 아래를 마지막으로 통과하는 웨이퍼(200)에 대해서, 비교예와 대비하면서 상세를 설명한다. 제3 공정 S210에서는, 이하와 같이 해서 제1 공정 S206과 반대의 현상이 발생할 수 있다.
여기서, 비교예에서는, 제2 공정에서의 제2 처리 영역의 압력과, 제3 공정에서의 제2 처리 영역의 압력은 동등한 것으로 한다.
비교예에서는, 제3 공정에서, 예를 들어 서셉터의 회전 속도가 높아 웨이퍼가 제2 처리 영역을 통과하는 타이밍을 조정하는 것이 곤란하거나, 플라즈마가 완전히 소멸하는 타이밍이 변동되거나 할 가능성이 있다. 플라즈마 밀도가 크게 감쇠할 때(순간)에, 플라즈마 생성부의 바로 아래를 웨이퍼가 통과하고 있는 도중일 경우가 있다. 이하, 플라즈마 생성부에 의한 플라즈마가 소멸할 때, 복수의 웨이퍼 중 플라즈마 생성부의 바로 아래를 마지막으로 통과하는 웨이퍼를 「최종 웨이퍼」라 한다.
플라즈마가 소멸할 때, 최종 웨이퍼의 면 내에 있어서, 플라즈마 생성부의 바로 아래를 이미 통과하고 있던 측에는, 플라즈마가 밀한 상태에서 조사된 후이다. 한편, 웨이퍼가 서셉터의 회전 방향(R)으로 이동함에 수반하여, 플라즈마가 소멸할 때 플라즈마 생성부의 바로 아래를 통과하기 전이었던 영역에는, 플라즈마가 조사되지 않게 된다. 이 때문에, 최종 웨이퍼의 전체가 제2 처리 영역을 통과한 후에는, 최종 웨이퍼의 면 내에는 플라즈마가 조사된 영역(플라즈마 조사 영역)과, 플라즈마가 조사되지 않은 영역(비 플라즈마 조사 영역)이 발생한다. 한편, 최종 웨이퍼보다도 후에 플라즈마 생성부의 바로 아래를 통과해 가는 웨이퍼에는, 플라즈마가 조사되지 않는다.
플라즈마가 소멸할 때, 최종 웨이퍼의 면 내에 비 플라즈마 조사 영역이 발생한 것에 기인하여, 비 플라즈마 조사 영역과 플라즈마 조사 영역의 사이에, 최종 웨이퍼의 면 내에서 막 두께 차가 발생할 수 있다. 또한, 최종 웨이퍼와 최종 웨이퍼 이외의 웨이퍼와의 사이에 막 두께 차가 발생할 수 있다. 이와 같이, 제3 공정 S210에서도, 제1 공정 S206과 반대의 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 제2 공정 S208의 종료 후부터 산소 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력보다 낮게 한다.
또한, 「제2 공정 S208의 종료 후부터 산소 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안」이란, 예를 들어 제2 공정 S208의 종료 후에 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지했을 때부터 산소 가스의 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안이다. 또한, 「제2 공정 S208의 종료 후로부터 산소 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안」이란, 제2 공정 S208의 종료 후에 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급이 계속되고 있는 동안의 소정 시점부터 산소 가스의 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안을 포함해서 생각해도 된다.
구체적으로는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들어 제3 공정 S210에서 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지했을 때부터 산소 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안 중 적어도 어느 하나의 타이밍에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 한다. 또는, 제3 공정 S210에서, 적어도 플라즈마가 소멸할 때의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 한다. 또한, 제3 공정 S210에서의 모든 기간에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력(압력(P2))보다도 낮게 해도 된다.
플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지했을 때부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하는 산소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지했을 때부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 위에는 개질층(905)이 성기게 분산되어 형성된다.
이와 같이, 거시적으로 보면 플라즈마가 완전히 소멸할 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로 개질층(905)이 형성된다. 바꿔 말하면, 본 실시 형태에서는, 비 플라즈마 조사 영역과 플라즈마 조사 영역의 사이에 명확한 단차가 발생하기 어렵다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 제3 공정 S210에서는, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 서서히 강하시킨다. 예를 들어, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 단조 감소시킨다. 예를 들어, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 압력(P2)에서 압력(P1)로 강하시킨다. 웨이퍼(200)에의 박막의 성막 레이트는, 서서히 강하되어 간다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등의 밀도를 서서히 낮게 해 갈 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제3 공정 S210에서는, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력으로 설정한다. 예를 들어, 제3 공정 S210에서의 플라즈마가 소멸할 때의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력으로 설정한다.
제3 공정 S210에서의 「제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력」이란, 예를 들어 이하와 같은 압력 범위이다.
예를 들어, 제3 공정 S210에서, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 압력으로 인해 플라즈마가 소멸하는 경우가 없는 압력 이상으로 한다.
보다 바람직하게는, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 웨이퍼(200) 면 내에서의 개질층(905) 존재 비율을 단차가 현저해지지 않는 압력 범위로 한다.
제2 처리 영역(201b) 내의 압력에 관한 이러한 하한 및 상한을 바꿔 말하면, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 압력으로 설정한다.
구체적으로는, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 예를 들어 1Pa 이상 2000Pa 이하로 하고, 바람직하게는 10Pa 이상 1000Pa 이하로 한다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 개질층(905)을 낮은 밀도로 성기게 분산시켜 형성할 수 있다.
