KR102021171B1 - 성막 장치 - Google Patents

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마사토 요네자와
시게히로 미우라
히로유키 아카마
고지 요시이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

고정밀도로 온도 제어를 행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공하는 것이다. 본 실시 형태의 성막 장치는, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시키면서 가열 수단에 의해 기판을 가열해서 소정의 성막 처리를 행하는 성막 장치로서, 상기 가열 수단의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단과, 상기 회전 테이블에 적재된 기판의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단과, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값 및/또는 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값에 기초하여 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 기판에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우와, 상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우에 있어서, 상기 가열 수단에 공급하는 전력의 제어 방법을 변경한다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 성막 장치에 관한 것이다.
종래, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 회전 방향으로 복수의 웨이퍼가 적재되는 성막 장치가 알려져 있다.
이 성막 장치는, 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 설치되고, 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 회전 테이블의 하부에 설치되고, 웨이퍼를 가열하는 히터를 구비한다. 그리고, 히터에 의해 웨이퍼를 가열하고, 가스 공급부에 의해 처리 가스를 토출한 상태에서, 회전 테이블을 회전시킴으로써 웨이퍼에 성막 처리가 행하여진다. 또한, 이 성막 장치에서는, 히터의 근방에 설치된 열전쌍에 의해 측정되는 온도에 기초하여, 히터에 공급하는 전력을 제어함으로써 온도 제어가 행하여지고 있다.
또한, 종래, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 회전 방향으로 복수의 웨이퍼가 적재되는 성막 장치에 있어서, 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 회전 테이블이나 웨이퍼의 온도를 측정하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2012-248634호 공보
그러나, 히터의 근방에 설치된 열전쌍에 의해 측정되는 온도에 기초하여, 히터에 공급하는 전력을 제어하는 경우에는, 웨이퍼에 플라즈마 처리 등의 성막 처리를 행하면, 웨이퍼의 온도와 열전쌍에 의해 측정되는 온도와의 사이에 큰 온도 차가 발생하는 경우가 있다. 이 온도 차는, 웨이퍼가 플라즈마에 노출되어 있는 것에 반해, 열전쌍이 플라즈마에 노출되어 있지 않기 때문에 발생하는 것이라 생각된다.
이 때문에, 열전쌍에 의해 측정되는 온도에 기초하여, 히터에 공급하는 전력을 제어함으로써 온도 제어를 행하는 경우, 고정밀도로 온도 제어를 행하지 못할 우려가 있다.
따라서, 고정밀도로 온도 제어를 행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공한다.
일 실시 형태에 있어서, 성막 장치는, 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시키면서 가열 수단에 의해 기판을 가열해서 소정의 성막 처리를 행하는 성막 장치로서, 상기 가열 수단의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단과, 상기 회전 테이블에 적재된 기판의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단과, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값 및/또는 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값에 기초하여 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 기판에 대하여 미리 정해진 성막 처리를 행하는 경우, 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하고, 상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값과 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값과의 평균값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어한다.
본 실시 형태에 따르면, 고정밀도로 온도 제어를 행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 웨이퍼의 온도를 측정했을 때의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 종단면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 평면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 성막 장치에 있어서의 방사 온도 측정 수단을 설명하는 일부 단면도이다.
도 5는 방사 온도 측정 수단의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 회전 테이블과 온도 측정 영역과의 관계를 설명하는 도면이다.
이하, 본 실시 형태에 대해서 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
그런데, 고정밀도로 온도 제어를 행하는 방법으로서, 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 웨이퍼의 온도를 측정하고, 이 측정값에 기초하여 온도 제어를 행하는 방법을 생각할 수 있다. 이 방법에서는, 웨이퍼에 플라즈마 처리 등의 성막 처리가 행해짐으로써, 웨이퍼의 온도와 열전쌍에 의해 측정되는 온도와의 사이에 큰 온도 차가 발생하는 경우에도, 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 웨이퍼의 온도를 고정밀도로 측정할 수 있다. 그리고, 이 측정된 웨이퍼의 온도에 기초하여 온도 제어를 행하기 때문에, 고정밀도로 온도 제어를 행할 수 있다.
