KR102478901B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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히데히로 야나이
타다시 타카사키
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

회전형 장치에서 기판에 형성되는 막 특성의 면내 균일성을 향상시킨다.
기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 재치되는 재치부를 복수 포함하는 기판 지지부; 상기 재치부에 대향하여 설치되고, 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부(無孔部)를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 메인 노즐; 및 상기 재치부에 대향하여 설치되고, 상기 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 보조 노즐을 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 기판을 처리하는 장치로서 복수의 기판을 기판 재치대 상에 주방향에 배치하고, 그 기판 재치대를 회전시켜서 복수의 기판에 복수 종류의 가스를 공급하는 회전형 장치가 알려져 있다. 또한 복수의 기판이 적재된 상태에서 기판의 적재 방향으로 연재하는 원료 가스 노즐을 이용하여 복수의 기판에 원료 가스를 공급하는 종형(縱型) 장치가 알려져 있다. 예컨대 특허문헌 1, 특허문헌 2참조.
1. 일본 특개 2017-34013호 공보 2. 일본 특개 2017-147262호 공보
회전형 장치에서는 예컨대 300mm의 기판이 주방향에 배치되고 가열 처리가 이루어진다. 그렇기 때문에 예컨대 I자 형상의 노즐을 이용하여 원료 가스를 공급한 경우, 장치의 고온화에 따라 기판에 공급되는 원료 가스가 노즐 내에서 열분해하여 기판의 지름 방향에서 형성되는 막의 막 두께가 달라진다.
본 개시는 상기 과제를 해결하는 것이며, 회전형 장치에서 기판에 형성되는 막 특성의 면내(面內) 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 재치되는 재치부를 복수 포함하는 기판 지지부; 상기 재치부에 대향하여 설치되고, 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부(無孔部)를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 메인 노즐; 및 상기 재치부에 대향하여 설치되고, 상기 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 보조 노즐을 포함하는 기술을 제공한다.
본 개시에 따르면, 회전형 장치에서 기판에 형성되는 막 특성의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 리액터의 횡단면(橫斷面) 개략도.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 리액터의 종단면(縱斷面) 개략도이며, 도 1에 도시하는 리액터의 A-A'선 단면도.
도 3은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 보지 기구를 설명하는 설명도.
도 4a는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 원료 가스 공급부를 설명하는 설명도.
도 4b는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 반응 가스 공급부를 설명하는 설명도.
도 4c는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 제1 불활성 가스 공급부를 설명하는 설명도.
도 4d는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 제2 불활성 가스 공급부를 설명하는 설명도.
도 5는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 리액터의 배기구를 설명하기 위한 일부 종단면 개략도.
도 6은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 노즐과, 이 노즐 내를 흐르는 원료 가스의 열분해량을 설명하는 설명도.
도 7은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 8은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 흐름도.
도 9는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 성막 공정을 설명하는 흐름도.
도 10은 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 노즐을 구비하는 리액터의 횡단면 개략도.
도 11a는 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 노즐을 설명하기 위한 상면 개략도.
도 11b는 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 노즐을 설명하기 위한 종단면 개략도.
도 11c는 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 노즐의 변형예를 설명하기 위한 종단면 개략도.
도 12는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 리액터의 배기구의 변형예를 설명하기 위한 일부 종단면 개략도.
도 13은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 리액터의 배기구의 변형예를 설명하기 위한 일부 종단면 개략도.
<제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 기판 처리 장치의 리액터(200)는 원통 형상의 기밀 용기인 처리 용기(203)를 구비한다. 처리 용기(203)는 예컨대 스텐레스(SUS)나 알루미늄 합금 등으로 구성된다. 처리 용기(203) 내에는 기판(S)을 처리하는 처리실(201)이 구성된다. 처리 용기(203)에는 게이트 밸브(205)가 접속되고, 게이트 밸브(205)를 개재하여 기판(S)이 반입출된다.
처리실(201)은 처리 가스를 공급하는 처리 영역(206)과 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 영역(207)을 포함한다. 여기서는 처리 영역(206)과 퍼지 영역(207)은 원주 형상으로 교호(交互)적으로 배치된다. 예컨대 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)의 순으로 배치된다. 후술하는 바와 같이 제1 처리 영역(206a) 내에는 원료 가스가 공급되고, 제2 처리 영역(206b) 내에는 반응 가스가 공급되고, 또한 제1 퍼지 영역(207a) 및 제2 퍼지 영역(207b)에는 불활성 가스가 공급된다. 이에 의해 각각의 영역 내에 공급되는 가스에 따라 기판(S)에 대하여 소정의 처리가 수행된다.
퍼지 영역(207)은 제1 처리 영역(206a)과 제2 처리 영역(206b)을 공간적으로 구분하는 영역이다. 퍼지 영역(207)의 천장(208)은 처리 영역(206)의 천장(209)보다 낮아지도록 구성된다. 제1 퍼지 영역(207a)에는 천장(208a)이 설치되고, 제2 퍼지 영역(207b)에는 천장(208b)이 설치된다. 각 천장을 낮게 하는 것에 의해 퍼지 영역(207)의 공간의 압력을 높게 한다. 이 공간에 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 인접하는 처리 영역(206)을 구획한다. 또한 퍼지 가스는 기판(S) 상의 여분의 가스를 제거하는 역할도 가진다.
처리 용기(203)의 중앙에는 예컨대 처리 용기(203)의 중심에 회전축을 포함하고, 회전 가능하도록 구성되는 기판 지지부로서의 회전 테이블(217)이 설치된다. 회전 테이블(217)은 기판(S)으로의 금속 오염의 영향이 없도록 예컨대 석영, 카본 또는 SiC 등의 재료로 형성된다.
회전 테이블(217)은 처리 용기(203) 내에 복수 매(예컨대 5장)의 기판(S)을 동일면 상에, 또한 회전 방향을 따라 동일 원주 상에 배열해서 지지하도록 구성된다. 여기서 말하는 「동일면」이란 완전한 동일면에 한정되지 않고, 회전 테이블(217)을 상면에서 봤을 때 복수 매의 기판(S)이 서로 중첩되지 않도록 배열되면 좋다.
회전 테이블(217) 표면에서의 기판(S)의 지지 위치에는 기판(S)이 재치되는 재치부로서의 요부(凹部)(217b)가 설치된다. 처리하는 기판(S)의 매수와 같은 매수의 요부(217b)가 회전 테이블(217)의 중심으로부터 동심원 상의 위치에 서로 등간격(예컨대 72°의 간격)으로 배치된다. 또한 도 1에서는 설명의 편의상 도시를 생략한다.
