KR102261615B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102261615B1
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다카시 모치즈키
도시아키 후지사토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판 적재대의 온도가 상이한 복수의 처리를 행하는 데 있어서, 기판 적재대의 승온 시간과 강온 시간을 단축해서 스루풋의 단축화를 도모하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. 본 개시의 기판 처리 방법은, 기판 적재대를 제1 온도로 온도 조절해서 기판을 처리하는 제1 처리 공정과, 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절해서 상기 기판을 처리하는 제2 처리 공정을 포함하고, 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 온도 조절할 때는, 상기 칠러의 설정 온도를 유지하는 제1 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시키고, 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때는, 상기 제1 유량보다도 유량이 많은 제2 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시키거나, 또는 상기 히터의 가동을 정지시킨다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 히터와 냉매 유로를 내장한 기판 적재대에 기판을 적재하고, 냉매 유로에 냉매를 공급함으로써 기판 적재대의 온도를 강하시키고, 히터를 발열시킴으로써 기판 적재대의 온도를 승온시키는 기판 적재대의 온도 제어 방법이 개시되어 있다. 이 온도 제어 방법에서는, 히터가 발열할 때 냉매의 흐름을 정지시킴으로써, 신속한 기판의 온도 상승을 가능하게 하고 있다.
일본 특허 공개 제2011-77452호 공보
본 개시는, 기판 적재대의 온도가 상이한 복수의 처리를 행하는 데 있어서, 기판 적재대의 승온 시간과 강온 시간을 단축해서 스루풋의 단축화를 도모하는 데 유리한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 형태에 의한 기판 처리 방법은,
처리 용기 내에 있고, 냉매가 유통하는 냉매 유로와 히터를 내장한 기판 적재대와,
상기 냉매 유로와의 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 칠러를 포함하는 기판 처리 장치에 의해 기판을 처리하는 기판 처리 방법이며, 상기 기판 적재대를 제1 온도로 온도 조절해서 상기 기판을 처리하는 제1 처리 공정과, 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절해서 상기 기판을 처리하는 제2 처리 공정을 갖고, 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 온도 조절할 때는, 상기 칠러의 설정 온도를 유지하는 제1 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시켜 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도로 하고,
상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때는, 상기 제1 유량보다도 유량이 많은 제2 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시키거나, 또는 상기 히터의 가동을 정지시켜 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도로 한다.
본 개시에 의하면, 기판 적재대의 온도가 상이한 복수의 처리를 행하는 데 있어서, 기판 적재대의 승온 시간과 강온 시간을 단축해서 스루풋의 단축화를 도모하는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례의 흐름도이다.
도 3은 기판 처리 방법의 일례의 흐름도의 각 공정을 설명하는 공정 단면도이다.
도 4는 기판 처리 방법의 일례의 프로세스 시퀀스의 일례를 종래예의 프로세스 시퀀스의 일례와 함께 도시하는 도면이며, (a)는 냉매 유량의 시간 변화 그래프이고, (b)는 정전 척 온도의 시간 변화 그래프이다.
도 5는 제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법의 흐름도이다.
도 6은 제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법의 흐름도의 각 공정을 설명하는 공정 단면도이다.
도 7은 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 대해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[제1 실시 형태]
<기판 처리 장치>
우선, 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 일례에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)는, 플라스마 에칭 처리와 케미컬 에칭 처리, 및 케미컬 에칭 처리에 의해 생성된 반응 생성물을 제거하는 제거 처리를, 하나의 처리 용기(10) 내에서 시퀀셜하게 실행 가능한 장치이다. 또한, 기판 처리 장치(100)는, 반응 생성물을 제거하는 제거 처리에 이어서, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막이 실행 가능한 장치이다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)는, 챔버인 처리 용기(10)와, 처리 용기(10) 내에 배치되어 기판(W)(이하, 기판(W)의 일례인 반도체 웨이퍼를 「웨이퍼」라고 함)이 적재되는 기판 적재대(21)(이하, 「서셉터」라고 함)와, 샤워 헤드(40)를 갖는다. 또한, 기판 처리 장치(100)는, 샤워 헤드(40)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부(60)와, 처리 용기(10) 내로부터 각종 처리 가스를 배기하고, 나아가 처리 용기(10) 내를 진공화해서 감압하는 배기부(50)를 갖는다. 또한, 기판 처리 장치(100)는, 서셉터(21)와의 사이에서 냉매를 순환시키는 냉각부(80)와, 각 구성부를 제어하는 제어부(70)를 갖는다.
처리 용기(10)는 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되고, 대략 원통 형상을 갖는 용기 본체(11)를 갖고, 용기 본체(11)에는 저판(11a)이 마련되어 있다. 용기 본체(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반출입구(13)가 개방 설치되고, 반출입구(13)는 게이트 밸브(14)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 용기 본체(11)의 상방에는, 단면 형상이 대략 직사각 형상이고 원환 형상의 배기 덕트(15)가 배치되어 있다. 배기 덕트(15)에는, 내주면을 따라서 슬릿(15a)이 형성되어 있다. 또한, 배기 덕트(15)의 외벽에는 배기구(15b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(15)의 상면에는, 용기 본체(11)의 상방 개구를 막는 천장판(16)이 마련되어 있다. 천장판(16)과 배기 덕트(15)의 맞닿음 계면에는 시일 링(17)이 배치되어, 시일 링(17)에 의해 천장판(16)과 배기 덕트(15)가 기밀하게 시일되어 있다.
웨이퍼(W)가 적재되는 서셉터(21)는, 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원반 형상을 이루고, 통상의 지지체(27)에 지지되어 있다. 서셉터(21)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈 합금 등의 금속 재료로 형성되어 있다. 서셉터(21)의 내부에는, 히터(22)와, 냉매가 유통하는 냉매 유로(23)가 내장되어 있다.
히터(22)는, 통상의 지지체(27)의 내부에 연장 설치하는 급전선(74)을 통해서 직류 전원(76)에 접속되어 있고, 급전선(74)에는 스위치(75)가 개재되어 있다. 프로세스 중에 제어부(70)에 의한 온 신호를 스위치(75)가 수신하면, 스위치(75)가 온으로 되어 직류 전원(76)으로부터 히터(22)에 직류 전압이 인가되어, 저항체인 히터(22)가 발열되도록 되어 있다. 히터(22)는, 예를 들어 텅스텐이나 몰리브덴, 또는 이들 금속의 어느 1종과 알루미나(Al2O3)나 티타늄 등의 화합물로 형성되어 있다.
냉매 유로(23)는, 평면으로 보면 선형이, 소용돌이 형상의 선형, 또는 복수의 직선부와 직선부의 단부끼리를 연결하는 만곡부가 조합된 사행 형상의 선형 등이다. 냉매 유로(23)의 양단은, 지지체(27)의 내부를 연장 설치함과 함께 칠러(81)에 통하고 있는, 이송 유로(82)와 복귀 유로(83)에 유체 연통하고 있다.