그러나, 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 측정된 측정값에 기초하여 온도 제어를 행하는 경우, 예를 들어 웨이퍼를 처리 용기 내에 반입할 때, 처리 용기 내에 반입된 직후의 웨이퍼의 온도를 측정하게 된다. 이 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 처리 용기 내에 웨이퍼를 반입하고 있을 때(도 1 중의 시간 t1 및 시간 t3)는, 웨이퍼에 성막 처리를 행하고 있을 때(도 1 중의 시간 t2)와 비교하여, 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 측정되는 온도가 크게 변동된다. 그리고, 이러한 크게 변동되는 측정값에 기초하여 온도 제어가 행해지기 때문에, 웨이퍼를 반입할 때 등에는, 고정밀도로 온도 제어를 행할 수 없는 경우가 있다.
또한, 도 1은, 히터에 공급하는 전력을 일정하게 유지한 상태에서 비접촉형의 온도 측정 수단에 의해 웨이퍼의 온도를 측정했을 때의 결과를 나타내는 그래프이며, 횡축은 시간(분), 종축은 온도(℃)를 나타낸다. 또한, 도 1에서는, 시간 t1 및 시간 t3은, 처리 용기 내에 웨이퍼를 반입하고 있는 시간을 나타내고, 시간 t2는, 처리 용기 내에서 웨이퍼에 대하여 성막 처리를 행하고 있는 시간을 나타내고 있다.
(성막 장치)
본 실시 형태의 성막 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 종단면도이다. 도 3은, 본 실시 형태의 성막 장치의 개략 평면도이다. 또한, 도 3에서는, 설명의 편의상, 천장판의 도시를 생략하고 있다.
본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 대략 원 형상의 편평한 처리 용기(11)와, 처리 용기(11) 내에 수평하게 설치된 원판 형상의 회전 테이블(12)을 구비하고 있다. 회전 테이블(12)은, 회전 구동 기구(12a)에 의해 둘레 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 도 3 중의 화살표(27)는, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 나타내고 있다.
처리 용기(11)는, 대기 분위기에 설치되고, 천장판(13)과, 용기 본체(14)를 포함하는 진공 용기이다. 용기 본체(14)의 상면의 주연부에는, 링 형상의 시일 부재(11a)가 설치되어 있고, 천장판(13)이 시일 부재(11a)를 개재해서 용기 본체(14)에 기밀하게 설치되어 있다. 용기 본체(14)는, 처리 용기(11)의 측벽(14a)과 저부(14b)와 커버(14c)를 포함한다. 커버(14c)는, 회전 구동 기구(12a)를 수납하고, 상면측의 플랜지 부분이 처리 용기(11)의 저부(14b)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다.
회전 테이블(12)의 상면에는, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 따라서 5개의 오목부(16)가 형성되어 있다. 용기 본체(14)의 측벽(14a)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 반송 기구(2A)와 회전 테이블(12)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(17)가 형성되어 있다. 이 반송구(17)는, 게이트 밸브(18)에 의해 기밀하게 개폐 가능하게 되어 있다. 웨이퍼(W)는 기판의 일례이며, 예를 들어 실리콘 기판을 사용할 수 있다.
회전 테이블(12)의 상에는, 각각 회전 테이블(12)의 외주로부터 중심을 향해서 신장되는 막대 형상의 제1 반응 가스 노즐(21), 분리 가스 노즐(22), 제2 반응 가스 노즐(23) 및 분리 가스 노즐(24)이 이 순서대로 둘레 방향으로 배치되어 있다. 이들 가스 노즐(21 내지 24)은, 하방에 개구부를 구비하고, 회전 테이블(12)의 직경을 따라 각각 가스를 공급한다. 제1 반응 가스 노즐(21)은, BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란) 가스를, 제2 반응 가스 노즐(23)은 O3(오존) 가스를 각각 토출한다. 분리 가스 노즐(22, 24)은 N2(질소) 가스를 토출한다.
