KR102002669B1 - 배기관 무해화 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 원료 가스가 유해 성분을 포함하지만, 원료 가스와 반응 가스와의 반응에 의한 반응 생성물은 무해한 경우에, 성막 처리를 중단하지 않고 원료 가스의 배기관을 무해화하는 것이 가능한 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
유해 성분을 포함하는 원료 가스와, 상기 원료 가스와 반응하여 무해한 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 처리실(1) 내에 공급함과 함께, 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스를 상기 처리실에 접속된 원료 배기관(630) 및 반응 가스 배기관(631)으로부터 각각 개별로 배기하면서 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치의 상기 원료 배기관을 무해화하는 배기관 무해화 방법으로서,
상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 상기 반응 가스를 상기 원료 배기관에 공급하여 상기 원료 배기관 내를 무해화한다.

Description

배기관 무해화 방법 및 성막 장치{METHOD OF DETOXIFYING EXHAUST PIPE AND FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 배기관 무해화 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
종래부터, 유지 보수 작업에서의 염화수소의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 질화막의 형성 방법, 형성 장치 및 이 형성 장치의 세정 전 처리 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이러한 특허문헌 1에 기재된 형성 장치는, 헥사클로로디실란 및 암모니아를 공급하여 반도체 웨이퍼에 실리콘 질화막을 형성하는 반응관과, 반응관에 접속된 배기관을 구비하고 있다. 그리고, 배기관을 분해하여 세정하기 전에, 승온용 히터에 의해 반응관을 500℃ 내지 900℃로 가열하고, 배기관용 히터에 의해, 배기관 및 밸브를 100℃ 내지 200℃로 가열한다. 그리고, 처리 가스 도입관으로부터 암모니아를 공급한다. 이와 같이, 배기관용 히터로 배기관 및 밸브를 가열함으로써, 염화 암모늄을 기화 가능한 온도로 유지하고, 가수분해에 의한 염화수소의 발생을 억제할 수 있다.
일본 특허 공개 제2002-334869호 공보
그러나, 유지 보수 시에 발생하는 유해 가스는, 성막하는 막의 종류에 따라 성질이 상이하여, 배기관을 가열해도, 전혀 유해 가스를 억제할 수 없는 프로세스도 존재한다. 그러한 경우에는, 유해 가스의 발생을 억제하기 위해서는, 특허문헌 1에 기재된 방법과는 상이한 방법이 필요해진다.
또한, 유해 가스를 억제할 수 있어도, 유해 가스의 억제를 위하여 기판 처리를 중단하고, 유해 가스 억제를 위한 처리를 장시간 행한다면, 다운 타임이 길어져, 기판 처리의 생산성을 저하시켜 버린다.
따라서, 본 발명은, 원료 가스가 유해 성분을 포함하지만, 원료 가스와 반응 가스와의 반응에 의한 반응 생성물은 무해한 경우에, 성막 처리를 중단하지 않고 원료 가스의 배기관을 무해화하는 것이 가능한 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 관한 배기관 무해화 방법은, 유해 성분을 포함하는 원료 가스와, 상기 원료 가스와 반응하여 무해한 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 처리실 내에 공급함과 함께, 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스를 상기 처리실에 접속된 원료 배기관 및 반응 가스 배기관으로부터 각각 개별로 배기하면서 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치의 상기 원료 배기관을 무해화하는 배기관 무해화 방법으로서, 상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 성막 처리를 행하고 있지 않은 미리 정해진 기간에, 상기 반응 가스를 상기 원료 배기관에 공급하여 상기 원료 배기관 내를 무해화한다.
본 발명의 다른 형태에 관한 성막 장치는, 처리실과, 상기 처리실 내에 형성되며, 유해 성분을 포함하는 원료 가스를 공급 가능한 원료 가스 공급 영역과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스 공급 영역과 구획하여 형성되며, 상기 원료 가스와 반응하여 무해한 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 공급 가능한 반응 가스 공급 영역과, 상기 처리실의 상기 원료 가스 공급 영역과 연통하는 지점에 접속된 원료 가스 배기관과, 상기 처리실의 상기 반응 가스 공급 영역과 연통하는 지점에 접속된 반응 가스 배기관과, 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급 가능한 원료 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급 가능한 반응 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단에 접속된 반응 가스 공급원과, 상기 반응 가스 공급원과 상기 원료 가스 배기관을 접속하는 바이패스 배관과, 상기 반응 가스 공급원의 상기 반응 가스 공급 수단에의 접속과 상기 바이패스 배관에의 접속을 절환하는 접속 절환 수단과, 상기 접속 절환 수단의 접속 절환 동작을 제어하는 제어 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 원료 가스의 배기관을, 성막 처리를 중단하지 않고 무해화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 방법에 적용 가능한 성막 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 처리실 내의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치의 처리실 내의 구조를 나타내는 개략 상면도이다.
도 4는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도이다.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 일부 단면도이다.
도 6은 도 1의 성막 장치의 처리 가스 노즐에 원료 가스를 공급하기 위한 원료 공급 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 배기계의 일례의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 성막 장치의 배기계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법의 일례의 시퀀스를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 10은 오존 가스의 유량, 농도의 안정화 조정을 행할 때의 오조나이저의 접속을 도시한 도면이다.
도 11은 성막 처리 기간에 있어서의 오조나이저로부터의 오존 가스의 공급 경로를 도시한 도면이다.
도 12는 본 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 적용 가능한 원료 가스의 예를 도시한 도면이다.
도 13은 도 12에 도시한 원료 가스 중 일부 가스의 오존과의 반응식을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 실시하고, 결과를 평가한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치는, 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법이 바람직하게 적용 가능한 성막 장치이다. 여기서, 성막 장치는, 소위 회전 테이블식(후술)의 서셉터를 사용한 성막 장치로서, 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 소정의 공급 영역을 향하여 공급함으로써, 복수의 기판의 표면 상에 성막을 행하는 성막 장치를 예로 들어 설명한다. 또한, 기판이 적재되는 서셉터는 반드시 회전 테이블식일 필요는 없고, 노즐을 사용한 여러 가지 성막 장치에 적용 가능하다.
도 1은 성막 장치의 단면도이며, 도 3의 I-I' 선을 따른 단면을 도시하고 있다. 도 2 및 도 3은, 처리실(1)(후술) 내의 구조를 설명하는 도면이다. 도 2 및 도 3은, 설명의 편의상, 천장판(11)(후술)의 도시를 생략하고 있다.
도 4는 처리 가스 노즐(31)(후술)로부터 처리 가스 노즐(32)(후술)까지의 서셉터(2)(후술)의 동심원에 따른 처리실(1)의 단면도이다. 도 5는 천장면(44)(후술)이 설치되는 영역을 도시하는 일부 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 처리실(1)과, 처리실(1) 내에 설치되는 서셉터(2)와, 성막 장치 전체의 동작(예를 들어 처리 가스 노즐(31, 32)의 가스 공급 타이밍)을 제어하는 제어부(100)(제어 수단)를 구비한다.