이와 같이 하여, 거시적으로 보면 플라즈마가 소멸할 때의 비 플라즈마 조사 영역과 플라즈마 조사 영역을 구별할 수 없을 정도로, 막 두께가 면 내 균일한 실리콘 산화막이 형성된다.
(5) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시 형태에 따르면,
제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮게 한다.
이에 의해, 제1 공정 S206에서, 제1 웨이퍼(W1)에 접촉하는 제2 원소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다. 제1 공정 S206에서는, 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 플라즈마 조사 영역(200b)에는, 개질층(905)이 성기게 분산되어 형성된다.
그 결과, 거시적으로 보면 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로, 막 두께가 면 내 균일한 박막이 형성된다. 따라서, 1매의 웨이퍼(200)의 면 내에서의 막 두께나, 서셉터(217) 위에 적재된 복수의 웨이퍼(200) 사이에서의 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
(b) 본 실시 형태에 따르면,
제1 공정 S206에서는, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 낮은 압력으로 설정한다. 이에 의해, 플라즈마가 착화될 때 안정적으로 산소 원소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다. 제1 웨이퍼(W1)의 실리콘 함유층(903) 위에는 실리콘 성분(902)보다도 적은 수의 산소 성분(904)밖에 결합되지 않는다. 이에 의해, 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 플라즈마 조사 영역(200b)에서, 개질층(905)을 낮은 밀도로 성기게 분산시켜 형성할 수 있다.
(c) 본 실시 형태에 따르면,
제1 공정 S206에서는, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 서서히 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 상승시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 위에 개질층(905)이 서서히 적층되어 감에 따라서, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등의 밀도를 높게 해 갈 수 있다. 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 서서히 구별할 수 없게 되도록, 무질서하게 개질층(905)이 교대 퇴적되어 간다.
(d) 본 실시 형태에 따르면,
제3 공정 S210에서는, 제2 공정 S208의 종료 후부터 제2 원소 함유 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 압력보다 낮게 한다.
이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 실활될 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하는 산소 원소를 포함하는 활성종의 밀도를 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 위에는 개질층(905)이 성기게 분산되어 형성된다.
그 결과, 거시적으로 보면 플라즈마가 소멸할 때의 비 플라즈마 조사 영역과 플라즈마 조사 영역을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로, 막 두께가 면 내 균일한 박막이 형성된다.
(6) 본 실시 형태의 적용이 유효한 반도체 장치의 제조 방법
이어서, 반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 방법의 일례로서, 대규모 집적 회로(Large Scale Integration; LSI)의 제조 공정의 일 공정에 대해서 설명한다.
여기서, 도 11을 사용하여, 웨이퍼(400) 위에 좁은 피치의 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법, 소위 「더블 패터닝법」에 대해서 설명한다. 도 11의 (a) 내지 (f)는, 더블 패터닝법에 의한 기판 처리 공정에서의 웨이퍼(400)의 단면도이다. 본 실시 형태는, 더블 패터닝법을 사용하는 기판 처리 공정에 특히 유효하다.
(제1 포토레지스트 패턴 형성 공정)
예를 들어, 웨이퍼(400)의 위에는, 미세 가공의 대상인 실리콘 산화막(600)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(600)의 위에는, 하드 마스크층(601)이 형성되어 있다.
먼저, 도 11의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 하드 마스크층(601) 위에 제1 포토레지스트 막(602a)을 도포한다. 이어서, 웨이퍼(400)를 베이킹한다.
이어서, 도 11의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, ArF 엑시머 광원(193nm)이나 KrF 엑시머 광원(248nm) 등의 광원에 의해, 마스크 패턴 등을 사용해서 선택적 노광 및 현상 등을 행한다. 이에 의해, 제1 포토레지스트 패턴(603a)을 형성한다.
(보호막 형성 공정)
도 11의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 제1 포토레지스트 패턴(603a)의 위 및 하드 마스크층(601)의 위에 보호막으로서의 실리콘 산화막(604)을 형성한다. 또한, 실리콘 산화막(604)은, 희생 산화막이라고도 불린다. 이에 의해, 후술하는 제2 포토레지스트 막(602b)을 형성할 때, 제1 포토레지스트 패턴(603a)을 보호하여, 제1 포토레지스트 패턴(603a)의 변형을 억제할 수 있다.
이때, 유기물인 제1 포토레지스트 패턴(603a) 위에 실리콘 산화막(604)을 형성하기 위해서, 제1 포토레지스트 패턴(603a)이 열 변성되지 않도록 저온에서의 기판 처리가 요구된다. 본 실시 형태에서는 예를 들어 200℃ 이하의 저온에서 기판 처리를 행하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(10)를 사용한 방법은 특히 유효하다.
(제2 포토레지스트 패턴 형성 공정)
이어서, 도 11의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 산화막(604) 위에 제2 포토레지스트 막(602b)을 도포한다. 이어서, 웨이퍼(400)를 베이킹한다.
이어서, 도 11의 (e)에 도시되어 있는 바와 같이, ArF 엑시머 광원(193nm)이나 KrF 엑시머 광원(248nm) 등의 광원에 의해, 마스크 패턴 등을 사용해서 선택적 노광 및 현상 등을 행한다. 이에 의해, 실리콘 산화막(604)의 위 중, 제1 포토레지스트 패턴(603a)이 형성된 위치와는 다른 위치에, 제2 포토레지스트 패턴(603b)을 형성한다. 예를 들어, 인접하는 2개의 제1 포토레지스트 패턴(603a)의 중앙에, 제2 포토레지스트 패턴(603b)을 형성한다.