각각의 요부(217b)는 예컨대 회전 테이블(217)의 상면에서 보면 원 형상이고, 측면에서 보면 요(凹) 형상이다. 요부(217b)의 지름은 기판(S)의 지름보다 살짝 크게 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 요부(217b)의 바닥에는 기판 재치면이 설치되고, 요부 내에 기판(S)을 재치하는 것에 의해 기판(S)을 기판 재치면에 재치할 수 있다. 각 요부(217b)에는 후술하는 핀(219)이 관통하는 관통공(217a)이 복수 설치된다.
처리 용기(203) 중 회전 테이블(217) 하방(下方)이며 게이트 밸브(205)와 대향하는 개소(箇所)에는 도 3에 기재된 기판 보지 기구(218)가 설치된다. 기판 보지 기구(218)는 기판(S)의 반입·반출 시에 기판(S)을 승강시켜서 기판(S)의 이면을 지지하는 핀(219)을 복수 포함한다. 핀(219)은 연장 가능한 구성이며, 예컨대 기판 보지 기구(218) 본체에 수납 가능하다. 기판(S)을 이재할 때는 핀(219)이 연장되고 관통공(217a)을 관통하는 것과 함께 기판(S)을 보지(保持)한다. 그 후 핀(219)의 선단이 하방에 이동하는 것에 의해 기판(S)은 요부(217b)에 재치된다. 기판 보지 기구(218)는 예컨대 처리 용기(203)에 고정한다. 기판 보지 기구(218)는 기판 재치 시에 핀(219)을 공(217a)에 삽입 가능한 구성이라면 좋고, 후술하는 내주 철부(282)나 외주 철부(283)에 고정해도 좋다.
회전 테이블(217)은 코어부(221)에 고정된다. 코어부(221)는 회전 테이블(217)의 중심에 설치되고, 회전 테이블(217)을 고정하는 역할을 가진다. 회전 테이블(217)을 지지하는 구조이므로 중량을 견딜 수 있도록 금속이 이용된다. 코어부(221)의 하방에는 샤프트(222)가 배치된다. 샤프트(222)는 코어부(221)를 지지한다.
샤프트(222)의 하방은 처리 용기(203)의 저부(底部)에 설치된 공(孔)(223)을 관통하고, 처리 용기(203) 외에서 기밀 가능한 용기(204)로 피복된다. 또한 샤프트(222)의 하단은 회전부(224)에 접속된다. 회전부(224)는 회전축이나 모터 등을 탑재하고, 후술하는 컨트롤러(300)의 지시에 따라 회전 테이블(217)을 회전 가능하도록 구성된다. 즉 컨트롤러(300)가 기판(S) 외의 어느 점인 코어부(221)를 중심으로 하여 회전부(224)가 회전 테이블(217)을 회전시키는 것에 의해 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)의 순으로 기판(S)을 순차 통과시킨다.
코어부(221)를 피복하도록 석영 커버(225)가 설치된다. 즉 석영 커버(225)는 코어부(221)와 처리실(201) 사이에 설치된다. 석영 커버(225)는 공간을 개재하여 코어부(221)를 피복하도록 구성된다. 석영 커버(225)는 기판(S)에 대한 금속 오염의 영향이 없도록 예컨대 석영이나 SiC 등의 재료로 형성된다. 코어부(221), 샤프트(222), 회전부(224), 석영 커버(225)를 총칭하여 지지부라고 부른다.
회전 테이블(217)의 하방에는 가열부로서의 히터(280)를 내포하는 히터 유닛(281)이 배치된다. 히터(280)는 회전 테이블(217)에 재치한 각 기판(S)을 가열한다. 히터(280)는 처리 용기(203)의 형상을 따라 원주 형상으로 구성된다.
히터 유닛(281)은 처리 용기(203)의 저부 상이자 처리 용기(203)의 중심측에 설치된 내주 철부(凸部)(282)와, 히터(280)보다 외주측에 배치되는 외주 철부(283)와, 히터(280)로 주로 구성된다. 내주 철부(282), 히터(280), 외주 철부(283)는 동심원 형상으로 배치된다. 내주 철부(282)와 외주 철부(283) 사이에는 공간(284)이 형성된다. 히터(280)는 공간(284)에 배치된다. 내주 철부(282), 외주 철부(283)는 처리 용기(203)에 고정되는 것이므로 처리 용기(203)의 일부로 생각해도 좋다.
여기서는 원주 형상의 히터(280)라고 설명했지만, 기판(S)을 가열할 수 있으면 그에 한정되지 않고, 복수 분할한 구조로 해도 좋다. 또한 회전 테이블(217) 내에 히터(280)를 내포한 구조로 해도 좋다.
내주 철부(282)의 상부이며 히터(280)측에는 플랜지(282a)가 형성된다. 창(285)은 플랜지(282a)와 외주 철부(283)의 상면에서 지지된다. 창(285)은 히터(280)로부터 발생하는 열을 투과하는 재질이며, 예컨대 석영으로 구성된다. 창(285)은 후술하는 배기 구조(286)의 상부(286a)와 내주 철부(282)에 의해 개재되는 것에 의해 고정된다.
히터(280)에는 히터 제어부(287)가 접속된다. 히터(280)는 후술하는 컨트롤러(300)에 전기적으로 접속되고, 컨트롤러(300)의 지시에 따라 히터(280)로의 전력 공급을 제어하여 온도 제어를 수행한다.
처리 용기(203)의 저부에는 공간(284)과 연통하는 불활성 가스 공급관(275)이 설치된다. 불활성 가스 공급관(275)은 후술하는 제2 불활성 가스 공급부(270)에 접속된다. 제2 불활성 가스 공급부(270)로부터 공급된 불활성 가스는 불활성 가스 공급관(275)을 개재하여 공간(284)에 공급된다. 공간(284)을 불활성 가스 분위기로 하는 것에 의해 처리 가스가 창(285) 부근의 극간(隙間) 등으로부터 침입되는 것을 방지한다.
외주 철부(283)의 외주면과 처리 용기(203)의 내주면 사이에는 금속제의 배기 구조(286)가 배치된다. 배기 구조(286)는 배기 홈[溝](288)과 배기 버퍼 공간(289)을 포함한다. 배기 홈(288), 배기 버퍼 공간(289)은 처리 용기(203)의 형상을 따라 원주 형상으로 구성된다.
배기 구조(286) 중 외주 철부(283)와 접촉하지 않는 개소를 상부(286a)라고 부른다. 전술한 바와 같이 상부(286a)는 내주 철부(282)와 함께 창(285)을 고정한다.
본 실시 형태와 같은 회전형 기판 처리 장치에서는 기판(S)의 높이와 배기구를 같은 높이로 하거나, 또는 높이를 근접시키는 것이 바람직하다. 만약 배기구의 높이가 낮은 경우, 회전 테이블(217)의 단부에서 가스의 난류가 발생할 우려가 있다. 이에 대하여 같은 높이로 하거나, 혹은 높이를 근접시키는 것에 의해 배기구측의 기판 에지에서도 난류가 발생하지 않도록 한다.