처리실(1)은, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 구비한다. 천장판(11)은, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 개재하여 기밀하게 착탈 가능하게 배치되어, 처리실(1) 내의 기밀성을 확보한다.
서셉터(2)는, 처리실(1)의 중심을 회전 중심으로 하여, 케이스체(20)에 수납되어 있는 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 서셉터(2)는, 복수의 기판(이하, 「웨이퍼 W」라고 함)이 적재되는 적재부를 상면에 갖는다.
케이스체(20)는, 그 상면이 개구된 통 형상의 케이스이다. 케이스체(20)는, 그 상면에 설치된 플랜지 부분을 처리실(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치하고 있다. 케이스체(20)는, 그 내부 분위기를 외부 분위기로부터 격리한다.
코어부(21)는, 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은 처리실(1)의 저부(14)를 관통한다. 또한, 회전축(22)의 하단은, 회전축(22)을 연직축을 중심으로 회전시키는 구동부(23)에 설치된다. 또한, 회전축(22) 및 구동부(23)는 케이스체(20) 내에 수납되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 서셉터(2)의 표면은, 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수(본 실시 형태에서는 5매)의 웨이퍼 W를 적재하기 위한 원 형상의 복수의 오목부(24)(기판 적재 영역)를 갖는다. 여기서, 도 3에서는, 편의상, 하나의 오목부(24)에만 웨이퍼 W를 도시한다. 또한, 본 발명에 사용할 수 있는 서셉터(2)는, 복수의 기판으로 하고, 4매 이하 또는 6매 이상의 웨이퍼 W를 적재하는 구성이어도 된다.
오목부(24)는, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 직경(예를 들어 300㎜)보다도 약간 큰 내경(예를 들어 4㎜ 큰 내경)으로 한다. 또한, 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 두께와 거의 동등한 깊이로 한다. 이에 의해, 성막 장치는, 오목부(24)에 웨이퍼 W를 적재하면, 웨이퍼 W의 표면과 서셉터(2)의 표면(웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역)을 대략 동일한 높이로 할 수 있다.
성막 장치에 있어서, 처리 가스 노즐(31)은, 제1 가스 공급부이며, 서셉터(2)의 상방에 있어서 구획되는 제1 처리 영역(후술)에 배치된다. 처리 가스 노즐(31)은, 웨이퍼 W에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 노즐로서 사용된다. 처리 가스 노즐(32)은 제2 가스 공급부이며, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응을 공급하는 반응 가스 공급 노즐로서 사용된다. 처리 가스 노즐(32)은, 서셉터(2)의 둘레 방향을 따라 제1 처리 영역으로부터 이격되는 제2 처리 영역(후술)에 배치된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스 공급부이며, 제1 처리 영역과 제2 처리 영역과의 사이에 배치된다(이하, 간단히 「가스 노즐(31, 32, 41, 42)」이라고 칭하는 경우도 있음). 또한, 가스 노즐(31, 32, 41, 42)은, 예를 들어 석영으로 이루어지는 노즐을 사용해도 된다.
구체적으로는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 성막 장치는, 처리실(1)의 둘레 방향으로 간격을 두고, 기판 반송용 반송구(15)로부터 시계 방향(서셉터(2)의 회전 방향)으로 처리 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 처리 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(42)의 순서대로 배열한다. 이 노즐(31, 32, 41 및 42)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정하고 있다. 또한, 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)은, 처리실(1)의 외주벽으로부터 처리실(1) 내에 도입된다. 또한, 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)은, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라서 서셉터(2)의 중심 방향으로, 또한 서셉터(2)에 대하여 평행하게 연장되도록 설치된다.
가스 노즐(31, 32)은, 서셉터(2)를 향하여 하방으로 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33)(도 4 참조)을 구비한다. 가스 노즐(31, 32)은, 그 노즐의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 개구를 배열할 수 있다. 이에 의해, 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 웨이퍼 W에 원료 가스를 흡착시키는 영역(이하, 「제1 처리 영역 P1」이라고 함)이 된다. 또한, 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 웨이퍼 W에 흡착되어 있는 원료 가스에 반응 가스를 반응시키고, 원료 가스와 반응 가스와의 반응 생성물을 퇴적시키는 영역(이하, 「제2 처리 영역 P2」라고 함)이 된다. 제1 처리 영역 P1은, 원료 가스를 공급하는 영역이기 때문에, 「원료 가스 공급 영역 P1」이라고 칭하는 경우도 있고, 제2 처리 영역 P2는, 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 영역이므로, 「반응 가스 공급 영역 P2」라고 칭하는 경우도 있다.
원료 가스에는, 예를 들어 고유전체막(High-k막)을 성막하기 위하여 사용되는 유기 금속 가스 등이 원료 가스로서 사용되어도 되고, 예를 들어 트리(디메틸아미노)시클로펜타디에닐지르코늄(C11H23N3Zr) 등의 가스가 사용되어도 된다. 그 밖에, 알루미늄, 하프늄, 티타늄 등의 금속 또는 실란 등의 반금속을 포함하는 유기 금속 화합물을 증발시킨 유기 금속 가스가 원료 가스로서 사용되어도 된다. 또한, 반응 가스에는, 산화 가스(예를 들어 O2 가스 또는 O3 가스), 질화 가스(예를 들어 NH3 가스) 등의 반응 가스가 사용되어도 된다.
일반적으로, High-k막을 성막하는 원료 가스로서 사용되는 유기 금속 화합물은, 아민을 포함하는 화합물이며, 아미노기(-NH2, -NHR, -NRR')를 포함한다. 예를 들어, 유기 금속 가스가 산화 가스와 반응하여 산화될 때, 아미노기가 탈리되고, 유해 가스가 발생하게 된다. 본 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치에서는, 아미노기를 충분히 산화하여, 유해 가스를 무해화하는 처리를 행하는데, 이 점에 대해서는 후술한다. 단, 원료 가스는, 상술한 가스에 한정되는 것이 아니라, 다양한 가스를 사용해도 된다.
처리 가스 노즐(32)은, 서셉터(2) 상면의 상방에 있어서 구획되는 반응 가스 공급 영역 P2에 배치된다. 처리 가스 노즐(32)은, 도 7에 도시되는 바와 같이, 배관(670, 673) 및 개폐 밸브(681, 683)를 통하여, 반응 가스 공급원인 오조나이저(660)에 접속되어 있다. 즉, 처리 가스 노즐(32)은, 서셉터(2)의 상면을 향하여 반응 가스를 공급한다. 구체적으로는, 개폐 밸브(681, 683)를 개방으로 하고, 개폐 밸브(682, 684)를 폐쇄로 함으로써, 처리 가스 노즐(32)이 반응 가스를 처리실(1)(제2 처리 영역 P2) 내에 공급하는 것이 가능하게 된다.
분리 가스 노즐(41, 42)은, 둘레 방향을 따라 이격하여 형성된 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2와의 사이에 각각 설치된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 도시하지 않은 배관 등을 통하여, 분리 가스 공급원에 접속되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐(41, 42)은 서셉터(2)의 상면에 분리 가스를 공급한다.