제1 반응 가스 노즐(21)의 하방 영역은, BTBAS 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이다. 제2 반응 가스 노즐(23)의 하방 영역은, 웨이퍼(W)에 흡착된 BTBAS 가스에 포함되는 Si성분을 O3 가스의 플라즈마에 의해 산화시키기 위한 제2 처리 영역(P2)이다. 분리 가스 노즐(22, 24)의 하방 영역은, 각각 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D1, D2)을 형성한다.
처리 용기(11)의 천장판(13)은, 하방으로 돌출되는 부채 형상의 2개의 돌출형상부(25)를 구비하고, 2개의 돌출형상부(25)는, 둘레 방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 분리 가스 노즐(22, 24)은, 각각 돌출형상부(25)에 깊이 박힘과 함께, 돌출형상부(25)를 둘레 방향으로 분할하도록 설치되어 있다. 제1 반응 가스 노즐(21) 및 제2 반응 가스 노즐(23)은, 각 돌출형상부(25)로부터 이격되어 설치되어 있다.
제2 반응 가스 노즐(23)의 상방에는, 처리 용기(11) 내에 토출되는 O3 가스를 플라즈마화하기 위한 플라즈마 발생부(30)가 설치되어 있다. 플라즈마 발생부(30)는, 금속선 등에 의해 형성되는 안테나(31)를 코일 형상으로, 예를 들어 연직축 둘레에 3겹으로 권회해서 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 발생부(30)는, 평면에서 볼 때 회전 테이블(12) 상의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다.
안테나(31)는, 접속 전극(32)을 통하여, 정합기(33) 및 고주파 전원(34)에 접속되어 있다. 고주파 전원(34)은, 주파수가 예를 들어 13.56MHz이고 출력 전력이 예를 들어 5000W인 전원이다. 또한, 안테나(31)는, 처리 용기(11)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 설치되어 있다.
회전 테이블(12)의 하방에는, 히터(20)가 설치되어 있다. 히터(20)는, 회전 테이블(12)에 적재되는 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단의 일례이다. 구체적으로는, 히터(20)는, 회전 테이블(12)의 회전 중심을 중심으로 해서 동심원 형상으로 배치되어 있다. 히터(20)로서는, 금속선 히터, 몰리브덴 히터, 카본 와이어 히터 등의 저항 가열 히터나 유도 가열 히터 등을 사용할 수 있다.
처리 용기(11)의 가열 영역은, 회전 테이블(12)의 직경 방향에 있어서 온도 제어를 하기 위해 복수의 존으로 구획되어 있다. 도 2에서는, 처리 용기(11)의 가열 영역은, 회전 테이블(12)의 회전 중심에 가까운 측에서부터 순서대로 3개의 존 Za, 존 Zb, 존 Zc로 구획되어 있다. 또한, 각 존 Za, Zb, Zc에 대응시켜서, 히터(20)는, 3개의 존 가열 히터(20a, 20b, 20c)로 구분되어, 각각이 개별로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 도 2에서는, 처리 용기(11)의 가열 영역이 3개의 존으로 구획되어 있는 경우를 나타내지만, 처리 용기(11)의 가열 영역은 3개의 존으로 구획되어 있는 형태에 한정되는 것은 아니며, 처리 용기(11)의 크기, 웨이퍼(W)의 크기 등에 따라서 정할 수 있다.
각 존 가열 히터(20a, 20b, 20c)의 근방에는, 이 온도를 측정하기 위한 3개의 열전쌍(3a, 3b, 3c)이 설치되어 있다. 이하, 3개의 열전쌍(3a, 3b, 3c)을 간단히 열전쌍(3)이라고도 한다.
열전쌍(3)은, 히터(20)의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단의 일례이다. 구체적으로는, 각 열전쌍(3a, 3b, 3c)의 일단은, 용기 본체(14)의 하방으로부터 용기 본체(14)의 저부(14b)를 기밀하게 관통해서 회전 테이블(12)의 하방에 삽입되어 있다. 각 열전쌍(3a, 3b, 3c)의 타단은, 제어 수단(5)에 접속되어 있고, 각 열전쌍(3a, 3b, 3c)에 의해 측정되는 측정값은, 제어 수단(5)에 입력된다.
