KR102387812B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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츠요시 다케다
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

본 발명은, 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 기술을 제공한다. 복수의 기판을 처리하는 반응관과, 복수의 기판을 다단으로 적재해서 지지하는 기판 지지부와, 적어도 기판 지지부에 지지되어 있는 하단의 기판의 높이 위치로부터 상단의 기판의 높이 위치에 걸치고, 또한, 반응관의 내벽을 따라 마련되는 버퍼실과, 반응관 측면을 관통해서 버퍼실의 하부로부터 상부에 삽입되고, 전원에 의해 고주파 전력이 인가됨으로써, 버퍼실의 내부에서 플라즈마에 의해 처리 가스를 활성화시키는 플라스마 발생용 전극을 갖는 기술이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND PROGRAOM}
본 개시는, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 하나로, 기판 처리 장치의 처리실 내에 수용한 기판에 대하여, 원료 가스나 반응 가스 등을 플라스마에 의해 활성화시켜 공급하여, 기판 상에 절연막이나 반도체막, 도체막 등의 각종 막을 형성하거나, 각종 막을 제거하거나 하는 기판 처리가 행하여지는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제2011-216906호 공보
그러나, 플라스마를 생성하는 버퍼실의 구성에 따라서는 정재파가 발생하여 플라스마 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 플라스마가 불균일해짐으로써 웨이퍼에의 활성종 가스 공급도 불안정해져서, 웨이퍼 성막에 대하여 막 두께 균일성, WER(웨트 에칭 레이트) 등의 문제가 발생해버리는 경우가 있다.
본 개시의 목적은, 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 의하면,
복수의 기판을 처리하는 반응관과,
상기 복수의 기판을 다단으로 적재해서 지지하는 기판 지지부와,
적어도 상기 기판 지지부에 지지되어 있는 하단의 기판의 높이 위치로부터 상단의 기판의 높이 위치에 걸치고, 또한, 상기 반응관의 내벽을 따라 마련되는 버퍼실과,
상기 반응관 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 상부에 삽입되고, 전원에 의해 고주파 전력이 인가됨으로써, 상기 버퍼실의 내부에서 플라즈마에 의해 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라스마 발생용 전극
을 갖는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 설명하기 위한 횡단면 확대도이다. (b)는 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 형태에 관한 기판 처리 공정의 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 실시 형태에 관한 기판 처리 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 효과를 설명하기 위한 모식적 구성도이다.
도 8은 본 개시의 비교예의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 모식적 구성도이다.
도 9는 플라스마의 진행파와 반사파에 의한 정재파를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 기판을 수직 방향 다단으로 수용하는 것이 가능한, 소위 종형로이며, 가열 장치(가열 기구)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
(처리실)
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 거치된 상태가 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 내측인 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 복수매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 또한, 처리 용기는 상기 구성에 한하지 않고, 반응관(203)만을 처리 용기라고 칭하는 경우도 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(249a, 249b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 처리로(202)에는 2개의 노즐(249a, 249b)과, 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 마련되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c, 232d)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로 MFC(241c, 241d) 및 밸브(243c, 243d)가 각각 마련되어 있다.
노즐(249a)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 직립하도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열(적재)되는 웨이퍼 배열 영역(적재 영역)의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a)은, 처리실(201) 내에 반입된 각 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직이 되는 방향으로 마련되어 있다. 노즐(249a)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
가스 공급관(232b의 선단부에는, 노즐(249b)이 접속되어 있다. 노즐(249b)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 마련되어 있다. 버퍼실(237)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 평면으로 보아 원환 형상의 공간에, 또한, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 버퍼실(237)은 보트(217)에 지지되어 있는 하단의 웨이퍼(200)와 상단의 웨이퍼(200)의 높이의 위치에 반응관(203)의 내벽을 따라 형성되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 버퍼 구조(격벽)(300)에 의해 형성되어 있다. 버퍼 구조(300)는, 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료인 절연물에 의해 구성되어 있고, 버퍼 구조(300)의 원호형으로 형성된 벽면에는, 가스를 공급하는 가스 공급구(302, 304)가 형성되어 있다. 가스 공급구(302, 304)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 후술하는 막대 형상 전극(269, 270)간, 막대 형상 전극(270, 271)간의 플라스마 생성 영역(224a, 224b)에 대향하는 위치에 각각 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급구(302, 304)는, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 하단의 가스 공급구(302, 304)와 버퍼실(237)의 저면의 사이의 거리는, 상단의 가스 공급구(302, 304)와 버퍼실(237)의 상면의 사이의 거리와 동일 정도이다.