본 실시 형태에서는 배기 구조(286)의 상단을 회전 테이블(217)과 같은 높이로 한다. 이 경우, 도 2와 같이 상부(286a)가 창(285)보다 돌출되는 부분이 발생하기 때문에 파티클 확산 방지의 관점에서 그 부분에는 석영 커버(290)를 설치한다. 만약 석영 커버(290)가 없는 경우, 상부(286a)에 가스가 접촉해서 상부(286a)가 부식되어 처리실(201) 내에 파티클을 발생시킬 우려가 있다. 석영 커버(290)와 상부(286a) 사이에는 공간(299)을 설치한다.
배기 구조(286)의 바닥에는, 제1 배기부로서의 배기구(291), 배기구(292)가 설치된다. 배기구(291)는 제1 처리 영역(206a)에 공급되는 원료 가스와 그 상류로부터 공급되는 퍼지 가스를 주로 배기한다. 배기구(292)는 처리 공간(206b)에 공급되는 반응 가스와 그 상류로부터 공급되는 퍼지 가스를 주로 배기한다. 각 가스는 배기 홈(288), 배기 버퍼 공간(289)을 개재하여 배기구(291), 배기구(292)로부터 배기된다.
계속해서 도 1 및 도 4a를 이용하여 원료 가스 공급부(240)를 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(203)의 측방에는 처리 용기(203)의 중심 방향을 향하여 연재하는 노즐(245)이 삽입된다. 노즐(245)은 제1 처리 영역(206a)에 배치된다. 노즐(245)은 복수 개의 노즐로 구성되고, 이 복수 개의 노즐에는 각각 가스 공급관(241)의 하류단이 접속된다. 노즐(245)에 대해서는 상세를 후술한다.
가스 공급관(241)에는 상류 방향부터 순서대로 원료 가스 공급원(242), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243) 및 개폐 밸브인 밸브(244)가 설치된다.
원료 가스는 MFC(243), 밸브(244), 가스 공급관(241)을 개재하여 노즐(245)로부터 제1 처리 영역(206a) 내에 공급된다.
여기서 말하는 「원료 가스」란 처리 가스 중 하나이며, 박막 형성 시에 원료가 되는 가스다. 원료 가스는 박막을 구성하는 원소로서 예컨대 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
구체적으로는 본 실시 형태에서는 원료 가스는 예컨대 디클로로실란(Si2H2Cl2) 가스다. 원료 가스의 원료가 상온에서 기체인 경우, MFC(243)는 기체용 매스 플로우 컨트롤러다.
주로 가스 공급관(241), MFC(243), 밸브(244), 노즐(245)에 의해 원료 가스 공급부(제1 가스 공급계, 또는 제1 가스 공급부라고 불러도 좋다.)(240)가 구성된다. 또한 원료 가스 공급원(242)을 원료 가스 공급부(240)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
계속해서 도 1 및 도 4b를 이용하여 반응 가스 공급부(250)를 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(203)의 측방에는 처리 용기(203)의 중심 방향을 향하여 연재하는 노즐(255)이 삽입된다. 노즐(255)은 제2 처리 영역(206b)에 배치된다.
노즐(255)에는 가스 공급관(251)이 접속된다. 가스 공급관(251)에는 상류 방향부터 순서대로 반응 가스 공급원(252), MFC(253) 및 밸브(254)가 설치된다.
반응 가스는 MFC(253), 밸브(254), 가스 공급관(251)을 개재하여 노즐(255)로부터 제2 처리 영역(206b) 내에 공급된다.
여기서 말하는 「반응 가스」란 처리 가스 중 하나이며, 기판(S) 상에 원료 가스에 의해 형성된 제1층과 반응하는 가스다. 반응 가스는 예컨대 암모니아(NH3) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스 및 산소(O2) 가스 중 적어도 어느 하나다. 여기서는 반응 가스는 예컨대 NH3 가스다.
주로 가스 공급관(251), MFC(253), 밸브(254), 노즐(255)에 의해 반응 가스 공급부(제2 가스 공급부)(250)가 구성된다. 또한 반응 가스 공급원(252)을 반응 가스 공급부(250)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
계속해서 도 1 및 도 4c를 이용하여 제1 불활성 가스 공급부(260)를 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(203)의 측방에는 처리 용기(203)의 중심 방향을 향하여 연재하는 노즐(265), 노즐(266)이 삽입된다. 노즐(265)은 제1 퍼지 영역(207a)에 삽입되는 노즐이다. 노즐(265)은 예컨대 제1 퍼지 영역(207a)의 천장(208a)에 고정된다. 노즐(266)은 제2 퍼지 영역(207b)에 삽입되는 노즐이다. 노즐(266)은 예컨대 제2 퍼지 영역(207b)의 천장(208b)에 고정된다.
노즐(265), 노즐(266)에는 불활성 가스 공급관(261)의 하류단이 접속된다. 불활성 가스 공급관(261)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(262), MFC(263) 및 밸브(264)가 설치된다. 불활성 가스는 MFC(263), 밸브(264), 불활성 가스 공급관(261)을 개재하여 노즐(265) 및 노즐(266)로부터 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 각각 공급된다. 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 공급되는 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
주로 불활성 가스 공급관(261), MFC(263), 밸브(264), 노즐(265), 노즐(266)에 의해 제1 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(262)을 제1 불활성 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
계속해서 도 2 및 도 4d를 이용하여 제2 불활성 가스 공급부(270)를 설명한다. 불활성 가스 공급관(275)에는 불활성 가스 공급관(271)의 하류단이 접속된다. 불활성 가스 공급관(271)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(272), MFC(273) 및 밸브(274)가 설치된다. 불활성 가스는 MFC(273), 밸브(274), 불활성 가스 공급관(271)을 개재하여 불활성 가스 공급관(275)으로부터 공간(284), 용기(204)에 공급된다.
용기(204)에 공급된 불활성 가스는 회전 테이블(217)과 창(285) 사이의 공간을 개재하여 배기 홈(288)으로부터 배기된다. 이러한 구조로 하는 것에 의해 원료 가스나 반응 가스가 회전 테이블(217)과 창(285) 사이의 공간에 회입(回入)되는 것을 방지한다.
주로 불활성 가스 공급관(271), MFC(273), 밸브(274), 불활성 가스 공급관(275)에 의해 제2 불활성 가스 공급부(270)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(272)을 제2 불활성 가스 공급부(270)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
여기서 「불활성 가스」는 예컨대 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스 중 적어도 어느 하나다. 여기서는 불활성 가스는 예컨대 N2 가스다.
