KR102559937B1 - 기판 처리 장치, 기판 보지부, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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타카시 야하타
츠요시 타케다
켄지 오노
카즈히코 야마자키
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

반응관 내에서의 이물을 효율적으로 제거하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
기판을 보지하는 기판 보지부; 상기 기판 보지부를 수용하고 상기 기판을 처리하는 반응관; 상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계를 포함하고, 상기 기판 보지부는, 상기 기판을 보지하는 복수의 지주와, 적어도 1개의 상기 지주에 불활성 가스를 공급하는 중공부; 및 상기 반응관의 내벽에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급구를 포함하는 기술이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 기판 보지부, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE RETAINER, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 발명은 기판 처리 장치, 기판 보지부, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정 중 하나로서 기판 처리 장치의 처리 용기 내에 수용된 기판에 처리 가스를 공급하여 그 기판에 대한 처리(예컨대 성막 처리)를 수행하는 경우가 있다. 전술한 기판 처리를 수행하면 처리 용기의 내벽 등에 처리 가스의 일부가 흡착(부착)되는 경우가 있다.
처리 용기 내에서의 이물의 발생을 억제하는 기술로서 예컨대 일본 특개 2013-225653호 공보(특허문헌 1)가 있다.
1. 일본 특개 2013-225653호 공보
처리 용기 내에서의 이물(異物)이, 반응관의 내벽에 부착 내지 잔류하거나, 혹은 반응관 내의 하방(下方)에 퇴적하는 경우가 있었다. 이러한 이물은 효율적으로 제거하는 것이 기대된다.
본 발명의 목적은 반응관 내에서의 이물을 효율적으로 제거하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
기타 과제와 신규 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 개시(開示) 중 대표적인 것의 개요를 쉽게 설명하면 다음과 같다.
즉 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부; 상기 기판 보지부를 수용하고 상기 기판을 처리하는 반응관; 상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 및 상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계를 포함하고, 상기 기판 보지부는, 상기 기판을 보지하는 복수의 지주와, 적어도 1개의 상기 지주에 불활성 가스를 공급하는 중공부(中空部)와, 상기 반응관의 내벽에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급구를 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 반응관 내에서의 이물을 효율적으로 제거하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3의 (a)는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 설명하기 위한 횡단면(橫斷面) 확대도.
도 3의 (b)는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 설명하기 위한 모식도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 7은 도 2에 보트의 구성을 추가해서 도시하는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도시하는 단면도.
도 8은 보트를 포함하는 처리로 부분의 종단면도로 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 단, 이하의 설명에서 동일 구성 요소에는 동일 부호를 첨부하여 반복 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한 도면은 설명을 보다 명확히 하기 위해서 실제의 형태에 비해, 모식적으로 도시되는 경우가 있지만 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것이 아니다.
<본 발명의 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 8을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성(가열 장치)
도 1에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 기판을 수직 방향 다단으로 수용하는 것이 가능한 이른바 종형 로(爐)이며, 가열 장치(가열 기구)로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(207)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
(처리실)
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하방에는 반응관(203)과 동심원 형상으로 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부는 반응관(203)의 하단부에 계합되고, 반응관(203)을 지지하도록 구성된다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태가 된다. 주로 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 내측인 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 복수 매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하도록 구성된다. 또한 처리 용기는 상기의 구성에 한정되지 않고, 반응관(203)만을 처리 용기라고 부르는 경우도 있다.
(가스 공급부)
처리실(201) 내에는 노즐(249a, 249b)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(249a, 249b)에는 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속된다. 이와 같이 반응관(203)에는 2개의 노즐(249a, 249b)과, 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다.
가스 공급관(232a, 232b)에는 가스 흐름의 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 설치된다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속된다. 가스 공급관(232c, 232d)에는 가스 흐름의 상류측부터 순서대로 MFC(241c, 241d) 및 밸브(243c, 243d)가 각각 설치된다.