서셉터(21)에는, 통상의 지지체(27)의 내부에 연장 설치하는 급전선(77)을 통해서 플라스마 생성용 고주파 전원(79)이 접속되어 있다. 급전선(77)에 있어서 고주파 전원(79)의 상류측에는, 임피던스 정합을 행하는 정합기(78)가 개재되어 있다. 서셉터(21)는 하부 전극으로서 기능한다. 한편, 이하에서 설명하는 샤워 헤드(40)는 상부 전극으로서 기능하고, 서셉터(21)와 함께 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성한다.
도 1에 실선으로 나타낸 바와 같이 서셉터(21)가 처리 위치에 있는 상태에서, 샤워 헤드(40)와 서셉터(21)의 사이에는 처리 공간(46)이 형성된다. 고주파 전원(79)으로부터 서셉터(21)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 처리 공간(46)에 용량 결합 플라스마가 생성된다. 또한, 고주파 전원(79)으로부터 서셉터(21)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라스마 중의 이온이 웨이퍼(W)에 인입된다. 고주파 전원(79)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 0.1 내지 500MHz의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하고, 예를 들어 13.56MHz가 적용된다.
서셉터(21)의 상면에는, 웨이퍼(W)가 직접 적재되는 적재면을 구비한 정전 척(24)이 탑재되어 있다. 정전 척(24)은, 알루미나 등의 세라믹스로 형성되는 절연체이며, 정전 흡착 기능을 갖는 전극(25)을 내장하다. 전극(25)은, 통상의 지지체(27)의 내부에 연장 설치하는 급전선(71)을 통해서 직류 전원(73)에 접속되어 있고, 급전선(71)에는 스위치(72)가 개재되어 있다. 스위치(72)가 온으로 되면, 직류 전원(73)으로부터 전극(25)에 직류 전압이 인가됨으로써 쿨롱력이 발생하고, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(24)의 상면에 정전 흡착된다. 정전 척(24)의 두께는, 예를 들어 3mm 내지 4mm 정도로 설정되어 있다.
정전 척(24)의 상면(웨이퍼(W)의 적재면)에는, 열전쌍(도시하지 않음) 등의 온도 센서가 배치되어 있어, 온도 센서가 정전 척(24)의 상면 및 웨이퍼(W)의 온도를 수시로 모니터하고 있다. 이 모니터 정보는 제어부(70)에 수시로 송신되고, 모니터 정보에 기초하여 서셉터(21) 및 웨이퍼(W)의 온도 조절 제어가 제어부(70)에서 실행된다. 보다 구체적으로는, 제어부(70)에 의해, 스위치(75)의 온·오프 제어나 히터(22)의 온도 제어가 실행된다. 또한, 제어부(70)에 의해, 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 공급되는 냉매의 유량이 제1 유량과 제2 유량의 사이의 범위에서 조정되고, 유량 조정된 냉매가 냉매 유로(23)에 순환됨으로써, 서셉터(21) 및 웨이퍼(W)를 제1 온도와 제2 온도의 사이에서 연속적으로 온도 조절 제어할 수 있다. 또한, 정전 척(24)과 웨이퍼(W)의 사이에는, 전열 가스 공급부로부터 공급 유로를 통해서(모두 도시하지 않음), 예를 들어 He 가스 등의 전열 가스가 공급되도록 되어 있어, 온도 조절 제어되는 서셉터(21)의 온도를 전열 가스를 통해서 웨이퍼(W)에 빠르게 전열하여, 웨이퍼(W)의 온도 조절 제어가 행하여진다.
원반 형상의 서셉터(21)의 측면에는, 정전 척(24)의 외주 영역과 서셉터(21)의 측면을 덮는 환형의 실드체(26)가, 정전 척(24)과 약간의 간극을 갖고 마련되어 있다. 실드체(26)는, 알루미나나 석영 등의 세라믹스로 형성되어 있다. 실드체(26)는, 고주파 전원(79)으로부터의 고주파 전력에 의해 처리 공간(46)에 생성된 플라스마가, 용기 본체(11) 내에 누설되지 않도록 플라스마를 실드하는 기능을 갖는다.
서셉터(21)를 지지하는 지지체(27)는, 서셉터(21)의 저면 중앙으로부터 용기 본체(11)의 저판(11a)에 개방 형성되어 있는 개구(11b)를 통해서 용기 본체(11)의 하방으로 연장되고, 지지체(27)의 하단은 지지판(28)에 접속되어 있다. 지지판(28)은, 승강기(29)에 의해 안내체(도시하지 않음)를 따라 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한, 용기 본체(11)의 저판(11a)과 지지판(28)의 사이에는, 지지판(28)을 포위함과 함께 처리 용기(10) 내의 분위기를 외기로부터 차단하고, 서셉터(21)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(30)가 배치되어 있다.
용기 본체(11)의 저판(11a)의 근방에는, 승강판(31)이 배치되고, 승강판(31)의 상면에는, 상방으로 돌출되는 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(32)이 마련되어 있다. 용기 본체(11)의 저판(11a)의 하방에 배치되어 있는 승강기(33)에 의해 승강판(31)이 승강 가능하게 지지되어 있어, 승강판(31)의 승강에 따라서 웨이퍼 지지 핀(32)이 승강 가능하게 되어 있다. 서셉터(21)가 이점쇄선으로 나타내는 반송 위치에 있을 때, 웨이퍼 지지 핀(32)이 승강하면, 서셉터(21)에 마련되어 있는 관통 구멍(21a)을 통해서, 웨이퍼 지지 핀(32)이 서셉터(21)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 이렇게 웨이퍼 지지 핀(32)을 승강시킴으로써, 웨이퍼 반송부(도시하지 않음)와 서셉터(21)의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행하여진다.
샤워 헤드(40)는, 서셉터(21)와 대략 동일한 직경을 갖고, 천장판(16)에 고정되어 있는 본체부(41)와, 본체부(41)의 하방에 접속되어 서셉터(21)에 대향하는 샤워 플레이트(42)를 갖는다. 본체부(41)와 샤워 플레이트(42)의 사이에는 가스 확산 공간(43)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(43)에는, 본체부(41) 및 천장판(16)의 중앙을 관통하는 가스 도입 구멍(45)이 개방 형성되어 있다. 본체부(41)와 샤워 플레이트(42)는 모두, 예를 들어 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 금속제의 본체의 표면에 이트리아(Y2O3) 등으로 이루어지는 용사 피막이 형성되어도 된다. 샤워 플레이트(42)의 주연부에는, 하방으로 돌출되는 환형 돌기부(44)가 형성되어 있고, 환형 돌기부(44)와 서셉터(21)의 실드체(26)의 상면이 근접함으로써, 환형 간극(44b)이 형성된다. 샤워 플레이트(42)에 있어서, 환형 돌기부(44)의 내측의 평탄면에는, 가스 토출 구멍(44a)이 형성되어 있다. 가스 도입 구멍(45)을 통해서 가스 확산 공간(43)에 공급된 처리 가스는, 복수의 가스 토출 구멍(44a)을 통해서 처리 공간(46)에 샤워 형상으로 공급된다.
