KR101860203B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 기억 매체 및 프로그램 - Google Patents

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

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Abstract

기판의 처리 균일성을 향상시키는 기술을 제공한다. 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 제1 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정과, 상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 제2 불활성 가스를, 상기 처리실 내에 직접 공급함으로써, 상기 성막 공정에 의해 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 공정을 포함하는 기술을 제공할 수 있다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 기억 매체 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, STORAGE MEDIUM AND PROGRAM}
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 처리 가스와 반응 가스를 공급하여, 기판에 막을 형성하는 처리 공정이 행하여지는 경우가 있다.
최근에는, 이러한 반도체 장치는 고집적화의 경향이 있고, 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있기 때문에, 기판 상에 막을 균일하게 형성하는 것이 곤란해지고 있다.
기판 상에 형성하는 막의 균일성을 향상시키기 위해서는, 기판의 처리면에 대하여 처리 가스를 균일하게 공급할 필요가 있다. 그러나, 기판 처리를 몇 번이나 반복해서 실시하면, 가스를 공급하는 공급부의 내벽면이나 기판을 처리하는 처리실의 내벽면에 부생성물이 부착되어, 파티클로 되어서 기판 상에 형성된 막의 특성에 악영향을 미치게 되는 경우가 있었다. 이러한 내벽면에 부착된 부생성물을 처리실의 외측으로부터 퍼지 가스를 공급함으로써 내벽면에 부착된 퇴적 막에 크랙(균열)을 발생시켜서 제거하는 기술이, 예를 들어 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2011-66106호 공보)에 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2011-66106호 공보
본 발명의 목적은, 기판의 처리 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 제1 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정과,
상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 제2 불활성 가스를, 상기 처리실 내에 직접 공급함으로써, 상기 성막 공정에 의해 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 공정
을 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판의 처리 균일성을 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 기판 처리에서의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 성막 공정에서의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
도 5는 실리콘 질화막, 스테인리스 및 석영에 있어서의 선팽창률과 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 변형예 1에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 제3 가스 공급계를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 변형예 1에서 적절하게 사용되는 기판 처리에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 변형예 2에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 제3 가스 공급계를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 변형예 2에서 적절하게 사용되는 기판 처리에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 변형예 3에서 적절하게 사용되는 기판 처리에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 변형예 4에서 적절하게 사용되는 기판 처리에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다. (A)는 가열 퍼지 가스의 공급 온도를 서서히 낮게 한 경우를 나타내는 시퀀스도이며, (B)는 가열 퍼지 가스의 공급 온도를 단계적으로 낮게 한 경우를 나타내는 시퀀스도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
<제1 실시 형태>
이하에 본 발명의 제1 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1, 도 2 및 도 3을 사용해서 본 발명의 기판 처리 장치의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 도 1에 도시한 바와 같이 기판 상에 박막을 형성하는 장치이며, 기판을 한번에 1매씩 처리하는 매엽식 기판 처리 장치로서 구성되어 있다.
(처리실)
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 처리 용기(202)를 구비하고 있다. 처리 용기(202)는, 예를 들어 횡단면이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(202)의 측벽이나 저벽은, 예를 들어 알루미늄(Al)이나 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 처리 용기(202) 내에는, 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201), 반송 공간(203)이 형성되어 있다. 처리 용기(202)는, 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b), 천장부인 샤워 헤드(230)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)의 사이에는 구획판(204)이 설치된다. 상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)에 둘러싸인 공간이며, 구획판(204)보다도 상방의 공간을 처리실 공간이라고 칭하고, 하부 용기(202b)에 둘러싸인 공간이며, 구획판보다도 하방의 공간을 반송 공간이라고 칭한다. 상부 처리 용기(202a) 및 샤워 헤드(230)로 구성되고, 처리 공간을 둘러싸는 구성을 처리실(201)이라고 칭한다. 나아가, 반송 공간을 둘러싸는 구성을 처리실 내 반송실(203)이라고 칭한다. 각 구조의 사이에는, 처리 용기(202) 내를 기밀로 하기 위한 O링(208)이 설치되어 있다.
하부 용기(202b)의 측면에는, 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되어 있고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 통해서 도시하지 않은 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는, 리프트 핀(207)이 복수 설치되어 있다. 또한, 하부 용기(202b)는 접지되어 있다.
처리실(201) 내에는, 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 위치하도록 구성된다. 기판 지지부(210)는, 웨이퍼(200)를 적재하는 적재면(211)과, 적재면(211)을 표면에 갖는 적재대(212), 기판 적재대(212)에 내포된 가열원으로서의 서셉터 히터(213)를 주로 갖는다. 기판 적재대(212)에는, 리프트 핀(207)이 관통하는 관통 구멍(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 형성되어 있다.
기판 적재대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는, 처리 용기(202)의 저부를 관통하고 있고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속되어 있다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 지지대(212)를 승강시킴으로써, 기판 적재면(211) 상에 적재되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 덮여 있어, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 유지되고 있다.
기판 적재대(212)는, 웨이퍼(200)의 반송 시에는, 기판 적재면(211)이 기판 반입출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 기판 지지대까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
구체적으로는, 기판 적재대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때는, 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 적재면(211)의 상면으로부터 돌출되어, 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한, 기판 적재대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때는, 리프트 핀(207)은, 기판 적재면(211)의 상면으로부터 매몰되어, 기판 적재면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한, 리프트 핀(207)은, 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에, 예를 들어 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
(가스 도입부)
처리실(201)의 상부에 설치되는 후술하는 샤워 헤드(230)의 상면(천장벽)에는, 처리실(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입부(241)가 설치되어 있다. 가스 도입부(241)에 접속되는 가스 공급계의 구성에 대해서는 후술한다.
(샤워 헤드)
가스 도입부(241)와 처리실(201)과의 사이에는, 처리실(201)에 연통하는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치되어 있다. 가스 도입부(241)는, 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 접속되어 있다. 가스 도입부(241)로부터 도입되는 가스는, 덮개(231)에 형성된 구멍(231a)을 통해서 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232) 내의 공간인 버퍼 공간에 공급된다. 버퍼실(232)은, 덮개(231)와 후술하는 분산판(234)으로 형성된다.
샤워 헤드의 덮개(231)는, 도전성이 있는 금속으로 형성되어, 버퍼실(232) 버퍼 공간 또는 처리실(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 사용된다. 덮개(231)와 상부 용기(202a)와의 사이에는 절연 블록(233)이 설치되어, 덮개(231)와 상부 용기(202a)의 사이를 절연하고 있다. 나아가, 덮개(231)에는 샤워 헤드 가열부인 저항 히터(231b)가 설치되어 있다.
샤워 헤드(230)는, 버퍼실(232)의 버퍼 공간과 처리실(201)의 처리 공간과의 사이에, 가스 도입부(241)로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 구비하고 있다. 분산판(234)에는, 복수의 관통 구멍(234a)(관통 구멍(234a)군이라고도 칭함)이 형성되어 있다. 분산판(234)은, 기판 적재면(211)과 대향하도록 배치되어 있다. 분산판은, 관통 구멍(234a)이 형성된 볼록 형상부와, 볼록 형상부의 주위에 설치된 플랜지부를 갖고, 플랜지부는 절연 블록(233)에 지지되어 있다.
버퍼실(232)에는, 공급된 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)는, 구멍(231a)를 정점으로 해서 분산판(234) 방향을 향함에 따라 직경이 넓어지는 원뿔대 형상이다. 가스 가이드(235)의 하단의 수평 방향의 직경은, 관통 구멍(234a)군의 최외주보다도 더 외주에 형성된다.
(제1 배기계)
버퍼실(232)의 상방에는, 샤워 헤드용 배기 구멍(236a)을 통해서, 배기관(236)이 접속되어 있다. 배기관(236)에는, 배기의 온/오프를 전환하는 밸브(237), 배기 버퍼실(232) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(238), 진공 펌프(239)가 순서대로 직렬로 접속되어 있다.
배기 구멍(236a)은, 가스 가이드(235)의 상방에 위치하는 샤워 헤드의 덮개(231)에 형성되어 있기 때문에, 후술하는 샤워 헤드 배기 공정에서는 다음과 같이 가스가 흐르도록 구성되어 있다. 구멍(231a)으로부터 공급된 불활성 가스는 가스 가이드(235)에 의해 분산되어, 버퍼실(232)의 공간 중앙 및 하방으로 흐른다. 그 후 가스 가이드(235)의 단부에서 되돌아와, 배기 구멍(236a)으로부터 배기된다. 주로, 배기관(236), 밸브(237), 압력 조정기(238)를 통합해서 제1 배기계(240)라고 칭한다. 또한, 진공 펌프(239)를 제1 배기계(240)에 포함해서 생각해도 된다.
(가스 공급부)
가스 누설을 방지하기 위한 밀봉 부재로서의 O링(280)을 개재해서 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 접속된 가스 도입부(241)에는, 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)이 접속되어 있다. 제2 가스 공급관(244a)은, 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재해서 접속된다. 또한, 가스 도입부(241) 내부에는, O링(280)의 용해를 억제하기 위한 냉각 매체가 흐르는 원환 형상의 냉각 유로(270)가 설치된다. 냉각 유로(270)에는, 냉각 매체의 공급을 제어하는 냉각 매체 공급 밸브(271)와 냉각관(272)이 접속되어 있다. 냉각 유로(270)는, 도 1에 도시한 바와 같이 O링(280)보다도 직경 방향 내측이며, 적어도 후술하는 제3 가스 공급관(245a)의 직경 방향 외측을 둘러싸도록 설치되어 있다. 이렇게 배치함으로써, 후술하는 고온의 가열 퍼지 가스를 공급한 경우에도, O링(280)에 전열되기 전에 냉각하는 것이 가능하게 되어, O링(280)이 용해되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 냉각 유로(270)는, 상기와 같이 제3 가스 공급관(245a)을 둘러싸도록 설치되는 배치에 한하지 않고, O링(280)보다도 직경 방향 내측이며, 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)보다도 직경 방향 외측을 둘러싸도록 설치되어 있어도 된다.
또한, 밀봉 부재로서는, O링(280)에 한하지 않고, 금속 가스킷(메탈 가스킷) 등의 금속 시일(메탈 시일)이어도 된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 원료 가스로서의 제1 원소 함유 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급계(244)로부터는 주로 반응 가스로서의 제2 원소 함유 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는, 웨이퍼를 처리할 때는 주로 불활성 가스가 공급되고, 처리실(201)을 클리닝할 때는 클리닝 가스가 주로 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터, 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가, MFC(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 통해서 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는, 처리 가스의 하나이며, 원료 가스(소스 가스)이다. 여기서, 제1 원소는, 예를 들어 실리콘(Si)이다. 즉, 제1 원소 함유 가스는, 예를 들어 Si 함유 가스이다. 실란 원료 가스란, 기체 상태의 실란 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 실란 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 실란 원료 등이다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉, 할로실란 원료 가스를 사용할 수 있다.