노즐(249a)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방(上方)을 향해서 상승하도록 설치된다. 즉 노즐(249a)은 처리실(201) 내에 반입된 각 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직이 되는 방향에 설치된다. 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250a)이 설치된다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되고, 웨이퍼(200)에 대하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
가스 공급관(232b)의 선단부(先端部)에는 노즐(249b)이 접속된다. 노즐(249b)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치된다. 버퍼실(237)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면시에서 원환(圓環) 형상의 공간에, 또한 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치된다. 즉 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방(側方)의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 버퍼 구조(300)에 의해 형성된다. 버퍼 구조(300)는 석영 등의 절연물에 의해 구성되고, 버퍼 구조(300)의 원호 형상으로 형성된 벽면에는 가스를 공급하는 가스 공급구(302, 304)가 형성된다. 가스 공급구(302, 304)는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 후술하는 봉 형상 전극(269, 270)간, 봉 형상 전극(270, 271)간의 플라즈마 생성 영역(224a, 224b)에 대향하는 위치에 각각 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되고, 웨이퍼(200)에 대하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급구(302, 304)는 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
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 설치된다. 즉 노즐(249b)은 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직이 되는 방향으로 설치된다. 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250b)이 설치된다. 가스 공급공(250b)은 버퍼 구조(300)의 원호 형상으로 형성된 벽면에 대하여 지름 방향에 형성된 벽면을 향하도록 개구되고, 벽면을 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 이에 의해 반응 가스가 버퍼실(237) 내에서 분산되고, 봉 형상 전극(269 내지 271)에 직접 취부(吹付)하는 일이 없어지고, 파티클의 발생이 억제된다. 가스 공급공(250b)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치된다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 반응관(203)의 측벽의 내벽과, 반응관(203) 내에 배열된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 평면시에서 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급공(250a, 250b), 가스 공급구(302, 304)로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시킨다. 그리고 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐른다. 단, 이 잔류 가스가 흐르는 방향은 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정되지 않는다.
가스 공급관(232a)으로부터는 소정 원소를 포함하는 원료로서 예컨대 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 실란 원료 가스가 MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
원료 가스란 기체 상태의 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등을 말한다. 본 명세서에서 「원료」라는 단어를 사용한 경우는 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그것들의 양방(兩方)을 의미하는 경우가 있다.
실란 원료 가스로서는 예컨대 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉 할로실란 원료 가스를 이용할 수 있다. 할로실란 원료란 할로겐기(基)를 포함하는 실란 원료다. 할로겐 원소는 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함한다. 즉 할로실란 원료는 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 할로겐기를 포함한다. 할로실란 원료는 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다.
할로실란 원료 가스로서는 예컨대 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉 클로로실란 원료 가스를 이용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는 예컨대 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는 전술한 소정 원소와는 다른 원소를 포함하는 리액턴트(반응체)로서 예컨대 반응 가스로서의 질소(N) 함유 가스가 MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성된다. N 함유 가스로서는 예컨대 질화수소계 가스를 이용할 수 있다. 질화수소계 가스는 N 및 H의 2원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 질화 가스, 즉 N소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 개재하여 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 단순히 처리 가스 공급계(가스 공급부)라고도 부른다. 또한 원료 가스와 반응 가스를 총칭해서 단순히 처리 가스라고도 부른다.