본체부(41)에는, 임피던스 정합을 행하는 정합기(48)가 개재된 급전선(47)을 통해서, 플라스마 생성용 고주파 전원(49)이 접속되어 있고, 샤워 헤드(40)는 상부 전극으로서 기능한다. 고주파 전원(49)으로부터 본체부(41)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라스마 중의 이온이 웨이퍼(W)에 제공된다. 고주파 전원(49)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 0.1 내지 500MHz의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하고, 고주파 전원(79)과 동일한 주파수로 설정되어도 되고, 상이한 주파수로 설정되어도 된다. 또한, 프로세스 중에서, 고주파 전원(49, 79)으로부터 모두 고주파 전력을 인가해도 되고, 고주파 전원(49, 79)의 어느 한쪽으로부터 고주파 전력을 인가해도 된다.
처리 가스 공급부(60)는, 기판 처리 장치(100) 내에서 연속적으로 행하여지는 복수의 처리에 적용되는 복수의 처리 가스를 개별적으로 공급하는 복수의 처리 가스 공급원(61)과, 복수의 처리 가스 공급원(61)으로부터의 각 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 처리 가스 공급 배관(62)을 갖는다. 또한, 도 1에는, 하나의 처리 가스 공급원(61) 및 처리 가스 공급 배관(62)만을 추출해서 도시하고 있다. 각 처리 가스 공급 배관에는, 개폐 밸브와, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기가 마련되어 있고(모두 도시하지 않음), 개폐 밸브와 매스 플로우 컨트롤러에 의해, 처리 가스종의 전환이나 처리 가스의 유량 제어가 실행된다. 처리 가스 공급 배관(62)을 통해서 공급되는 처리 가스는, 가스 도입 구멍(45)을 통해서 샤워 헤드(40)에 공급된다.
배기부(50)는, 처리 용기(10)의 내부를 배기한다. 배기부(50)는, 배기 덕트(15)의 배기구(15b)에 접속되어 있는 배기 배관(52)과, 배기 배관(52)에 접속되어 있는 배기 기구(51)를 갖고, 배기 기구(51)는, 터보 분자 펌프나 드라이 펌프, 압력 제어 밸브, 개폐 밸브 등을 갖는다(모두 도시하지 않음). 배기 처리 시에는, 용기 본체(11) 내의 가스가 슬릿(15a)을 통해서 배기 덕트(15)에 이르고, 배기 덕트(15)로부터 배기부(50)의 배기 기구(51)에 의해 배기 배관(52)을 통해서 배기된다. 처리 용기(10) 내가 고압으로 설정되는 처리 시에는, 예를 들어 드라이 펌프만으로 배기를 행한다. 한편, 처리 용기(10) 내가 저압으로 설정되는 처리 시에는, 드라이 펌프와 터보 분자 펌프를 병용해서 배기한다. 처리 용기(10) 내에는 압력 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 압력 센서의 검출값에 기초하여 압력 제어 밸브의 개방도가 제어됨으로써, 처리 용기(10) 내의 압력 제어가 행하여진다.
냉각부(80)는, 칠러(81)와, 칠러(81)에 유체 연통하는 이송 유로(82) 및 복귀 유로(83)를 갖는다. 이송 유로(82)와 복귀 유로(83)는 모두 통상의 지지체(27)의 내부를 서셉터(21)측으로 연장 설치하여, 서셉터(21)에 내장되어 있는 예를 들어 소용돌이 형상의 냉매 유로(23)의 양단에 유체 연통하고 있다. 칠러(81)는, 냉매 온도를 제어하는 본체부와, 냉매를 압송하는 펌프를 갖는다(모두 도시하지 않음). 펌프로부터 압송되는 냉매의 유량은, 제어부(70)에 의해 프로세스 중에 가변으로 제어된다. 여기서, 냉매로서, 갈덴(등록 상표)이나 플루오리너트(등록 상표) 등이 적용된다.
기판 처리 장치(100)에서는, 처리 용기(10) 내에서, 서셉터(21)를 제1 온도로 설정해서 처리를 행하는 제1 처리와, 서셉터(21)를 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 설정해서 처리를 행하는 제2 처리가 시퀀셜하게 실행된다. 제1 온도와 제2 온도는 프로세스에 의해 다양한 온도로 설정할 수 있으며, 일례로서, 상대적으로 높은 제2 온도를 90℃ 내지 150℃의 범위로 하고, 제2 온도와 제1 온도의 차분값을 20℃ 내지 100℃의 범위로 설정할 수 있다.
제1 처리와 제2 처리를 일련의 프로세스로서 하나의 웨이퍼(W)에 대하여 실행하여, 처리 완료된 웨이퍼(W)를 처리 용기(10)로부터 언로드하고, 미처리의 웨이퍼(W)를 처리 용기(10)에 로드해서 마찬가지로 제1 처리와 제2 처리를 행하는 기판 처리 방법을 적용할 수 있다. 이와 같이, 하나의 처리 용기(10) 내에서, 서셉터(21)의 온도가 상이한 복수의 처리를 시퀀셜하게 행하는 기판 처리 방법에 의하면, 각 처리를 상이한 처리 용기에서 행하는 방법에 비해 처리 설비의 간소화와 처리 설비가 차지하는 스페이스의 협소화, 나아가 장치 제조에 요하는 비용의 저감을 도모할 수 있다. 한편, 복수의 상이한 온도의 처리를 하나의 처리 용기(10)에서 행하는 경우, 서셉터(21)의 온도 전환에 요하는 시간이 프로세스의 율속으로 되기 쉬우며, 이렇게 서셉터(21)의 온도 전환에 요하는 시간이 길어지는 것에 기인해서 프로세스 시간이 길어질 우려가 있다. 서셉터(21)의 온도 전환에 요하는 시간을 단축화하여, 스루풋의 단축화를 도모하기 위해서, 프로세스 중에 있어서, 칠러(81)의 온도는 미리 정해진 설정 온도로 유지되도록 되어 있다. 구체적으로는, 칠러(81)에 대하여 설정 온도의 유지를 보증하는 냉매의 유량을 미리 구해 두고, 이렇게 구해진 유량 이상의 냉매가 냉각부(80)와 냉매 유로(23)의 사이를 순환하는 제어가 실행된다.