반응 가스로서는, 원료 가스와 반응 가능한 다양한 반응 가스가 사용되어도 되지만, 예를 들어 산소를 함유하는, 소위 산화 가스를 사용해도 된다. 본 실시 형태에서는, 이하, 반응 가스로서 산화 가스를 사용한 예를 들어서 설명한다. 산화 가스는, 예를 들어 산소 가스, 오존 가스 또는 수증기이다. 즉, 처리 가스 노즐(31)로부터 공급되어 기판에 흡착된 원료 가스는, 처리 가스 노즐(32)로부터 공급된 반응 가스에 의해 산화되어, 산화물을 생성한다.
성막 장치는, 분리 가스로서, 불활성 가스를 사용한다. 불활성 가스는, 예를 들어 Ar이나 He 등의 희가스 또는 질소 가스이다. 분리 가스는, 웨이퍼 W를 퍼지하는 퍼지 가스로서 사용된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 퍼지 가스로서 일반적으로 사용되는 N2 가스를 분리 가스로서 사용한 예를 들어 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 성막 장치의 처리실(1) 내에는, 2개의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖는다. 볼록 형상부(4)는, 본 실시 형태에서는 내원호가 돌출부(5)에 연결된다. 또한, 볼록 형상부(4)는, 외원호가 처리실(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
구체적으로는, 볼록 형상부(4)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 천장판(11)의 이면에 형성된다. 또한, 볼록 형상부(4)는, 그 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는 천장면(45)(제2 천장면)을 갖는다. 여기서, 볼록 형상부(4)의 천장면(45)은, 천장면(44)보다도 높은 천장면이다. 이에 의해, 볼록 형상부(4)는, 처리실(1) 내에, 좁은 공간인 분리 공간 H와, 분리 공간 H로부터 가스가 유입되는 공간(481) 및 공간(482)을 형성한다. 즉, 볼록 형상부(4)는, 형성된 좁은 공간인 분리 공간 H를 후술하는 도 2에 도시하는 분리 영역 D로서 기능시킨다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 볼록 형상부(4)는 둘레 방향 중앙에 홈부(43)를 갖는다. 홈부(43)는, 서셉터(2)의 반경 방향을 따라서 연장되어 있다. 또한, 홈부(43)는, 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다.
또한, 분리 가스 노즐(42)의 하면, 즉 서셉터(2)와의 대향면에는, 가스 토출 구멍(42h)이 형성되어 있다. 가스 토출 구멍(42h)은, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라서 소정의 간격(예를 들어 10㎜)을 두고 복수개 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍(42h)의 개구 직경은, 예를 들어 0.3 내지 1.0㎜이다. 도시를 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로 가스 토출 구멍(42h)이 형성되어 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 성막 장치는, 높은 천장면(45)의 하방의 공간에, 처리 가스 노즐(31, 32)을 각각 설치한다. 이들 처리 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 처리 가스 노즐(31)은 공간(481)(높은 천장면(45)의 하방의 공간) 내에 설치되고, 처리 가스 노즐(32)은 공간(482)(높은 천장면(45)의 하방의 공간)에 설치되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)은, 웨이퍼 W의 표면 근방에 설치되고, 토출 구멍(33)은 웨이퍼 W의 표면과 대향하도록, 처리 가스 노즐(31, 32)의 하면에 형성된다. 처리 가스 노즐(31, 32)의 토출 구멍(33)과 서셉터(2)의 오목부(24)가 형성되어 있지 않은 표면과의 거리는, 예를 들어 1 내지 5㎜의 범위로 설정되고, 적합하게는 3㎜ 전후로 설정된다. 또한, 원료 가스를 공급하는 처리 가스 노즐(31)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 단면 형상으로 구성되어도 된다. 또한, 다른 쪽의 처리 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 원환 형상의 단면 형상으로 구성된다.
낮은 천장면(44)은, 좁은 공간인 분리 공간 H를 서셉터(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)로부터 불활성 가스(예를 들어 N2 가스)가 공급되면, 이 불활성 가스는, 분리 공간 H를 유통하여, 공간(481) 및 공간(482)을 향해서 유출된다. 여기서, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, 성막 장치는, 공간(481 및 482)의 압력과 비교하여, 공급한 불활성 가스를 사용하여 분리 공간 H의 압력을 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 간극에 있어서, 분리 공간 H는 압력 장벽을 형성한다.
또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 유출된 불활성 가스는, 제1 처리 영역 P1의 제1 처리 가스(원료 가스)와, 제2 처리 영역 P2의 제2 처리 가스(반응 가스)에 대하여 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 성막 장치는, 분리 공간 H를 사용하여, 제1 처리 영역 P1의 제1 처리 가스와, 제2 처리 영역 P2의 제2 처리 가스를 분리한다. 즉, 성막 장치는, 처리실(1) 내에서 제1 처리 가스와, 제2 처리 가스가 혼합하여 반응하는 것을 억제한다.
또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 처리실(1) 내의 압력, 서셉터(2)의 회전 속도 및/또는 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등에 기초하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 하기에 적합한 높이로 할 수 있다. 또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 장치의 사양 및 공급하는 가스의 종류에 대응한 높이로 할 수 있다. 또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 미리 실험 또는 계산 등으로 정해지는 높이로 할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 천장판(11)의 하면에는, 서셉터(2)를 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(5)가 형성되어 있다. 돌출부(5)는, 본 실시 형태에서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부(처리실(1)의 외연측 부위)에는, 서셉터(2)의 외단면에 대향하도록 L자 형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는, 서셉터(2)와 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해서, 공간(481) 및 공간(482)의 사이에 가스가 유통되는 것을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치된다.
성막 장치는, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 사이에는 약간의 간극을 갖는다. 성막 장치는, 굴곡부(46)의 내주면과 서셉터(2)의 외단면과의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)와의 간극을, 예를 들어 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 서셉터(2)와 용기 본체의 내주면의 사이에 있어서, 공간(481)(도 4)과 연통하는 제1 배기구(610)와, 공간(482)(도 4)과 연통하는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2의 배기구(620)는, 도 1, 도 7에 도시하는 바와 같이, 각각 배기관(630, 631)을 통하여, 진공 배기 수단(예를 들어 진공 펌프(640, 641))에 접속되어 있다. 또한, 배기관(630, 631)의 진공 배기 수단(640, 641)까지의 경로 중에 압력 조정기(650, 651)가 설치된다.
서셉터(2)와 처리실(1)의 저부(14)와의 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치된다. 서셉터(2)를 개재하여 서셉터(2) 상의 웨이퍼 W가, 프로세스 레시피에서 결정된 온도(예를 들어 450℃)로 가열된다. 서셉터(2)의 주연 부근의 하방측에는, 서셉터(2)의 하방 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해서, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 커버 부재(71)는, 서셉터(2)의 외연부 및 외연부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 처리실(1)의 내벽면과의 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치된다. 내측 부재(71a)는, 서셉터(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
도 6은, 처리 가스 노즐(31)에 원료 가스를 공급하기 위한 원료 공급 시스템의 일례를 도시한 도면이다. 원료 공급 시스템(80)은, 기화기(81)를 구비하는 앰플 시스템으로 구성된다. 원료 공급 시스템(80)은, 기화기(81)와, 매스 플로우 컨트롤러(질량 유량 제어기)(84)와, 압력계(85)와, 매스 플로우미터(MFM)(질량 유량계)(86)와, 자동 압력 제어기(APC)(87)와, 배관(88)과, 밸브(89)를 구비한다.