할로실란 원료 가스란, 기체 상태의 할로실란 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 할로실란 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 할로실란 원료 등이다. 할로실란 원료란, 할로겐기를 갖는 실란 원료이다. 할로겐 원소는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함한다. 즉, 할로실란 원료는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 할로겐기를 포함한다. 할로실란 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스를 사용할 수 있다. DCS 가스는, 후술하는 성막 처리에 있어서, Si 원료(소스)로서 작용한다.
제1 원소 함유 가스가 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 상태의 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 실란 원료 가스로서 공급하게 된다. 본 실시 형태의 경우, 제1 가스 공급원(243b)과 MFC(243c)와의 사이에, 도시하지 않은 기화기를 설치하면 된다. 본 실시 형태에서는 기체로서 설명한다. 또한, 실리콘 함유 가스는 프리커서(전구체)로서 작용한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류 단이 접속되어 있다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(246b), MFC(246c) 및 밸브(246d)가 설치되어 있다.
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.
제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는, 불활성 가스가, MFC(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 통해서, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는, 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는 제1 원소 함유 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로, 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d)에 의해, 제1 원소 함유 가스 공급계(243)(제1 가스 공급계, 원료 가스(소스 가스) 공급계, 실리콘 함유 가스 공급계, 실란 원료 가스 공급계라고도 칭함)가 구성된다.
또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(246a), MFC(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
나아가, 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를, 제1 원소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)의 하류에는 리모트 플라즈마 유닛(244e)이 설치되어 있다. 상류에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제2 가스 공급원(244b), MFC(244c) 및 밸브(244d)가 설치되어 있다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는, 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가, MFC(244c), 밸브(244d), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 통해서, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는, 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태로 되어, 처리실(201)에 공급된다. 이와 같이 하여, 제2 원소 함유 가스는 웨이퍼(200) 상에 공급된다.
제2 원소 함유 가스는, 처리 가스의 하나이다. 또한, 제2 원소 함유 가스는, 반응 가스(리액턴트 가스)로서 생각해도 된다.
여기서, 제2 원소 함유 가스는, 제1 원소와 상이한 제2 원소, 즉, 원료와는 화학 구조가 상이한 반응체(리액턴트)를 함유한다. 제2 원소로서는, 예를 들어 질소(N) 함유 가스가, MFC(244c), 밸브(244d)를 통해서 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
N 함유 가스는, 후술하는 성막 처리에 있어서, 질화제(질화 가스), 즉, N 소스로서 작용한다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스나 질소(N2) 가스 등을 사용할 수 있다. 질화제로서 NH3 가스를 사용하는 경우에는, 예를 들어 후술하는 플라즈마 생성부를 사용해서 이 가스를 플라즈마 여기하여, 플라즈마 여기 가스(NH3 * 가스)로서 공급하게 된다.
주로, 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해, 제2 원소 함유 가스 공급계(244)(제2 가스 공급계, 반응 가스(리액턴트 가스) 공급계, 질소(N) 함유 가스 공급계, 질화제 공급계, 질화 가스 공급계라고도 칭함)가 구성된다.
또한, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류 단이 접속되어 있다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(247b), MFC(247c) 및 밸브(247d)가 설치되어 있다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는, 불활성 가스가, MFC(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 통해서, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는, 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는, 제2 원소 함유 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로, 제2 불활성 가스 공급관(247a), MFC(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 제2 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
나아가, 제2 가스 공급원(244b), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 제2 불활성 가스 공급계를, 제2 원소 함유 가스 공급계(244)에 포함해서 생각해도 된다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제3 가스 공급원(245b), MFC(245c) 및 밸브(245d), 주로 성막 공정 시에 제3 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 가열하는 가스 가열부로서의 배관 가열부(245e), 배관 가열부(245e)의 상류에 위치하고, 주로 내벽 퇴적 막 제거 공정 시에 제3 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 가열하는 가스 가열 장치(253)가 설치되어 있다.
배관 가열부(245e)가 갖는 열원으로서는, 예를 들어 배관을 돌려 감는 테이프 히터나 재킷 히터를 사용해도 된다. 가스 가열 장치(253)가 갖는 열원으로서는, 배관 가열부(245e)보다도 가열 효율이 높은 히터이면 되고, 예를 들어 램프 히터를 사용해도 된다.
여기서, 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 가스를 배관 가열부(245e) 단독으로 가열하는 경우, 150℃ 이상, 200℃ 이하의 온도가 되도록 배관 가열부(245e)가 컨트롤러(260)에 의해 제어된다. 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 가스를 가스 가열 장치(253) 단독으로 가열하는 경우, 500℃ 이상, 1000℃ 이하의 온도가 되도록 가스 가열 장치(253)가 컨트롤러(260)에 의해 제어된다.
또한, 가스 가열 장치(253)는, 후술하는 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 가스를 상술한 온도까지 가열할 필요가 있기 때문에, 적합하게는 버퍼실(232)의 근방, 즉, 덮개(231)에 설치된 가스 도입구(구멍(231a) 등)로부터의 거리가 짧은 장소에 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 가스 가열 장치로 가열된 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급된 제3 가스의 온도의 저하를 억제할 수 있다. 가령 설치 공간이나 메인터넌스 등의 이유로 가스 도입구로부터 이격된 위치에 설치하는 경우에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가스 도입부(241)와 가스 가열 장치(253)와의 사이에 배관 가열부(245e)를 설치하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 배관 가열부(245e)를 설치함으로써, 가스 가열 장치(253)로 가열한 가스의 온도가 방열에 의해 냉각되어버리는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 가스 가열 장치로 가열된 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급된 제3 가스의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 배관 가열부(245e)와 가열 장치(253)의 양쪽을 설치하고 있지만, 가열 장치(253)만을 설치해서 제3 가스 공급원으로부터 공급되는 가스를 가열하도록 해도 된다. 이 경우, 가열 장치(253)로 가열된 퍼지 가스의 온도가 원하는 온도보다도 낮은 온도로 되지 않도록, 버퍼실(232)에 가까운 위치에 가열 장치(253)를 배치한다. 더 바람직하게는, O링(280)이나 냉각 매체 공급 밸브(271)가 열 영향을 받지 않도록, O링(280)이나 냉각 매체 공급 밸브(271)와, 배관(245a)이나 가열 장치(253)와의 사이에 단열 구조를 설치한다.
또한, 배관 가열부(245e)와 가스 가열 장치(253)의 양쪽을 사용해서 가열하는 경우에는, 각각을 독립해서 가열 제어해도 된다. 독립해서 제어함으로써, 가열된 퍼지 가스의 온도를 치밀하게 제어 가능하므로, O링(280)이나 냉각 매체 공급 밸브(271) 등의 주변 구조에의 열 영향을 제어할 수 있다.
또한, 가열 장치(253)의 하류측의 가스 공급관과의 가스 접촉부에 니켈 합금 등의 내열성이 높은 금속을 사용함으로써, 가열 장치(253)에 의해 고온으로 가열된 가스에 의한 금속 오염을 억제하는 것이 가능하게 되도록 구성해도 된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터, 퍼지 가스로서의 불활성 가스가, MFC(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(245)을 통해서 샤워 헤드(230)에 공급된다. 밸브(245d)는, 가스 가열 장치(253)의 열 영향을 받지 않도록 가스 가열 장치(253)로부터 이격된 위치에 설치되거나, 또는 단열하는 구조를 갖지만, 설명의 편의상 생략한다.
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.
배관 가열부(245e)에 의해 가열된 퍼지 가스는, 버퍼실(232), 분산판(234)을 통해서 처리실(201)에 공급된다. 이렇게 함으로써 분산판(234)을 원하는 온도로 유지하는 것이 가능하게 된다.
가령, 가열되어 있지 않은 퍼지 가스를 공급함으로써 분산판(234)이 과도하게 냉각된 경우, 다음의 문제를 생각할 수 있다. 즉, 처리실(201) 내에 잔류하고 있는 가스가 열분해 온도 이하로 됨으로써, 분산판(234)의 기판 대향면에 부생성물이 퇴적되어버리거나, 다음의 처리 가스 공급 공정(예를 들어, 제2 원소 함유 가스를 공급한 후의 제1 원소 함유 가스 공급 공정)에서 온도에 관한 프로세스 윈도우를 유지할 수 없어, 그 결과 다음 공정의 막 처리 특성이 나빠진다는 문제를 생각할 수 있다.
한편, 본 실시 형태와 같이 퍼지 가스를 가열함으로써 상기 문제를 억제할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다도 하류측에는, 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류 단이 접속되어 있다. 클리닝 가스 공급관(248a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 클리닝 가스 공급원(248b), MFC(248c) 및 밸브(248d)가 설치되어 있다. 밸브(245d)는, 가스 가열 장치(253)의 열 영향을 받지 않도록 가스 가열 장치(253)로부터 이격된 위치에 설치되거나, 또는 단열하는 구조를 갖지만, 설명의 편의상 생략한다.
주로, 제3 가스 공급관(245a), MFC(245c), 밸브(245d)에 의해, 제3 가스 공급계(245)(제3 불활성 가스 공급계라고도 말함)가 구성된다.
또한, 주로, 클리닝 가스 공급관(248a), MFC(248c) 및 밸브(248d)에 의해 클리닝 가스 공급계가 구성된다. 또한, 클리닝 가스원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 클리닝 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
나아가, 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를, 제3 가스 공급계(245)에 포함해서 생각해도 된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는, 기판 처리 공정에서는 불활성 가스가, MFC(245c), 밸브(245d)를 통해서, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한, 클리닝 공정에서는, 클리닝 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(248c), 밸브(248d)를 통해서, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 후술하는 박막 형성 공정(S104)에서는, 처리실(202)이나 샤워 헤드(230) 내에 머무른 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한, 클리닝 공정에서는, 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용해도 된다.
클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는, 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230)나 처리실(202)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서, 클리닝 가스는, 예를 들어 3불화질소(NF3) 가스이다. 또한, 클리닝 가스로서, 예를 들어 불화수소(HF) 가스, 3불화염소가스(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 사용해도 되고, 또한 이들을 조합해서 사용해도 된다.
(제2 배기계)
처리실(201)(상부 용기(202a))의 내벽 상면에는, 처리실(201)의 분위기를 배기하는 배기구(221)가 형성되어 있다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되어 있고, 배기관(222)에는, 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC 등의 압력 조정기(223), 진공 펌프(224)가 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 주로, 배기구(221), 배기관(222), 압력 조정기(223)에 의해 제2 배기계(배기 라인)(220)가 구성된다. 또한, 진공 펌프(224)를 제2 배기계(220)에 포함해도 된다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드의 덮개(231)에는, 정합기(251), 고주파 전원(252)이 접속되어 있다. 고주파 전원(252), 정합기(251)로 임피던스를 조정함으로써, 샤워 헤드(230) 내의 버퍼실(232), 처리실(201)에 플라즈마가 생성된다.
(컨트롤러)
도 4에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 기판 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 제어하는 제어부(제어 장치)로서의 컨트롤러(260)를 갖고 있다. 컨트롤러(260)는, 연산부로서의 CPU(Central Processing Unit)(261), 기억 장치(262), RAM(Random Access Memory)(263), I/O 포트(264)를 적어도 갖는 컴퓨터로서 구성되어 있다. 기억 장치(262), RAM(263), I/O 포트(264)는, 내부 버스(265)를 통해서, CPU(261)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(260)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(266)가 접속되어 있다.