제어부(70)는, 기판 처리 장치(100)의 각 구성부, 예를 들어 서셉터(21)에 내장되는 히터(22)나 칠러(81), 고주파 전원(49, 79), 처리 가스 공급부(60), 배기부(50) 등의 동작을 제어한다. 제어부(70)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read OnlyMemory) 및 RAM(Random Access Memory)을 갖는다. CPU는, RAM 등의 기억 영역에 저장된 레시피(프로세스 레시피)에 따라, 소정의 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 기판 처리 장치(100)의 제어 정보가 설정되어 있다. 제어 정보에는, 예를 들어 가스 유량이나 처리 용기(10) 내의 압력, 처리 용기(10) 내의 온도나 정전 척(24)의 적재면의 온도, 프로세스 시간 등이 포함된다. 예를 들어, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 서셉터(21)를 제1 온도에서 제2 온도로 연속 제어하는 처리가 레시피에 포함된다. 또한, 소정 시간의 플라스마 에칭 처리, 케미컬 에칭 처리 및 반응 생성물의 제거 처리의 시퀀셜한 처리가 레시피에 포함된다.
제어부(70)에 의한 제어 플로우의 일례를 들면 이하와 같다. 먼저, 서셉터(21)를 제1 온도에서 제2 온도로 온도 조절할 때는, 칠러(81)의 설정 온도를 유지하는 제1 유량의 냉매를 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 유통시킴과 함께, 히터(22)를 가동시켜 서셉터(21)를 제2 온도로 하는 처리를 실행한다. 한편, 서셉터(21)를 제2 온도에서 제1 온도로 온도 조절할 때는, 제1 유량보다도 유량이 많은 제2 유량의 냉매를 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 유통시킴과 함께, 히터(22)를 가동시키거나, 또는 히터(22)의 가동을 정지시켜 서셉터(21)를 제1 온도로 하는 처리를 실행한다.
또한, 레시피 및 제어부(70)가 적용하는 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크나 콤팩트 디스크, 광자기 디스크 등에 기억되어도 된다. 또한, 레시피 등은, CD-ROM, DVD, 메모리 카드 등의 가반성 컴퓨터에 의한 판독이 가능한 기억 매체에 수용된 상태에서 제어부(70)에 세트되어, 판독되는 형태이어도 된다. 제어부(70)는 그 밖에, 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 마우스 등의 입력 장치, 기판 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등의 표시 장치 및 프린터 등의 출력 장치와 같은 사용자 인터페이스를 갖고 있다.
<기판 처리 방법>
이어서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)를 적용해서 웨이퍼(W)를 처리하는, 기판 처리 방법의 일례를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례의 흐름도이며, 도 3은, 기판 처리 방법의 일례의 흐름도의 각 공정을 설명하는 공정 단면도이다. 또한, 도 4는, 기판 처리 방법의 일례의 프로세스 시퀀스의 일례를 종래예의 프로세스 시퀀스의 일례와 함께 도시하는 도면이며, 도 4의 (a)는 냉매 유량의 시간 변화 그래프이며, 도 4의 (b)는 정전 척 온도의 시간 변화 그래프이다. 또한, 도 4의 (a), (b)는 시간축을 정렬시켜 도시하고 있다.
도 4의 (a)에서의 냉매 유량의 시간 변화 그래프는, 냉매 유량이 실제로 변화하는 그래프이다. 제어부(70)에 의한 칠러(81)에 대한 냉매의 유량 전환은, 예를 들어 PID(Proportional Integral Differential) 제어로 행하여진다. 이 PID 제어에 있어서 제어부(70)로부터 칠러(81)에 명령 신호가 송신되는 타이밍은 다양한데, 예를 들어 도 4의 (a)에서, 시각 t2에서 유량 증가의 명령 신호를 송신하고, 시각 t9에서 유량 저감의 명령 신호를 송신하는 타이밍을 들 수 있다.
정전 척(24)의 온도는, 정전 척(24)이 내장한 히터(22)의 온도를 직접 반영하므로, 도 4의 (b)에 도시하는 정전 척 온도의 시간 변화 그래프는, 그대로 정전 척(24) 내에 내장된 히터 온도의 시간 변화 그래프를 나타내고 있다고 보아도 된다. 또한, 정전 척(24)의 온도는, 그대로 정전 척(24)에 적재되어 있는 웨이퍼(W)의 온도인 것으로 보아도 된다. 또한, 도 4에서는, 실선으로 나타내고 있는 실시예의 그래프와, 점선으로 나타내고 있는 비교예(종래예)의 그래프를 병기하고 있지만, 이하의 프로세스의 설명에서는 실선으로 나타내는 실시예의 그래프를 참조한다.
도 2에 도시하는 기판 처리 방법은, 서셉터(21)를 제1 온도로 온도 조절해서 웨이퍼(W)를 처리하는 제1 처리 공정과, 서셉터(21)를 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절해서 웨이퍼(W)를 처리하는 제2 처리 공정을 갖는다. 도 2에서, 제1 온도의 서셉터(21)에 웨이퍼(W)를 적재하는 공정(공정 1), 제1 온도에서 자연 산화막을 플라스마 에칭 처리하는 공정(공정 2), 및 제1 온도에서 자연 산화막을 케미컬 에칭 처리하는 공정(공정 3)이 제1 처리 공정이 된다. 이어서, 서셉터(21)를 제1 온도에서 제2 온도로 온도 조절하는 공정(공정 4)을 거쳐서, 제2 온도에서 반응 생성물을 제거 처리하는 공정(공정 5)이 제2 처리 공정이 된다. 제2 처리 공정 후, 서셉터(21)를 제2 온도에서 제1 온도로 온도 조절하는 공정(공정 6)을 거쳐서 하나의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 프로세스가 종료된다. 도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)는, 이 일련의 프로세스를 하나의 처리 용기(10) 내에서 행하고, 이것을 복수의 웨이퍼(W)에 대하여 순차 행하는 장치이다.