도 1, 도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이 처리 용기(203)에는 배기구(291)와, 배기구(292)가 설치된다. 또한 회전 테이블(217)에는 제2 배기부로서의 배기구(296)가 설치된다.
배기구(291)는 제1 처리 영역(206a)의 회전 방향(R)의 하류측의 회전 테이블(217)보다 외측에 설치된다. 이에 의해 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스를 제1 처리 영역(206a)으로부터 배출하고, 열분해된 원료 가스에 의한 기판으로의 영향을 억제할 수 있다. 주로 원료 가스와 불활성 가스를 배기한다. 배기구(291)와 연통하도록 배기부(234)의 일부인 배기관(234a)이 설치된다. 배기관(234a)에는 개폐 밸브로서의 밸브(234d), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(234c)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(234b)가 접속되고, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다.
배기관(234a), 밸브(234d), APC 밸브(234c)를 총칭하여 배기부(234)라고 부른다. 또한 진공 펌프(234b)를 배기부(234)에 포함시켜도 좋다.
배기구(296)를 회전 테이블(217)의 기판(S)을 재치하는 요부(217b)보다 처리실(201)의 중심측에 설치한다. 배기구(296)를 설치하는 것에 의해, 회전 테이블(217)의 중심측에 공급된 가스는 배기구(296)로부터 회전 테이블(217)의 하측의 공간으로 배기된다. 회전 테이블(217)의 하측의 공간에 배기된 가스는 처리실(201)의 외측에 설치된 배기구(291)를 개재하여 배기된다. 또한 제1 처리 영역(206a)의 회전 테이블(217)의 중심측의 천장(209)에는 제1 처리 영역(206a)과 다른 처리 영역을 구분하는 칸막이부(294)가 설치된다. 배기구(296)는 회전 테이블(217)의 요부(217b)보다 중심측에 칸막이부(294)보다 회전 테이블(217)의 외측에 설치된다. 이에 의해 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스를 제1 처리 영역(206a)으로부터 배출하여 열분해된 원료 가스에 의한 기판으로의 영향을 억제할 수 있다. 배기구(296)는 회전 테이블(217)과 창(285) 사이의 공간에 연통하고, 주로 원료 가스와 불활성 가스를 배기한다.
또한 도 1, 도 2에 도시되는 바와 같이 배기구(292)와 연통하도록 배기부(235)가 설치된다. 배기구(292)는 제2 처리 영역(206b)의 회전 방향(R)의 하류측의 회전 테이블(217)보다 외측에 설치된다. 주로 반응 가스와 불활성 가스를 배기한다.
배기구(292)와 연통하도록 배기부(235)의 일부인 배기관(235a)이 설치된다. 배기관(235a)에는 밸브(235d), APC 밸브(235c)를 개재하여 진공 펌프(235b)가 접속되고, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다.
배기관(235a), 밸브(235d), APC 밸브(235c)를 총칭하여 배기부(235)라고 부른다. 또한 진공 펌프(235b)를 배기부(235)에 포함시켜도 좋다.
다음으로 노즐(245)의 상세를 도 1과 도 6을 이용하여 설명한다. 노즐(245)은 원료 가스의 일례인 실리콘(Si)계의 Si2H2Cl2 가스를 제1 처리 영역(206a)에 공급하는 원료 가스 공급부의 일부로서 이용된다.
노즐(245)은 메인 노즐로서의 노즐(245a)과, 보조 노즐로서의 노즐(245b, 245c, 245d)로 구성된다. 노즐(245a 내지 245d)은 각각 I자 형상이며, 제1 처리 영역(206a)에 서로 평행하게 배치된다. 노즐(245a 내지 245d)은 예컨대 석영이나 세라믹스 등의 클리닝 내성이 있는 재질로 구성된다.
노즐(245a 내지 245d)은 각각 처리 용기(203)의 벽(203a)측으로부터 회전 테이블(217)의 중심측을 향하여 지름 방향으로 연재된다.
노즐(245a)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의, 가스 흐름의 하류측의 선단에 환공(丸孔) 형상의 공(255a)이 형성된다. 또한 노즐(245a)은 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(265a)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(245a)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(265a)를 포함한다.
노즐(245b)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의, 가스 흐름의 하류측의 선단에 환공 형상의 공(255b)이 형성된다. 노즐(245b)은 노즐(245a)에 비해 길이가 짧고, 노즐 지름과 공 지름이 작다. 또한 노즐(245b)은 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(265b)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(245b)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(265b)를 포함한다.
노즐(245c)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의, 가스 흐름의 하류측의 선단에 환공 형상의 공(255c)이 형성된다. 노즐(245c)은 노즐(245b)에 비해 길이가 짧고, 노즐 지름과 공 지름이 작다. 또한 노즐(245c)은 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(265c)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(245c)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(265c)를 포함한다.
노즐(245d)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의, 가스 흐름의 하류측의 선단에 환공 형상의 공(255d)이 형성된다. 노즐(245d)은 노즐(245c)에 비해 길이가 짧고, 노즐 지름과 공 지름이 작다. 또한 노즐(245d)은 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(265d)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(245d)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(265d)를 포함한다.
이와 같이 노즐(245a 내지 245d)의, 각각의 히터(280)와 대향하는 측에 무공부(265a 내지 265d)를 포함하는 것에 의해 노즐(245a 내지 245d)에 각각 공급된 원료 가스가 공(255a 내지 255d)으로부터 기판(S) 상에 공급될 때까지의 무공부(265a 내지 265d)를 통과하는 중에 열분해되고, 공(255a 내지 255d)으로부터 각각 열분해된 원료 가스가 공급된다. 즉 기판(S)의 근처에서 열분해하고, 열분해된 원료 가스를 기판(S) 상에 공급할 수 있다.
전술한 바와 같이 노즐(245a 내지 245d)은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 길이가 달라지도록 구성된다. 구체적으로는 예컨대 노즐(245a 내지 245d)은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 길이가 짧아지도록 구성된다.
또한 노즐(245a 내지 245d)은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 노즐 지름이 달라지도록 배치된다. 구체적으로는 예컨대 노즐(245a 내지 245d)은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 노즐 지름이 작아지도록 구성된다.
또한 노즐(245a 내지 245d)은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 공 지름이 달라지도록 배치된다. 구체적으로는 예컨대 노즐(245a 내지 245d)의 공(255a 내지 255d)의 공 지름은 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 공 지름이 작아지도록 구성된다.
여기서 노즐(245a 내지 245d)의 각각의 길이와, 노즐(245a 내지 245d)의 노즐 지름은 비례 관계에 있다. 즉 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측의 노즐이 하류측의 노즐에 비해 노즐의 길이가 길고, 노즐 지름이 크다. 바꿔 말하면, 기판(S)의 회전 방향(R)의 하류측의 노즐이 상류측의 노즐에 비해 노즐의 길이가 짧고, 노즐 지름이 작다.