노즐(249b)은, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 직립하도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 버퍼 구조(300)의 내측이며, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직이 되는 방향으로 마련되어 있다. 노즐(249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은, 버퍼 구조(300)의 원호형으로 형성된 벽면에 대하여 직경 방향으로 형성된 벽면을 향하도록 개구되어 있어, 벽면을 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 반응 가스가 버퍼실(237) 내에서 분산되어, 막대 형상 전극(269 내지 271)에 직접 분사되지 않아, 파티클의 발생이 억제된다. 가스 공급 구멍(250b)은, 가스 공급 구멍(250a)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 측벽의 내벽과, 반응관(203) 내에 배열된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는, 평면으로 보아 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통형의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b), 가스 공급구(302, 304)로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성될 막의 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절하게 특정되며, 수직 방향에 한한 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료로서, 예를 들어 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그들 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉, 할로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 할로실란 원료란, 할로겐기를 갖는 실란 원료이다. 할로겐 원소는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다. 즉, 할로실란 원료는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 할로겐기를 포함한다. 할로실란 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 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.
가스 공급관(232b)으로부터는, 상술한 소정 원소와는 상이한 원소를 포함하는 리액턴트(반응체)로서, 예를 들어 반응 가스로서의 질소(N) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화수소계 가스는, N 및 H의 2원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 질화 가스, 즉, N 소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 제1 가스 공급계로서의 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 제2 가스 공급계로서의 반응체 공급계(리액턴트 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 원료 공급계, 반응체 공급계 및 불활성 가스 공급계를 총칭해서 간단히 가스 공급계(가스 공급부)라고도 칭한다.
(플라스마 생성부)
버퍼실(237) 내에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 도전체로 구성되고, 가늘고 긴 구조를 갖는 3개의 막대 형상 전극(269, 270, 271)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 배치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270, 271) 각각은, 노즐(249b)과 평행하게 마련되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270, 271) 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되고 있다. 막대 형상 전극(269, 270, 271) 중 양단에 배치되는 막대 형상 전극(269, 271)은, 정합기(272)를 통해서 27MHz의 고주파 전원(273)에 접속되고, 막대 형상 전극(270)은, 기준 전위인 접지에 접속되어, 접지되어 있다. 즉, 고주파 전원(273)에 접속되는 막대 형상 전극과, 접지되는 막대 형상 전극이 교대로 배치되고, 고주파 전원(273)에 접속된 막대 형상 전극(269, 271)의 사이에 배치된 막대 형상 전극(270)은, 접지된 막대 형상 전극으로서, 막대 형상 전극(269, 271)에 대하여 공통되게 사용되고 있다. 환언하면, 접지된 막대 형상 전극(270)은, 인접하는 고주파 전원(273)에 접속된 막대 형상 전극(269, 271) 사이에 놓이도록 배치되고, 막대 형상 전극(269)과 막대 형상 전극(270), 동일하게, 막대 형상 전극(271)과 막대 형상 전극(270)이 각각 쌍으로 되도록 구성되어 플라스마를 생성한다. 즉, 접지된 막대 형상 전극(270)은, 막대 형상 전극(270)에 인접하는 2개의 고주파 전원(273)에 접속된 막대 형상 전극(269, 271)에 대하여 공통되게 사용되고 있다. 그리고, 고주파 전원(273)으로부터 막대 형상 전극(269, 271)에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대 형상 전극(269, 270)간의 플라스마 생성 영역(224a), 막대 형상 전극(270, 271)간의 플라스마 생성 영역(224b)에 플라스마가 생성된다. 주로, 막대 형상 전극(269, 270, 271), 전극 보호관(275)에 의해 플라스마원으로서의 플라스마 생성부(플라스마 생성 장치)가 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라스마원에 포함해서 생각해도 된다. 플라스마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라스마 여기, 즉, 플라스마 상태로 여기(활성화)시키는 플라스마 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 막대 형상 전극(269, 270, 271) 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도가 외기(대기)의 O2 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 막대 형상 전극(269, 270, 271)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어버린다. 이 때문에, 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 사용해서 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도를 저감시켜, 막대 형상 전극(269, 270, 271)의 산화를 방지할 수 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 밸브(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통해서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다. 배기관(231)은, 반응관(203)에 마련하는 경우에 한하지 않고, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 마련해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안에, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