기억 장치(262)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(262) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(260)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 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(263)은, CPU(261)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(264)는, 상술한 MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c), 밸브(243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d, 237), APC 밸브(223, 238), 진공 펌프(224, 239), 가열 장치(213, 231b, 245e, 253), 정합기(251), 고주파 전원(252), 서셉터 승강 기구(218), 게이트 밸브(205) 등에 접속되어 있다.
컨트롤러는, 상술한 MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c), 밸브(237, 243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d), 게이트 밸브(205), 정합기(251), 고주파 전원(252), APC 밸브(223, 238), 진공 펌프(224, 239), 서셉터 승강 기구(218)에 접속되어 있다. 컨트롤러(260)는, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라서 기억부로부터 기판 처리 장치의 프로그램이나 제어 레시피를 호출하여, MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(237, 243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d), 게이트 밸브(205)의 개폐 동작, 정합기(251)의 제어, 고주파 전원(252)의 제어, APC 밸브(223, 238)의 개폐 동작, APC 밸브(223, 238)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(224, 239)의 기동 및 정지, 서셉터 승강 기구(218)에 의한 샤프트(217) 및 지지대(212)의 승강 동작, 배관 가열부(245e), 가스 가열 장치(253), 냉각 매체 공급 밸브(271) 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(260)는, 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)(267)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(262)나 외부 기억 장치(267)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(262) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(267) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(267)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 기판 처리 장치(100)를 사용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서, 도 2, 도 3, 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(260)에 의해 제어된다.
여기에서는, 제1 원소 함유 가스로서 DCS 가스를 공급하는 스텝과, 제2 원소 함유 가스로서 플라즈마 여기한 NH3 가스(NH3 * 가스)를 공급하는 스텝을 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, SiN막이라고 칭함)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한, 예를 들어 웨이퍼(200) 상에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
본 명세서에서는, 도 6에 나타내는 성막 처리의 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예나 다른 실시 형태의 설명에서도, 마찬가지의 표기를 사용하는 것으로 한다.
(DCS → NH3 *) × n ⇒ SiN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함해서 웨이퍼라 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(기판 반입·적재 공정 S102)
처리 장치(100)에서는 기판 적재대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시킴으로써, 기판 적재대(212)의 관통 구멍(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 적재대(212) 표면보다도 소정의 높이만큼 돌출된 상태가 된다. 계속해서, 게이트 밸브(205)를 개방하고, 도시하지 않은 웨이퍼 이동 탑재기를 사용하여, 처리실 내에 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이동 탑재한다. 이에 의해, 웨이퍼(200)는, 기판 적재대(212)의 표면으로부터 돌출된 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 웨이퍼 이동 탑재기를 처리 용기(202)의 밖으로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 폐쇄해서 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 적재대(212)를 상승시킴으로써, 기판 적재대(212)에 설치된 기판 적재면(211) 상에 웨이퍼(200)를 적재한다.
또한, 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입할 때는, 배기계에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서, 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉, 진공 펌프(224)를 작동시켜 APC 밸브(223)를 개방함으로써 처리 용기(202) 내를 배기한 상태에서, 적어도 제3 가스 공급계의 밸브(245d)를 개방함으로써, 처리 용기(202) 내에 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리 용기(202) 내에의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 진공 펌프(224)는 적어도 기판 반입·적재 공정(S102)부터 후술하는 기판 반출 공정(S106)이 종료될 때까지의 동안에는, 항상 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(200)를 기판 적재대(212) 상에 적재할 때는, 기판 적재대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여, 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 이때, 히터(213)의 온도는, 도시하지 않은 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)에의 통전 상태를 제어함으로써 조정된다.
(성막 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, 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232)을 통해서, 처리실(201) 내에 DCS 가스를 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에 Si 함유층이 형성된다. DCS 가스를 공급하고, 소정의 시간 경과 후, DCS 가스의 공급을 정지하고, 퍼지 가스에 의해, 버퍼실(232), 처리실(201)로부터 DCS 가스를 배출한다. 퍼지 가스를 처리실에 공급할 때는, 분산판(234)을 냉각하지 않도록, 또한 웨이퍼(200)의 온도를 상승시키도록, 배관 가열부(245e)에 의해 원하는 온도로 가열되어 있다.
DCS 가스를 배출 후, 버퍼실(232)을 통해서, 처리실(201) 내에 플라즈마 여기에 의해 활성화된 NH3 가스를 공급한다. NH3 가스는, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층과 반응하여, SiN막을 형성한다. 소정의 시간 경과 후, NH3 가스의 공급을 정지하고, 처리실(201) 내에 가열하지 않은 상태의 퍼지 가스를 공급해서 샤워 헤드(230), 처리실(201)로부터 잔류하는 NH3 가스를 배출한다.
성막 공정(104)에서는, 이상을 반복함으로써, 원하는 막 두께의 SiN막을 형성한다. 또한, 성막 공정 동안에, 버퍼실(232)의 내벽에 부생성물이 가능한 한 부착되지 않도록, 샤워 헤드 가열부(231b)가 버퍼실(232)을 가열한다.
(기판 반출 공정 S106)
이어서, 기판 적재대(212)를 하강시켜, 기판 적재대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 개방하고, 웨이퍼 이동 탑재기를 사용해서 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)의 밖으로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는, 제3 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
(처리 횟수 판정 공정 S108)
기판을 반출한 후, 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달했는지 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달했다고 판단되면, 내벽 퇴적 막 제거 공정으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판단되면, 다음으로 대기하고 있는 웨이퍼(200)의 처리를 개시하기 위해서, 기판 반입·적재 공정 S102로 이행한다.
(내벽 퇴적 막 제거 공정 S110)
성막 공정 S104에서는 버퍼실(232)의 내벽에 부생성물이 부착되지 않도록, 버퍼실(232)을 가열하고 있었지만, 가스 뭉침이나 가스의 양에 따라서는, 부생성물이 버퍼실(232)의 내벽에 부착된다. 본 공정에서는, 처리 횟수 판정 공정 S108 후, 성막 공정 S104의 과정에서 버퍼실(232)이나 분산판(234)에 부착된 부생성물에 의한 퇴적 막을 제거한다. 제거 공정의 상세는 후술한다.
(처리 횟수 판정 공정 S112)
기판을 반출한 후, 내벽 퇴적 막 제거 공정이 소정의 횟수에 도달했는지 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달했다고 판단되면, 클리닝 공정으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판단되면, 다음으로 대기하고 있는 웨이퍼(200)의 처리를 개시하기 위해서, 기판 반입·적재 공정 S102로 이행한다.
(클리닝 공정 S114)
처리 횟수 판정 공정 S108에서 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달했다고 판단하면, 샤워 헤드(230), 처리실(201) 내의 클리닝 공정을 행한다. 여기에서는, 클리닝 가스 공급계의 밸브(248d)를 개방하고, 샤워 헤드(230)를 통해서, 클리닝 가스를 처리실(201)에 공급한다.
클리닝 가스가 샤워 헤드(230), 처리실(201)을 채우면, 고주파 전원(252)으로 전력을 인가함과 함께 정합기(251)에 의해 임피던스를 정합시키고, 샤워 헤드(230), 처리실(201)에 클리닝 가스의 플라즈마를 생성한다. 생성된 클리닝 가스 플라즈마는, 샤워 헤드(230), 처리실(201) 내의 벽에 부착된 부생성물을 제거한다.
계속해서, 성막 공정 S104의 상세에 대해서 도 6을 사용해서 설명한다.
(제1 처리 가스 공급 공정 S202)
기판 적재부(211)의 웨이퍼(200)를 가열해서 원하는 제1 온도에 달하면, 밸브(243d)를 개방하고, 가스 도입부(241), 버퍼실(232), 복수의 관통 구멍(234a)을 통해서, 처리실(201) 내에 제1 처리 가스로서의 DCS를 공급 개시한다. 버퍼실(232) 내에서는 가스 가이드(235)에 의해 DCS 가스가 균일하게 분산된다. 균일하게 분산된 가스는 복수의 관통 구멍(234a)을 통해서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급된다.
이때, DCS 가스의 유량이 소정의 유량으로 되도록, MFC(243c)를 조정한다. 또한, DCS의 공급 유량은, 예를 들어 1sccm 이상 2000sccm 이하, 바람직하게는 10sccm 이상 1000sccm 이하의 값으로 조정된다. 또한, DCS 가스와 함께, 제1 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 배기 펌프(224)를 작동시켜, APC 밸브(223)의 밸브 개방도를 적정하게 조정함으로써, 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa의 범위 내의 압력으로 한다. DCS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 0.01 내지 60초, 바람직하게는 1 내지 10초의 범위 내의 시간으로 한다.
상술한 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 DCSC 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Si 함유층이 형성된다.
원료로서는, DCS 가스 이외에, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]2H2, 약칭: BDMAS) 가스, 비스터셜부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS), 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS) 가스 등을 적절하게 사용할 수 있다. 즉, 원료 가스로서는, 디메틸아미노실란(DMAS) 가스, 디에틸아미노실란(DEAS) 가스, 디프로필아미노실란(DPAS) 가스, 디이소프로필아미노실란(DIPAS) 가스, 부틸아미노실란(BAS) 가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS) 가스 등의 각종 아미노실란 원료 가스나, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 무기계 할로실란 원료 가스나, 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 가스, 디실란(Si2H6, 약칭: DS) 가스, 트리실란(Si3H8, 약칭: TS) 가스 등의 할로겐기 비함유의 무기계 실란 원료 가스를 적절하게 사용할 수 있다.
소정의 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄하여, DCS 가스의 공급을 정지한다.
(제1 샤워 헤드 배기 공정 S204)
DCS 가스의 공급을 정지한 후, 밸브(244d)를 폐쇄로 한 상태에서, 밸브(247c)를 개방, 밸브(245d)를 개방으로 하여, 샤워 헤드(230) 내의 분위기를 배기한다. 이때, 진공 펌프(239)는 사전에 작동시켜 둔다. 제2 불활성 가스(247b)로부터 공급되는 불활성 가스는 처리실(201)에 공급된다. 나아가, 제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급된 불활성 가스는, 히터(245e)에 의해 소정의 온도로 가열되어, 샤워 헤드(230) 및 처리실(201)에 공급된다. 기판(200)은, 공급된 불활성 가스에 의해, 제2 원소 함유 가스인 플라즈마 여기에 의해 활성화된 NH3 가스의 반응 촉진 온도 근방까지 가열된다. 가열된 기판(200)의 표면에 형성된 제1 원소 함유층에서는, 제1 원소 함유 가스에 포함되는 불순물이 탈리되기 쉬운 상태가 된다.
이때, 버퍼실(232)에 있어서의 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스(배기량)가, 처리실(201)을 통한 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다도 높아지도록, 밸브(237)의 개폐 밸브 및 진공 펌프(239)를 제어한다. 이렇게 조정함으로써, 버퍼실(232)의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기 구멍(236a)을 향한 가스 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여, 버퍼실(232)의 벽에 부착된 가스나, 버퍼 공간 내에 부유한 가스가, 처리실(201)에 진입하지 않고 제1 배기계로부터 배기된다.