이어서, 도 11의 (f)에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 포토레지스트 패턴(603a) 및 하드 마스크층(601)을 덮는 실리콘 산화막(604)을 에칭에 의해 제거한다.
이와 같이, 보호막을 사용해서 복수회의 포토레지스트 패턴의 패터닝을 행함으로써(더블 패터닝법), 1회의 패터닝으로 얻어지는 포토레지스트 패턴보다도 미세한 제1 포토레지스트 패턴(603a) 및 제2 포토레지스트 패턴(603b)이 얻어진다.
이어서, 제1 포토레지스트 패턴(603a) 및 제2 포토레지스트 패턴(603b)을 마스크로 해서, 하드 마스크층(601)을 에칭하여, 하드 마스크 패턴을 형성한다. 이어서, 하드 마스크층(601)을 마스크로 해서, 미세 가공의 대상인 실리콘 산화막(600)을 에칭한다. 또한, 이때, 제1 포토레지스트 패턴(603a) 및 제2 포토레지스트 패턴(603b)을 제거해 두어도 되고, 남겨 두어도 된다. 이상에 의해, 예를 들어 실리콘 산화막(600)에 홈을 형성한다. 또한, 실리콘 산화막(600)의 홈에, 배선 패턴의 매립 등이 행하여진다.
(본 실시 형태와의 관계)
여기서, 예를 들어 실리콘 산화막(600)에 형성된 홈의 폭이나, 각 홈 간의 폭이 대략 설계대로 되어 있는 것이 요구된다. 이때, 보호막인 실리콘 산화막(604)의 막 두께 분포가 중요하다.
예를 들어, 1매의 웨이퍼(400)의 면 내에서 실리콘 산화막(604)의 막 두께 차가 발생하고 있는 경우, 또는 웨이퍼(400) 사이에서 실리콘 산화막(604)의 막 두께 차가 발생하고 있는 경우에, 이하와 같은 폐해가 발생할 가능성이 있다. 예를 들어, 소정의 에칭 조건에서 실리콘 산화막(604)을 에칭했을 때, 실리콘 산화막(604)의 막 두께가 얇은 부분이 오버 에칭되어버릴 가능성이 있다. 이에 의해, 실리콘 산화막(604)의 막 두께가 얇은 부분의 근방에 있어서의 제1 포토레지스트 패턴(603a) 및 제2 포토레지스트 패턴(603b)이나, 제2 포토레지스트 패턴(603b) 바로 아래의 실리콘 산화막(604)에, 패턴 폭의 감소가 발생되어버릴 가능성이 있다. 이렇게 선 폭이 감소한 제1 포토레지스트 패턴(603a), 제2 포토레지스트 패턴(603b) 및 제2 포토레지스트 패턴(603b) 바로 아래의 실리콘 산화막(604)에 의해, 하드 마스크층(601) 및 실리콘 산화막(600)을 에칭하면, 실리콘 산화막(604)의 막 두께가 얇은 부분 근방에 있어서의 실리콘 산화막(600)의 홈 폭이, 실리콘 산화막(604)의 막 두께가 두꺼운 부분 근방에 있어서의 실리콘 산화막(600)의 홈 폭과 상이하게 되어버릴 가능성이 있다. 따라서, 보호막인 실리콘 산화막(604)을 형성할 때, 실리콘 산화막(604)의 막 두께를 균일하게 하는 것이 요망된다.
최근의 미세화 가공에서는, 20nm 이하의 배선 치수가 요구되고 있다. 따라서, 보호막인 실리콘 산화막(604)의 막 두께의 차가 수 nm 정도이어도, 최종적으로 형성되는 배선 폭에 대하여 큰 비율을 갖는 패턴 폭의 차가 발생되어버릴 가능성이 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태를 적용한 경우, 플라즈마 생성시부터 압력을 일정하게 한 상술한 비교예보다도, 실리콘 산화막(604)의 면 조도가 높아질 가능성도 생각할 수 있다. 그러나, 더블 패터닝에 있어서는, 다소의 면 조도는 허용되어, 오히려 막 두께가 일정한 것이 더 중요하다.
본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(400) 위에 소정의 면 조도로 실리콘 산화막(604)이 형성되는 한편, 제1 웨이퍼(W1)의 면 내 중 비 플라즈마 조사 영역(200a)에서의 실리콘 산화막(604)의 막 두께만이 플라즈마 조사 영역(200b)에서의 실리콘 산화막(604)의 막 두께보다도 얇아진다는 것을 억제할 수 있다.
즉, 비 플라즈마 조사 영역(200a) 및 플라즈마 조사 영역(200b)의 사이, 및 제1 웨이퍼(W1)와 그 이외의 웨이퍼(400)와의 사이에서, 예를 들어 동일한 에칭 조건에서 실리콘 산화막(604)을 에칭할 때 패턴 폭의 차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시 형태는, 이렇게 면 조도보다도 막 두께의 균일성이 중요한 프로세스에 대하여 특히 적합하다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 공정 S206 또는 제3 공정 S210에서 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하는 방법이 제1 실시 형태와 상이하다. 본 실시 형태에서는 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하고, 또한 상기 이외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(1) 기판 처리 공정
본 실시 형태의 기판 처리 공정에 대해서, 도 12를 사용해서 설명한다. 도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 시퀀스에서의 타이밍을 도시하는 도면이다. 이하에서는, 본 실시 형태에서의 가스 공급 개시 S204부터 가스 공급 정지 S212까지를 설명한다.