(기판 지지구)
도 1에 도시한 바와 같이 기판 지지구(기판 지지부)로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 소정의 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 반응관(203)의 내부에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 원하는 온도 분포로 한다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
(제어 장치)
이어서 제어 장치에 대해서 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 장치)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 성막 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 각종 처리(성막 처리)에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241d), 밸브(243a 내지 243d), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 정합기(272), 고주파 전원(273), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s), 제1 탱크(331a), 제2 탱크(331b), 제1 압력계(332a), 제2 압력계(332b), 제1 밸브(333a), 제2 밸브(333b), 제1 에어 오퍼레이트 밸브(334a), 제2 에어 오퍼레이트 밸브(334b), 압력 조절용 레귤레이터(345) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, 회전 기구(267)의 제어, MFC(241a 내지 241d)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243d)의 개폐 동작, 임피던스 감시에 기초하는 고주파 전원(273)의 조정 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 정역 회전, 회전 각도 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 제1 탱크(331a) 및 제2 탱크(331b)의 가열 동작, 제1 압력계(332a)에 기초하는 제1 밸브(333a)의 개폐 동작, 제2 압력계(332b)에 기초하는 제2 밸브(333b)의 개폐 동작, 제1 에어 오퍼레이트 밸브(334a) 및 제2 에어 오퍼레이트 밸브(334b)의 개폐 동작, 압력 조절용 레귤레이터(345)의 압력 조정 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 말한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서, 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
여기에서는, 원료 가스로서 DCS 가스를 공급하는 스텝과, 반응 가스로서 플라스마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로, 즉 동기시키지 않고 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 질화막(SiN막)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 도시하는 성막 처리의 프로세스 플로우를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다.
(DCS→NH3*)×n ⇒ SiN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(반입 스텝: S1)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력·온도 조정 스텝: S2)
처리실(201)의 내부, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다. 단, 성막 스텝을 실온 이하의 온도 조건 하에서 행하는 경우는, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 행하지 않아도 된다. 또한, 이러한 온도 하에서의 처리만을 행하는 경우에는, 히터(207)는 불필요하게 되어, 히터(207)를 기판 처리 장치에 설치하지 않아도 된다. 이 경우, 기판 처리 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(원료 가스 공급 스텝: S3, S4)
스텝 S3에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 DCS 가스를 공급한다.
밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 DCS 가스를 흘린다. DCS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, DCS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b) 내에의 DCS 가스의 침입을 억제하기 위해서, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241a)로 제어하는 DCS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1sccm 이상, 6000sccm 이하, 바람직하게는 3000sccm 이상, 5000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 2666Pa 이하, 바람직하게는 665Pa 이상, 1333Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. DCS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들어 1 사이클당 20초 정도의 시간으로 한다. 또한, DCS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 막 두께에 따라 상이하다.