용기 본체(14)의 저부(14b)에는, 돌출형상부(25)의 하방의 분리 영역(D1)과 분리 영역(D2)과의 사이의 영역으로부터 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측을 향한 위치에 개구된 배기구(26)가 형성되어 있다. 배기구(26)는, BTBAS 가스, O3 가스, N2 가스 등을 배기하기 위한 것이며, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부가 개설된 배기관에 의해, 진공 펌프에 접속되어 있다.
천장판(13)의 하면에서의 중심부 영역의 공간(28)에는, N2 가스가 공급되고, 공급된 N2 가스가 링 형상으로 하방으로 돌출된 돌출부(29)의 하방을 통해서 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측에 공급된다. 이에 의해, 중심부 영역에서 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 도 3에서는, 화살표에 의해 성막 처리 시의 각 가스의 흐름을 나타내고 있다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 커버(14c) 내 및 회전 테이블(12)의 하면측에도 N2 가스가 공급되어, 반응 가스가 퍼지되도록 되어 있다.
이어서, 천장판(13) 및 회전 테이블(12)의 종단 측면을 확대해서 도시하는 도 4도 참조하면서 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에 있어서의 방사 온도 측정 수단을 설명하는 일부 단면도이다. 구체적으로는, 도 4는, 제1 반응 가스 노즐(21)이 설치되는 제1 처리 영역(P1)과, 제1 처리 영역(P1)의 회전 방향 상류측에 인접하는 분리 영역(D2)과의 사이의 단면을 나타내고 있다.
천장판(13)에는, 도 3에 쇄선으로 나타내는 위치에, 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 신장된 슬릿(41)이 개구되어 있고, 이 슬릿(41)의 상하를 덮도록 하측 창(42), 상측 창(43)이 설치되어 있다. 이들 하측 창(42), 상측 창(43)은, 회전 테이블(12)의 상면측으로부터 방사되는 적외선을 투과시켜, 방사 온도 측정 수단(4)에 의한 온도의 측정이 가능하도록, 예를 들어 사파이어에 의해 구성되어 있다. 또한, 회전 테이블(12)의 상면측이란 웨이퍼(W)의 상면측도 포함한다.
슬릿(41)의 상방에는, 방사 온도 측정 수단(4)이 설치되어 있다. 방사 온도 측정 수단(4)은, 회전 테이블(12)이 회전하고 있는 상태에서, 회전 테이블(12)에 적재된 웨이퍼(W)의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단의 일례이다.
도 4 중의 회전 테이블(12)의 상면으로부터 방사 온도 측정 수단(4)의 하단까지의 높이(H)는, 예를 들어 500mm이다. 이 방사 온도 측정 수단(4)은, 회전 테이블(12)의 온도 측정 영역으로부터 방사되는 적외선을 후술하는 검출부(401)에 유도하고, 검출부(401)가 그 적외선의 양에 따른 측정값을 취득한다. 따라서, 이 측정값은 취득된 개소의 온도에 따라 상이하고, 취득된 측정값은, 순차적으로 제어 수단(5)에 송신된다.
이어서, 방사 온도 측정 수단(4)의 동작에 대해, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는, 방사 온도 측정 수단(4)의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 방사 온도 측정 수단(4)은, 50Hz로 회전하는 서보 모터로 이루어지는 회전체(402)를 구비하고 있다. 이 회전체(402)는, 평면에서 볼 때 삼각 형상으로 구성되고, 회전체(402)의 3개의 각 측면은 반사면(403 내지 405)으로서 구성되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 회전체(402)가 회전축(406)을 중심으로 회전함으로써, 웨이퍼(W)를 포함하는 회전 테이블(12)에 있어서의 온도 측정 영역(410)의 적외선을, 도 5 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 반사면(403 내지 405) 중 어느 하나에서 반사시켜서 검출부(401)에 유도함과 함께, 온도 측정 영역(410)의 위치를 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 이동시켜서 스캔(주사)한다.