(가스 공급 개시 S204)
밸브(232d)를 열어서 제1 처리 영역(201a) 내에 제1 원소 함유 가스로서의 BTBAS 가스의 공급을 개시하는 동시에, 밸브(233d)를 열어서 제2 처리 영역(201b) 내에 제2 원소 함유 가스로서의 산소 가스를 공급한다.
이때, BTBAS 가스의 유량이 소정의 유량으로 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(232c)를 조정한다. 예를 들어, BTBAS 가스의 유량을 제3 공정 S210까지 일정하게 한다.
또한, 산소 가스의 유량이 소정의 유량으로 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(233c)를 조정한다. 이때, 예를 들어 가스 공급 개시 S204에서의 산소 가스의 유량을, 제1 공정 S206에서의 산소 가스의 유량(유량(V1))으로 조정한다.
(제1 공정 S206)
이어서, BTBAS 가스 및 산소 가스의 유량이 안정되면, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시한다(도 12의 플라즈마 생성부 On). 제2 처리 영역(201b) 내에서의 플라즈마 생성부(206)의 바로 아래에 산소 가스의 플라즈마를 생성한다.
본 실시 형태에서는, 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량(유량(V1))을 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량(유량(V2))보다도 낮게 한다. 이에 의해, 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도가, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도보다도 낮아진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 공정 S206에서는, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 작은 유량으로 설정한다.
제1 공정 S206에서의 「제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 작은 유량」이란, 예를 들어 이하와 같은 유량 범위이다.
예를 들어, 제1 공정 S206에서, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급에 의해 산소 가스의 플라즈마를 생성하는 것이 가능한 유량 이상으로 한다.
보다 바람직하게는, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 웨이퍼(200) 면 내에서의 개질층(905) 존재 비율을 단차가 현저해지지 않는 유량 범위로 한다.
제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량에 관한 이러한 하한 및 상한을 바꿔 말하면, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 유량으로 설정한다.
구체적으로는, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 예를 들어 10sccm 이상 5000sccm 이하로 하고, 바람직하게는 예를 들어 100sccm 이상 1000sccm 이하로 한다. 이에 의해, 플라즈마가 착화될 때 안정적으로 산소 원소를 포함하는 활성종의 밀도가 저감된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 공정 S206에서는, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 서서히 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 상승시킨다. 예를 들어, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 단조 증가시킨다. 예를 들어, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 유량 V1에서 유량 V1보다도 높은 유량 V2로 상승시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 위에 개질층(905)이 서서히 적층되어 감에 따라서, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등의 밀도를 높게 해 갈 수 있다.
(제2 공정 S208)
이어서, 제1 공정 S206 후에, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 계속하여, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 원소 및 산소 원소를 함유하는 실리콘 산화막을 형성해 가는 제2 공정 S208을 행한다. 제2 공정 S208에서는, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 유량(V2)으로 일정하게 한다. 제2 공정 S208에서는, 서셉터(217)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(200)는, 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)의 순서대로 통과한다.
(제3 공정 S210)
이어서, 제2 공정 S208 후에, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한다(도 12의 플라즈마 생성부 Off). 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후에도, 제1 처리 영역(201a)에의 BTBAS 가스의 공급과, 제2 처리 영역(201b)에의 산소 가스의 공급과, 제1 퍼지 영역(204a) 및 제2 퍼지 영역(204b)에의 불활성 가스의 공급과, 서셉터(217)의 회전을 소정 기간 계속한다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 제2 공정 S208의 종료 후부터 산소 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량보다 낮게 한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 제3 공정 S210에서는, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 서서히 강하시킨다. 예를 들어, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 단조 감소시킨다. 예를 들어, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 유량(V2)에서 유량(V1)으로 강하시킨다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 개질층(905) 중의 산소 성분(904) 등의 밀도를 서서히 낮게 해 갈 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제3 공정 S210에서는, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 제2 처리 영역(201b) 내에 산소 가스가 확산하는 작은 유량으로 설정한다.
예를 들어, 제3 공정 S210에서, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 유량의 저하를 기인으로 해서 플라즈마가 소멸하는 경우가 없는 유량 이상으로 한다.
보다 바람직하게는, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 웨이퍼(200) 면 내에서의 개질층(905) 존재 비율을 단차가 현저해지지 않는 유량 범위로 한다.
제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량에 관한 이러한 하한 및 상한을 바꿔 말하면, 예를 들어 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 유량으로 설정한다.
구체적으로는, 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 산소 가스의 유량을 예를 들어 10sccm 이상 5000sccm 이하로 하고, 바람직하게는 예를 들어 100sccm 이상 1000sccm 이하로 한다. 이에 의해, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지한 후부터 플라즈마가 완전히 소멸할 때까지의 동안에 있어서, 개질층(905)을 낮은 밀도로 성기게 분산시켜 형성할 수 있다.
(가스 공급 정지 S212)
제3 공정 S210 후, 적어도 밸브(232d) 및 밸브(233d)를 폐쇄하여, BTBAS 가스 및 산소 가스의 제1 처리 영역(201a) 및 제2 처리 영역(201b)에의 공급을 정지한다. 이후의 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(2) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시 형태에 따르면,
제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량보다도 낮게 한다. 이에 의해, 제1 공정 S206에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도가, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내의 플라즈마 밀도보다도 낮아진다. 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과에 의해, 거시적으로 보면 플라즈마가 착화될 때의 비 플라즈마 조사 영역(200a)과 플라즈마 조사 영역(200b)을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로, 막 두께가 면 내 균일한 박막이 형성된다.