또한 노즐(245a 내지 245d)의 각각의 노즐 지름과, 노즐(245a 내지 245d)의 공(255a 내지 255d)의 공 지름은 비례 관계에 있다. 즉 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측의 노즐이 하류측의 노즐에 비해 노즐 지름이 크고, 공 지름이 크다. 바꿔 말하면, 기판(S)의 회전 방향(R)의 하류측의 노즐이 상류측의 노즐에 비해 노즐 지름이 작고, 공 지름이 작다.
즉 노즐(245a 내지 245d) 중에서 가장 길고, 회전 테이블(217)의 중심 부근까지 연재하는 노즐(245a)의 노즐 지름을 노즐(245a 내지 245d) 중에서 가장 짧고, 회전 테이블(217)의 외주측에 연재하는 노즐(245d)의 노즐 지름에 비해 크게 한다. 상대적으로 노즐(245a)의 공(255a)의 공 지름을 노즐(245d)의 공(255d)의 공 지름에 비해 크게 한다.
바꿔 말하면, 회전 테이블(217)의 회전 방향의 최상류측의 노즐(245a)보다 최하류측의 노즐(245d)의 길이가 짧아지도록 구성된다. 또한 회전 테이블(217)의 회전 방향의 최상류측의 노즐(245a)의 노즐 지름보다 최하류측의 노즐(245d)의 노즐 지름이 작아지도록 구성된다. 또한 회전 테이블(217)의 회전 방향의 최상류측의 노즐(245a)의 공(255a)의 공 지름보다 최하류측의 노즐(245d)의 공(255d)의 공 지름이 작아지도록 구성한다.
공(255a 내지 255d)은 각각 회전 테이블(217)의 기판(S) 상의 지름 방향에서 다른 위치에 원료 가스를 공급하도록 구성된다. 그리고 공(255a 내지 255d)으로부터 공급된 열분해된 원료 가스는 배기구(291)나 배기구(296)를 개재하여 배출된다.
노즐(245a 내지 245d) 내에서는 각각 장치의 고온화에 따라 기판(S)의 반지름 방향에서 원료 가스의 열분해가 가속되고, 노즐(245a 내지 245d)의 각각의 가스 흐름의 상류측으로부터 하류측을 향하여 원료 가스의 열분해가 진행된다. 즉 도 6에 도시하는 바와 같이 노즐(245a 내지 245d)을 흐르는 원료 가스의 열분해량은 상류측으로부터 하류측에 진행함에 따라 서서히 많아진다.
여기서 전술한 바와 같이 노즐(245a 내지 245d)은 각각 무공부(265a 내지 265d)를 포함하고, 노즐(245a 내지 245d)은 각각 길이도 노즐 지름도 공 지름도 다르다.
각 노즐(245a 내지 245d)에 공급되는 원료 가스는 각 무공부(265a 내지 265d)를 통과하는 중에 열분해된다. 즉 길이, 노즐 지름, 공 지름이 다른 복수 개의 노즐(245a 내지 245d)에 각각 공이 형성되지 않은 무공부(265a 내지 265d)를 설치하는 것에 의해 기판(S)에 공급되는 원료 가스를 열분해한 상태로 할 수 있다. 즉 공(255a)으로부터 공급되는 원료 가스의 열분해량과, 노즐(245b)의 공(255b)으로부터 공급되는 원료 가스의 열분해량과, 노즐(245c)의 공(255c)으로부터 공급되는 원료 가스의 열분해량과, 노즐(245d)의 공(255d)으로부터 공급되는 원료 가스의 열분해량이 동등해지도록 노즐(245a 내지 245d)의 각각의 노즐의 길이(무공부의 길이), 노즐 지름, 공 지름을 조정한다. 이와 같이 노즐의 길이, 노즐 지름 및 공 지름이 다르고 무공부를 포함하는 복수 개의 노즐을 이용하는 것에 의해 기판(S)에 공급되는 원료 가스의 열분해량을 균일하게 할 수 있다. 그리고 동등하게 열분해된 원료 가스가 기판(S)에 공급되어 기판(S)의 반지름 방향에서 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
리액터(200)는 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(300)를 포함한다. 컨트롤러(300)는 도 7에 기재한 바와 같이 연산부(CPU)(301), 일시 기억부로서의 RAM(302), 기억부(303), 송수신부(304)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(300)는 송수신부(304)를 개재하여 기판 처리 장치의 각 구성에 접속되고, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(303)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 또한 컨트롤러(300)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리(USB Flash Drive)나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](312)를 준비하고, 외부 기억 장치(312)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(300)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(312)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋고, 상위 장치(320)로부터 송수신부(311)를 개재하여 정보를 수신하고, 외부 기억 장치(312)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 키보드나 터치패널 등의 입출력 장치(313)를 이용하여 컨트롤러(300)에 지시를 해도 좋다.
또한 기억부(303)나 외부 기억 장치(312)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(303) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(312) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다.
CPU(301)은 기억부(303)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(313)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억부(303)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(301)은 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 각 부품을 제어하도록 구성된다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 도 8 및 도 9를 이용하여 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 설명한다. 도 8은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도다. 도 9는 본 실시 형태에 따른 성막 공정을 도시하는 흐름도다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치의 리액터(200)의 구성 각 부의 동작은 컨트롤러(300)에 의해 제어된다.
여기서는 원료 가스로서 Si2H2Cl2 가스를 이용하고, 반응 가스로서 NH3 가스를 이용하여 기판(S) 상에 박막으로서 실리콘 질화(SiN)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
기판 반입·재치 공정(S110)을 설명한다. 리액터(200)에서는 핀(219)을 상승시켜서 회전 테이블(217)의 관통공(217a)에 핀(219)을 관통시킨다. 그 결과, 핀(219)이 회전 테이블(217) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출된 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 미도시의 기판 이재기를 이용하여 도 3과 같이 핀(219) 상에 기판(S)을 재치한다. 재치 후 핀(219)을 하강시켜, 요부(217b) 상에 기판(S)을 재치한다.
그리고 기판(S)이 재치되지 않은 요부(217b)가 게이트 밸브(205)와 대향하도록 회전 테이블(217)을 회전시킨다. 그 후, 마찬가지로 요부(217b)에 기판(S)을 재치한다. 모든 요부(217b)에 기판(S)이 재치될 때까지 반복한다.
요부(217b)에 기판(S)을 반입하면, 기판 이재기를 리액터(200) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(203) 내를 밀폐한다.