기화기(81)는, 액체 원료를 기화하기 위한 장치이며, 저류조(82)와, 가열 수단(83)을 구비한다. 구체적으로는, 저류조(82)에 저류된 유기 금속으로 이루어지는 액체 원료를 가열 수단(83)에 의해 가열하고, 기화된 액체 원료가 캐리어 가스와 혼합되어, 원료 가스로서 배관(88)을 통하여 처리 용기(1)에 공급된다. 또한, 캐리어 가스는, 압력계(85)에 의해 압력이 측정되고, 매스 플로우 컨트롤러(84)에 의해 유량 제어가 행해진다. 캐리어 가스는, 희가스 등의 반응성을 갖지 않는 가스가 사용되어도 되고, 예를 들어 아르곤 가스가 사용되어도 된다. 캐리어 가스는, 밸브(89)의 개폐에 의해, 기화기(81)에 의해 기화된 원료 가스와 혼합되고, 배관(88)을 통하여 처리 가스 노즐(31)로부터 처리 용기(1) 내에 공급된다. 기화된 원료 가스는, 캐리어 가스에 의해 운반되고, 처리 용기(1) 내에 캐리어 가스와 함께 공급된다. 또한, 원료 공급 시스템(80)은, 진공 펌프(640)에 의해 처리 용기(1) 내를 배기하기 위하여 설치된 배기관(630)의 경로에, 압력을 자동 조정하는 자동 압력 제어기(87)를 구비해도 되고, 또한 배관(88)의 경로에 매스 플로우미터(86)를 구비해도 된다.
도 1에 도시되는 제어부(100)는, 성막 장치의 각 구성에 동작을 지시하고, 각 구성의 동작을 제어하는 수단이다. 성막 장치에서는, 제어부(100)는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 구성된다. 제어부(100)는, 예를 들어 기억부(101)에 기억된 프로그램을 실행하고, 하드웨어와 협동함으로써 복수의 기판의 표면을 성막한다. 또한, 제어부(100)는, 일반적인 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치) 및 메모리(예를 들어, ROM, RAM) 등을 포함하는 연산 처리 장치로 구성할 수 있다.
구체적으로는, 제어부(100)는, 내장하는 메모리 내에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키기 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 이 프로그램은, 예를 들어 스텝 군이 짜여져 있다. 제어부(100)는, 매체(102)(하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등)에 기억되어 있는 상기 프로그램을 기억부(101)에 읽어들이고, 그 후, 제어부(100) 내에 인스톨할 수 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제어부(100)는 산화 가스 공급원인 오조나이저(660)의 공급처, 즉 접속처를, 개폐 밸브(680 내지 687)의 개폐 동작을 제어함으로써 정해도 된다. 이에 의해, 산화 가스를 성막 처리에 사용하지 않는 성막 처리중 이외의 기간에, 오존을 원료 가스 배기관(630)에 공급하여, 원료 가스 배기관(630)의 유해 성분을 무해화할 수 있다.
이어서, 도 7을 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 배기계에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 7은, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 배기계의 일례의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4에서 설명한 바와 같이, 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 제1 처리 영역 P1 및 제2의 처리 영역 P2와 각각 개별로 연통되어 있다. 따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 처리실(1)에는, 원료 가스 배기관(630) 및 반응 가스 배기관(631)이 각각 독립적으로 접속되어 있다. 원료 가스 배기관(630)은 제1 배기구(610)에 접속되어 있고, 반응 가스 배기관(631)은 제2 배기구(620)에 접속되어 있다. 그리고, 원료 가스 배기관(630)은 압력 조정기(650)를 통하여 진공 펌프(640)에 접속되고, 반응 가스 배기관(631)은 압력 조정기(651)를 통하여 진공 펌프(641)에 접속되어 있다.
오조나이저(660)는, 배관(670, 673) 및 개폐 밸브(681, 683)를 통하여 처리실(1)에 접속되어 있음과 함께, 배관(670, 674, 676) 및 개폐 밸브(681, 682, 686, 687)를 통하여 원료 가스 배기관(630)의 진공 펌프(640)보다도 상류측의 위치에 접속되어 있다. 또한, 오조나이저(660)는, 배관(670, 674, 675) 및 개폐 밸브(681, 682, 685)를 통하여 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)보다도 상류측의 위치에 접속되어 있음과 함께, 배관(670, 671) 및 개폐 밸브(680)를 통하여 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)보다도 하류측의 위치에 접속되어 있다. 또한, 도 7에 있어서, 배관(671)의 하류단 A는, 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)의 하류측에 기재되어 있는 A의 지점에 접속되어 있음을 의미한다. 또한, 오조나이저(660)는, 오존 가스를 공급하기 위한 산화 가스 공급원의 일례로서 나타낸 것이며, 산소, 물 등의 다른 산화 가스를 공급하는 경우에는, 상이한 산화 가스 공급원이 사용되어도 된다.
개폐 밸브(680 내지 687)는, 오조나이저(660)가 생성하는 오존 가스의 공급처를 절환하기 위한 접속 절환 수단으로서 기능한다. 즉, 개폐 밸브(680 내지 687)의 개폐 동작에 의해, 오조나이저(660)의 각 배관(670 내지 676)에의 접속을 절환하여, 공급로를 정한다.
제어부(100)는, 개폐 밸브(680 내지 687)의 개폐 동작을 제어함으로써, 오조나이저(660)의 접속처를 절환하여, 공급처를 정하는 제어를 행한다. 본 실시 형태에 있어서는, 주로 오조나이저(660)를 처리실(1)에 접속할지, 또는 원료 가스 배기관(630)에 접속할지의 제어를 행한다. 성막 처리 중에는, 오존 가스는 반응 가스로서 사용되므로, 처리실(1) 내에 공급하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 개폐 밸브(681, 683)를 개방으로 하고, 개폐 밸브(682, 684)를 폐쇄로 하는 제어를 행한다. 한편, 성막 처리 중 이외에, 예를 들어 웨이퍼 W를 처리실 내(1)에 반입하는 기판 반입 기간, 모든 웨이퍼 W를 처리실(1) 내에 반입하고 나서 압력의 조정, 각 가스의 공급 준비를 행하는 성막 처리 준비 기간, 성막 처리를 종료하여 원료 가스 및 오존 가스의 공급을 종료하고 나서 질소 가스만을 공급하는 후처리 기간, 웨이퍼 W를 처리실(1)로부터 반출하는 기판 반출 기간 등은, 오존 가스를 처리실(1) 내에 공급할 필요는 없다. 이러한, 오존 가스의 처리실(1) 내로의 공급이 불필요한 기간에, 제어부(100)는 오조나이저(660)를 원료 가스 배기관(630)에 접속하고, 오존 가스를 원료 가스 배기관(630) 내에 공급한다. 이에 의해, 진공 펌프(640)에 의해 다 배기되지 않고, 원료 가스 배기관(630) 내에 부착되어 잔류된 원료 가스가 충분히 산화되어, 유해 성분인 아민을 무해화할 수 있다. 또한, 이 경우, 제어부(100)는 개폐 밸브(681, 682, 686, 687)를 개방으로 하고, 개폐 밸브(683, 685)를 폐쇄로 하는 제어를 행한다. 이에 의해, 오조나이저(660)에서 생성된 오존 가스는 원료 가스 배기관(630)에 공급되어, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 내부에 잔류하는 원료 가스를 무해화하는 처리를 행할 수 있다. 여기서, 오조나이저(660)와 원료 가스 배기관(630)을 접속하는 배관(670, 674, 676)으로 구성하는 배관 경로를, 바이패스 배관 또는 바이패스 경로라고 칭하는 경우도 있다.