또한, 버퍼실(232) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 버퍼실(232) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 버퍼실(232) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 퍼지 처리에 있어서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 버퍼실(232) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 버퍼실(232)의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 퍼지 처리에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 버퍼실(232) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
(제1 처리실 배기 공정 S206)
소정의 시간 경과 후, 계속해서 제2 배기계의 배기 펌프(224)를 작동시키면서, 처리 공간에 있어서 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가, 샤워 헤드(230)를 통한 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다도 높아지도록 APC 밸브(223)의 밸브 개방도 및 밸브(237)의 밸브 개방도를 조정한다. 이렇게 조정함으로써, 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 가스 흐름이 형성된다. 따라서, 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 기판 상에 공급하는 것이 가능하게 되어, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다. 또한, 이때도 불활성 가스는 가열되어 제1 처리실 내를 배기하고 있다.
이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 퍼지 처리에 있어서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 처리실(201)의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 퍼지 처리에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
처리실 배기 공정에서 공급된 불활성 가스는, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층의 형성에 기여한 후의 DCS 가스를, 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 나아가, 밸브(237)를 개방하고, 압력 조정기(237), 진공 펌프(238)를 제어하여, 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 DCS 가스를 제거한다. 소정의 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄해서 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께, 밸브(237)를 폐쇄해서 샤워 헤드(203)와 진공 펌프(239)의 사이를 차단한다.
바람직하게는, 소정의 시간 경과 후, 제2 배기계의 배기 펌프(224)를 계속해서 작동시키면서, 밸브(237)를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 흐름이 제1 배기계의 영향을 받지 않으므로, 보다 확실하게 불활성 가스를 기판 상에 공급하는 것이 가능하게 되어, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 더 높아진다.
또한, 제1 샤워 헤드 배기 공정 S204 후에 계속해서 제1 처리실 배기 공정 S206을 행함으로써, 다음의 효과를 알아낼 수 있다. 즉, 샤워 헤드 배기 공정 S204에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하고 있으므로, 처리실 배기 공정 S206에서 가스 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유했다고 해도, 잔류 가스가 기판 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
(제2 처리 가스 공급 공정 S208)
제1 처리실 배기 공정 후, 밸브(244d)를 개방함으로써, 질소 함유 가스를 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마로 활성화(여기)된 활성종(NH3 *)으로 해서, 가스 도입부(241), 버퍼실(232), 복수의 관통 구멍(234a)을 통해서, 처리실(201) 내에 공급한다. 버퍼실(232), 관통 구멍(234a)을 통해서 처리실에 공급하므로, 기판 상에 균일하게 플라즈마로 활성화(여기)된 NH3 가스를 공급할 수 있다. 그 때문에, 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
이때, 플라즈마 여기된 NH3 가스의 유량이 소정의 유량으로 되게, MFC(244c)를 조정한다. 또한, NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 10000sccm 이하의 유량이다. 전극을 겸하는 샤워 헤드(230)에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 100초, 바람직하게는 1 내지 50초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 조건은, 상술한 스텝 S202과 마찬가지의 처리 조건으로 한다. 또한, NH3 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다.
질소 플라즈마 중에서 생성된 이온과 전기적으로 중성인 활성종은, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 Si 함유층에 대하여 후술하는 질화 처리를 행한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층이 플라즈마 질화된다. 이때, 플라즈마 여기된 NH3 가스의 에너지에 의해, Si 함유층이 갖는 Si-할로겐 결합, Si-H 결합이 절단된다. Si와의 결합이 분리된 할로겐기, 및, H는, Si 함유층으로부터 탈리되게 된다. 그리고, H 등이 탈리됨으로써 미 결합손(댕글링 본드)을 갖게 된 Si 함유층 중의 Si가, NH3 가스에 포함되는 N과 결합하여, Si-N 결합이 형성되게 된다. 이 반응이 진행됨으로써, Si 함유층은, Si 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화된다(개질된다).
또한, Si 함유층을 SiN층으로 개질시키기 위해서는, NH3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급할 필요가 있다. NH3 가스를 논 플라즈마의 분위기 하에서 공급해도, 상술한 온도대에서는, Si 함유층을 질화시키는데 필요한 에너지가 부족하여, Si 함유층으로부터 H나 할로겐을 충분히 탈리시키거나, Si 함유층을 충분히 질화시켜서 Si-N 결합을 증가시키거나 하는 것은 곤란하기 때문이다.
소정의 시간 경과 후, 밸브(244d)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다.
질화제, 즉, 플라즈마 여기시키는 N 함유 가스로서는, 암모니아(NH3) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스나, 이들 화합물을 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 반응 가스로서는, 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스, 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA) 가스, 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 가스 등의 에틸아민계 가스나, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMA) 가스, 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMA) 가스, 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 가스 등의 메틸아민계 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 반응 가스로서는, 트리메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 가스 등의 유기 히드라진계 가스 등을 사용하고, 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용 가능하다.
(제2 샤워 헤드 배기 공정 S210)
NH3 가스의 공급을 정지한 후, 밸브(237)를 개방하여, 샤워 헤드(230) 내의 분위기를 배기한다. 구체적으로는, 버퍼실(232) 내의 분위기를 배기한다. 이때, 제3 가스 공급계(245)로부터 가열된 퍼지 가스가 공급되어, 분산판(234)의 온도를 유지하면서 버퍼실(232) 내의 분위기를 배기한다. 제2 샤워 헤드 배기 공정(210)에 대해서는, 후에 상세하게 설명한다.
버퍼실(232)에 있어서의 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가, 처리실(201)을 통한 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다도 높아지도록, 밸브(237)의 개폐 밸브 및 진공 펌프(239)를 제어한다. 이렇게 조정함으로써, 버퍼 공간(232)의 중앙으로부터 샤워 헤드 배기 구멍(236a)을 향한 가스 흐름이 형성된다. 이와 같이 하여, 버퍼실(232)의 벽에 부착된 가스나, 버퍼 공간 내에 부유한 가스가, 처리실(201)에 진입하지 않고 제1 배기계로부터 배기된다.
(제2 처리실 배기 공정 S212)
소정의 시간 경과 후, 제2 배기계의 배기 펌프(224)를 작동시키면서, 처리 공간에 있어서 제2 배기계로부터의 배기 컨덕턴스가, 샤워 헤드(230)를 통한 제1 배기계로부터의 배기 컨덕턴스보다도 높아지도록 APC 밸브(223)의 밸브 개방도 및 밸브(237)의 밸브 개방도를 조정한다. 이렇게 조정함으로써, 처리실(201)을 경유한 제2 배기계를 향한 가스 흐름이 형성된다. 따라서, 버퍼실(232)에 공급된 불활성 가스를 확실하게 기판 상에 공급하는 것이 가능하게 되어, 기판 상의 잔류 가스의 제거 효율이 높아진다.
제2 처리실 배기 공정 S212에서 공급된 불활성 가스는, 제2 처리 가스 공급 공정 S208에서 웨이퍼(200)에 결합할 수 없었던 HN3 가스 성분을, 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다. 구체적으로는, 밸브(237)를 개방하고, 압력 조정기(238), 진공 펌프(239)를 제어하여, 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내에 잔류한 질소 가스를 제거한다. 소정의 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄해서 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께, 밸브(237)를 폐쇄해서 샤워 헤드(203)와 진공 펌프(239)의 사이를 차단한다.
바람직하게는, 소정의 시간 경과 후, 제2 배기계의 배기 펌프(224)를 계속해서 작동시키면서, 밸브(237)를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 버퍼실(232) 내의 잔류 가스나, 공급된 불활성 가스는 제2 배기계의 영향을 받지 않으므로, 보다 확실하게 불활성 가스를 기판 상에 공급하는 것이 가능하게 되기 때문에, 기판 상에서, 제1 처리 가스와 전부 반응할 수 없었던 잔류 가스의 제거 효율이 더 높아진다.
또한, 샤워 헤드 배기 공정 S210 후에 계속해서 처리실 배기 공정 S212를 행함으로써, 다음의 효과를 알아낼 수 있다. 즉, 샤워 헤드 배기 공정 S210에서 버퍼실(232) 내의 잔류물을 제거하고 있으므로, 처리실 배기 공정 S212에서 가스 흐름이 웨이퍼(200) 상을 경유했다고 해도, 잔류 가스가 기판 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
(판정 S214)
그 동안에, 컨트롤러(260)는, 상기 S202 내지 S212를 1 사이클로 하여, 소정 횟수 실시했는지 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S214에서 "아니오"인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정 S202, 제1 샤워 헤드 배기 공정 S204, 제1 처리실 배기 공정 S206, 제2 처리 가스 공급 공정 S208, 제2 샤워 헤드 배기 공정 S210, 제2 처리실 배기 공정 S212의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S214에서 "예"인 경우), 성막 공정 S104를 종료한다.
이어서, 도 2 및 도 6에 나타내는 내벽 퇴적 막 제거 공정(S110)의 상세에 대해서 설명한다.
도 6에는, 성막 공정 S104와, 기판 반출 공정 S106과, 퇴적 막 제거 공정 S110에 있어서의, 가스 A(제1 처리 가스로서의 DCS 가스)와 가스 B(제2 처리 가스로서의 NH3 가스), 퍼지 가스(불활성 가스로서의 N2 가스), 가열 퍼지 가스(가열 장치(253)에 의해 가열된 불활성 가스로서의 N2 가스)의 처리실(201)에의 공급 상태와, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)의 가열 상태와, 가열 장치(253)의 가열 상태와, 기판 적재부 히터(213)의 가열 상태와, 샤워 헤드 가열부(231b)의 가열 상태와, 제2 배기계(220)의 APC 밸브(223)의 밸브 개방도 상태와, 제1 배기계(240)의 밸브(237)의 개폐 상태가 도시되어 있다.
도 6의 예에서는, 시각 T1 내지 T2의 성막 공정 S104에서, 가스 A의 공급 공정 A1, 가스 A의 배기 공정 P1(제1 샤워 헤드 배기 공정 S204와 제1 처리실 배기 공정 S206), 가스 B의 공급 공정 B1, 가스 B의 배기 공정 P2(제2 샤워 헤드 배기 공정 S210과 제2 처리실 배기 공정 S212), 가스 A의 공급 공정 A2, 가스 A의 배기 공정 P3, 가스 B의 공급 공정 B2, 가스 B의 배기 공정 P4의 순서대로, 처리가 행하여진다. 또한, A1, A2, B1, B2에는, N2 등의 불활성 가스가 캐리어 가스로서 포함되어 있어도 된다. 또한, 도 6에서는, 퍼지 가스 공급 공정 P1 내지 P4는 불연속으로 그려지고 있지만, 연속적이어도 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 성막 공정 S104에서는, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와 기판 적재부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 온 상태, 즉 가열되고 있다. 또한, 제2 배기계(220)의 APC 밸브(223)의 밸브 개방도는 항상 개방 상태인, 즉 제2 배기계(220)로부터의 배기가 항상 행하여지고 있다. 또한, 제1 배기계의 밸브(237)는, 퍼지 가스가 공급되는 P1, P2, P3, P4의 기간에서 개방 상태로 되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, P1, P2, P3, P4 각각에 있어서, 제1 처리실 배기 공정 S206과 제2 처리실 배기 공정 S212에서는, 밸브(237)를 폐쇄하여, 제1 배기계로부터의 배기를 중지하는 것도 가능하다.