또한 기판(S)을 처리실(201) 내에 반입할 때는 배기부(234, 235)에 의해 처리실(201) 내를 배기하면서 제1 불활성 가스 공급부(260)로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리실(201) 내로의 파티클의 침입이나, 기판(S) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 진공 펌프(234b, 235b)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S110)로부터 후술하는 기판 반출 공정(S170)이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태로 한다.
기판(S)을 회전 테이블(217)에 재치할 때는 미리 히터(280)에 전력을 공급하고, 기판(S)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 기판(S)의 온도는 예컨대 실온 이상 650℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 400℃ 이하다. 히터(280)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S110)으로부터 후술하는 기판 반출 공정(S170)이 종료될 때까지의 동안은 상시 통전시킨 상태로 한다.
이와 병행하여 제2 불활성 가스 공급부(270)로부터 처리 용기(203), 히터 유닛(281)에 불활성 가스가 공급된다. 불활성 가스는 적어도 기판 반입·재치 공정(S110) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S170)이 종료될 때까지의 동안 공급한다.
회전 테이블 회전 시작 공정(S120)을 설명한다. 기판(S)이 각 요부(217b)에 재치되면, 회전부(224)는 회전 테이블(217)을 R 방향으로 회전하도록 제어된다. 회전 테이블(217)을 회전시키는 것에 의해 기판(S)은 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b) 순으로 이동한다.
가스 공급 시작 공정(S130)을 설명한다. 기판(S)을 가열하여 원하는 온도에 달하고, 회전 테이블(217)이 원하는 회전 속도에 도달하면, 밸브(244)를 열고 제1 처리 영역(206a) 내에 Si2H2Cl2 가스의 공급을 시작한다. 이와 병행하여 밸브(254)를 열어 제2 처리 영역(206b) 내에 NH3 가스를 공급한다.
이때 Si2H2Cl2 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(243)을 조정한다. 또한 Si2H2Cl2 가스의 공급 유량은 예컨대 50sccm 이상 500sccm 이하다.
또한 NH3 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(253)을 조정한다. 또한 NH3 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다.
또한 기판 반입·재치 공정(S110) 후, 계속해서 배기부(234, 235)에 의해 처리실(201) 내가 배기되는 것과 함께, 제1 불활성 가스 공급부(260)로부터 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 퍼지 가스로서의 N2 가스가 공급된다. 또한 APC 밸브(234c), APC 밸브(235c)의 밸브 개도(開度)를 적절히 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다.
성막 공정(S140)을 설명한다. 여기서는 성막 공정(S140)의 기본적인 흐름에 대해서 설명하고 상세는 후술한다. 성막 공정(S140)에서는 각 기판(S)은 제1 처리 영역(206a)에서 실리콘 함유층이 형성되고, 또한 회전 후의 제2 처리 영역(206b)에서 실리콘 함유층과 NH3 가스가 반응하여 기판(S) 상에 SiN막을 형성한다. 원하는 막 두께가 되도록 회전 테이블(217)을 소정 횟수 회전시킨다.
가스 공급 정지 공정(S150)을 설명한다. 소정 횟수 회전시킨 후, 밸브(244, 254)를 닫고, 제1 처리 영역(206a)으로의 Si2H2Cl2 가스의 공급, 제2 처리 영역(206b)으로의 NH3 가스의 공급을 정지한다.
회전 테이블 회전 정지 공정(S160)을 설명한다. 가스 공급 정지 공정(S150) 후, 회전 테이블(217)의 회전을 정지한다.
기판 반출 공정(S170)을 설명한다. 게이트 밸브(205)와 대향하는 위치에 기판(S)을 이동하도록 회전 테이블(217)을 회전시킨다. 그 후 기판 반입 시와 마찬가지로 핀(219) 상에 기판(S)을 지지시킨다. 지지 후 게이트 밸브(205)를 열고 미도시의 기판 이재기를 이용하여 기판(S)을 처리 용기(203) 외로 반출한다. 이를 처리한 기판(S)의 매수 분만큼 반복하고, 모든 기판(S)을 반출한다. 반출 후, 제1 불활성 가스 공급부(260), 제2 불활성 가스 공급부(270)에 의한 불활성 가스의 공급을 정지한다.
계속해서 도 9를 이용하여 성막 공정(S140)의 상세를 설명한다. 또한 제1 처리 영역 통과 공정(S210)부터 제2 퍼지 영역 통과 공정(S240)까지는 회전 테이블(217) 상에 재치된 복수의 기판(S) 내, 1매의 기판(S)을 주로 하여 설명한다.
도 9에 도시되는 바와 같이 성막 공정(S140)에서는 회전 테이블(217)의 회전에 의해 복수의 기판(S)을 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)을 순차 통과시킨다.
제1 처리 영역 통과 공정(S210)을 설명한다. 기판(S)이 제1 처리 영역(206a)을 통과할 때 Si2H2Cl2 가스가 기판(S)에 공급된다. 이때 제1 처리 영역(206a) 내에는 반응 가스가 없기 때문에 Si2H2Cl2 가스는 반응 가스와 반응하지 않고 직접 기판(S)의 표면에 접촉(부착)한다. 이에 의해 기판(S)의 표면에는 제1층이 형성된다.
제1 퍼지 영역 통과 공정(S220)을 설명한다. 기판(S)은 제1 처리 영역(206a)을 통과한 후에 제1 퍼지 영역(207a)으로 이동한다. 기판(S)이 제1 퍼지 영역(207a)을 통과할 때 제1 처리 영역(206a)에서 기판(S) 상에서 강고한 결합을 형성하지 못한 Si2H2Cl2의 성분이 불활성 가스에 의해 기판(S) 상으로부터 제거된다.
제2 처리 영역 통과 공정(S230)을 설명한다. 기판(S)은 제1 퍼지 영역(207a)을 통과한 후에 제2 처리 영역(206b)으로 이동한다. 기판(S)이 제2 처리 영역(206b)을 통과할 때 제2 처리 영역(206b)에서는 제1층이 반응 가스로서의 NH3 가스와 반응한다. 이에 의해 기판(S) 상에는 적어도 Si 및 N을 포함하는 제2층이 형성된다.
제2 퍼지 영역 통과 공정(S240)을 설명한다. 기판(S)은 제2 처리 영역(206b)을 통과한 후에 제2 퍼지 영역(207b)으로 이동한다. 기판(S)이 제2 퍼지 영역(207b)을 통과할 때 제2 처리 영역(206b)에서 기판(S) 상의 제2층으로부터 탈리한 HCl이나, 잉여가 된 H2 가스 등이 불활성 가스에 의해 기판(S) 상으로부터 제거된다.