또한, 원료 가스 배기관(630)을 무해화하는 처리를 행할 때에는, 개폐 밸브(684)를 개방으로 하고, 퍼지 가스 공급원(690)으로부터 퍼지 가스(예를 들어 질소 가스)를 처리실(1) 내에 공급하여, 오존 가스의 처리실(1)로의 역류를 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 제어부(100)는, 오조나이저(660)의 접속처에 관련된 개폐 밸브(681, 682, 683, 684, 686, 687) 이외의 개폐 밸브(680, 685)도 제어한다. 배관(671, 675) 및 개폐 밸브(680, 685)는, 오조나이저(660)에서 생성된 오존을 반응 가스 배기관(631)에 접속하기 위한 수단이며, 예를 들어 오조나이저(660)의 운전을 개시하여 동작이 안정될 때까지는, 반응 가스 배기관(631)에 오존 가스를 배출하는 것이 가능하게 되어 있다. 제어부(100)는, 이러한 동작도 제어해도 된다. 또한, 제어부(100)는, 오조나이저(660), 압력 조정기(650, 651), 진공 펌프(640, 641)의 동작도 필요에 따라서 제어해도 된다.
도 8은 종래의 성막 장치의 배기계를 도시한 도면이다. 도 8에 있어서, 도 7과 마찬가지의 구성 요소에는, 동일한 참조 부호를 부여하고 있다. 종래의 성막 장치의 배기계에서는, 오조나이저(660)와 원료 가스 배기관(630)을 직접 접속하는 바이패스 경로가 존재하지 않기 때문에, 오존 가스를 원료 가스 배기관(630)에 공급하기 위해서는, 처리실(1)에 오존 가스를 공급하고, 처리실(1)을 통해서 오존 가스를 원료 가스 배기관(630)에 공급하는 경로를 따라가야만 한다. 상술한 바와 같이, 오존 가스가 공급되는 제2 처리 영역 P2에는, 제2 배기구(620)는 직접적으로 연통되어 있지만, 제1 배기구(610)는 직접적으로는 연통되어 있지 않기 때문에, 원료 가스 배기관(630)까지 오존 가스를 공급하기 위해서는, 반응 가스 배기관(631)에 설치된 압력 조정기(651)를 폐쇄로 한 상태에서, 처리실(1) 내에 오존 가스를 충만시킬 필요가 있다. 이것을 행하기 위해서, 종래에는, 성막 처리를 행하지 않는 진공 펌프(640)의 유지 보수 시에, 오존 가스를 계속 퍼지 공급할 필요가 있었다. 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)를 무해화하기 위해서는, 이러한 오존 가스의 퍼지 공급을 장시간 행할 필요가 있어, 성막 처리를 행할 수 없는 다운 타임의 증가로 이어지고 있었다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에서는, 오조나이저(660)와 원료 가스 배기관(630)을 접속하는 바이패스 배관(670, 674, 676)을 설치하고, 연속적으로 성막 처리를 행하고 있는 경우에도, 오존 가스를 처리실(1)에 공급할 필요가 없는 간극 시간을 이용하여, 오존 가스를 원료 가스 배기관(630)에 직접적으로 공급하여, 원료 가스 배기관(630)의 무해화를, 다운 타임을 설정하지 않고 행할 수 있는 구성으로 하였다. 이에 의해, 성막 처리의 스루풋을 저하시키는 일 없이 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화를 행하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 도 9를 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법에 있어서의 시퀀스에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법의 일례의 시퀀스를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 9에 있어서, 횡축은 시간의 경과, 세로의 항목은 산화 가스의 공급처를 나타내고 있다. 또한, 본 시퀀스의 설명에 있어서, 성막 처리의 구체적인 내용에 대해서도 설명한다. 또한, 본 시퀀스의 설명은, 도 7에서 설명한 성막 장치의 배기계를 사용한 예를 들어서 설명하므로, 반응 가스 공급원은 오조나이저(660), 공급하는 반응 가스는 오존 가스가 되지만, 반응 가스 공급원이 다른 산화 가스의 공급원인 경우나, 질화 가스인 경우에도 적용 가능하다. 또한, 본 시퀀스의 설명에 있어서, 지금까지 설명한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
먼저, 시각 t1 내지 t2의 기간에 있어서, 서셉터(2)의 상면에 형성된 복수의 오목부(24) 상의 각각에, 웨이퍼 W가 적재된다. 구체적으로는, 우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 반송 아암(10)(도 3)을 사용하여, 반송구(15)를 통해서, 웨이퍼 W를 서셉터(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 오목부(24)가 반송구(15)에 대향하는 위치에 정지했을 때, 오목부(24) 저면의 관통 구멍을 통하여, 처리실(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀을 승강시킴으로써, 웨이퍼 W의 전달을 행한다. 또한, 서셉터(2)를 간헐적으로 회전시켜, 서셉터(2)의 복수(본 실시 형태에서는, 5개)의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼 W를 적재한다. 또한, 시각 t1 내지 t2의 기간은, 웨이퍼 W를 처리실(1) 내에 반입하는 웨이퍼 반입 기간이라고 칭하는 경우도 있다.
웨이퍼 반입 기간 중에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 배기관(630)에 오존 가스가 공급된다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 오조나이저(660)는 원료 가스 배기관(630)에 바이패스 배관(670, 674, 676)을 통하여 접속되고, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640) 내에 잔류하는 원료 가스의 무해화 처리가 행해진다. 또한, 웨이퍼 반입 기간은, 성막 처리의 상세 조건을 정하는 레시피의 내용에 따라 상이하지만, 예를 들어 2분 정도의 기간이고, 이 기간에, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640) 내에 잔류하는 원료 가스의 무해화 처리가 행해지게 된다.