검출부(401)는, 1개의 반사면으로부터 연속해서 소정 횟수(예를 들어 128회) 적외선을 도입함으로써, 회전 테이블(12)의 직경 방향의 소정 개소(예를 들어 128군데)의 온도를 검출할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 회전체(402)의 회전에 의해 반사면(403 내지 405)이 순차적으로 적외선의 광로 상에 위치함으로써, 스캔은 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측 방향을 향해서 반복해서 행할 수 있으며, 이 스캔 속도는 150Hz이다. 즉, 방사 온도 측정 수단(4)은, 1초간에 150회의 스캔을 행할 수 있다. 또한, 온도 측정 영역(410)은, 그 직경이 5mm인 스폿이다. 스캔은, 회전 테이블(12)에 있어서 웨이퍼(W)가 적재되는 오목부(16)보다도 더 내측의 위치로부터, 회전 테이블(12)의 외주단에 이르는 범위에서 행하여진다. 또한, 도 4 중의 쇄선(44, 45)은, 회전 테이블(12)의 가장 내주측, 가장 외주측으로 각각 이동한 온도 측정 영역(410)으로부터 방사 온도 측정 수단(4)을 향한 적외선의 경로를 나타내고 있다.
방사 온도 측정 수단(4)에 의한 스캔은, 회전 테이블(12)이 회전하고 있는 상태에서 행하여진다. 회전 테이블(12)의 회전 속도는, 이 예에서는 240회전/분이다. 도 6은, 회전 테이블(12)과 온도 측정 영역(410)과의 관계를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 6 중 411은, 회전 테이블(12)이 회전하고 있는 상태에서, 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 향해서 n회째(n은 정수) 스캔을 행했을 때의 온도 측정 영역(410)의 열(스캔 라인)을 나타내고 있다. 도 6 중 412는, n+1회째(n은 정수) 스캔을 행했을 때의 스캔 라인을 나타내고 있다. 회전 테이블(12)의 회전에 의해, 회전 테이블(12)의 회전 중심(C)을 중심으로 해서, 스캔 라인(411, 412)은, 회전 테이블(12)의 회전 속도에 따른 각도(θ1)만큼 중심각이 서로 어긋난다. 이렇게 회전 테이블(12)을 회전시키면서 스캔을 반복함으로써, 회전 테이블(12)의 다수의 위치의 측정값을 순차적으로 취득한다. 또한, 도 6 중의 화살표(27)는, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 나타내고 있다.
제어 수단(5)은, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값 및 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 히터 구동 수단(6)을 구동하여, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값은 제1 측정값의 일례이며, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값은 제2 측정값의 일례이다.
또한, 도 2에서, 기억 수단(7)은, 후술하는 PID 제어의 파라미터 등을 기억하는 메모리이다.
(성막 방법)
본 실시 형태의 성막 장치에 의한 성막 방법의 일례에 대해서 설명한다.
<반입 공정>
먼저, 반송구(17)에 설치된 게이트 밸브(18)를 개방하고, 처리 용기(11)의 외부로부터 반송 기구(2A)에 의해 반송구(17)를 통해서 웨이퍼(W)를 회전 테이블(12)의 오목부(16) 내에 수수한다. 이 수수는, 오목부(16)가 반송구(17)에 면하는 위치에 정지했을 때 오목부(16)의 저면의 관통 구멍을 통해서 처리 용기(11)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행하여진다. 이러한 웨이퍼(W)의 수수를, 회전 테이블(12)을 간헐적으로 회전시켜서 행하여, 회전 테이블(12)의 5개의 오목부(16) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
<성막 공정>
이어서, 게이트 밸브(18)를 폐쇄하고, 배기구(26)에 접속된 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 처리 용기(11) 내를 진공 상태로 한다. 분리 가스 노즐(22, 24)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정 유량으로 토출하여, 회전 테이블(12)의 중심부 영역의 공간(28)에 N2 가스를 소정 유량으로 공급한다. 이에 따라, 배기구(26)에 접속된 도시하지 않은 압력 조정 수단에 의해 처리 용기(11) 내를 미리 설정한 압력으로 조정한다.
이어서, 회전 테이블(12)을 시계 방향(도 3 중, 화살표(27)로 나타내는 방향)으로 회전시키면서 히터(20)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 400℃로 가열하고, 제1 반응 가스 노즐(21)로부터는 BTBAS 가스를 공급하고, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터는 O3 가스를 공급한다. 또한, 플라즈마 발생부(30)에서는, 고주파 전원(34)에 의해, 안테나(31)에 대하여 소정의 출력의 고주파 전력을 인가한다.