제2 처리 공정에서의 서셉터(21)의 제2 온도는 90℃ 내지 150℃의 범위로 설정되고, 제2 온도와 제1 처리 공정에서의 제1 온도의 차분값은 20℃ 내지 100℃의 범위로 설정된다. 예를 들어, 표면에 소정 패턴의 트렌치(홈의 일례이며, 홈의 다른 예로서 홀이 있음)를 갖는 절연막이 형성된 웨이퍼(W)(실리콘 웨이퍼)에 있어서, 트렌치 저부의 실리콘 부분에 콘택트 메탈을 성막해서 콘택트를 형성하는 성막 공정이 있다. 이 성막 공정 시에, 실리콘 부분의 표면에는 자연 산화막인 실리콘 함유 산화막이 형성될 수 있다. 그래서, 제1 처리 공정과 제2 처리 공정을 시퀀셜하게 행함으로써, 자연 산화막인 실리콘 산화막을 제거하는 처리를 행하는 기판 처리 방법을 들어 이하 설명한다. 여기에서는, 일례로서, 제1 처리 공정 시의 서셉터(21)의 온도를 30℃(제1 온도의 일례)로 설정하고, 제2 처리 공정 시의 서셉터(21)의 온도를 90℃(제2 온도의 일례)로 설정하기로 한다. 즉, 도 4의 (b)에서, 정전 척의 온도가 30℃의 범위는 제1 처리 공정이며, 정전 척의 온도가 90℃의 범위는 제2 처리 공정이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 공정 1에서 제1 온도로 온도 조절되어 있는 서셉터(21)에 웨이퍼(W)를 적재한다. 공정 1에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 10L/분(제1 유량의 일례)의 냉매를 공급하고, 히터(22)를 30℃ 정도의 저온에서 제어함으로써, 서셉터(21)가 제1 온도로 온도 조절된다. 처리 용기(10) 내에 웨이퍼(W)를 로드하고, 제1 온도로 온도 조절된 서셉터(21)(에 적재되어 있는 정전 척(24))에 웨이퍼(W)가 적재된다. 여기서, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)는, 실리콘 기체(200)에 절연막(210)이 형성되고, 절연막(210)에 소정 패턴의 트렌치(220)가 형성되어 있다. 트렌치(220)의 저부의 실리콘 부분에는, 자연 산화막(실리콘 함유 산화막)(230)이 형성되어 있다. 절연막(210)은 주로 SiO2막으로 형성되지만, 일부가 SiN막이어도 된다.
이러한 웨이퍼(W)로서는, 예를 들어 핀 FET를 형성하는 웨이퍼(W)를 들 수 있다. 핀 FET를 형성하는 웨이퍼(W)에서는, 트렌치(220)의 저부에, 실리콘 부분으로서, Si핀의 선단에 형성된 Si 또는 SiGe로 이루어지는 다각형의 에피택셜 성장부를 갖고, 이 에피택셜 성장부가 소스 및 드레인을 형성한다. 그리고, 이 에피택셜 성장부의 표면에 자연 산화막(230)이 형성될 수 있다.
이어서, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 공정 2에서, 웨이퍼(W)를 제1 온도로 유지한 상태에서, 카본 함유 가스의 플라스마에 의한 이온성의 이방성 에칭에 의해, 트렌치(220)의 저부의 자연 산화막(230)의 일부를 플라스마 에칭 처리한다. 이 공정은, 이온의 직진성을 이용한 이방성 에칭이며, 처리 가스 공급부(60)로부터 샤워 헤드(40)를 통해서 카본 함유 가스를 처리 용기(10)의 처리 공간(46)에 공급하면서, 고주파 전원(79)으로부터 서셉터(21)에 고주파 전력을 인가하여, 처리 공간(46) 내에 플라스마를 생성함으로써 행하여진다. 카본 함유 가스로서는, 사불화메탄(CF4) 가스나 팔불화시클로부탄(C4F8) 가스 등의 불화탄소계(CxFy계) 가스를 적용할 수 있다. 또한, CH2F2(디플루오로메탄) 가스 등의 불소화탄화수소계(CxHyFz계) 가스를 적용할 수도 있다. 또한, 이들 가스 외에도, Ar(아르곤) 가스와 같은 희가스, N2(질소) 가스와 같은 불활성 가스가 포함되어도 된다.
상기한 바와 같은 가스를 적용함으로써, 이방성 에칭 시에, 트렌치(220)의 측벽에는 카본계의 보호막(240)이 성막되기 때문에, 측벽의 에칭 진행을 억제하면서, 자연 산화막을 에칭할 수 있다. 이 공정에 의해, CD 손실을 억제하면서, 트렌치(220)의 저부의 자연 산화막(230)의 대부분을 제거할 수 있다.
이 처리는, 이온의 직진성을 확보하기 위해서, 처리 용기(10) 내의 압력을 최대한 저압으로 설정하는 것이 좋으며, 배기부(50)를 구성하는 터보 분자 펌프나 드라이 펌프를 병용하여, 소정의 저압 분위기 하에서 처리를 행한다. 또한, 이 처리는 플라스마 처리이므로 저온 분위기이면 되며, 제1 온도인 30℃가 유지되도록 히터(22)의 제어와 제1 유량의 냉매의 순환이 행하여진다.
이어서, 냉매 유로(23)에 제1 유량의 냉매를 유통시킨 상태를 유지하면서, 웨이퍼(W)를 제1 온도로 유지한 상태에서, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 삼불화질소(NF3) 가스와 암모니아(NH3) 가스 등의 플라스마에 의해, 트렌치(220)의 측벽으로부터 카본계의 보호막(240)의 제거 처리를 행한다. 이 공정은, 처리 가스 공급부(60)로부터 샤워 헤드(40)를 통해서, 예를 들어 H2(수소) 가스를 처리 용기(10) 내의 처리 공간(46)에 공급하면서, 고주파 전원(79)으로부터 서셉터(21)에 고주파 전력을 인가하여, 처리 공간(46) 내에 플라스마를 생성함으로써 행하여진다.
이 공정도, 플라스마에 의한 제거 처리이므로, 처리 압력은 어느 정도 낮은 것이 더 바람직하지만, 트렌치(220)의 측벽으로부터 보호막(240)의 잔사를 제거하기 위해서, 도 3의 (b)보다도 이온의 직진성을 약하게 해서 처리를 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 3의 (b)보다도 처리 용기(10) 내의 압력을 높게 설정해서 처리를 행한다.
이상, 공정 2에 의해, 트렌치(220)의 저부의 자연 산화막(230)의 대부분은 제거되지만, 예를 들어 핀 FET의 트렌치 저부와 같이 복잡한 형상을 갖는 에피택셜 성장부 표면의 자연 산화막은, 이 이방성 에칭만으로는 완전히 제거하지 못하는 경우가 있다.
그래서, 공정 3으로서, 도 3의 (d)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 제1 온도로 유지한 상태에서, 자연 산화막(230)의 잔부를 케미컬 에칭 처리에서 제거한다. 케미컬 에칭은, 플라즈마리스이며 반응성 가스에 의한 건식 에칭이고, 등방성 에칭이므로, 복잡한 형상을 갖는 에피택셜 성장부 표면의 자연 산화막(230)을 제거할 수 있다. 본 예에서는, 케미컬 에칭으로서, 케미컬 가스로서 암모니아(NH3) 가스와 불화수소(HF) 가스를 적용한 COR(Chemical Oxide Removal) 처리를 행한다.