이어서, 시각 T2 내지 T3의 기판 반출 공정 S106에서, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 처리실(201)로부터 반출된다. 기판 반출 공정 S106에서는, 제2 배기계(220)로부터의 배기는 행하여지고 있지만, 제1 배기계(240)로부터의 배기는 정지되어 있다. 또한, 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스가 처리실(201)에 공급된다. 또한, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e), 기판 적재부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 오프 상태, 즉 정지되어 있다.
이어서, 시각 T3 내지 T5의 퇴적 막 제거 공정 S110에서, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적 막의 제거가 행하여진다. 상세하게는, 시각 T3 내지 T4에서 퇴적 막 제거 공정 S110의 제1 스텝 c1이 행하여지고, 시각 T4 내지 T5에서 퇴적 막 제거 공정 S110의 제2 스텝 c2가 행하여진다.
예를 들어, 제1 스텝 c1에서의 처리실(201) 내의 압력은, 약 2050 내지 2100Pa이며, 버퍼실(232) 내의 압력은 약 2000Pa이다. 또한, 제2 스텝 c2에서의 처리실(201) 내의 압력은 약 500Pa이며, 버퍼실(232) 내의 압력은 약 2000Pa이다. 이와 같이, 제1 스텝 c1에서는, 처리실(201) 내의 압력이 버퍼실(232) 내의 압력보다도 높고, 제2 스텝 c2에서는, 버퍼실(232) 내의 압력이 처리실(201) 내의 압력보다도 높다.
퇴적 막 제거 공정 S110에서, 제1 배기계(240)와 제2 배기계(220)로부터의 배기가 행하여진다. 또한, 제3 가스 공급계(245)로부터 퍼지 가스가, 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 기판 적재부 히터(213)와 샤워 헤드 가열부(231b)는 모두 오프 상태이다. 또한, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e), 가열 장치(253)의 가열은 모두 온 상태이다.
제1 스텝 c1에서, 제3 가스 공급계(245)의 배관 가열부(245e)와, 가열 장치(253)의 양쪽을 온 상태로 하고, 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스를 가열하는 상태로 한다(이후, 가열 장치(253)에 의해 가열된 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스를 가열 퍼지 가스라고 칭함). 즉, 퇴적 막 제거 공정 S110에서의 가열 퍼지 가스의 온도를, 성막 공정 S104에서의 퍼지 가스의 온도보다도 높게 한다. 예를 들어, 퇴적 막 제거 공정 S110에서의 가열 퍼지 가스의 온도는, 300℃ 내지 1000℃(바람직하게는 500℃ 이상 내지 800℃ 이하)이며, 성막 공정 S104에서의 퍼지 가스의 온도는, 150℃ 내지 200℃(바람직하게는 160℃ 이상 내지 180℃ 이하)이다. 이때, 상술한 바와 같이, 샤워 헤드 가열부(231b)를 오프 상태로 하여, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)을 가열하지 않도록 하고 있다. 오프 상태로 함으로써, 후술하는 온도 차를 현저하게 할 수 있다. 여기서, 가열 퍼지 가스의 온도와, 버퍼실 내 또는 처리실 내와의 온도 차는 50℃ 내지 200℃가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이렇게 제어하면, 버퍼실(232) 내에 공급된 가열 퍼지 가스에 의해 가열된 퇴적 막의 온도와, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)의 온도와의 온도 차에 의해 발생하는 온도 구배에 의해 열응력이 발생하여, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)의 표면에 부착된 퇴적 막에 크랙(깨짐)이 발생하고, 막 박리를 일으키기 쉬워진다.
예를 들어, 스테인리스(SUS304)로 샤워 헤드의 덮개(231)가 구성되어 있고, 덮개의 내면에 퇴적되는 퇴적 막이 SiN막인 경우, 가열 퍼지 가스를 직접 퇴적 막에 분사함으로써, 열전도율이 높은 스테인리스인 샤워 헤드의 덮개(231)가 가열되기도 전에 SiN막을 가열하는 것이 가능하게 된다. 즉, SiN막만을 가열시키는 것이 가능하게 되어, 덮개(231)와 SiN막간에 온도구배를 발생시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, SiN막에 크랙을 발생시키기 쉬워져, 막 박리를 일으키기 쉬워진다.
따라서, 퇴적 막의 제거를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 스테인리스와 SiN막과 같이, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234) 또는 처리실의 내벽 등과, 퇴적 막과의 선팽창률에 차가 있는 경우에는, 효율적으로 퇴적 막이 제거 가능하다. 그러나 이에 한정하지 않고, 퇴적 막이 SiN막이며 퇴적 막의 하지 부재가 석영(SiO2)인 경우나, 퇴적 막이 SiO2막이며 퇴적 막의 하지 부재가 석영인 경우와 같은, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234) 또는 처리실의 내벽 등과, 퇴적 막과의 선팽창률에 차가 별로 없는 경우에도, 퇴적 막에 크랙을 발생시키기 쉬워져, 막 박리를 일으키기 쉬워진다. 이것은, 가열 퍼지 가스에 의해 퇴적 막만이 직접 가열됨으로써, 퇴적 막과 하지 부재와의 사이에 온도 구배를 발생시키는 것이 가능하게 되기 때문이다. 이에 의해, 하지 부재와 퇴적 막과의 선팽창률의 차에 관계없이, 효율적으로 퇴적 막의 제거를 용이하게 행할 수 있다.
여기서, 예를 들어 가열 퍼지 가스의 공급은, 도 6에 도시한 바와 같이, 간헐적으로 행하는 것이 바람직하다. 간헐적으로 가열 퍼지 가스를 공급함으로써, 기판 처리 장치(100) 내의 온도, 상세하게는 샤워 헤드 내부의 온도, 더욱 상세하게는 버퍼실(232)이나 분산판(234)의 온도가 상승하여, 공급되는 가열 퍼지 가스와의 온도 차가 작아져버리는 것에 기인하는 열응력의 저감, 즉, 막이 박리되기 어려워지는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 가령 연속적으로 퍼지 가스를 공급한 경우, 기판 처리 장치(100)의 내벽이나 퇴적 막 등이 계속해서 가열되어 고온 상태로 되기 때문에, 상술한 바와 같이 퍼지 가스와의 온도 차가 작아져버린다.
또한, 상술한 바와 같은 고온의 가열 퍼지 가스를 간헐적으로 공급함으로써, 기판 처리 장치(100), 특히 처리실 주변의 구성 부품에의 열적 부하를 경감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 스텝 c1에서, 샤워 헤드 배기 밸브(237)와, 처리실 배기 밸브인 APC 밸브(223)를 개방하여, 제1 배기계(240) 및 제2 배기계(220)로부터의 배기가 행하여진다. 이때, 제1 배기계(240)가 배기하는 퍼지 가스의 유량(배기 유량)이, 제2 배기계(220)가 배기하는 퍼지 가스의 유량보다 커지도록 제2 배기계(240)의 APC 밸브(237), 또는 제1 배기계(220)의 APC 밸브(223)를 제어한다.
이렇게 제어함으로써, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막이 분산판(234)의 관통 구멍(234a) 내에 공급되는 것이 억제된다. 따라서, 박리된 막에 의해 관통 구멍(234a)이 막히는 것이 억제된다. 또한, 분산판(234)의 관통 구멍(234a) 내를 막은 퇴적 막을 박리해서 제1 배기계(240)로부터 배출하는 것이 용이해진다. 또한, 제2 배기계(220)로부터의 배기에 의해, 처리실(201)의 내벽으로부터 박리된 막이나 파티클은, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이렇게 하면, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막이 분산판(234)의 관통 구멍(234a) 내에 공급되는 것이 억제된다. 따라서, 박리된 막에 의해 관통 구멍(234a)이 막히는 것이 억제된다. 또한, 분산판(234)의 관통 구멍(234a) 내를 막은 퇴적 막을 박리해서 제1 배기계(240)로부터 배출하는 것이 용이해진다. 또한, 제2 배기계(220)로부터의 배기에 의해, 처리실(201)의 내벽으로부터 박리된 막이나 파티클은, 처리실(201) 내로부터 배출된다.
바람직하게는, 버퍼실(232) 내에서의 제1 배기계(240)의 컨덕턴스가, 처리실(201)을 개재한 제2 배기계(220)의 컨덕턴스보다도 커지도록, 제1 배기계(240)의 APC 밸브(273), 또는 제2 배기계(220)의 APC 밸브(223)를 제어한다. 이렇게 하면, 버퍼실(232) 내의 분위기가 처리실(201) 내에 유입되지 않고, 처리실(201) 내의 분위기가 버퍼실(232) 내에 유입되게 된다.
이렇게 해서, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막은, 제1 배기계(240)로부터 배출된다. 그리고, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막의 대부분이, 제1 배기계(240)로부터 배출될 정도로 시간이 경과한 후, 샤워 헤드 배기 밸브(237)를 폐쇄하면, 제1 스텝 c1이 종료되고, 제2 스텝 c2가 개시된다.
또한, 제1 스텝 c1에서, 제2 배기계(220)로부터의 배기를 정지하도록 구성해도 된다. 이와 같이 해도, 처리실(201)의 내벽으로부터 박리된 막이나 파티클을, 처리실(201) 내로부터 배출할 수는 없지만, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)으로부터 박리된 막을, 제1 배기계(240)로부터 배출할 수 있다.
제2 스텝 c2에서는, 제1 배기계(240)로부터의 배기가 정지되어 있으므로, 제3 가스 공급계(245)로부터의 가열 퍼지 가스의 흐름이, 버퍼실(232)로부터 처리실(201) 방향으로 된다.
제3 가스 공급계(245)로부터의 가열 퍼지 가스는, 분산판(234)의 관통 구멍(234a)을 통과하기 때문에, 관통 구멍(234a) 내의 부착물을 박리시키면서, 관통 구멍(234a)으로부터 압출한다. 압출된 부착물은, 제2 배기계(220)로부터 배출된다.
또한, 상술한 바와 같이, 제2 스텝 c2에서, 기판 적재부 히터(서셉터 히터)(213)를 오프로 하는 것이 바람직하다. 서셉터 히터(213)를 오프로 함으로써, 분산판(234)이 방열되어 온도가 낮아진다. 이에 의해, 분산판(234)과 퍼지 가스와의 온도 차, 즉, 분산판(234)에 부착된 퇴적 막과 퍼지 가스와의 온도 차가 보다 커진다. 즉, 퇴적 막의 열 응력이 보다 커진다. 따라서, 분산판(234)에 부착된 퇴적 막을 더욱 박리하기 쉬워진다.