이어서, 시각 t2 내지 t3의 기간에 있어서, 처리실(1) 내의 소정의 압력으로 설정한 후, 분리 가스가 처리실(1) 내에 공급된다. 보다 구체적으로는, 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)를 사용하여 처리실(1)을 최저 도달 진공도까지 배기한 후에, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스(예를 들어 N2 가스)를 소정의 유량으로 공급한다. 이때, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)(도 1)으로부터도 분리 가스를 소정의 유량으로 공급한다. 또한, 압력 조정기(650, 651)를 사용하여, 처리실(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정할 수 있다. 이어서, 서셉터(2)를 예를 들어 시계 방향의 방향으로 회전시키면서, 히터 유닛(7)을 사용하여 웨이퍼 W를 가열한다. 또한, 시각 t2 내지 t3의 기간은, 성막 처리를 행하기 전의 준비 기간이므로, 성막 처리 준비 기간이라고 칭하는 경우도 있다.
시각 t2 내지 t3의 기간은, 성막 처리 준비 기간의 전반이며, 압력 등의 조정을 주로 행하고, 오조나이저(660)로부터 생성되는 오존 가스의 유량, 농도의 조정은 행하지 않는다. 따라서, 웨이퍼 반입 기간에 이어서, 원료 가스 배기관(630)에 오존 가스가 공급된다. 이 시간은, 레시피에 따라 상이하지만, 예를 들어 2분 30초 정도로 설정되어도 된다.
한편, 시각 t3 내지 t4의 기간은, 성막 처리 준비 기간의 후반이고, 오조나이저(660)로부터 생성되는 오존 가스의 유량, 농도 등을 안정시키는 조정을 행한다. 이 경우에는, 오조나이저(660)는, 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)보다도 하류측에 접속되고, 오존 가스의 유량, 농도의 안정화 조정이 행해짐과 함께, 조정중인 오존 가스는 대기에 방출된다.
도 10은, 오존 가스의 유량, 농도의 안정화 조정을 행할 때의 오조나이저(660)의 접속을 도시한 도면이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 오조나이저(660)는, 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)보다도 하류측에 접속되고, 대기 방출을 행하면서 생성하는 오존 가스의 유량, 농도의 안정화 조정이 행해진다. 이 조정은, 오조나이저(660)가 생성하는 오존 가스의 유량, 농도가 안정될 때까지 행해지므로, 특별히 시간은 정해지지 않는 경우가 많다.
이어서, 도 9의 시각 t4 내지 t5의 기간에 있어서, 성막 처리가 행해진다. 즉, 시각 t4 내지 t5는 성막 처리 기간이다. 성막 처리 기간에는, 처리 가스 노즐(31) 및 처리 가스 노즐(32)로부터, 처리 가스의 공급이 개시된다. 구체적으로는, 처리 가스 노즐(31)로부터는 원료 가스가 공급되고, 처리 가스 노즐(32)로부터는, 오존 가스가 공급된다.
도 11은, 성막 처리 기간에 있어서의 오조나이저(660)로부터의 오존 가스의 공급 경로를 도시한 도면이다. 제어부(100)에 의해 개폐 밸브(681, 683)가 개방으로 되고, 개폐 밸브(682, 684)가 폐쇄로 됨으로써, 오조나이저(660)는 처리실(1)에 접속되어, 오존 가스의 공급로가 형성된다.
처리 가스 공급의 개시에 의해, 웨이퍼 W의 처리가 행해진다. 제1 처리 영역 P1 내에서 처리 가스 노즐(31)로부터 원료 가스가 공급되어 웨이퍼 W의 표면에 흡착하고, 제2 처리 영역 P2 내에서 처리 가스 노즐(32)로부터 웨이퍼 W 위에 흡착된 원료 가스와 반응하는 산화 가스(구체적으로는 오존 가스)가 공급된다. 그리고, 원료 가스와 산화 가스와의 반응 생성물이 웨이퍼 W 상에 퇴적되고, 분자층이 웨이퍼 W 상에 퇴적된다. 또한, 서셉터(2)의 회전에 의해, 웨이퍼 W는, 제1 처리 영역 P1, 분리 영역 D, 제2 처리 영역 P2, 분리 영역 D를 주기적으로 통과하고, 통과할 때마다 성막이 행해져 간다.
여기서, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 공급되는 원료 가스는, 예를 들어 도 6에서 설명한 원료 공급 시스템(80)을 사용하여 공급된다. 구체적으로는, 원료 가스가, 고유전체막(소위 High-k막)을 성막 가능한 유기 금속 가스인 경우에는, 유기 금속 화합물의 액체 원료를 원료로 해서, 원료 공급 시스템(80)을 사용하여 원료 가스의 공급을 행한다.
성막을 계속하여, 소정의 막 두께에 도달하면, 처리 가스 노즐(31)로부터 원료 가스의 공급이 정지되고, 처리 가스 노즐(32)로부터는 필요에 따라서 산화 가스의 공급이 계속해서 행해져, 막의 트리트먼트가 행해진다. 또한, 트리트먼트는, 불필요하면 행하지 않고, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스의 공급을 동시에 정지해도 된다. 시각 t4 내지 t5의 성막 처리 기간 중에는, 오존 가스는 처리실(1) 내에 공급되게 된다.
시각 t5 내지 t7은, 후처리 기간이다. 후처리 기간의 전반 시각 t5 내지 t6에서는, 퍼지 가스 공급 공정이 실행되고, 처리실(1) 내에 분리 가스(퍼지 가스)가 공급되어, 배관(673), 처리실(1), 원료 가스 배기관(630) 및 반응 가스 배기관(631) 내의 퍼지가 행해진다. 즉, 성막 장치의 가스 경로의 거의 전역이 퍼지된다. 퍼지 기간 중에는, 오존 가스의 공급은 필요 없으므로, 일단 오조나이저(660)를 정지시켜, 산소 가스로부터 오존 가스를 생성하는 동작을 정지시킨다. 그리고, 오조나이저(660)에 유입되는 산소 가스는, 반응 가스 배기관(631)의 진공 펌프(641)보다도 하류측으로부터 대기 방출한다. 또한, 충분히 배관(673), 처리실(1), 원료 가스 배기관(630) 및 반응 가스 배기관(631) 내가 퍼지되면, 퍼지 가스 공급 공정을 종료한다. 또한, 퍼지 공정에서의 오조나이저(660)의 접속은, 도 10에 도시한 바와 같다.
시각 t6 내지 t7은, 후처리 기간의 후반이지만, 서셉터(2)의 위치를 웨이퍼 반입 시의 위치로 복귀시키거나, 처리실(1) 내의 압력을 약간 높게 하거나 하는 등의, 웨이퍼 W를 반출하기 전에 필요한 준비 동작을 행한다. 이 웨이퍼 반출 준비 동작의 기간은, 퍼지 가스(분리 가스)의 처리실(1) 내로의 공급도 정지하고 있어, 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급이 가능한 상태로 되어 있기 때문에, 이 단계에서 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급을 개시한다. 또한, 오조나이저(660)로부터의 오존 가스의 공급로는, 도 7에서 설명한 바와 같다.
이어서, 시각 t7 내지 t9의 기간에 있어서, 웨이퍼 W의 반출 및 반입이 행해진다. 웨이퍼 W의 반출 및 반입의 기간 중, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급은, 계속적으로 행해져, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리가 계속된다.