COR 처리 시에는, 고주파 전력을 인가하지 않는 상태에서, 처리 가스 공급부(60)로부터 샤워 헤드(40)를 통해서 NH3 가스와 HF 가스를 처리 용기(10) 내의 처리 공간(46)에 공급한다. NH3 가스와 HF 가스 이외에, 희석 가스로서 Ar 가스와 같은 희가스나 N2 가스와 같은 불활성 가스를 첨가해도 된다. COR 처리와 같은 케미컬 에칭은, 등방성 에칭이므로, 트렌치(220)의 측벽도 약간 에칭될 수 있지만, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이 트렌치(220)의 저부에 약간 남아 있는 자연 산화막(230)을 제거할 뿐이므로 단시간의 처리로 충분하여, 트렌치(220)의 CD 손실은 거의 발생하지 않는다.
COR 처리 시에는, 트렌치(220)의 측벽과 저부, 및 절연막(210)의 표면에, NH3 가스와 HF 가스의 반응에 의해, 주로 플루오로규산암모늄[(NH4)2SiF6; AFS]으로 이루어지는 반응 생성물(250)이 형성된다.
그래서, 도 2에 도시한 바와 같이, 공정 4에서, 서셉터(21)의 온도를 제1 온도인 30℃에서 제2 온도인 90℃로 온도 조절하고, 공정 5에서, 제2 온도에서 반응 생성물인 AFS를 승화시켜 제거하는 PHT(Post Heat Treatment) 처리를 행한다.
여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 서셉터(21)를 제1 온도에서 제2 온도로 온도 조절하는 공정 4에 요하는 시간 Δt1(승온 개시 시각 t1과 제2 온도에 도달한 시각 t2의 시간 간격)을 가급적 짧게 하기 위한 제어를 실행한다. 구체적으로는, 제어부(70)에 의해, 칠러(81)의 설정 온도를 도 4에 도시하는 20℃(설정 온도의 일례)로 유지하는 제1 유량(10L/분)의 냉매를 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 유통시키는 제어가 실행된다. 또한, 제어부(70)에 의해, 히터(22)를 Δt1의 사이에 30℃에서 90℃로 승온시키는 제어가 실행된다. 이와 같이, 제1 유량의 냉매를 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 유통시키면서, 히터(22)를 Δt1의 사이에 30℃에서 90℃로 승온시키는 제어가 제어부(70)에서 실행됨으로써, 칠러(81)를 설정 온도로 유지시키면서, 빠르게 서셉터(21)를 승온시킬 수 있다. 또한, 가령 서셉터(21)의 승온에 기인해서 칠러(81)의 온도가 설정 온도보다도 높아지면, 복귀 유로(83)를 통해서 되돌아 온 냉매에 대한 칠러(81)의 냉각 성능이 저하된다. 칠러(81)의 냉각 성능이 저하됨으로써, 서셉터(21)를 제2 온도에서 제1 온도로 강온시키는 공정 6에 요하는 시간 Δ3(도 4의 (b) 참조)이 길어져, 프로세스 시간의 단축화를 충분히 도모하기 어려워진다.
공정 5에서 PHT 처리를 행함으로써, 도 3의 (e)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(220)의 측벽과 저부, 및 절연막(210)의 표면으로부터 AFS가 제거되고, 또한 트렌치(220)의 저부로부터 자연 산화막이 제거된 웨이퍼(W)가 얻어진다.
공정 5에서 PHT 처리를 행하여, 트렌치(220)의 저부로부터 자연 산화막이 제거된 웨이퍼(W)가 얻어지면, 다음의 처리 대상인 웨이퍼(W)에 대하여 마찬가지의 처리를 행하기 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이, 공정 6에서, 서셉터(21)를 제2 온도에서 제1 온도로 온도 조절한다. 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 공정 6에서는, 서셉터(21)가 시각 t4에서 강온을 개시하고, 시각 t5에서 제1 온도에 도달하고, 시각 t4부터 t5까지의 시간 간격은 Δt3이다.
도 4의 (a)에 도시하는 예에서는, 냉매의 유량을 제1 유량에서 제2 유량으로 증가시키는 제어는, 서셉터(21)가 제2 온도로 승온한 시각 t2에 개시된다. 그리고, 도 4의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 처리 공정인 공정 5의 도중 시각 t3에서, 냉매의 유량은 제2 유량인 20L/분으로 증가된다. 이와 같이, 서셉터(21)가 제2 온도로 온도 조절되어 있는 동안에 냉매의 유량을 제2 유량으로 증가시켜 둠으로써, 공정 6에서 서셉터(21)를 빠르게 제1 온도로 강온시킬 수 있다(도면 중의 Δt3에서 강온). 이 제어에 대하여, 예를 들어 공정 5가 종료되는 시각 t4의 시점에서 냉매의 유량을 제2 유량으로 증가시키는 제어를 개시했을 경우에는, 서셉터(21)의 온도를 제1 온도로 강온시킬 때까지의 시간은 Δt3보다도 길어진다.
한편, 도 4에 도시하는 예에서는, 공정 6을 거쳐서 서셉터(21)가 제1 온도로 강온한 후의 시각 t9에서, 냉매의 유량을 제2 유량에서 제1 유량으로 저감시키는 제어를 실행한다. 이와 같이, 공정 6 후에 빠르게 냉매의 유량을 제1 유량으로 저하시켜 둠으로써, 다음의 처리 대상인 웨이퍼(W)가 처리 용기(10) 내에 로드되기 전에, 또는 로드된 단시간 후에, 서셉터(21)의 온도를 제1 처리 공정에 적합한 제1 온도로 온도 조절할 수 있다.
공정 6에서는, 냉매 유로(23)에 대하여 20L/분의 제2 유량의 냉매가 계속해서 제공된다. 이러한 냉매의 제공에 맞추어, 히터(22)를 제2 온도인 90℃에서 제1 온도인 30℃로 강온 제어한다. 이 제어에 의해, 공정 6의 종료 시각 t5에서 서셉터(21)의 온도가 제1 온도로 온도 조절된다. 여기서, 공정 6에서는, 도시한 바와 같은 히터(22)의 온도 조절 제어 이외에도, 히터(22)의 가동을 정지하는 오프 제어가 실행되어도 된다.
도 4의 (a)에 도시하는 예에서는, 냉매 유량이 제1 유량인 10L/분에 도달하는 시각 t10은, 도 4의 (b)에 도시하는 일련의 프로세스가 종료되는 시각 t6보다도 늦은 시각으로 되어 있어, 다음의 처리 대상의 웨이퍼(W)가 로드된 후에 냉매 유량이 제1 유량으로 안정되게 된다. 도시한 예 이외에도, 일련의 프로세스가 종료되는 시각 t6에서 냉매 유량이 제1 유량으로 안정되도록 제어되어도 된다(t6=t10이 되는 제어).
실시 형태에 따른 기판 처리 방법에서는, 제2 온도를 90℃ 내지 150℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 제2 온도와 제1 온도의 차분값을 20℃ 내지 100℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
제2 온도가 90℃ 이상으로 설정되어 있음으로써, 공정 5에서의 승화 프로세스를 실현할 수 있다. 한편, 제2 온도가 150℃ 이하로 설정되어 있음으로써, 소정 정격의 칠러(81)를 적용한 경우에도, 칠러(81)의 온도를 20℃ 정도의 설정 온도로 유지할 수 있다.