또한, 제1 스텝 c1과 제2 스텝 c2 중 어느 하나, 또는 양쪽에 있어서, 제3 가스 공급계(245)로부터의 가열 퍼지 가스의 유량을, 매스 플로우 컨트롤러(245c)를 제어함으로써, 성막 공정 S104에서의 퍼지 가스의 유량보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 성막 공정 S104 시보다도 대유량의 가열 퍼지 가스가, 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 충돌하므로, 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적 막을 더욱 박리하기 쉬워진다.
또한, 제1 스텝 c1과 제2 스텝 c2의 사이에, 냉각 매체 공급 밸브(271)를 개방하여, 냉각 유로(270)에 냉매를 흘리는 것이 바람직하다. 냉매를 흘림으로써, 가열 퍼지 가스가 공급되었다고 해도, O링의 용해를 억제할 수 있다.
또한, 제1 스텝 c1과 제2 스텝 c2 중 어느 하나, 또는 양쪽에 있어서, 서셉터 히터(213)나 샤워 헤드 가열부(231b)를 온 상태로 하도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 해도, 가열 퍼지 가스의 온도가, 성막 공정 S104에서의 퍼지 가스의 온도보다도 높으므로, 어느 정도, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 부착된 막을 박리할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 발명에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A1) 퇴적 막 제거 공정에서, 성막 공정 시에 공급하는 퍼지 가스(불활성 가스)보다도 높은 온도의 퍼지 가스(불활성 가스)를 샤워 헤드 내에 직접 공급하도록 구성했기 때문에, 샤워 헤드 내에 설치되어 있는 가스 가이드 등의 부재에 퇴적된 퇴적 막만을 직접 가열하는 것이 가능하게 되어, 외부로부터 가열 또는 냉각하는 경우에 비해 샤워 헤드 내의 퇴적 막에 큰 열 응력을 가하는 것이 가능하게 된다. 즉, 샤워 헤드 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 용이하게 된다.
(A2) 퇴적 막 제거 공정에서, 성막 공정 시에 공급하는 퍼지 가스(불활성 가스)보다도 높은 온도의 퍼지 가스(불활성 가스)를 처리실 내에 공급하도록 구성했기 때문에, 처리실 내에 노출되어 있는 구획판(204) 등의 처리실 내 부재에 퇴적된 퇴적 막만을 직접 가열하는 것이 가능하게 되어, 외부로부터 가열 또는 냉각하는 경우에 비해 처리실 내의 퇴적 막에 큰 열 응력을 가하는 것이 가능하게 된다. 즉, 처리실 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 용이하게 된다.
(A3) 퇴적 막 제거 공정에서, 막 공정 시에 공급하는 퍼지 가스(불활성 가스)보다도 높은 온도의 퍼지 가스(불활성 가스)를 공급함으로써 퇴적 막을 직접 가열하는 구성으로 했기 때문에, 하지 부재와 퇴적 막의 선팽창률에 차가 없는 경우라도 효율적으로 퇴적 막을 제거하는 것이 가능하게 된다.
(A4) 퇴적 막 제거 공정에서, 300℃ 이상 1000℃ 이하로 가열된 가열 퍼지 가스를 샤워 헤드(230) 내의 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내에 직접 공급함으로써, 퇴적 막과 버퍼실 내 또는 처리실 내에 설치된 부재와의 온도 구배를 크게 하는 것이 가능하게 되어, 퇴적 막에 크랙을 발생하기 쉽게 하여, 샤워 헤드 내 및 처리실 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 용이하게 된다.
(A5) 퇴적 막 제거 공정에서, 300℃ 이상 1000℃ 이하로 가열된 가열 퍼지 가스와 가열되지 않은 통상 온도의 퍼지 가스(불활성 가스)를 샤워 헤드(230) 내의 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내에 직접, 교대 공급함으로써, 퇴적 막에 발생하는 온도 구배를 크게 하는 것이 가능하게 되어, 퇴적 막에 크랙을 발생하기 쉽게 하여, 샤워 헤드 내 및 처리실 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 용이하게 된다.
(A6) 퇴적 막 제거 공정에서, 300℃ 이상 1000℃ 이하로 가열된 가열 퍼지 가스를 샤워 헤드(230) 내의 버퍼실(232) 내와 처리실(201) 내에 간헐적으로 공급함으로써, 기판 처리 장치(100), 특히 처리실 내의 구성 부재에 대하여 열적 부하를 경감하는 것이 가능하게 된다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 기판 처리 공정은, 상술한 형태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예 1)
이어서, 도 7과 도 8을 사용해서 본 발명의 변형예 1을 설명한다. 변형예 1의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 도 7에 나타내는 제3 가스 공급계와 당해 제3 가스 공급계를 제어하는 컨트롤러만이며, 기타 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제3 가스 공급계(245)에 있어서, 제3 가스 공급원(245b)과 MFC(245c)와의 사이에, 개폐 밸브인 밸브(245f)와, 가스를 저류하는 가스 저류부인 탱크(245g)와, 개폐 밸브인 밸브(245h)를 추가한 구성으로 하고 있다.
도 8을 사용해서 변형예 1에서의 제3 가스 공급계의 동작을 설명한다. 상술한 바와 같이, 도 8이 제1 실시 형태의 도 6과 상이한 점은, 시각 T3 내지 T4에서의 가열 퍼지 가스의 유량과, 가열 퍼지 가스를 흘리는 방법이며, 기타 조건은 도 6과 마찬가지이다.
도 8의 P6에 도시한 바와 같이, 변형예 1에서는, 퇴적 막 제거 공정 S110의 제1 스텝 c1에서 제3 가스 공급계(245)로부터 가열된 퍼지 가스가 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 이때, 시각 T3에서, 제3 가스 공급계(245)의 탱크(245g)에 저류되어 있던 가열 퍼지 가스가, 밸브(245d)와 밸브(245h)가 개방됨으로써, 한꺼번에 버퍼실(232) 내에 공급된다. 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 초기 유량(공급 개시 시의 유량)은, 제1 실시 형태에서의 가열 퍼지 가스의 유량보다도 커지도록 탱크(245g)의 용량이 설정되어 있다.
도 8의 P6에 도시한 바와 같이, 버퍼실(232) 내에 공급되는 가열 퍼지 가스의 유량은, 공급 개시 시에는 크지만, 점차 작아져, 결국 제1 실시 형태에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 가열 퍼지 가스의 유량과 동일해진다. 또한, 도 8의 P6의 형상은, 유량의 개략을 나타내는 것이며, 정확한 것은 아니다.
이와 같이, 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스 초기 유량이, 공급 종료 시의 유량보다도 커지도록 했으므로, 샤워 헤드에 공급되는 퍼지 가스의 유량을 크게 하는 것이 용이해진다. 또한, 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 충돌하는 퍼지 가스의 압력이 단시간에 변화함과 함께, 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)의 온도를 단시간에 크게 가열하는 것이 가능해지므로, 버퍼실(232) 내벽이나 분산판(234)에 부착된 퇴적 막을, 보다 박리하기 쉬워진다.
또한, 가열 퍼지 가스를 탱크(245g)에 저류하는 것은, 시각 T2 내지 T3의 P5가 종료된 후, 밸브(245d)와 밸브(245h)가 폐쇄된 상태로 두고, 밸브(245f)가 개방됨으로써 행하여진다. 그 후, 가열 퍼지 가스가 소정량, 탱크(245g)에 저류된 후, 상술한 바와 같이, 도 7의 T3의 타이밍에서, 밸브(245d)와 밸브(245h)가 개방됨으로써, 가열 퍼지 가스가 탱크(245g)로부터 버퍼실(232) 내에 한꺼번에 공급된다.
변형예 1의 제2 스텝 c2에서의 제3 가스 공급계의 동작은, 제1 실시 형태의 제2 스텝 c2에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다. 또한, 변형예 1의 성막 공정 S104에서의 제3 가스 공급계의 동작은, 밸브(245f)와 밸브(245h)가 항상 열린 상태에서 행하여지므로, 제1 실시 형태의 성막 공정 S104에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다.
변형예 1과 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다.
(B1) 퇴적 막 제거 공정에서는, 샤워 헤드에 공급되는 가열 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량이, 성막 공정에서 샤워 헤드에 공급되는 가열 퍼지 가스(불활성 가스)의 유량보다도 커지도록 구성했으므로, 가열 샤워 헤드 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 용이해진다.
(B2) 퇴적 막 제거 공정에서는, 샤워 헤드에 공급되는 가열 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급 개시 시의 유량이, 공급 종료 시의 유량보다도 커지도록 구성했으므로, 샤워 헤드 내의 퇴적 막을 제거하는 것이 보다 용이해진다.
(변형예 2)
이어서, 도 9와 도 10을 사용해서 본 발명의 변형예 2를 설명한다. 변형예 2의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 도 9에 나타내는 제3 가스 공급계와 당해 제3 가스 공급계를 제어하는 컨트롤러만이며, 기타 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 변형예 2의 제3 가스 공급계는, 제1 실시 형태의 제3 가스 공급계(245)에 있어서, 제3 가스 공급원(245b)과 MFC(245c)의 사이에, 제1 가스 저류계와 제2 가스 저류계를 병렬로 접속한 것이다. 제1 가스 저류계는, 개폐 밸브인 밸브(245f)와, 가스를 저류하는 가스 저류부인 탱크(245g)와, 개폐 밸브인 밸브(245h)를 포함하도록 구성되어 있다. 제2 가스 저류계는, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 분기된 가스 분기관(245p)에 설치되고, 개폐 밸브인 밸브(245k)와, 가스를 저류하는 가스 저류부인 탱크(245m)와, 개폐 밸브인 밸브(245n)를 포함하도록 구성되어 있다.
도 10을 사용하여, 변형예 2의 제3 가스 공급계의 동작을 설명한다. 도 10이 제1 실시 형태의 도 6과 상이한 점은, 시각 T3 내지 T5에서의 가열 퍼지 가스의 유량과, 가열 퍼지 가스를 흘리는 방법이며, 그 밖의 점은 도 6과 마찬가지이다. 또한, 변형예 2의 시각 T3 내지 T4(제1 스텝 c1)에서의 제3 가스 공급계의 동작은, 변형예 1의 시각 T3 내지 T4(제1 스텝 c1)에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
도 10의 P7에 도시한 바와 같이, 변형예 2에서는, 퇴적 막 제거 공정 S110의 제2 스텝 c2에서, 제3 가스 공급계(245)로부터, 가열 퍼지 가스가, 버퍼실(232) 내나 처리실(201) 내에 공급된다. 이때, 시각 T4에서, 제3 가스 공급계(245)의 탱크(245m)에 저류되어 있던 가열 퍼지 가스가, 밸브(245n)가 개방됨으로써, 한꺼번에 버퍼실(232) 내에 공급된다. 이러한 가스를 흘리는 방법을 플래시 플로우(Flush Flow)라 칭한다. 밸브(245d)는, 도 9의 P6에서 이미 개방되어 있다. P7에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 가열 퍼지 가스의 초기 유량은, 제1 실시 형태에서의 가열 퍼지 가스의 유량보다도 커지도록, 탱크(245m)의 용량이 설정되어 있다.