그리고, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과했을 때, 원료 가스인 BTBAS 가스가 제1 반응 가스 노즐(21)로부터 공급되어 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된다. 표면에 BTBAS 가스가 흡착된 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 분리 가스 노즐(22)을 갖는 분리 영역(D1)을 통과해서 퍼지된 후, 제2 처리 영역(P2)에 들어간다.
제2 처리 영역(P2)에서는, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 O3 가스가 공급되어, BTBAS 가스에 포함되는 Si 성분이 O3 가스에 의해 산화되고, 반응 생성물인 SiO2(이산화규소)가 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적된다. 제2 처리 영역(P2)을 통과한 웨이퍼(W)는, 분리 가스 노즐(24)을 갖는 분리 영역(D2)을 통과해서 퍼지된 후, 다시 제1 처리 영역(P1)으로 들어간다.
제1 처리 영역(P1)에서는, 제1 반응 가스 노즐(21)로부터 BTBAS 가스가 공급되고, 다시 BTBAS 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된다.
이상과 같이, 웨이퍼(W)의 표면에서는, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 제1 처리 영역(P1)에서 BTBAS 가스가 흡착되고, 제2 처리 영역(P2)에서 웨이퍼(W) 상에 흡착된 BTBAS 가스가, O3 가스의 플라즈마에 의해 산화된다. 이에 의해, SiO2막(실리콘 산화막)의 분자층이 1층 또는 복수층 형성되어 반응 생성물이 형성된다.
또한, 성막 처리 시에는, 분리 가스 노즐(22, 24)로부터 분리 영역(D1, D2)에 공급되는 N2 가스가, 분리 영역(D1, D2)을 둘레 방향으로 퍼져나가, 회전 테이블(12) 상에서 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 억제한다. 또한, 잉여의 BTBAS 가스 및 O3 가스를 배기구(26)로 흘러가게 한다. 또한, 회전 테이블(12)의 중심부 영역의 공간(28)에 공급된 N2 가스가, 링 형상으로 하방으로 돌출된 돌출부(29)의 하방을 통해서 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측에 공급되어, 중심부 영역에서 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 억제한다. 또한, 도시는 생략하지만, 커버(14c) 내 및 회전 테이블(12)의 하면측에도 N2 가스가 공급되어, BTBAS 가스 및 O3 가스가 퍼지된다.
<반출 공정>
웨이퍼(W)의 표면에 원하는 막 두께의 반응 생성물이 형성된 후, 처리 용기(11)에의 가스의 공급이 정지되고, 회전 테이블(12)의 회전이 정지되고, 처리 용기(11) 내에 웨이퍼(W)를 반입했을 때의 수순과 반대의 수순에 의해, 처리 용기(11) 내로부터 웨이퍼(W)를 반출한다.
이상에 의해, 본 실시 형태의 성막 장치에 의한 성막 방법이 종료된다.
(온도 제어 방법)
본 실시 형태의 성막 장치에 의한 온도 제어 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 반입 공정, 성막 공정 및 반출 공정에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 웨이퍼(W)의 온도가 측정되고, 그 측정값이 제어 수단(5)에 입력된다. 또한, 열전쌍(3)에 의해 히터(20)의 온도가 측정되고, 그 측정값이 제어 수단(5)에 입력된다.
본 실시 형태의 성막 장치에 의한 온도 제어 방법은, 제어 수단(5)이, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우와, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우에 있어서, 히터(20)에 공급하는 전력의 제어 방법을 변경하는 것을 특징으로 한다. 이하에서는, 제어 수단(5)에 의한 히터(20)에 공급하는 전력의 제어 방법의 구체적인 예에 대해서 설명하는데, 이하의 예에 한정되는 것은 아니다.