또한, 제2 온도가 90℃ 내지 150℃의 범위로 설정되는 것을 전제로 하여, 제2 온도와 제1 온도의 차분값이 20℃ 내지 100℃의 범위로 설정됨으로써, 냉매 유량의 조정과 히터 가열에 의한 조정에 의해, 가급적 단시간의 승온 시간 Δt1과 강온 시간 Δt3을 실현할 수 있다. 그리고, 승온 시간 Δt1과 강온 시간 Δt3을 가급적 단시간으로 함으로써, 도 4에 도시하는 일련의 프로세스에 요하는 시각 t6까지의 프로세스 시간 T0, 즉 스루풋을 가급적 단축화할 수 있다.
여기서, 다시 도 4를 참조하여, 실시 형태에 따른 기판 처리 방법(실시예)과 종래의 기판 처리 방법(비교예)에서의, 냉매 유량 제어 방법과 서셉터(21)(상의 정전 척(24))의 온도 조절 제어 방법의 차이 및 실시예에 의한 효과에 대해서 설명한다.
도 4에 도시하는 실시예 및 비교예의 프로세스 시퀀스는, 이미 설명한 일련의 프로세스, 즉, 플라스마에 의한 자연 산화막 제거 처리, COR 처리 및 PHT 처리를 시퀀셜하게 실행할 때의 프로세스 시퀀스이다. 비교예에 관한 종래의 기판 처리 방법에서는, 도 4의 (a)의 점선으로 도시하는 바와 같이, 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 공급되는 냉매의 유량이 제2 유량의 일정 값으로 설정되어 있다. 그 때문에, 실시예와 마찬가지의 히터 출력으로 히터(22)를 승온시켜도, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 서셉터(21)의 승온 구배는 실시예와 비교해서 낮아지지 않을 수 없다. 실시예에서의 공정 4에 요하는 시간이 Δt1인 것에 반해, 비교예에서의 공정 4에 요하는 시간은 Δt2가 된다. 본 발명자들에 의한 검증에 의하면, Δt1은 Δt2의 1/2 정도로 단축화되는 것으로 확인되었다.
또한, 도 4의 (a)의 점선으로 도시하는 바와 같이, 칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 공급되는 냉매의 유량이 제1 유량의 일정 값으로 설정된 경우, 실시예와 마찬가지의 히터 출력으로 히터(22)를 강온시켜도, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 서셉터(21)의 강온 구배는 실시예와 비교해서 낮아지지 않을 수 없다. 실시예에서의 공정 6에 요하는 시간이 Δt3인 것에 반해, 비교예에서의 공정 4에 요하는 시간은 Δt4가 되기 때문에, 스루풋에 영향을 미친다. 본 발명자들에 의한 검증에 의하면, Δt3은 Δt4의 1/6 정도로 단축화되는 것으로 확인되었다.
이와 같이, 비교예에 대하여, 실시예에 관한 기판 처리 방법에 의하면, 서셉터(21)를 제1 온도에서 제2 온도로 온도 조절하는 시간 및 제2 온도에서 제1 온도로 온도 조절하는 시간의 양쪽에 있어서, 온도 조절 시간을 대폭 단축하는 것이 가능해진다. 그 결과, 실시예에서의 프로세스 시간 T0은, 비교예에서의 프로세스 시간 T1의 1/2 정도까지 단축화할 수 있음이 확인되었다.
실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100) 및 기판 처리 장치(100)를 적용한 기판 처리 방법에 의하면, 프로세스 중에 냉매의 유량과 히터의 출력을 변화시킴으로써, 하나의 처리 용기(10) 내에서 서셉터(21)의 온도가 상이한 복수의 처리를 시퀀셜하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 이렇게 서셉터(21)의 온도가 상이한 복수의 처리를 하나의 처리 용기(10)에서 행하면서도, 스루풋의 단축화를 도모하는 것이 가능해진다.
<제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법>
이어서, 제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법으로서, 콘택트 형성 방법에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 5는, 제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법의 흐름도이며, 도 6은, 제1 실시 형태를 포함하는 기판 처리 방법의 흐름도의 각 공정을 설명하는 공정 단면도이다.
본 실시 형태의 콘택트 형성 방법은, 먼저, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에 의해, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(220)의 저부의 실리콘을 포함하는 자연 산화막의 제거를 행한다(도 5의 공정 7). 그 후, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, CVD 또는 ALD에 의해 콘택트 메탈인 금속막(260)을 성막한다(도 5의 공정 8). 금속막(260)으로서는, Ti막이나 Ta막 등을 사용할 수 있다.
공정 8에서 금속막(260)을 형성하면, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 금속막(260)은 트렌치(220)의 저부에서 실리콘(실리콘 부분)과 반응하여, 자기 정합적으로 금속 실리케이트(예를 들어 TiSi)로 이루어지는 콘택트(270)가 형성된다.
[제2 실시 형태]
<기판 처리 장치 및 기판 처리 방법>
이어서, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 방법과 기판 처리 장치에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
제2 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(100A)는, 냉각부(80A)에 있어서, 이송 유로(82)와 복귀 유로(83)의 사이를, 냉매 유로(23)를 통하지 않고 유체 연통시키는 바이패스 유로(84)가 배치되어 있다. 바이패스 유로(84)에는, 개폐 밸브(85)와 유량 제어 밸브(86)가 개재된다.
칠러(81)로부터 냉매 유로(23)에 공급하는 냉매 유량을 예를 들어 20L/분의 일정 값으로 설정해 두고, 제2 유량의 냉매를 냉매 유로(23)에 공급할 때는, 개폐 밸브(85)를 폐쇄 제어하여, 바이패스 유로(84)에 냉매가 유통하지 않도록 한다. 한편, 제1 유량의 냉매를 냉매 유로(23)에 공급할 때는, 개폐 밸브(85)를 개방 제어하고, 또한 유량 제어 밸브(86)의 개방도를 조정함으로써, 바이패스 유로(84)에 10L/분의 냉매가 흐르도록 제어함으로써, 냉매 유로(23)에 제1 유량의 냉매를 공급할 수 있다. 또한, 냉매 유량을 제2 유량에서 제1 유량으로 저감할 때, 칠러(81)에서 능동적으로 냉매 유량을 저감시키면서, 또한 바이패스 유로(84)에 냉매의 일부를 흘리는 제어를 행해도 된다.
이와 같이, 칠러(81)(를 구성하는 펌프)에 대하여 공급하는 냉매 유량을 제어하는 대신에, 칠러(81)로부터 공급되는 냉매 유량을 일정하게 하고, 바이패스 유로(84)에 흘리는 냉매의 유량을 제어함으로써, 칠러(81)의 내부 구성을 간소화할 수 있다.