도 10의 P7에 도시한 바와 같이, P7에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 가열 퍼지 가스의 유량은, 공급 개시 시에는 크지만, 점차 작아져, 결국 제1 실시 형태에서 버퍼실(232) 내에 공급되는 퍼지 가스의 유량과 동일해진다. 또한, 도 10의 P7의 형상은, 유량의 개략을 나타내는 것이며, 정확한 것은 아니다.
또한, 가열 퍼지 가스를 탱크(245m)에 저류하는 것은, 시각 T4까지의 동안에, 밸브(245n)가 폐쇄된 상태에서, 밸브(245k)가 개방됨으로써 행하여진다. 그 후, 가열 퍼지 가스가 소정량, 탱크(245m)에 저류된 후, 상술한 바와 같이, 도 10의 T4의 타이밍에서, 밸브(245n)가 개방됨으로써, 가열 퍼지 가스가, 탱크(245m)로부터 버퍼실(232) 내에 한꺼번에 공급된다. 소정 시간이 경과하여, P7(제2 스텝 c2)이 종료되면, 밸브(245n)가 폐쇄되고, 가열 퍼지 가스의 탱크(245m)에의 저류가 개시된다.
상술한 바와 같이, 변형예 2의 제1 스텝 c1에서의 제3 가스 공급계의 동작은, 변형예 1의 제1 스텝 c1에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다. 또한, 변형예 2의 성막 공정 S104에서의 제3 가스 공급계의 동작은, 밸브(245f)와 밸브(245h)가 열린 상태에서 행하여지므로, 제1 실시 형태의 성막 공정 S104에서의 제3 가스 공급계의 동작과 마찬가지이다.
변형예 2와 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다.
(C1) 제1 배기 공정과 제2 배기 공정 각각에 있어서, 샤워 헤드에 공급되는 가열 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급 개시 시의 유량이, 공급 종료 시의 유량보다도 커지도록 구성했으므로, 샤워 헤드 내의 퇴적 막을 제거하는 것과, 처리실 내에 있는 파티클을 배출하는 것이, 보다 용이해진다.
(변형예 3)
이어서, 도 1과 도 11을 사용해서 본 발명의 변형예 3을 설명한다. 변형예 3의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 제1 불활성 가스 공급계, 또는, 제2 불활성 가스 공급계, 또는 제1 불활성 가스 공급계 및 제2 불활성 가스 공급계가 컨트롤러에 의해 제어됨으로써 처리실 내에 공급되는 퍼지 가스의 공급 타이밍에 있어서 상이하고, 기타 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
구체적으로는, 도 1과 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 불활성 가스 공급계, 제2 불활성 가스 공급계에 가스 냉각 장치(250a, 250b)를 설치하고, 제1 불활성 가스, 또는, 제2 불활성 가스 또는 그 양쪽을 냉각 가스로서, 상술한 가열 퍼지 가스와 교대로 버퍼실(232) 내에 공급한다.
바람직하게는, 후술하는 도 12의 (A), 도 12의 (B)와 같이 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서 일정한 온도로 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 서서히 내리면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 된다. 또한, 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서 일정한 온도로 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 높은 온도에서 낮은 온도로 복수회, 단계적으로 온도를 낮추면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 된다.
또한, 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서부터 서서히 올리면서 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 서서히 내리면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 된다.
또한, 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서부터 복수회 단계적으로 온도를 올리도록 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 높은 온도에서 낮은 온도로 복수회, 단계적으로 온도를 낮추면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 된다.
또한 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서부터 복수회 단계적으로 온도를 올리도록 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 서서히 내리면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 되고, 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스의 온도는 저온에서부터 서서히 올리면서 처리실에 직접 공급하도록 하고, 가열 퍼지 가스의 온도는 높은 온도에서 낮은 온도로 복수회, 단계적으로 온도를 낮추면서 처리실에 직접 공급하도록 구성해도 된다.
또한, 퇴적 막 제거 공정의 종기 단계의 가열 퍼지 가스의 온도는, 성막 공정 시에 공급되는 불활성 가스보다도 높아지도록 제어하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않고, 성막 공정 시에 공급되는 불활성 가스와 동일 온도가 되도록 제어해도 된다.
변형예 3과 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다.
(D1) 냉각 가스로서의 제1 불활성 가스, 또는, 제2 불활성 가스, 또는 그 양쪽과, 가열 퍼지 가스를 교대로 공급함으로써, 버퍼실(232)의 내벽이나 분산판(234)에 퇴적된 퇴적 막에 더욱 큰 열응력을 부여하는 것이 가능하게 되어, 보다 효율적으로 퇴적 막을 제거하는 것이 가능하게 된다.
(D2) 가열 퍼지 가스의 공급 온도를 저하시켜서 최종적으로 냉각 가스와 동일 온도가 되도록 제어함으로써, 스루풋을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(D3) 초기 단계에서는 제1 불활성 가스와 제2 불활성 가스와, 가열 퍼지 가스와의 온도 차를 크게 함으로써 큰 열응력을 퇴적 막에 부여할 수 있고, 초기 단계에서 큰 열응력을 퇴적 막에 부여한 후에는 퇴적 막에 크랙 등이 생기거나, 후막 등이 제거되거나 하므로, 초기 단계보다도 작은 열응력으로 해도 퇴적 막을 제거할 수 있고, 처리실을 구성하는 부품에의 대미지를 작게 할 수 있으므로, 초기 단계보다도 온도 차를 작게 함으로써 초기 단계보다도 작은 열응력을 퇴적 막 등에 부여할 수 있다.
(D4) 초기 단계보다도 가열 퍼지 가스의 온도가 낮아짐으로써 처리실의 온도도 낮아지기 때문에, 다음의 처리 공정으로 빠르게 이행하는 것이 가능하게 되므로, 스루풋의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 4)
다음으로 도 12의 A와 도 12의 B를 사용해서 본 발명의 변형예 4를 설명한다. 변형예 4의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 퇴적 막 제거 공정 시에 샤워 헤드(230) 내에 공급하는 가열 퍼지 가스의 온도를 공급 개시 시와 공급 종료 시에 상이하도록 가스 가열 장치(253)를 제어하는 점에서 상이하며, 기타 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
구체적으로는, 도 12의 A와 도 12의 B에 도시한 바와 같이, 퇴적 막 제거 공정에서, 400℃ 내지 1000℃로 가스 가열 장치(253)에 의해 가열된 가열 퍼지 가스(도 12의 A에서는, 약 800℃)를 일정 시간(도 12의 A에서는, 시각 T3 내지 T4) 공급한 후, 가열 퍼지 가스의 온도를 서서히 낮게 하여, 기판 반입 공정 시의 처리실 내 온도 근방인 300℃ 내지 400℃(도 12의 A에서는, 약 300℃)가 되도록 가스 가열 장치(253)를 제어한다.
또한, 도 12의 A에서는, 편의상, 계속된 온도 변화로 되도록 가열 퍼지 가스 온도를 기재하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 도 12의 B에 도시하는 바와 같이 가열 퍼지 가스 온도의 공급 타이밍마다 복수회, 단계적으로 온도를 낮추도록 제어해도 된다.
여기서, 가열 퍼지 가스의 온도를 낮춘 타이밍으로서는, 미리 정해진 시간 경과를 트리거로 해도 되고, 미리 정해진 공급 횟수를 공급한 것을 트리거로 해서 가스 가열 장치(253)를 제어해도 된다. 또한, 온도 저하 후의 가열 퍼지의 온도는, 성막 공정 시에 공급되는 불활성 가스보다도 높아지도록 제어하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않고, 성막 공정 시에 공급되는 불활성 가스와 동일 온도가 되도록 제어해도 된다.
변형예 4와 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다.
(E1) 이렇게 제어함으로써, 다음의 처리 공정으로 빠르게 이행하는 것이 가능하게 되기 때문에, 기판 처리의 스루풋 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
이어서, 도 13을 사용해서 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 도 13에 나타내는 제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계, 제3 가스 공급계 각각이 공통 가스 공급관(242)에 접속되어, 각각의 가스를 버퍼실(232) 내에 공급하는 점이며, 기타 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 제1 가스 공급계(243), 제2 가스 공급계(244), 제3 가스 공급계(245)는, 각각 하류 단이 공통 가스 공급관(242)에 접속됨으로써, 부품수를 적게 하는 것이 가능하게 되어, 비용을 저감하는 것이 가능하게 될 뿐만 아니라, 메인터넌스를 용이하게 하는 것이 가능하게 된다.
제2 실시 형태와 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다.
(F1) 공통 가스 공급관(242)에 의해 모든 가스를 공급하는 것이 가능하게 되기 때문에, 부품수를 적게 하여, 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
(F2) 공통 가스 공급관(242)만을 유지 관리하면 되므로, 메인터넌스가 용이하게 된다.
<제3 실시 형태>
이어서, 도 14를 사용해서 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태에서의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태, 제2 실시 형태와 상이한 점은, 도 14에 도시한 바와 같이, 샤워 헤드(230) 대신에, 가스 도입부(241)와 처리실(201)과의 사이에 가스 정류부(290)를 설치하는 점이며, 기타 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 가스 정류부(290)는, 가스를 공급하는 가스 분산 채널(290a)을 중심에 갖고, 또한 기판 중심으로부터 기판 주연 방향을 향함에 따라서 가스 정류부(290)의 하면이 기판에 근접하도록 타원 곡선(호)을 그리는 형상을 구비하고, 가스가 빠져나가는 가스 도입부(241)와 처리실(201)과의 사이에 위치하도록 덮개(231)에 설치되어 있다.
제3 실시 형태와 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과를 발휘할 수 있다.
(G1) 샤워 헤드를 갖지 않는 기판 처리 장치이어도 효율적으로 퇴적 막을 제거하는 것이 가능하게 되고, 장치의 메인터넌스를 용이하게 하는 것이 가능하게 된다.
<제4 실시 형태>
이어서, 도 15를 사용해서 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에서의 기판 장치가 제1 실시 형태, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태와 상이한 점은, 도 15에 도시한 바와 같이, 처리 대상인 기판을 적층 다단으로 보유 지지해서 처리하는 종형 장치인 점이다. 또한, 성막 조건에 있어서는 상술한 조건과 마찬가지이면 되지만, 적절히 종형 장치에 최적인 조건으로 변경해도 된다. 본 실시 형태에서 상술한 각 실시 형태의 구성과 마찬가지의 동작을 행하는 구성에 대해서는 마찬가지의 번호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 처리 로(302)는, 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(303)을 구비하고 있다. 반응관(303)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(303)의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(317)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성되어 있다.
반응관(303)의 하방에는, 반응관(303)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(319)이 설치되어 있다. 시일 캡(319)은, 반응관(303)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 구성되어 있다. 시일 캡(319)은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(319)의 상면에는 반응관(303)의 하단과 접촉하는 시일 부재로서의 O링(320a, 320b)이 설치되어 있다. 시일 캡(319)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 보유 지지구로서의 보트(317)를 회전시키는 회전 기구(367)가 설치되어 있다. 회전 기구(367)의 회전축(355)은, 시일 캡(319)을 관통해서 보트(317)에 접속되어 있다. 회전 기구(367)는, 보트(317)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(319)은, 반응관(303)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(315)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(315)는, 시일 캡(319)을 승강시킴으로써, 보트(317)를 처리실(201) 내에 대하여 반입·반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
기판 보유 지지구로서의 보트(317)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(317)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(318)가 설치되어 있어, 후술하는 히터(307)로부터의 열이 시일 캡(319)측에 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(318)는, 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 된다.