〔제1 실시 형태〕
본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 산출되는 산출값이, 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
구체적으로는, 성막 공정에서는, 제어 수단(5)은, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도(예를 들어, 400℃)로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 히터 구동 수단(6)을 구동하고, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
반입 공정 및 반출 공정에서는, 제어 수단(5)은, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 산출되는 산출값이 미리 정해진 온도(예를 들어, 400℃)로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터 구동 수단(6)을 구동하고, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 산출되는 산출값으로서는, 예를 들어 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값과의 평균값으로 할 수 있다. 또한 예를 들어, 비례(RATIO) 제어로 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 성막 공정에서는, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 반입 공정 및 반출 공정에서는, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 이 때문에, 성막 공정에서는, 고정밀도로 측정된 웨이퍼의 온도에 기초하여 온도 제어를 행할 수 있고, 또한 반입 공정 및 반출 공정에서는, 온도 제어에 사용하는 측정값이 크게 변동되는 것을 억제할 수 있어, 안정된 온도 제어를 행할 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값 및 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값을 참조하지 않고, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
구체적으로는, 성막 공정에서는, 제어 수단(5)은, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도(예를 들어, 400℃)로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 히터 구동 수단(6)을 구동하고, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
반입 공정 및 반출 공정에서는, 제어 수단(5)은, 미리 정해진 전력이 되도록, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 성막 공정에서는, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 반입 공정 및 반출 공정에서는, 미리 정해진 전력이 되도록, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 이 때문에, 성막 공정에서는, 고정밀도로 측정된 웨이퍼의 온도에 기초하여 온도 제어를 행할 수 있고, 또한 반입 공정 및 반출 공정에서는, 히터(20)에 공급하는 전력이 크게 변동되는 것을 억제할 수 있어, 안정된 온도 제어를 행할 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 PID 제어를 행함으로써 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 PID 제어를 행함으로써 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우와, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우에 있어서, PID 제어의 파라미터를 변경한다.
구체적으로는, 반입 공정 및 반출 공정에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성이 성막 공정에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성보다도 작아지도록, PID 제어의 파라미터를 변경한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 성막 공정, 반입 공정 및 반출 공정에서는, 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 반입 공정 및 반출 공정에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성이 성막 공정에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성보다도 작아지도록, PID 제어의 파라미터를 변경한다. 이 때문에, 성막 공정에서는, 고정밀도로 측정된 웨이퍼의 온도에 기초하여 온도 제어를 행할 수 있고, 또한 반입 공정 및 반출 공정에서는, 히터(20)에 공급하는 전력이 크게 변동되는 것을 억제할 수 있어, 안정된 온도 제어를 행할 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 성막 처리를 행하는 경우, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값에 기초하여 산출되는 산출값을 사용하여, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값을 보정하고, 그 보정된 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 처리 용기(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
구체적으로는, 제어 수단(5)은, 미리 성막 공정에서의 성막 조건마다 웨이퍼(W)의 온도를 열전쌍(3)과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정하고, 이 측정값의 차를 산출해 둔다. 그리고, 성막 공정에서는, 제어 수단(5)은, 이 산출값을 사용해서 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값을 보정하고, 그 보정된 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제어 수단(5)은, 성막 공정에서는, 미리 성막 조건마다 산출해 둔 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값과 방사 온도 측정 수단(4)에 의해 측정되는 측정값과의 차를 사용하여, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값을 보정하고, 그 보정된 측정이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 또한, 제어 수단(5)은, 반입 공정 및 반출 공정에서는, 열전쌍(3)에 의해 측정되는 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써, 히터(20)에 공급하는 전력을 제어한다. 이 때문에, 성막 공정에서는, 고정밀도로 측정된 웨이퍼의 온도에 기초하여 온도 제어를 행할 수 있고, 반입 공정 및 반출 공정에서는, 히터(20)에 공급하는 전력이 크게 변동되는 것을 억제할 수 있고, 안정된 온도 제어를 행할 수 있다.
이상, 성막 장치를 실시예에 의해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.
예를 들어, 본 실시 형태에서는, 회전 테이블(12)의 회전 방향을 시계 방향으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 회전 테이블(12)의 회전 방향은, 시계 방향이어도 반시계 방향이어도 되고, 본 실시 형태에서의 제1 처리 영역(P1), 분리 영역(D1), 제2 처리 영역(P2), 분리 영역(D2)을 이 순서대로 웨이퍼(W)가 처리되는 구성이면 된다.