기판 처리 장치(100A)를 적용하는 기판 처리 방법에서는, 서셉터(21)를 제2 온도에서 제1 온도로 온도 조절할 때, 바이패스 유로(84)에 냉매의 일부를 유통시키고, 냉매 유로(23)를 유통하는 냉매의 유량을 저감시키는 제어가 제어부(70)에서 실행된다.
상기 실시 형태에서 예를 든 구성 등에 대하여, 그 밖의 구성 요소가 조합되거나 한 다른 실시 형태이어도 되며, 또한 본 개시는 여기에서 나타낸 구성에 전혀 한정되는 것이 아니다. 이 점에 대해서는, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하는 것이 가능하고, 그 응용 형태에 따라서 적절하게 정할 수 있다.
10 : 처리 용기 11 : 용기 본체
21 : 서셉터 22 : 히터
23 : 냉매 유로 40 : 샤워 헤드
50 : 배기부 60 : 처리 가스 공급부
70 : 제어부 80, 80A : 냉각부
81 : 칠러 82 : 이송 유로
83 : 복귀 유로 84 : 바이패스 유로
100, 100A : 기판 처리 장치 W : 기판(웨이퍼)

Claims (13)

  1. 처리 용기 내에 있고, 냉매가 유통하는 냉매 유로와 히터를 내장한 기판 적재대와,
    상기 냉매 유로와의 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 칠러를 포함하는 기판 처리 장치에 의해 기판을 처리하는 기판 처리 방법이며,
    상기 기판 적재대를 제1 온도로 온도 조절해서 상기 기판을 처리하는 제1 처리 공정과,
    상기 기판 적재대를 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절해서 상기 기판을 처리하는 제2 처리 공정을 포함하고,
    상기 기판 적재대를 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 온도 조절할 때는, 상기 칠러의 미리 정해진 설정 온도를 유지하는 제1 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시켜서 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도로 하고,
    제2 처리 공정 후, 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때는, 상기 제1 유량보다도 유량이 많은 제2 유량의 상기 냉매를 상기 미리 정해진 설정 온도를 유지하는 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시키거나, 또는 상기 히터의 가동을 정지시켜 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도로 하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 적재대가 상기 제1 온도로부터 승온해서 상기 제2 온도가 되기 전에, 또는 상기 기판 적재대가 상기 제1 온도로부터 승온해서 상기 제2 온도가 되었을 때, 상기 냉매의 유량을 상기 제1 유량에서 상기 제2 유량으로 변경하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매의 유량을 상기 제2 유량으로 유지한 상태에서, 상기 히터에 의한 가열 온도를 저하시킴으로써, 또는 상기 히터의 가동을 정지시킴으로써, 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절하는, 기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 칠러에는, 상기 냉매를 상기 냉매 유로에 공급하는 이송 유로와, 상기 냉매를 상기 냉매 유로로부터 상기 칠러로 되돌리는 복귀 유로가 유체 연통하고, 상기 이송 유로와 상기 복귀 유로의 사이를, 상기 냉매 유로를 통하지 않고 유체 연통시키는 바이패스 유로가 배치되어 있고,
    상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때, 상기 바이패스 유로에 상기 냉매의 일부를 유통시켜, 상기 냉매 유로를 유통하는 상기 냉매의 유량을 저감시키는, 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리 공정은, 상기 처리 용기 내에 케미컬 가스를 공급해서 상기 기판을 케미컬 에칭하는, 케미컬 에칭 처리를 포함하고,
    상기 제2 처리 공정은, 상기 케미컬 에칭 처리에 의해 생성된 반응 생성물을 제거하는 제거 처리를 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 처리 공정은, 카본 함유 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 상기 카본 함유 가스를 플라스마화해서 상기 기판을 플라스마 에칭하는 플라스마 에칭 처리를 포함하고,
    상기 제1 처리 공정에서, 상기 플라스마 에칭 처리와 상기 케미컬 에칭 처리를 시퀀셜하게 실행하는, 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는 90℃ 내지 150℃의 범위에 있고, 상기 제2 온도와 상기 제1 온도의 차분값이 20℃ 내지 100℃의 범위에 있는, 기판 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 홈이 형성된 절연막을 포함하고,
    하나의 상기 처리 용기 내에서, 상기 홈의 저부에 형성되어 있는 자연 산화막인 실리콘 함유 산화막을 상기 제1 처리 공정 및 상기 제2 처리 공정에서 제거하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    하나의 상기 처리 용기 내에서,
    상기 자연 산화막을 제거하는 공정과,
    상기 자연 산화막을 제거한 후에 금속막을 성막하는 공정과,
    상기 홈의 저부의 실리콘 부분과 상기 금속막을 반응시켜, 상기 홈의 저부에 콘택트를 형성하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속막을 성막하는 공정은, CVD 또는 ALD에 의해 성막을 행하는, 기판 처리 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 홈이 트렌치 또는 홀인, 기판 처리 방법.
  12. 기판이 수용되어, 처리 가스 공급부를 통해서 처리 가스가 공급되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 있고, 냉매가 유통하는 냉매 유로와 히터를 내장한 기판 적재대와,
    상기 냉매 유로와의 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 칠러와,
    제1 처리 시의 제1 온도와, 상기 제1 온도보다도 높은 제2 처리 시의 제2 온도의 사이에서 상기 기판 적재대를 온도 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기판 적재대를 상기 제1 온도에서 상기 제2 온도로 온도 조절할 때는, 상기 칠러의 미리 정해진 설정 온도를 유지하는 제1 유량의 상기 냉매를 상기 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시켜 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도로 하는 처리를 실행하고,
    제2 처리 후, 상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때는, 상기 제1 유량보다도 유량이 많은 제2 유량의 상기 냉매를 상기 미리 정해진 설정 온도를 유지하는 칠러로부터 상기 냉매 유로에 유통시킴과 함께, 상기 히터를 가동시키거나, 또는 상기 히터의 가동을 정지시켜 상기 기판 적재대를 상기 제1 온도로 하는 처리를 실행하는, 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 칠러에는, 상기 냉매를 상기 냉매 유로에 공급하는 이송 유로와, 상기 냉매 유로로부터 상기 냉매를 상기 칠러로 되돌리는 복귀 유로가 유체 연통하고, 상기 이송 유로와 상기 복귀 유로의 사이를, 상기 냉매 유로를 통하지 않고 유체 연통시키는 바이패스 유로가 배치되어 있고,
    상기 제어부는,
    상기 기판 적재대를 상기 제2 온도에서 상기 제1 온도로 온도 조절할 때 상기 바이패스 유로에 상기 냉매의 일부를 유통시켜, 상기 냉매 유로를 유통하는 상기 냉매의 유량을 저감시키는 처리를 실행하는, 기판 처리 장치.
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