히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 0℃ 이상 700℃ 이하, 바람직하게는 실온(25℃) 이상 550℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이상 500℃ 이하의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 본 실시 형태와 같이, 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하, 나아가 550℃ 이하, 나아가 500℃ 이하로 함으로써, 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감시킬 수 있어, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 행할 수 있다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 DCS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층은 Si층 외에, Cl이나 H를 포함할 수 있다. Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, DCS가 물리 흡착되거나, DCS의 일부가 분해한 물질이 화학 흡착되거나, DCS가 열분해함으로써 Si가 퇴적하거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉, Si 함유층은, DCS나 DCS의 일부가 분해한 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Si의 퇴적층(Si층)이어도 된다.
(퍼지 가스 공급 스텝: S4)
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내의 DCS 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(244)를 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Si 함유층의 형성에 기여한 후의 DCS 가스나 반응 부생성물 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S4). 또한, 밸브(243c, 243d)는 개방한 채로 두어, 처리실(201) 내의 N2 가스의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스(불활성 가스)로서 작용한다. 또한, 이 스텝 S4를 생략해도 된다.
원료 가스로서는, 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, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS), 비스tert-부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, 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, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(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 적합하게 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(반응 가스 공급 스텝: S5, S6)
성막 처리가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서의 플라스마 여기시킨 NH3 가스를 공급한다(S5).
이 스텝에서는, 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를, 스텝 S3에서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. NH3 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 막대 형상 전극(269, 270, 271)간에 고주파 전력을 공급한다. 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라스마 상태로 여기되어(플라스마화해서 활성화되어), 활성종(NH3*)으로서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하, 바람직하게는 1000sccm 이상, 2000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 막대 형상 전극(269, 270, 271)에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50W 이상, 600W 이하의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 500Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. 플라스마를 사용함으로써 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 낮은 압력대로 해도, NH3 가스를 활성화시키는 것이 가능하게 된다. NH3 가스를 플라스마 여기함으로써 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1초 이상, 180초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 60초 이하의 범위 내의 시간으로 한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 S3과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층이 플라스마 질화된다. 이때, 플라스마 여기된 NH3 가스의 에너지에 의해, Si 함유층이 갖는 Si-Cl 결합, Si-H 결합이 절단된다. Si와의 결합이 분리된 Cl, H는, Si 함유층으로부터 탈리하게 된다. 그리고, Cl 등이 탈리함으로써 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 플라스마 여기시켜 공급할 필요가 있다. NH3 가스를 논 플라스마의 분위기 하에서 공급해도, 상술한 온도대에서는, Si 함유층을 질화시키는데 필요한 에너지가 부족하여, Si 함유층으로부터 Cl이나 H를 충분히 탈리시키거나, Si 함유층을 충분히 질화시켜서 Si-N 결합을 증가시키거나 하는 것은 곤란하기 때문이다.
(퍼지 가스 공급 스텝: S6)
Si 함유층을 SiN층으로 변화시킨 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270, 271)간에의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 S4와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S6). 또한, 이 스텝 S6을 생략해도 된다.
질화제, 즉, 플라스마 여기시키는 N 함유 가스로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 사용해도 된다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 스텝 S4에서 예시한 각종 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시: S7)
상술한 S3, S4, S5, S6을 이 순번을 따라 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 것을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 즉, 1회 이상 행함으로써(S7), 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, SiN층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(대기압 복귀 스텝: S8)
상술한 성막 처리가 완료되면, 가스 공급관(232c, 232d) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다(불활성 가스 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(S8).
(반출 스텝: S9)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다(S9). 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출되게 된다(웨이퍼 디스차지). 또한, 웨이퍼 디스차지 후에는, 처리실(201) 내에 빈 보트(217)를 반입하도록 해도 된다.
이어서, 상술한 스텝 S5에서 버퍼실(237)의 효과에 대해서 도 6 내지 9를 사용해서 설명한다.