(b) 본 실시 형태에 따르면,
제3 공정 S210에서는, 제2 공정 S208의 종료 후부터 제2 원소 함유 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량을, 제2 공정 S208에서의 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량보다 낮게 한다. 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과에 의해, 거시적으로 보면 플라즈마가 소멸할 때의 비 플라즈마 조사 영역과 플라즈마 조사 영역을 구별할 수 없을 정도로, 소정의 낮은 면 조도로, 막 두께가 면 내 균일한 박막이 형성된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 반응 용기(203)가 4개의 영역으로 나뉘어져 있는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 대응하는 기판이나 형성하는 막의 종류에 따라, 처리 영역의 수 및 배치를 결정해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 각 구획판(205)의 사이의 각도가 각각 90°인 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 웨이퍼(200)에의 각종 가스의 공급 시간(웨이퍼(200)의 처리 시간) 등을 고려하여, 예를 들어 제2 처리 영역(201b)을 형성하는 2개의 구획판(205)의 사이의 각도를 크게 하여, 웨이퍼(200)가 제2 처리 영역(201b)을 통과하는데 걸리는 시간(처리 시간)을 길게 하는 등, 적절히 변경해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 각 처리 영역을 구획판(205)으로 구획한 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 처리실(201)이 처리 영역(201a, 201b)의 각각에 공급되는 처리 가스를 혼합시키지 않도록 구성되어 있으면 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 구획판(205)의 단부와 반응 용기(203)의 측벽과의 사이에 간극이 형성되어 있고, 처리실(201) 내의 압력이 각각의 영역에서 동등한 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 처리 영역(201a), 제1 퍼지 영역(204a), 제2 처리 영역(201b), 제2 퍼지 영역(204b)이 기밀하게 구분되어 있어도 된다. 즉, 각각의 영역 내의 압력이 서로 상이해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 하나의 프로세스 챔버(202)에서 5매의 웨이퍼(200)를 처리하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 하나의 프로세스 챔버(202)에서, 1매의 웨이퍼(200)를 처리해도 되고, 5매를 초과하는 매수의 웨이퍼(200)를 처리해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 예비실(122) 또는 예비실(123)이 웨이퍼(200)를 반입하는 기능과 웨이퍼(200)를 반출하는 기능을 병용 가능하게 구성되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 예비실(122) 및 예비실(123) 중 어느 한쪽을 반출용으로 하고, 다른 쪽을 반입용으로 해도 된다. 예비실(122) 또는 예비실(123)을 반입용과 반출용을 전용으로 함으로써, 크로스 콘터미네이션을 저감할 수 있고, 병용함으로써 기판의 반송 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 1개의 프로세스 챔버(202)에서의 기판 처리에 대해서만 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 각 프로세스 챔버에서의 처리를 병행해서 행해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 4개의 프로세스 챔버(202)가 각각 마찬가지로 구성되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 각 프로세스 챔버를 서로 다른 구성으로 하여, 각 프로세스 챔버에서 각각 별도의 처리를 행해도 된다. 예를 들어, 제1 프로세스 챔버와 제2 프로세스 챔버에서 서로 다른 처리를 행하는 경우, 제1 프로세스 챔버에서 웨이퍼(200)에 소정의 처리를 행한 후, 계속해서 제2 프로세스 챔버에서 제1 프로세스 챔버와 상이한 처리를 행하게 해도 된다. 또한, 제1 프로세스 챔버에서 기판에 소정의 처리를 행한 후, 제2 프로세스 챔버에서 상이한 처리를 행하게 하는 경우, 예비실을 경유하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제1 원소 함유 가스로서 실리콘 함유 가스를 사용하고, 제2 원소 함유 가스로서 산소 함유 가스를 사용하여, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 산화막을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 원소 함유 가스로서, 예를 들어 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄(Zr) 함유 가스, 티타늄(Ti) 함유 가스를 사용하여, 산화하프늄막(HfO막), 산화지르코늄(ZrO막), 산화티타늄막(TiO막) 등의 High-k막 등을 웨이퍼(200) 위에 형성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제2 원소 함유 가스로서, 산소 함유 가스를 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제2 원소 함유 가스로서, 질소 함유 가스를 사용해도 된다. 이 경우, 질소 함유 가스는, 질소(N2) 가스 또는 암모니아(NH3) 가스 등을 사용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 플라즈마 생성부(206)의 전극(271)은 막대 형상인 경우를 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 플라즈마 생성부(206)의 전극(271)은, 교대로 대향하는 빗 형상의 전극이나 기타 형상의 전극이어도 된다. 또한, 플라즈마 생성부(206)의 전극(271)은, 제2 처리 영역(201b)의 거의 전역을 덮고 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제2 처리 영역(201b) 내에 제2 원소 함유 가스를 공급하여, 플라즈마 생성부(206)에 의해 제2 처리 영역(201b) 내에 플라즈마를 생성하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 반응 용기 밖에서 플라즈마를 생성하는 리모트 플라즈마 방법이나, 에너지 레벨이 높은 오존을 사용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 불활성 가스 도입부(253)를, 제1 퍼지 영역(204a)과 제2 퍼지 영역(204b)에서 공용으로 한 경우에 대해서 설명했지만, 불활성 가스 도입부는 개별로 설치해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 반응 용기(203)의 중앙으로부터 처리실(201) 내에 각각의 가스를 공급하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 원소 함유 가스를 공급하는 노즐이 제1 처리 영역에 설치되고, 제2 원소 함유 가스를 공급하는 노즐이 제2 처리 영역에 설치되고, 불활성 가스를 공급하는 노즐이 각각 제1 퍼지 영역 및 제2 퍼지 영역에 설치되어 있어도 된다.