이와 같이 하여 기판(S)에 대하여 서로 반응하는 적어도 2개의 가스를 순서대로 공급한다. 이상의 제1 처리 영역 통과 공정(S210), 제1 퍼지 영역 통과 공정(S220), 제2 처리 영역 통과 공정(S230) 및 제2 퍼지 영역 통과 공정(S240)을 1사이클로 한다.
판정(S250)을 설명한다. 컨트롤러(300)는 상기 1사이클을 소정 횟수 실시했는지의 여부를 판정한다. 구체적으로는 컨트롤러(300)는 회전 테이블(217)의 회전수를 카운트한다.
상기 1사이클을 소정 횟수 실시하지 않았을 때(S250에서 No인 경우), 또한 회전 테이블(217)의 회전을 계속시켜서 제1 처리 영역 통과 공정(S210), 제1 퍼지 영역 통과 공정(S220), 제2 처리 영역 통과 공정(S230), 제2 퍼지 영역 통과 공정(S240)을 포함하는 사이클을 반복한다. 이와 같이 적층하는 것에 의해 박막을 형성한다.
상기 1사이클을 소정 횟수 실시했을 때(S250에서 Yes인 경우), 성막 공정(S140)을 종료한다. 이와 같이 상기 1사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해 적층된 소정 막 두께의 박막이 형성된다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
전술한 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 노즐 내에서의 원료 가스의 열분해에 의한 기판에 형성되는 막의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 즉 기판에 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(b) 복수 개의 노즐의, 각각의 히터와 대향하는 측에 무공부를 포함하는 것에 의해 기판(S)의 근처에서 열분해하고, 열분해된 원료 가스를 기판(S) 상에 공급할 수 있다.
(c) 노즐의 길이, 노즐 지름 및 공 지름이 다르고, 무공부를 포함하는 복수 개의 노즐을 이용하는 것에 의해 기판(S)에 공급되는 원료 가스의 열분해량을 균일하게 할 수 있다.
(d) 배기구를 회전 테이블의 외측에 그리고 회전 테이블의 요부보다 중심측에 설치하고, 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스를 제1 처리 영역(206a)으로부터 배출하는 것에 의해, 제1 처리 영역(206a) 내를 체류하는 열분해된 원료 가스에 의한 기판으로의 영향을 억제할 수 있다.
(4) 기타 실시 형태
노즐(245)을 구성하는 노즐의 개수, 공의 형상, 공의 수, 공의 크기 등은 전술한 제1 실시 형태에 나타내는 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이하에 나타내는 실시 형태와 같이 변경하는 것도 가능하다. 이하에서는 주로 제1 실시 형태와 다른 개소에 대해서 기재한다. 이하의 실시 형태에 의해서도 전술한 제1 실시 형태에 나타내는 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에서는 도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시되는 바와 같이, 전술한 노즐(245) 대신에 노즐(345)을 이용한다.
노즐(345)은 메인 노즐로서의 노즐(345a)과, 보조 노즐로서의 노즐(345b)로 구성된다. 노즐(345a, 345b)은 각각 I자 형상이며, 제1 처리 영역(206a)에 서로 평행하게 설치된다. 노즐(345a)과 노즐(345b)은 요부(217b) 상[기판(S) 상]에 연재되도록 구성된다. 노즐(345a)에는 회전 테이블(217)의 외주측에 가스 공급관(241)이 접속되고, 노즐(345a)은 처리실(201)의 외주측으로부터 원료 가스를 공급한다. 노즐(345b)에는 회전 테이블(217)의 중심측에 가스 공급관(241)이 접속되고, 노즐(345b)은 처리실(201)의 중심측으로부터 원료 가스를 공급한다. 노즐(345b)은 예컨대 제1 처리 영역(206a)의 천장(209)에 고정된다.
노즐(345a)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의 가스 흐름의 하류측의 선단에, 환공 형상의 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 공(355a)이 형성된다. 또한 노즐(345a)은 가스 흐름의 상류측에 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(365a)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(345a)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(365a)를 포함한다.
노즐(345b)에는 회전 테이블(217)의 요부(217b)[회전 테이블(217) 상의 기판(S)]와 대향하는 측의 가스 흐름의 하류측의 선단에, 환공 형상의 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 공(355b)이 형성된다. 또한 노즐(345b)은 가스 흐름의 상류측에 원료 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 무공부(365b)를 포함한다. 바꿔 말하면, 노즐(345b)은 히터(280)와 대향하는 측에 공이 형성되지 않은 무공부(365b)를 포함한다.
이와 같이 노즐(345a, 345b)의, 히터(280)와 대향하는 측에 각각 공이 형성되지 않은 무공부(365a, 365b)를 포함하는 것에 의해 기판(S)의 근처에서 열분해하고, 열분해된 원료 가스를 기판(S) 상에 공급할 수 있다.
노즐(345a)은 처리 용기(203)의 벽(203a)측으로부터 회전 테이블(217)의 중심측을 향하여 지름 방향으로 연재한다. 또한 노즐(345b)은 회전 테이블(217)의 중심측으로부터 처리 용기(203)의 벽(203a)측을 향하여 지름 방향으로 연재된다. 공(355a)과 공(355b)은 각각 기판(S)의 지름 방향의 다른 위치에 배치된다. 이와 같이 원료 가스의 공급 위치를 서로 반대로 하여 다르게 하는 것에 의해 노즐(345a) 내에서의 공(355a)까지의 가열 거리와, 노즐(345b) 내에서의 공(355b)까지의 가열 거리를 같게 하고, 기판(S)에 공급되는 원료 가스의 열분해량이 회전 테이블(217)의 중심측과 외주측에서 같은 정도가 되고 균일화할 수 있다.
또한 도 11c에 도시되는 바와 같이 노즐(345a, 345b)의 가스 흐름의 하류측의 선단에 각각 개구부(開口部)(375a, 375b)를 설치해도 좋다. 이와 같이 노즐의 선단이 개방되도록 구성하는 것에 의해 노즐(345a, 345b) 내의 가스 체류를 억제할 수 있다. 특히 열분해한 원료 가스를 노즐(345a, 345b) 내로부터 제거하고 배출할 수 있다. 이에 의해 처리실(201) 내의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
(변형예)
다음으로 기판 처리 장치가 구비하는 리액터(200)의 처리실(201)의 중심측에 설치되는 배기구(296)의 변형예를 도 12를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태로는 회전 테이블(217)에 설치된 배기구(296) 대신에 기판(S)을 재치하는 요부(217b)보다 처리실(201)의 중심측이자 회전 테이블(217)의 중심측의 천장(209)에 제2 배기부로서의 배기구(293)를 설치한다.