도 7, 8에서, 노즐(249b)로부터 NH3 가스가 버퍼실(237) 내에 공급되고, 막대 형상 전극(269, 270, 271)간에 공급된 고주파 전력에 의해 플라스마 상태로 여기되어, 활성종(NH3*) 가스로서 처리실(201) 내에 공급되고, 노즐(249a) 내의 활성종 가스의 침입을 억제하기 위해서, 노즐(249a)로부터 N2 가스가 처리실(201) 내에 공급되어 있는 경우이다. 도 7, 8에서, 화살표의 방향은 가스가 흐르는 방향을 나타내고 있다.
플라스마 생성 장치에 있어서 주파수 13.56MHz의 전원을 자주 사용하지만, 플라스마 밀도 향상을 위해서 주파수 27MHz(27MHz±1.0％, 예를 들어 27.12MHz)의 전원을 채용하는 것이 바람직하다. 그러나, 27MHz의 전원을 채용한 경우, 도 8의 비교예에 나타내는 바와 같이 버퍼실(237)의 저면이 노즐(249b)의 하방까지 있는 반응관 형상에서는 버퍼실(237) 하부의 플라스마 발생 영역(237a)에서는 정재파(SW)가 발생해서 불안정 방전이 되어 플라스마 밀도가 불균일해진다. 이 정재파(SW)가 발생하는 영역을 정재파 발생 영역(237b)이라고 한다. 플라스마가 불균일해짐으로써 웨이퍼에의 활성종 가스 공급도 불안정해져서, 웨이퍼 성막에 대하여 막 두께 균일성, WER 등의 문제가 발생한다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 플라스마원은 진행파(PW) 및 반사파(RW)의 공진 구조로 되어 있고, 공진에 의해 얻어지는 것을 정재파(SW)라고 한다. 방전 불균일은 주파수 의존이 있어, 주파수가 증가할수록 방전 불균일(도 9의 흰색 원)이 정기적으로 발생하는 거리가 짧아진다.
본 실시 형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같은 버퍼실(237)의 하부의 정재파 발생 영역(237b)에서 플라스마를 발생시키지 않도록, 도 7에 도시하는 바와 같이, 버퍼실(237)은 보트(217)에 지지되어 있는 하단의 웨이퍼(200b)와 상단의 웨이퍼(200a)의 높이의 위치에 반응관(203)의 내벽을 따라 형성되고, 버퍼실(237)의 저면을 보트(217)의 하부에 지지되어 있는 상단의 단열판의 위치까지 들어 올려서 구성되어 있다. 또한, 전극 보호관(275)을 반응관(203)의 측면을 관통해서 버퍼실(237)의 하부로부터 삽입하고, 노즐(249b)을 반응관(203)의 측면을 관통해서 버퍼실(237)의 저면으로부터 삽입하는 구성으로 하고 있다. 전극 보호관(275)이 반응관(203)의 측면을 관통할 때, 전극 보호관(275)의 반응관(203)의 내측의 위치는 외측의 위치보다도 높게 되어 있다. 이에 의해, 버퍼실(237)의 하부를 보트(217)에 지지되는 하단의 웨이퍼(200b)의 위치로 하고, 버퍼실(237)의 상부를 보트(217)에 지지되어 있는 상단의 웨이퍼(200a)의 위치로 함으로써, 버퍼실이 최소한으로 되어, 27MHz에서 발생하는 정재파의 영향(방전 불균일 발생)을 저감할 수 있다.
또한, 전극 보호관(275)은, 노즐(249b)과 마찬가지로, 반응관(203)의 측면을 관통해서 버퍼실(237)의 저면으로부터 삽입하도록 해도 된다.