또한, 상술한 본 실시 형태에서는, 승강 기구(268)를 사용하여, 서셉터(217)를 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리 위치나 반송 위치로 이동시키는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 웨이퍼 푸쉬업 핀(266)이 승강함으로써 웨이퍼(200)를 처리 위치나 반송 위치로 이동시켜도 된다.
또한, 상술한 본 실시 형태에서는, 제2 공정 S208에서, 제1 처리 영역 통과 S302, 제1 퍼지 영역 통과 S304, 제2 처리 영역 통과 S306, 제2 퍼지 영역 통과 S308을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 실시했는지를 판정하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 공정 또는 제3 공정에서도, 상기 사이클을 소정 횟수 실시했는지를 판정해도 된다. 또한, 제1 공정, 제2 공정 및 제3 공정을 포함하여, 상기 사이클을 소정 횟수 실시했는지를 판정해도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제1 공정 S206에서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 서서히 상승시키고, 제2 공정 S208에서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 일정하게 하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 적어도 제1 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력이 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮으면 된다. 예를 들어, 제1 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력을 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮은 압력으로 일정하게 해도 된다. 또는, 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력을 제1 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 높은 소정 압력까지 상승시키는 기간을 설정해도 된다. 또는, 제1 공정 및 제2 공정은, 이들을 조합한 공정으로 해도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제1 공정 S206에서, 플라즈마 생성부(206)에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 단조 증가시키는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 공정에서, 플라즈마 생성부에 의한 플라즈마 생성을 개시하고 나서 제2 처리 영역 내의 압력을 단계적(계단 형상)으로 증가시켜도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제2 공정 S208에서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 일정하게 하고, 제3 공정 S210에서 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 서서히 강하시키는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 적어도 제2 공정 후부터 제2 원소 함유 가스의 플라즈마가 실활될 때까지의 동안에 있어서의 제2 처리 영역 내의 압력이 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮으면 된다. 예를 들어, 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력을 소정 압력까지 강하시키는 기간을 설정해도 된다. 제3 공정에서 제2 처리 영역 내의 압력을 제2 공정에서의 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮은 압력으로 일정하게 해도 된다. 또는, 제2 공정 및 제3 공정은, 이들을 조합한 공정으로 해도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제3 공정 S210에서, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 단조 감소시키는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제3 공정에서, 플라즈마 생성부의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역 내의 압력을 단계적 (계단 형상)으로 감소시켜도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제3 공정 S210에서, 플라즈마 생성부(206)의 전력 공급을 정지하고 나서 제2 처리 영역(201b) 내의 압력을 서서히 감소시키는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 제3 공정에서, 플라즈마 생성부의 전력 공급을 정지하기 전부터 제2 처리 영역 내의 압력을 서서히 감소시켜도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서의 「제2 처리 영역(201b) 내의 압력」의 변경예를, 제2 실시 형태에서의 「제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량」으로 바꾸어서 적용해도 된다. 또한, 제1 공정 및 제2 공정에서, 제2 처리 영역(201b) 내의 압력 및 제2 처리 영역(201b) 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량을 모두 변화시켜도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 박막 형성 공정에서, 제1 처리 영역(201a) 내에 공급하는 제1 원소 함유 가스의 유량을 일정하게 하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 박막 형성 공정에서, 제1 처리 영역 내에 공급하는 제1 원소 함유 가스의 유량을 변화시켜도 된다. 제1 처리 영역 내에 공급하는 제1 원소 함유 가스의 유량을, 제2 처리 영역 내에 공급하는 제2 원소 함유 가스의 유량과 함께 변화시켜도 된다. 예를 들어, 제2 원소 함유 가스와 마찬가지로, 제1 공정에서의 제1 처리 영역 내에 공급하는 제1 원소 함유 가스의 유량을, 제2 공정에서의 제1 처리 영역 내에 공급하는 제1 원소 함유 가스의 유량보다도 낮게 해도 된다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에, 각각 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스 및 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
상기 제2 처리 영역 내에 적어도 일부가 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 공정과,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정을 포함하고,
상기 제1 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도를, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 압력을, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 3)
부기 1 또는 부기 2에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 압력을 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스가 확산하는 압력으로 설정한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 공정에서는,
제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 압력으로 설정한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 공정에서는,
상기 플라즈마의 생성을 개시하고 나서, 상기 제2 처리 영역 내의 압력을 서서히 상승시킨다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제2 공정의 종료 후부터 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력을, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력보다 낮게 하는 제3 공정을 더 포함한다.
(부기 7)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에, 각각 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스 및 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
상기 제2 처리 영역 내에 적어도 일부가 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 공정과,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정과,
상기 제2 공정의 종료 후부터 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마가 소멸할 때까지의 동안에 있어서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력을 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력보다 낮게 하는 제3 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 8)
부기 6 또는 7에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제3 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 압력을 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스가 확산하는 압력으로 설정한다.
(부기 9)
부기 6 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제3 공정에서는,
제2 처리 영역(201b) 내의 압력을, 플라즈마 밀도가 5.0×108/㎤이상 20.0×108/㎤이하가 되는 압력으로 설정한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 공정에서는, 상기 제2 처리 영역 내에 공급하는 상기 제2 원소 함유 가스의 유량을, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내에 공급하는 상기 제2 원소 함유 가스의 유량보다도 낮게 한다.