(플라즈마 생성부)
버퍼실(237) 내에는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 도전체이며, 가늘고 긴 구조를 가진 3개의 봉 형상 전극(269, 270, 271)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배설된다. 봉 형상 전극(269, 270, 271)의 각각은 노즐(249b)과 평행하게 설치된다. 봉 형상 전극(269, 270, 271)의 각각은 상부로부터 하부에 걸쳐서 전극 보호관(275)에 의해 피복되는 것에 의해 보호된다. 봉 형상 전극(269, 270, 271) 중 양단에 배치되는 봉 형상 전극(269, 271)은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 봉 형상 전극(270)은 기준 전위인 어스에 접속되어 접지(接地)된다. 즉 고주파 전원(273)에 접속되는 봉 형상 전극과, 접지되는 봉 형상 전극이 교호(交互)적으로 배치되고, 고주파 전원(273)에 접속된 봉 형상 전극(269, 271) 사이에 배치된 봉 형상 전극(270)은 접지된 봉 형상 전극으로서 봉 형상 전극(269, 271)에 대하여 공통으로 이용된다. 바꿔 말하면 접지된 봉 형상 전극(270)은 인접하는 고주파 전원(273)에 접속된 봉 형상 전극(269, 271)에 개재되도록 배치되고, 봉 형상 전극(269)과 봉 형상 전극(270), 마찬가지로 봉 형상 전극(271)과 봉 형상 전극(270)이 각각 쌍이 되도록 구성되어 플라즈마를 생성한다. 즉 접지된 봉 형상 전극(270)은 봉 형상 전극(270)에 인접하는 2개의 고주파 전원(273)에 접속된 봉 형상 전극(269, 271)에 대하여 공통으로 이용된다. 그리고 고주파 전원(273)으로부터 봉 형상 전극(269, 271)에 고주파(RF) 전력을 인가하는 것에 의해 봉 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224a), 봉 형상 전극(270, 271) 사이의 플라즈마 생성 영역(224b)에 플라즈마가 생성된다. 주로 봉 형상 전극(269, 270, 271), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마원으로서의 플라즈마 생성부(플라즈마 생성 장치)가 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜서 생각해도 좋다. 플라즈마원은 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마 여기, 즉 플라즈마 상태로 여기(활성화)시키는 플라즈마 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 봉 형상 전극(269, 270, 271)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 이루어진다. 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도가 외기(대기)의 O2 농도와 같은 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 봉 형상 전극(269, 270, 271)은 히터(207)에 의한 열로 산화된다. 그렇기 때문에 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 이용해서 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지하는 것에 의해 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도를 저감시켜 봉 형상 전극(269, 270, 271)의 산화를 방지할 수 있다.
(배기부)
반응관(203)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(244)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된 밸브다. 주로 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다. 또한 매니폴드(209) 의 하방에는 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)을 강하시키는 동안, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체로서의 셔터(219s)가 설치된다. 셔터(219s)는 예컨대 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 셔터(219s)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220c)이 설치된다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
(기판 보지부)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 보지부로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 소정의 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지된다.
도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내부에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도를 원하는 온도 분포로 한다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 7은 도 2에 보트(217)의 구성을 추가해서 도시하는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도시하는 단면도다. 도 8은 보트(217)를 포함하는 처리로 부분의 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이 보트(217)는 상하로 한 쌍인 단판(30, 31)과, 이들 사이에 수직으로 가설(架設)된 복수 개(예컨대 3개)의 지주(보트 기둥)(32a, 32b, 32c)를 구비하고, 3개의 지주(32a, 32b, 32c)에는 다수의 보지 홈(33)이 길이 방향에 등간격으로 새겨진다. 보트(217)는 회전 기구(267)를 더 구비할 수 있다. 즉 보트(217) 및 회전 기구(267)는 기판 보지부로 총칭될 수 있다. 3개의 지주(32a, 32b, 32c)에서 동일 단에 새겨진 보지 홈(33, 33, 33)끼리는 서로 대향해서 개구하도록 이루어진다. 보트(217)는 3개의 지주(32a, 32b, 32c)의 동일 단의 보지 홈(33, 33, 33) 사이에 웨이퍼(200)를 삽입하는 것에 의해, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평하게 또한 서로 중심을 맞춘 상태에 정렬시켜서 보지하도록 이루어진다. 지주(32a, 32b, 32c)는 석영 등의 절연물에 의해 구성된다.