시각 t7 내지 t8의 기간에 있어서, 웨이퍼 W의 반입과 반대의 수순으로 웨이퍼 W가 처리실(1)로부터 반출된다. 구체적으로는, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하고, 반송 아암(10)(도 4)을 사용하여, 반송구(15)를 통해서, 성막된 기판 W를 반출한다. 반입 공정과 마찬가지로, 도시하지 않은 승강 핀 등을 사용하여, 웨이퍼 W를 반출한다. 시각 t7 내지 t8의 웨이퍼를 반출하는 기간을, 웨이퍼 반출 기간이라고 칭하는 경우도 있다.
시각 t8 내지 t9의 기간에는, 시각 t0 내지 t1의 기간과 마찬가지로, 웨이퍼 W의 처리실(1) 내로의 반입이 행해진다. 그 구체적인 내용은, 시각 t0 내지 t1의 기간에서 설명한 바와 같다. 그리고, 이 기간 중에도, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급은 계속적으로 행해져, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리가 계속된다.
이와 같이 하여, 시각 t7 내지 t8에 웨이퍼 W의 반출을 행하고, 시각 t8 내지 t9에 웨이퍼 W의 반입을 행함과 함께, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급을 계속하고, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리를 계속적으로 실시할 수 있다.
또한, 웨이퍼 W의 반입 및 반출은, 복수매의 웨이퍼 W를 전부 반출한 후, 복수매의 웨이퍼 W를 반입한다는 수순이 아니라, 1매 웨이퍼 W를 반출하면, 반출한 오목부(24)에 적재하는 웨이퍼 W를 1매 반입하는 것처럼, 반출 동작과 반입 동작을 교대로 행하도록 해도 된다. 이 경우, 승강 핀의 상하 이동 횟수 및 반송 아암(10)의 이동 거리를 저감시킬 수 있어, 택트 타임을 단축할 수 있다. 이 경우에는, 반출 기간과 반입 기간을 2개로 구획하는 시각 t8은 존재하지 않고, 짧은 반출 기간과 반입 기간이, 모든 웨이퍼 W의 반출 및 반입이 끝날 때까지, 교대로 반복되게 된다. 이 경우, 시각 t7 내지 t9 전체가 웨이퍼의 반출 기간 및 반입 기간, 즉 반송 기간이 되지만, 반출 기간도 반입 기간도 연속적으로 원료 가스 배기관(630)에 오존 가스를 공급한다는 처리는 동일하므로, 무해화 처리의 관점에서는, 반송 기간으로서 마찬가지로 취급해도 된다.
시각 t9 내지 t10은, 제2 레시피에 의한 성막 처리에 있어서의 성막 처리 준비 기간이고, 그 처리 내용은, 시각 t2 내지 t3에서 설명한 것과 마찬가지이다. 이 기간 중에도, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급은, 계속적으로 행해져, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리가 계속된다.
시각 t6 내지 t10의 기간, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)으로의 오존 가스의 공급이 연속적으로 계속해서 행해지고, 도 9의 예에서는, 6분간 연속하여 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리가 행해진다. 이러한 연속된 무해화 처리가, 웨이퍼 W의 성막 사이클마다 행해지기 때문에, 성막 처리를 중단하지 않고, 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리를 충분히 행할 수 있다. 이에 의해, 다운 타임을 없애어, 높은 생산성을 실현하면서 원료 가스 배기관(630) 및 진공 펌프(640)의 무해화 처리를 적절하게 행할 수 있다.
이러한, 소정 기간에 있어서 무해화 처리를 행하는 동작은, 제어부(100)가, 레시피에 기초하여 개폐 밸브(680 내지 687)를 절환 제어함으로써 실현해도 된다.
또한, 시각 t10 내지 t14 기간의 처리는, 시각 t3 내지 t7 기간과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치는, 유해 성분을 포함하는 다양한 원료 가스에 적용할 수 있다.
도 12는, 본 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 적용 가능한 원료 가스의 예를 도시한 도면이다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 아미노기를 포함하는 다양한 아민에 본 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 적용할 수 있다.
도 13은, 도 12에 도시한 원료 가스 중, TMA, ZyALD(등록 상표), TiMCTA, 3DMASi의 오존과의 반응식을 도시한 도면이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, TMA, ZyALD(등록 상표), TiMCTA, 3DMASi를 오존 가스와 반응시킴으로써, 유해한 아민계 가스를 소멸시킬 수 있다.
한편, 상기 원료 가스를 물과 반응시킨 경우, 유해한 아민계 가스가 발생되어 버린다. 즉, 원료 가스가 원료 가스 배기관(630) 내에 잔류한 채 대기 개방을 행하면, 대기 중의 수분과 원료 가스가 반응해 버려, 유해한 아민계 가스가 발생해 버린다. 따라서, 미리 산화 가스를 원료 가스 배기관(630) 내에 공급함으로써, 아민계 가스의 발생을 방지할 수 있어, 원료 가스 배기관(630) 내에 잔류된 원료 가스를 무해화할 수 있다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태에 따른 배기관 무해화 방법 및 성막 장치를 실시하고, 결과를 평가한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관한 성막 장치는, 도 7에서 설명한 구성 외에, 대기 공급 포트(700)와, 샘플링 포트(710)와, 스크러버(720)를 더 구비한다. 대기 공급 포트(700)는, 원료 가스 배기관(630)에 대기를 공급하기 위한 포트이며, 원료 가스 배기관(630)을 대기 개방한 상태를 만들어 내기 위한 수단이다. 샘플링 포트(710)는, 원료 가스 배기관(630) 내의 배기 가스를 샘플링하기 위한 포트이다. 스크러버(720)는, 원료 가스 배기관(630) 내의 배기 가스를 세정하여 대기에 방출 가능하게 하기 위한 세정 수단이다.
이러한 평가 장치를 갖는 성막 장치를 사용하여, 먼저 지르코늄(Zr)을 포함하는 원료 가스를 25분간 처리실(1)에 공급하여, 성막 처리를 행하였다. 이어서, 오조나이저(660)로부터 원료 가스 배기관(630)에 오존 가스를, 300g, 10slm의 유량으로 4분간 공급함으로써, 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법을 실시하였다. 이 단계에서, 샘플링 포트(710)로부터 배기 가스를 샘플링하고, 아민 가스 검출기를 사용하여, 아민계 가스의 함유량을 측정하였다.
그 후, N2 가스에 의한 퍼지를, 20slm의 유량으로 5분간 행하고, 이어서, 대기 공급 포트(700)로부터 대기를 도입하여 원료 가스 배기관(630)에 공급하여, 유지 보수 시에 원료 가스 배기관(630)을 대기 개방한 상태를 재현하였다. 그 후, 다시 샘플링 포트(710)로부터 원료 가스 배기관(630) 내의 배기 가스를 60분간 샘플링하고, 아민계 가스의 함유량을 측정하였다.
도 15는, 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다. 특성선 Q는, 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법을 실시하지 않았을 경우의 비교예이며, 아민 농도가 40ppm을 초과하는 값이 되었다. 아민 농도는, 10ppm 이하인 경우가 안전하다고 여겨지므로, 40ppm을 초과하는 값은, 요구되는 안전성을 만족하지 않는 값이다.