(부기 11)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역에, 각각 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스 및 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
상기 제2 처리 영역 내에 적어도 일부가 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 공정과,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정을 포함하고,
상기 제1 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내에 공급하는 상기 제2 원소 함유 가스의 유량을, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내에 공급하는 상기 제2 원소 함유 가스의 유량보다도 낮게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 12)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 갖고, 상기 제1 처리 영역 내 및 상기 제2 처리 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 회전 가능하게 설치되고, 회전 방향을 따라서 복수의 상기 기판을 적재하는 기판 적재대와,
상기 복수의 기판이, 순차적으로, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 교대로 통과하도록 상기 기판 적재대를 회전시키는 회전 기구와,
상기 제1 처리 영역 내에 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스를 공급함과 함께, 상기 제2 처리 영역 내에 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 처리실 내를 배기함과 함께, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 배기계와,
상기 제2 처리 영역 내에 적어도 일부가 설치되어, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
적어도 상기 회전 기구, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하고,
상기 기판 적재대 위에 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 복수의 기판을 적재하는 처리와,
상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에, 각각 상기 제1 원소 함유 가스 및 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 처리와,
상기 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 처리와,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 처리를 행하고,
상기 제1 처리에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도를, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 13)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 갖고, 상기 제1 처리 영역 내 및 상기 제2 처리 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 회전 가능하게 설치되고, 회전 방향을 따라서 복수의 상기 기판을 적재하는 기판 적재대와,
상기 복수의 기판이, 순차적으로, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 교대로 통과하도록 상기 기판 적재대를 회전시키는 회전 기구와,
상기 제1 처리 영역 내에 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스를 공급함과 함께, 상기 제2 처리 영역 내에 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 처리실 내를 배기함과 함께, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 배기계와,
상기 제2 처리 영역 내에 적어도 일부가 설치되어, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
적어도 상기 회전 기구, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하고,
상기 기판 적재대 위에 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 복수의 기판을 적재하는 처리와,
상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역에, 각각 상기 제1 원소 함유 가스 및 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 처리와,
상기 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 처리와,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 처리를 행하고,
상기 제1 처리에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 압력을, 상기 제2 처리에서의 상기 제2 처리 영역 내의 압력보다도 낮게 하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 14)
또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판 적재대를 회전시키는 공정과,
상기 처리실 내를 배기하는 공정과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소를 함유하는 제2 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 제2 처리 영역 내의 일부에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마 생성을 개시하는 제1 공정과,
상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때 상기 기판 위에 상기 제1 원소를 함유하는 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때 상기 제1 원소 함유층을 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마에 의해 개질함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정을 포함하고,
상기 제1 공정에서는,
상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도를, 상기 제2 공정에서의 상기 제2 처리 영역 내의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대의 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재하는 공정과,
상기 기판 적재대를 회전시키는 공정과,
상기 처리실 내를 배기하는 공정과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 제2 처리 영역 내의 적어도 일부에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스를 제1 활성도로 활성화시키는 제1 공정과,
상기 제2 처리 영역 내에, 상기 제2 원소 함유 가스를 상기 제1 활성도보다도 낮은 제2 활성도로 활성화시키는 제2 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 16)
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대의 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재시키는 수순과,
상기 기판 적재대를 회전시키는 수순과,
상기 처리실 내를 배기시키는 수순과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급시키는 수순과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급시키는 수순과,
상기 제2 처리 영역 내의 적어도 일부에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스를 제1 활성도로 활성화시키는 제1 수순과,
상기 제2 처리 영역 내에, 상기 제2 원소 함유 가스를 상기 제1 활성도보다도 낮은 제2 활성도로 활성화시키는 제2 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 17)
기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대의 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재시키는 수순과,
상기 기판 적재대를 회전시키는 수순과,
상기 처리실 내를 배기시키는 수순과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급시키는 수순과,
상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급시키는 수순과,
상기 제2 처리 영역 내의 적어도 일부에 설치된 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스를 제1 활성도로 활성화시키는 제1 수순과,
상기 제2 처리 영역 내에, 상기 제2 원소 함유 가스를 상기 제1 활성도보다도 낮은 제2 활성도로 활성화시키는 제2 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체가 제공된다.