즉 제1 처리 영역(206a)의 회전 테이블(217)보다 외측에 배기구(291)를 설치하고, 제1 처리 영역(206a)의 회전 테이블(217)의 중심측이자, 칸막이부(294)의 외측의 천장(209)에 배기구(293)를 설치한다. 이에 의해 회전 테이블(217)의 중심측의 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스와, 회전 테이블(217)의 외주측의 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스를 각각 배기구(293), 배기구(291)를 개재하여 제1 처리 영역(206a)으로부터 배출할 수 있고, 제1 처리 영역(206a) 내를 체류하는 열분해된 원료 가스에 의한 기판으로의 영향을 억제할 수 있다.
또한 도 13에 도시되는 바와 같이 칸막이부(294)에 제2 배기부로서의 배기구(295)를 설치해도 좋다. 즉 배기구(295)를 제1 처리 영역(206a) 내의 기판(S)을 재치하는 요부(217b)보다 처리실(201)의 중심측이자 회전 테이블(217)의 회전축과 대향하는 면에 설치된 칸막이부(294)에 설치해도 좋다.
즉 제1 처리 영역(206a)의 회전 테이블(217)보다 외측에 배기구(291)를 설치하고, 제1 처리 영역(206a)의 회전 테이블(217)의 중심측의 천장(209)에 설치된 칸막이부(294)에 배기구(295)를 설치한다. 이에 의해 회전 테이블(217)의 중심측의 열분해되어 기판(S)에 공급된 원료 가스와, 회전 테이블(217)의 외주측의 열분해되어 기판(S)에 공급되는 원료 가스를 각각 배기구(295), 배기구(291)를 개재하여 제1 처리 영역(206a)으로부터 배출할 수 있고, 제1 처리 영역(206a) 내를 체류하는 열분해된 원료 가스에 의한 기판으로의 영향을 억제할 수 있다.
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 원료 가스를 공급하는 노즐에 형성되는 공의 형상으로서 환공 형상의 공을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 장공(長孔) 형상이나 슬릿 형상 등이어도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 노즐(245a 내지 245d)의 길이가 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 짧아지도록 구성하는 경우에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 노즐(245a 내지 245d)의 길이가 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 길어지도록 구성해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 노즐(245a 내지 245d)의 노즐 지름이 기판(S)의 회전 방향(R)의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 작아지도록 구성하는 경우에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 노즐(245a 내지 245d)의 노즐 지름이 기판(S)의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 크게 되도록 구성해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 원료 가스로서 Si2H2Cl2 가스를 이용하여 반응 가스로서 NH3 가스를 이용하여 기판(S) 상에 질화막으로서 SiN막을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 원료 가스로서 SiH4, Si2H6, Si3H8, 아미노실란, TSA 가스를 이용해도 좋다. 반응 가스로서 O2 가스를 이용하여 산화막을 형성해도 좋다. TaN, TiN 등의 그 외의 질화막, HfO, ZrO, SiO 등의 산화막, Ru, Ni, W 등의 메탈막을 기판(S) 상에 형성해도 좋다. 또한 TiN막 또는 TiO막을 형성하는 경우, 원료 가스로서는 예컨대 테트라클로로티타늄(TiCl4) 등을 이용할 수 있다.
S: 기판 200: 리액터
201: 처리실 203: 처리 용기
206a: 제1 처리 영역 206b: 제2 처리 영역
207a: 제1 퍼지 영역 207b: 제2 퍼지 영역
217: 회전 테이블(기판 지지부) 217b: 요부(재치부)
245, 255, 265, 266: 노즐 291, 292, 296: 배기구
300: 컨트롤러(제어부)

Claims (19)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 재치되는 재치부를 복수 포함하는 기판 지지부;
    상기 재치부에 대향하여 설치되고, 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부(無孔部)를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 메인 노즐; 및
    상기 재치부에 대향하여 설치되고, 상기 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 보조 노즐
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부의 하방(下方) 또는 상기 기판 지지부 내에 상기 기판을 가열하는 가열부
    를 더 포함하고,
    상기 제1 무공부와 상기 제2 무공부는 상기 가열부와 대향하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 노즐은 복수 설치되고,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 길이가 달라지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 길이가 짧아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 노즐은 복수 설치되고,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 노즐 지름이 달라지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 노즐 지름이 작아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 서서히 노즐 지름이 크게 되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보조 노즐은 복수 설치되고,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 길이가 달라지도록 배치되고, 상기 보조 노즐의 길이와 상기 보조 노즐의 지름은 비례 관계로 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보조 노즐은 복수 설치되고,
    상기 복수의 보조 노즐은 상기 기판의 회전 방향의 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 각각 노즐 지름이 달라지도록 배치되고, 상기 보조 노즐의 지름과 상기 보조 노즐에 설치된 공 지름은 비례 관계로 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 재치되는 재치부를 복수 포함하는 기판 지지부;
    상기 재치부에 대향하여 설치되고, 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부를 포함하는 메인 노즐; 및
    상기 재치부에 대향하여 설치되고, 상기 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하는 보조 노즐
    을 포함하고,
    상기 메인 노즐과 상기 보조 노즐 내 중 어느 일방(一方)은 상기 처리실의 외주측으로부터 상기 처리 가스를 공급하고,
    상기 메인 노즐과 상기 보조 노즐 내 타방(他方)은 상기 처리실의 중심측으로부터 상기 처리 가스를 공급하도록 가스 공급관이 각각 접속되는 기판 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부보다 외측에 설치되며, 상기 처리 가스를 배기하는 제1 배기부
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판보다 상기 처리실의 중심측에 설치되며, 상기 처리 가스를 배기하는 제2 배기부
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배기부는 상기 처리실의 천장측에 설치되는 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배기부는 상기 처리실의 중심측에 상기 기판 지지부의 회전축과 대향하는 면에 설치된 칸막이부에 설치되는 기판 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배기부는 상기 기판 지지부의 상기 재치부보다 중심측에 설치되는 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 메인 노즐은 선단에 제1 공을 포함하고,
    상기 제1 무공부의 길이는 상기 제1 공이 설치되는 위치의 길이보다 길게 구성되고,
    상기 보조 노즐은 선단에 제2 공을 포함하고,
    상기 제2 무공부의 길이는 상기 제2 공이 설치되는 위치의 길이보다 길게 구성되는 기판 처리 장치.
  18. 처리실 내의 재치부에 재치된 기판에 대향하여 설치되고 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 메인 노즐 및 상기 재치부에 대향하여 설치되고 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 보조 노즐로부터 처리 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  19. 기판 처리 장치의 처리실 내의 재치부에 재치된 기판에 대향하여 설치되고 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제1 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 메인 노즐 및 상기 재치부에 대향하여 설치되고 처리 가스를 열분해한 상태로 하기 위한 제2 무공부를 포함하고 선단이 개방되도록 구성되는 보조 노즐로부터 처리 가스를 공급하는 순서
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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