한편, 특성선 P는, 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법의 실시 결과이며, 아민 농도가 0ppm에 가까워, 10ppm 이하의 안전 조건을 만족하고 있다. 이와 같이, 본 실시예에 관한 배기관 무해화 방법에 의하면, 다운 타임을 형성하지 않고, 원료 가스 배기관(630) 내의 배기 가스를 무해화할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
1: 처리실
2: 서셉터
24: 오목부(기판 적재 영역)
31, 32: 처리 가스 노즐
41, 42: 분리 가스 노즐
630: 원료 가스 배기관
631: 반응 가스 배기관
660: 오조나이저
670 내지 676: 배관
680 내지 687: 개폐 밸브
100: 제어부

Claims (12)

  1. 유해 성분을 포함하는 원료 가스와, 상기 원료 가스와 반응하여 무해한 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 처리실 내에 공급함과 함께, 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스를 상기 처리실에 접속된 원료 배기관 및 반응 가스 배기관으로부터 각각 개별로 배기하면서 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치의 상기 원료 배기관을 무해화하는 배기관 무해화 방법으로서,
    상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 성막 처리를 행하고 있지 않은 제1 소요기간에, 상기 반응 가스를 상기 원료 배기관에 공급하여 상기 원료 배기관 내를 무해화하는 원료 배기관 무해화 공정을 포함하고,
    상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 제1 소요기간 이외의 제2 소요기간에, 상기 처리실 내 및 상기 원료 배기관으로의 상기 반응 가스의 공급을 정지하는 반응 가스 공급 정지 공정을 포함하는, 배기관 무해화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스의 상기 원료 배기관으로의 공급은, 상기 반응 가스의 공급원의 공급처의 접속을, 상기 처리실로부터 상기 원료 배기관으로 절환함으로써 행해지는, 배기관 무해화 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 소요 기간은, 상기 기판을 상기 처리실에 반입하는 기판 반입 기간, 상기 기판 반입 기간으로부터 상기 성막 처리를 행하기 전의 성막 준비 기간, 상기 성막 처리를 행하고 나서 상기 기판의 반출을 개시하기 전의 후처리 기간, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 기간 중 적어도 하나의 기간을 포함하는, 배기관 무해화 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응 가스는 산화 가스인, 배기관 무해화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산화 가스는 산소 가스 또는 오존 가스인 배기관 무해화 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 원료 가스는 유기 금속 화합물을 포함하는 가스인 배기관 무해화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄, 하프늄 또는 실란을 포함하는, 배기관 무해화 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유해 성분은, 아미노기를 포함하는 성분인, 배기관 무해화 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성막 장치는, 표면 상에 복수의 상기 기판을 둘레 방향을 따라 적재 가능한 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 상방에서 상기 둘레 방향을 따라 구획되어 형성된 원료 가스 공급 영역, 반응 가스 공급 영역 및, 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 반응 가스 공급 영역과의 사이에 형성된 분리 영역을 상기 처리실 내에 포함하고,
    상기 원료 배기관 및 상기 반응 가스 배기관은, 상기 원료 가스 공급 영역 및 상기 반응 가스 공급 영역에 각각 연통되도록 상기 처리실에 접속되고,
    상기 성막 처리는, 상기 기판을 적재한 상기 회전 테이블을 회전시키고, 상기 기판을, 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 반응 가스 공급 영역을, 상기 분리 영역을 통하여 교대로 통과시킴으로써 행하는, 배기관 무해화 방법.
  10. 처리실과,
    상기 처리실 내에 형성되며, 유해 성분을 포함하는 원료 가스를 공급 가능한 원료 가스 공급 영역과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스 공급 영역과 구획하여 형성되며, 상기 원료 가스와 반응하여 무해한 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 공급 가능한 반응 가스 공급 영역과,
    상기 처리실의 상기 원료 가스 공급 영역과 연통하는 지점에 접속된 원료 가스 배기관과,
    상기 처리실의 상기 반응 가스 공급 영역과 연통하는 지점에 접속된 반응 가스 배기관과,
    상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급 가능한 원료 가스 공급 수단과,
    상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급 가능한 반응 가스 공급 수단과,
    상기 반응 가스 공급 수단에 접속된 반응 가스 공급원과,
    상기 반응 가스 공급원과 상기 원료 가스 배기관을 접속하는 바이패스 배관과,
    상기 반응 가스 공급원의 상기 반응 가스 공급 수단에의 접속과 상기 바이패스 배관에의 접속을 절환하는 접속 절환 수단과,
    상기 접속 절환 수단의 접속 절환 동작을 제어하는 제어 수단을 포함하는 성막 장치로서,
    상기 처리실 내에는, 표면 상에 복수의 기판을 둘레 방향을 따라 적재 가능한 회전 테이블이 설치되고,
    상기 원료 가스 공급 영역 및 상기 반응 가스 공급 영역은, 상기 회전 테이블의 상방에서 상기 둘레 방향을 따라 이격하여 형성됨과 함께, 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 반응 가스 공급 영역과의 사이에는 분리 영역이 형성되고,
    상기 원료 가스 공급 수단으로부터 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급함과 함께, 상기 반응 가스 공급 수단으로부터 상기 반응 가스 공급 영역에 상기 반응 가스를 공급하면서 상기 복수의 기판을 적재한 상기 회전 테이블을 회전시키고, 상기 복수의 기판을, 상기 원료 가스 공급 영역과 상기 반응 가스 공급 영역을, 상기 분리 영역을 통하여 교대로 통과시킴으로써 상기 복수의 기판 상에 상기 반응 생성물을 퇴적시키는 성막 처리가 가능하고,
    상기 제어 수단은, 상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 성막 처리를 행하고 있지 않은 제1 소요기간에, 상기 반응 가스를 상기 원료 가스 배기관에 공급하여 상기 원료 가스 배기관 내를 무해화하는 원료 배기관 무해화 공정을 실시하고, 상기 성막 장치의 운전중이며, 또한 상기 제1 소요기간 이외의 제2 소요기간에, 상기 처리실 내 및 상기 원료 가스 배기관으로의 상기 반응 가스의 공급을 정지하는 반응 가스 공급 정지 공정을 실시하는, 성막 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 원료 배기관 무해화 공정을, 상기 반응 가스 공급원을 상기 바이패스 배관에 접속하도록 상기 접속 절환 수단을 동작시킴으로써 실시하는, 성막 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 기판을 상기 처리실에 반입하는 기판 반입 기간, 상기 기판 반입 기간으로부터 상기 성막 처리를 행하기 전의 성막 준비 기간, 상기 성막 처리를 행하고 나서 상기 기판의 반출을 개시하기 전의 후처리 기간, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 기간 중 적어도 하나의 기간에, 상기 반응 가스 공급원을 상기 바이패스 배관에 접속하도록 상기 접속 절환 수단을 동작시켜 상기 원료 배기관 무해화 공정을 실시하는, 성막 장치.
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