이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 원료를 공급한 후에 반응 가스를 공급하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 이러한 양태에 한정되지 않고, 원료, 반응 가스의 공급 순서는 역이어도 된다. 즉, 반응 가스를 공급한 후에 원료를 공급하도록 해도 된다. 공급 순서를 바꿈으로써, 형성될 막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 실시 형태 등에서는, 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 이러한 양태에 한정되지 않고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막(SiO막), 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 산질화막(SiON막) 등의 Si계 산화막을 형성하는 경우나, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막) 등의 Si계 질화막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용 가능하다. 이들의 경우, 반응 가스로서는, O 함유 가스 외에, C3H6 등의 C 함유 가스나, NH3 등의 N 함유 가스나, BCl3 등의 B 함유 가스를 사용할 수 있다.
또한, 본 개시는, 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 산화막이나 질화막, 즉, 금속계 산화막이나 금속계 질화막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용 가능하다. 즉, 본 개시는, 웨이퍼(200) 상에 TiO막, TiN막, TiOC막, TiOCN막, TiON막, TiBN막, TiBCN막, ZrO막, ZrN막, ZrOC막, ZrOCN막, ZrON막, ZrBN막, ZrBCN막, HfO막, HfN막, HfOC막, HfOCN막, HfON막, HfBN막, HfBCN막, TaO막, TaOC막, TaOCN막, TaON막, TaBN막, TaBCN막, NbO막, NbN막, NbOC막, NbOCN막, NbON막, NbBN막, NbBCN막, AlO막, AlN막, AlOC막, AlOCN막, AlON막, AlBN막, AlBCN막, MoO막, MoN막, MoOC막, MoOCN막, MoON막, MoBN막, MoBCN막, WO막, WN막, WOC막, WOCN막, WON막, MWBN막, WBCN막 등을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용하는 것이 가능하게 된다.
이러한 경우, 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 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 반응 가스를 사용할 수 있다.
즉, 본 개시는, 반금속 원소를 포함하는 반금속계 막이나 금속 원소를 포함하는 금속계 막을 형성하는 경우에, 적합하게 적용할 수 있다. 이러한 성막 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태나 변형예에 나타내는 성막 처리와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 이러한 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
성막 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 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 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적이면서 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 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 경우는, 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
201: 처리실
203: 반응관
217: 보트
237: 버퍼실
269, 270, 271: 막대 형상 전극
273: 고주파 전원

Claims (14)

  1. 복수의 기판을 처리하는 반응관과,
    상기 복수의 기판을 다단으로 적재해서 지지하는 기판 지지부와,
    적어도 상기 기판 지지부에 지지되어 있는 하단의 기판의 높이 위치로부터 상단의 기판의 높이 위치에 걸치고, 또한, 상기 반응관의 내벽을 따라 마련되고, 처리 가스를 플라스마에 의해 활성화하는 버퍼실과,
    상기 반응관 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 상부에 삽입되고, 전원에 의해 고주파 전력이 인가됨으로써, 상기 버퍼실의 내부에서 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라스마 발생용 전극과,
    상기 기판 지지부가 지지하는 복수의 기판의 하방에 마련되는 단열판과,
    상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 구비하고,
    상기 고주파 전원이 상기 전극에 상기 고주파를 인가함으로써, 상기 버퍼실의 하부의 정재파 발생 영역에 있어서 플라스마를 발생시키지 않도록, 상기 버퍼실의 저면을, 상기 단열판의 상단의 위치로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼실에는, 활성화된 상기 처리 가스를, 상기 반응관의 중심에 대하여 공급하는 가스 공급 구멍이 마련되어 있는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극은, 상기 고주파 전원에 접속되는 제1 막대 형상 전극과, 기준 전위에 접속되는 제2 막대 형상 전극을 갖고,
    상기 제1 막대 형상 전극과 상기 제2 막대 형상 전극이 교대로 배치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극은, 상기 고주파 전원에 접속되는 복수의 제1 막대 형상 전극과, 상기 복수의 제1 막대 형상 전극의 사이에, 기준 전위에 접속되는 제2 막대 형상 전극을 구비하는, 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극을 덮음으로써 상기 전극을 보호하는 전극 보호관을 구비하고,
    상기 전극 보호관을 상기 반응관의 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 삽입하는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전극 보호관은, 상기 반응관의 내측의 위치가 외측의 위치보다도 높아지도록 반응관의 측면을 관통하는, 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전극은, 상기 반응관의 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 삽입되는 전극 보호관에 삽입되는, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반응관의 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 저면으로부터 삽입되는 상기 처리 가스를 상기 버퍼실 내에 공급하는 가스 공급부를 구비하는, 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 버퍼실 내에 상기 처리 가스를 공급하는 노즐을 구비하고,
    상기 노즐은, 반응관의 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 저면으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전극을 덮음으로써 상기 전극을 보호하는 전극 보호관을 구비하고,
    상기 전극 보호관을 상기 반응관의 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 저면으로부터 삽입하는, 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스는, 질소 함유 가스인, 기판 처리 장치.