10 : 기판 처리 장치 200 : 웨이퍼(기판)
201a : 제1 처리 영역 201b : 제2 처리 영역
203 : 반응 용기 206 : 플라즈마 생성부
217 : 서셉터 267 : 회전 기구
300 : 컨트롤러(제어부)

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과,
    상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하고, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
    상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
    상기 제2 처리 영역에 플라즈마가 존재하지 않는 상태로부터, 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 활성도인 제1 활성도를 서서히 상승시키면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제1 활성도의 상기 플라즈마에 의해 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정 후에, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 플라즈마를 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도로 하고, 상기 제2 활성도를 소정 시간 유지하면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제2 활성도의 상기 플라즈마에 의해 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을, 서서히 상승시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 제1 공정에서 상승시킨 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을 소정 시간 유지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리 영역의 상기 플라즈마의 활성도를 상기 제2 활성도로부터 서서히 저하시키는 제3 공정을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 공정에서는, 상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 제1 원소 함유 가스와 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 계속하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3 공정에서는, 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을, 서서히 저하시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하는 공정과,
    상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하고, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
    상기 처리실에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 공정과,
    플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 생성을 개시하고, 상기 플라즈마를 제1 활성도로 하는 제1 공정과,
    상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도의 상기 플라즈마를 생성하여 상기 제1 원소 함유층을 개질하고, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 공정과,
    상기 제2 공정 후에, 상기 제2 처리 영역의 상기 플라즈마의 활성도를 상기 제2 활성도로부터 서서히 저하시키는 제3 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 갖고, 상기 제1 처리 영역 내 및 상기 제2 처리 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 회전 가능하게 설치되어, 회전 방향을 따라서 복수의 상기 기판을 적재하는 기판 적재대와,
    상기 복수의 기판이, 순차적으로, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 교대로 통과하도록 상기 기판 적재대를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 제1 처리 영역 내에 제1 원소 함유 가스를 공급함과 함께, 상기 제2 처리 영역 내에 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기함과 함께, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 배기계와,
    상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하고, 상기 제1 처리 영역에 상기 제1 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 처리 영역에 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 처리와,
    상기 제2 처리 영역에 플라즈마가 존재하지 않는 상태로부터, 상기 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 활성도인 제1 활성도를 서서히 상승시키면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제1 활성도의 상기 플라즈마에 의해 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제1 처리와,
    상기 제1 처리 후에, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 플라즈마를 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도로 하고, 상기 제2 활성도를 소정 시간 유지하면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제2 활성도의 상기 플라즈마에 의해, 상기 제1 원소 함유층을 개질하고, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 처리를 행하도록 상기 회전 기구, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1 처리에서는, 상기 플라즈마의 상기 제1 활성도를 서서히 상승시키고, 상기 제2 처리에서는, 상기 플라즈마의 상기 제2 활성도를 소정 시간 유지하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 처리에서는, 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을, 서서히 상승시키는, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 처리에서는, 상기 제1 처리에서 상승시킨 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을 소정 시간 유지하는, 기판 처리 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 처리 영역의 상기 플라즈마의 활성도를 상기 제2 활성도로부터 서서히 저하시키는 제3 처리를 행하는, 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제3 처리에서는, 상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 제1 원소 함유 가스와 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 계속하는, 기판 처리 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제3 처리에서는, 상기 제2 처리 영역 내의 압력, 및 상기 제2 원소 함유 가스의 유량 중 적어도 어느 한쪽을, 서서히 저하시키는, 기판 처리 장치.
  14. 제1 처리 영역 및 제2 처리 영역을 갖고, 상기 제1 처리 영역 내 및 상기 제2 처리 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 회전 가능하게 설치되어, 회전 방향을 따라서 복수의 상기 기판을 적재하는 기판 적재대와,
    상기 복수의 기판이, 순차적으로, 상기 제1 처리 영역 및 상기 제2 처리 영역을 교대로 통과하도록 상기 기판 적재대를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 제1 처리 영역 내에 제1 원소 함유 가스를 공급함과 함께, 상기 제2 처리 영역 내에 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기함과 함께, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 배기계와,
    상기 제2 처리 영역 내에 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 기판 적재대를 회전시켜, 상기 처리실 내를 배기하고, 상기 제1 처리 영역에 상기 제1 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 처리 영역에, 상기 제2 원소 함유 가스의 공급을 개시하는 처리와,
    상기 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 생성을 개시하고, 상기 플라즈마를 제1 활성도로 하는 제1 처리와,
    상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 기판 위에 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도의 상기 플라즈마를 생성하여, 상기 제1 원소 함유층을 개질하고, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 처리와,
    상기 제2 처리 후에, 상기 제2 처리 영역의 상기 플라즈마의 활성도를 상기 제2 활성도로부터 서서히 저하시키는 제3 처리를 행하도록 상기 회전 기구, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재시키는 단계와,
    상기 기판 적재대를 회전시키는 단계와,
    상기 처리실 내를 배기시키는 단계와,
    상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와,
    상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와,
    상기 제2 처리 영역에 플라즈마가 존재하지 않는 상태로부터, 플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 활성도인 제1 활성도를 서서히 상승시키면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제1 활성도의 상기 플라즈마에 의해 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성시키는 제1 단계와,
    상기 제1 단계 후에, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 플라즈마를 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도로 하고, 상기 제2 활성도를 소정 시간 유지하면서, 상기 기판 적재대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성함과 함께, 상기 제2 활성도의 상기 플라즈마에 의해 상기 제1 원소 함유층을 개질하여, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성시키는 제2 단계를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  16. 기판을 처리하는 처리실 내에 회전 가능하게 설치된 기판 적재대 위에, 상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 기판을 적재시키는 단계와,
    상기 기판 적재대를 회전시키는 단계와,
    상기 처리실 내를 배기시키는 단계와,
    상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제1 처리 영역에 제1 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와,
    상기 기판 적재대의 회전 방향을 따라서 상기 처리실 내에 형성된 제2 처리 영역에 제2 원소 함유 가스를 공급시키는 단계와,
    플라즈마 생성부에 의해, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제2 원소 함유 가스의 플라즈마의 생성을 개시하고, 상기 플라즈마를 제1 활성도에서 활성화시키는 제1 단계와,
    상기 기판 적재대의 회전에 의해 복수의 기판을 순차적으로, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 소정 횟수 교대로 통과시켜서, 상기 제1 처리 영역에서 제1 원소 함유층을 형성하고, 상기 제2 처리 영역에서, 상기 제1 활성도보다도 높은 제2 활성도의 상기 플라즈마를 생성하여 상기 제1 원소 함유층을 개질하고, 상기 기판 위에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 함유하는 박막을 형성하는 제2 단계와,
    상기 제2 단계 후에, 상기 제2 처리 영역의 상기 플라즈마의 활성도를 상기 제2 활성도로부터 서서히 저하시키는 제3 단계를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
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