처리 로(302)는, 가열 장치(가열 기구)로서의 히터(307)를 갖는다. 히터(307)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 반응관(303)과 동심원 형상이 되도록 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(307)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
처리실(201) 내에서의 반응관(303)의 하부에는, 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(349a)과, 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(349b)이, 반응관(303)의 하부 측벽, 또는 도시하지 않은 매니폴드의 측벽면을 관통하게 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)에는, 제1 가스 공급관(243a)과 제1 불활성 가스 공급관(246a), 및, 제3 가스 공급관(245a)과 클리닝 가스 공급관(248a)이 접속되어 있고, 제2 노즐(349b)에는, 제2 가스 공급관(244a)과 제2 불활성 가스 공급관(247a)이 각각 접속되어 있다.
제1 노즐(349a)은, 반응관(303)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 원환 형상의 공간에, 반응관(303)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(349a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방에 설치되어 있다. 제1 노즐(349a)은, L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있다. 제1 노즐(349a)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급구(350a)가 형성되어 있다. 가스 공급구(350a)는, 반응관(303)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급구(350a)는, 반응관(303)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제2 노즐(349b)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(337) 내에 설치되어 있다. 버퍼실(337)은, 반응관(303)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 원환 형상의 공간에, 반응관(303) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(337)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방에 설치되어 있다. 버퍼실(337)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급구(350c)가 형성되어 있다. 가스 공급구(350c)는, 반응관(303)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급구(350c)는, 반응관(303)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제2 노즐(349b)은, 버퍼실(337)의 가스 공급구(350c)가 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(303)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(349b)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방에 설치되어 있다. 제2 노즐(349b)은, L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있다. 제2 노즐(349b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(350b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(350b)은, 버퍼실(337)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(350b)은, 버퍼실(337)의 가스 공급구(350c)와 마찬가지로, 반응관(303)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(248b)의 각각의 개구 면적은, 버퍼실(337) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)에서부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측에서부터 하류측을 향해서, 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
버퍼실(337) 내에는, 도시하지 않은 플라즈마 생성 장치로서의 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 막대 형상 전극과, 대향 전극으로서의 제2 막대 형상 전극이, 반응관(303)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있어도 된다.
제4 실시 형태와 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과를 발휘할 수 있다.
(F1) 복수의 기판을 한번에 처리하는 것이 가능하게 되어, 스루풋을 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명을 각 실시 형태에 따라 설명해 왔지만, 상술한 각 실시 형태나 각 변형예 등은, 상술한 내용에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 조합, 또는, 변경해서 사용할 수 있고, 그 효과도 얻을 수 있다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 플라즈마를 발생시키기 위해서 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, 약칭: CCP)를 사용한 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 이에 한정하지 않고, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasuma, 약칭: ICP), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma, 약칭: ECR 플라스마), 헬리콘파 여기 플라즈마(Helicon Wave Excited Plasma, 약칭: HWP), 표면파 플라즈마(Surface Wave Plasma, 약칭: SWP) 중 어느 것을 사용해도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 실시 형태에서는, 원료를 공급한 후에 반응체를 공급하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 원료, 반응체의 공급 순서는 역이어도 된다. 즉, 반응체를 공급한 후에 원료를 공급하도록 해도 된다. 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태 등에서는, 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막(SiO막) 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 산질화막(SiON막) 등의 Si계 산화막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용 가능하다. 예를 들어, 상술한 가스 외에, 또는, 이들 가스에 더해서, 프로필렌(C3H6) 가스 등의 탄소(C) 함유 가스, 삼염화붕소(BCl3) 가스 등의 붕소(B) 함유 가스 등을 사용해서, 예를 들어 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, SiO막, SiON막, SiOCN막, SiOC막, SiCN막, SiBN막, SiBCN막 등을 형성할 수 있다. 또한, 각 가스를 흘리는 순서는 적절히 변경할 수 있다. 이들 성막을 행하는 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건에서 성막을 행할 수 있고, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(3DMAS → O3) × n ⇒ SiO
(HCDS → NH3 → O2) × n ⇒ SiON
(HCDS → C3H6 → O2 → NH3) × n ⇒ SiOCN
(HCDS → TEA → O2) × n ⇒ SiOC
(HCDS → C3H6 → NH3) × n ⇒ SiCN
(HCDS → BCl3 → NH3) × n ⇒ SiBN
(HCDS → C3H6 → BCl3 → NH3) × n ⇒ SiBCN
이 경우, 반응 가스로서, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 과산화수소(H2O2) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용해도 된다.
또한, 본 발명은, 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 산화막이나 금속계 질화막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명은 웨이퍼(200) 상에 TiO막, TiOC막, TiOCN막, TiON막, TiN막, ZrO막, ZrOC막, ZrOCN막, ZrON막, ZrN막, HfO막, HfOC막, HfOCN막, HfON막, HfN막, TaO막, TaOC막, TaOCN막, TaON막, TaN막, NbO막, NbOC막, NbOCN막, NbON막, NbN막, AlO막, AlOC막, AlOCN막, AlON막, AlN막, MoO막, MoOC막, MoOCN막, MoON막, MoN막, WO막, WOC막, WOCN막, WON막, WN막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 원료 가스로서, 테트라키스(디메틸아미노)티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT) 가스, 테트라키스(에틸메틸아미노)하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH) 가스, 테트라키스(에틸메틸아미노)지르코늄(Zr[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAZ) 가스, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 가스 등을 사용하고, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 티타늄 산화막(TiO막), 하프늄 산화막(HfO막), 지르코늄 산화막(ZrO막), 알루미늄 산화막(AlO막), 알루미늄 질화막(AlN막) 등을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용 가능하다.
(TDMAT → O2 *) × n ⇒ TiO
(TEMAH → O2 *) × n ⇒ HfO
(TEMAZ → O2 *) × n ⇒ ZrO
(TMA → O2 *) × n ⇒ AlO
(TMA → NH3 *) × n ⇒ AlN
즉, 본 발명은, 반도체계 막이나 금속계 막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실(201) 내를 퍼지하는 경우에, 적절하게 적용할 수 있다. 이들 성막 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태나 변형예에 나타내는 성막 처리와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 또한, 성막 처리를 행한 후에 실시하는 퍼지 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태나 변형예에 나타내는 퍼지 처리와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
성막 처리에 사용되는 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 처리 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라서 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 각종 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 내용에 따라 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 각종 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
200 : 웨이퍼(기판) 201 : 처리실
202 : 처리 용기 230 : 샤워 헤드
246 : 제1 불활성 가스 공급계 248 : 제2 불활성 가스 공급계
260 : 컨트롤러(제어부)

Claims (15)

  1. 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 제1 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정과,
    상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 제2 불활성 가스를, 상기 처리실 내에 직접 공급함으로써, 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 공정
    을 포함하고,
    상기 제2 불활성 가스는, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도이며, 상기 퇴적 막의 온도를 상기 퇴적 막의 하지 부재보다도 높은 온도로 해서 상기 하지 부재와의 사이에 온도 구배를 발생시켜, 상기 퇴적 막에 크랙을 발생시켜서 막 박리를 일으키기 쉽게 하는 온도인, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 구배는, 50℃ 이상, 200℃ 이하인, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 퇴적 막 제거 공정은, 상기 제2 불활성 가스보다도 낮은 온도의 상기 제1 불활성 가스를 상기 제2 불활성 가스와 교대로 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퇴적 막 제거 공정에서 공급되는 상기 제2 불활성 가스는, 상기 퇴적 막 제거 공정을 개시할 때의 온도보다도 상기 퇴적 막 제거 공정을 종료할 때의 온도가 더 낮은, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 퇴적 막 제거 공정에서 공급되는 상기 제2 불활성 가스는, 상기 퇴적 막 제거 공정의 개시 시부터 종료 시에 걸쳐서 서서히 온도가 낮아지는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 기판을 처리하는 처리실 내에, 적어도 성막 가스와, 제1 불활성 가스와, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도에서 공급되는 제2 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 가스 공급부로부터 상기 성막 가스와 상기 제1 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급해서 상기 기판을 처리하는 성막 처리와, 상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 상기 제2 불활성 가스를 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실에 직접 공급해서 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 처리를 행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제2 불활성 가스는, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도이며, 상기 퇴적 막의 온도를 상기 퇴적 막의 하지 부재보다도 높은 온도로 해서 상기 하지 부재와의 사이에 온도 구배를 발생시켜, 상기 퇴적 막에 크랙을 발생시켜서 막 박리를 일으키기 쉽게 하는 온도인, 기판 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 온도 구배는, 50℃ 이상, 200℃ 이하인,기판 처리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 불활성 가스보다도 낮은 온도의 상기 제1 불활성 가스를 상기 제2 불활성 가스와 교대로 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는, 기판 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 불활성 가스가 상기 퇴적 막 제거 처리를 개시할 때의 온도보다도 상기 퇴적 막 제거 처리를 종료할 때의 온도가 더 낮아지는, 기판 처리 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 불활성 가스는, 상기 퇴적 막 제거 처리의 개시 시부터 종료 시에 걸쳐서 서서히 온도가 낮아지는, 기판 처리 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 처리실을 가열하기 위한 제1 가열 장치와,
    상기 제2 불활성 가스를 가열하기 위한 제2 가열 장치와,
    적어도 상기 성막 처리에서 공급되는 가스를 가열하기 위한 제3 가열 장치,
    를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  14. 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 제1 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 단계와,
    상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 제2 불활성 가스를, 상기 처리실 내에 직접 공급함으로써, 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 단계 - 상기 제2 불활성 가스는, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도이며, 상기 퇴적 막의 온도를 상기 퇴적 막의 하지 부재보다도 높은 온도로 해서 상기 하지 부재와의 사이에 온도 구배를 발생시켜, 상기 퇴적 막에 크랙을 발생시켜서 막 박리를 일으키기 쉽게 하는 온도임 - 를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  15. 처리실 내의 기판 상에 성막 가스와 제1 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 성막 단계와,
    상기 처리실 내에 기판이 없는 상태에서, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도의 제2 불활성 가스를, 상기 처리실 내에 직접 공급함으로써, 상기 처리실 내에 퇴적된 퇴적 막을 제거하는 퇴적 막 제거 단계 - 상기 제2 불활성 가스는, 상기 제1 불활성 가스보다도 높은 온도이며, 상기 퇴적 막의 온도를 상기 퇴적 막의 하지 부재보다도 높은 온도로 해서 상기 하지 부재와의 사이에 온도 구배를 발생시켜, 상기 퇴적 막에 크랙을 발생시켜서 막 박리를 일으키기 쉽게 하는 온도임 - 를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 기록된 프로그램.
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