  13. 복수의 기판을 처리하는 반응관과, 상기 복수의 기판을 다단으로 적재해서 지지하는 기판 지지부와, 적어도 상기 기판 지지부에 지지되어 있는 하단의 기판의 높이 위치로부터 상단의 기판의 높이 위치에 걸치고, 또한, 상기 반응관의 내벽을 따라 마련되고, 처리 가스를 플라스마에 의해 활성화하는 버퍼실과, 상기 반응관 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 상부에 삽입되고, 전원에 의해 고주파 전력이 인가됨으로써, 상기 버퍼실의 내부에서 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라스마 발생용 전극과, 상기 기판 지지부가 지지하는 복수의 기판의 하방에 마련되는 단열판과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 구비하고, 상기 고주파 전원이 상기 전극에 상기 고주파를 인가함으로써, 상기 버퍼실의 하부의 정재파 발생 영역에 있어서 플라스마를 발생시키지 않도록, 상기 버퍼실의 저면을, 상기 단열판의 상단의 위치로 하는 기판 처리 장치의 상기 반응관에 상기 기판을 반입하는 공정과,
    상기 버퍼실 내에 상기 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 버퍼실 내에 공급된 상기 처리 가스를 플라스마에 의해 활성화하는 공정과,
    상기 플라스마에 의해 활성화된 상기 처리 가스를 상기 기판에 대하여 공급하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 복수의 기판을 처리하는 반응관과, 상기 복수의 기판을 다단으로 적재해서 지지하는 기판 지지부와, 적어도 상기 기판 지지부에 지지되어 있는 하단의 기판의 높이 위치로부터 상단의 기판의 높이 위치에 걸치고, 또한, 상기 반응관의 내벽을 따라 마련되고, 처리 가스를 플라스마에 의해 활성화하는 버퍼실과, 상기 반응관 측면을 관통해서 상기 버퍼실의 하부로부터 상부에 삽입되고, 전원에 의해 고주파 전력이 인가됨으로써, 상기 버퍼실의 내부에서 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라스마 발생용 전극과, 상기 기판 지지부가 지지하는 복수의 기판의 하방에 마련되는 단열판과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 구비하고, 상기 고주파 전원이 상기 전극에 상기 고주파를 인가함으로써, 상기 버퍼실의 하부의 정재파 발생 영역에 있어서 플라스마를 발생시키지 않도록, 상기 버퍼실의 저면을, 상기 단열판의 상단의 위치로 하는 기판 처리 장치에,
    상기 반응관에 상기 기판을 반입하는 수순과,
    상기 버퍼실 내에 상기 처리 가스를 공급하는 수순과,
    상기 버퍼실 내에 공급된 상기 처리 가스를 플라스마에 의해 활성화하는 수순과,
    상기 플라스마에 의해 활성화된 상기 처리 가스를 상기 기판에 대하여 공급하는 수순
    을 실행시키기 위해서 기록 매체에 저장된 프로그램.
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