또한, 분리 가스 노즐(22, 24)로부터 토출되는 분리 가스로서, N2 가스를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고, Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용해도 된다.
또한, 제1 반응 가스 노즐(21)로부터 토출되는 가스로서, BTBAS 가스를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], 모노아미노실란 등의 실리콘 함유 가스나, TiCl4[사염화티타늄], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], TMA[트리메틸알루미늄], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오네이트] 등의 금속 함유 가스를 사용해도 된다.
또한, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 토출되는 가스로서, O3 가스를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 NOx[산화질소], H2O 등의 산소 함유 가스나, N2, NH3[암모니아], N2H4[히드라진], CH6N2[메틸히드라진] 등의 질소 함유 가스를 사용해도 된다.
또한, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐(21)로부터 토출되는 가스로서 실리콘 함유 가스를 사용하고, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 토출되는 가스로서 질소 함유 가스를 사용하는 경우에는, SiN 등의 질화막이 형성된다. 또한, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐(21)로부터 토출되는 가스로서 티타늄 함유 가스를 사용하고, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 토출되는 가스로서 질소 함유 가스를 사용하는 경우에는, TiN 등의 질화막이 형성된다.
또한, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 토출되는 가스를 플라즈마화하여, 웨이퍼(W)의 표면을 플라즈마 처리하는 형태에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 제2 반응 가스 노즐(23)로부터 토출되는 가스를 플라즈마화하지 않고 공급하는 형태이어도 된다.
1 : 성막 장치 11 : 처리 용기
12 : 회전 테이블 20 : 히터
3 : 열전쌍 4 : 방사 온도 측정 수단
5 : 제어 수단 W : 웨이퍼

Claims (6)

  1. 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시키면서 가열 수단에 의해 기판을 가열해서 미리 정해진 성막 처리를 행하는 성막 장치로서,
    상기 가열 수단의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단과,
    상기 회전 테이블에 적재된 기판의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단과,
    상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값 및 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 기판에 대하여 미리 정해진 성막 처리를 행하는 경우, 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하고,
    상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값과 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값과의 평균값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는, 성막 장치.
  2. 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시키면서 가열 수단에 의해 기판을 가열해서 미리 정해진 성막 처리를 행하는 성막 장치로서,
    상기 가열 수단의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단과,
    상기 회전 테이블에 적재된 기판의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단과,
    상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값 및 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 기판에 대하여 미리 정해진 성막 처리를 행하는 경우, 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 PID 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하고,
    상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 PID 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하고,
    상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성이, 상기 기판에 대하여 미리 정해진 성막 처리를 하는 경우에서의 온도의 승온이나 강온에 대한 반응성보다도 작아지도록, 상기 PID 제어의 파라미터를 변경하는, 성막 장치.
  3. 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 상면에 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 복수의 기판을 적재하고, 회전 테이블을 회전시키면서 가열 수단에 의해 기판을 가열해서 미리 정해진 성막 처리를 행하는 성막 장치로서,
    상기 가열 수단의 온도를 측정하는 접촉형의 제1 온도 측정 수단과,
    상기 회전 테이블에 적재된 기판의 온도를 측정하는 비접촉형의 제2 온도 측정 수단과,
    상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값 및 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값 중 적어도 어느 하나에 기초하여 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 기판에 대하여 미리 정해진 성막 처리를 행하는 경우, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값과 상기 제2 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제2 측정값과의 차를 이용해서 상기 제1 측정값을 보정하고, 보정된 상기 제1 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하고,
    상기 처리 용기에 대하여 상기 기판의 반입 또는 반출을 행하는 경우, 상기 제1 온도 측정 수단에 의해 측정되는 제1 측정값이 미리 정해진 온도로 유지되도록 피드백 제어를 행함으로써 상기 가열 수단에 공급하는 전력을 제어하는, 성막 장치
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도 측정 수단은, 열전쌍이며,
    상기 제2 온도 측정 수단은, 상기 기판으로부터 방사되는 적외선을 검출하는 온도 측정 수단인, 성막 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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