보트(217)의 기판(200)의 보지 홈(33)을 포함하는 3개의 지주(32a, 32b, 32c) 중 적어도 1개의 지주(32a)에는 불활성 가스를 공급하는 중공부(가스 공급관)(35)와, 반응관(203)의 내벽을 향해서 불활성 가스(퍼지 가스)를 공급(분출)하는 가스 공급구(36)가 형성된다. 가스 공급구(36)는 반응관(203)의 내벽에 향하도록 개구되고, 반응관(203)의 내벽에 대하여 불활성 가스(PG1)를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급구(36)는 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 이에 의해 반응관(203)의 내벽에서 이물(부생성물)이 부착 내지 잔류하기 쉬운 영역(203a, 203b)에 대하여 불활성 가스를 공급하는 것이 가능해지고, 반응관(203)의 내벽의 영역(203a, 203b)에 부착 내지 잔류한 이물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
보트 회전 기구인 회전 기구(267)는 보트(217)를 보트 선회 방향(BR)으로 회전하기 위한 회전축(255)과, 보트(217)를 보지하는 회전대(256)를 구비하고, 중공부(35)를 설치한 보트(217)에 불활성 가스를 공급하기 위해서 가스(불활성 가스, 퍼지 가스) 공급관(38a, 38b)을 구비한다. 회전대(256)는 3개의 지주(32a, 32b, 32c)를 보지할 수 있다. 회전축(255)에 설치되는 가스 공급관(38a)은 회전축(255)의 회전 중심(BRC)에 형성된다. 회전대(256)에 설치되는 가스 공급관(38b)은 회전축(255)의 중심에 설치된 가스 공급관(38a)과 보트(217)의 중공부(35)를 접속하도록 형성된다.
반응관(203)을 보지하는 인렛 어댑터(209a), 보트 승강 기구인 보트 엘리베이터(115), 회전 기구(267)에는 불활성 가스를 공급하기 위한 가스(불활성 가스, 퍼지 가스) 공급관(38c)이 설치된다.
불활성 가스는 인렛 어댑터(209a), 보트 승강 기구(115), 회전 기구(267)를 개재하여 회전축(255)의 가스 공급관(38a) 및 회전대(256)의 가스 공급관(38b)으로부터 보트(217)의 중공부(35)에 공급되고, 보트(217)의 가스 공급구(개구)(36)로부터 소정의 유량으로 반응관(203)의 내벽에 대하여 분출되도록 구성된다.
또한 회전 기구(267)에 의해 보트(217)가 보트 선회 방향(BR)에 회전하는 것에 의해 퍼지 가스(PG1)를, 이물(부생성물)이 부착 내지 잔류하기 쉬운 영역(203a, 203b)을 포함하는 반응관(203)의 내벽 전체에 대하여 공급하는 것이 가능해진다.
지주(32a)에 설치된 복수의 가스 공급구(36)의 개구 피치에 관하여 반응관(203)의 내벽에 일정 유량의 불활성 가스를 공급하기 위해서는 반응관(203)의 내벽과 지주(32a, 32b, 32c)의 거리가 짧으면 개구 피치를 넓게 하고, 반응관(203)의 내벽과 지주(32a, 32b, 32c)의 거리가 길면 개구 피치를 좁게 하면 좋다.
또한 회전축(255)에 반응관(203)의 하방에 배설되는 매니폴드(인렛 플랜지/인렛 어댑터)(209, 209a)에 대하여 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급구(37)가 설치된다. 이에 의해 반응관(203)의 하방에 퇴적하는 부생성물을 제거할 수 있다.
가스 공급구(36, 37)의 형상은 원뿐만 아니라 타원이어도 상관없다.
(제어 장치)
다음으로 제어 장치에 대해서 도 4를 이용해서 설명한다. 도 4에 도시하는 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 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 성막 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 각종 처리(성막 처리)에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히, 프로그램이라고도 부른다. 또한 프로세스 레시피를 단순히 레시피라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 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) 등에 접속된다.
CPU(121a)은 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)은 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 정반대 회전, 회전 각도 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치[예컨대 하드 디스크 등의 자기(磁氣) 디스크, CD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
기판 처리 장치(100)를 사용하여 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
여기서는 원료 가스로서 DCS 가스를 공급하는 스텝과, 반응 가스로서 플라즈마 여기된 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시에, 즉 동기시키지 않고 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 N을 포함하는 막으로서 실리콘질화막(SiN막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 예컨대 웨이퍼(200) 상에는 미리 소정의 막이 형성되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어도 좋다.
본 명세서에서는 도 6에 도시하는 성막 처리의 프로세스 플로우를 편의상 다음과 같이 나타내는 경우도 있다.
(DCS→NH3 *)×n⇒SiN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 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 표면상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되고 있는 층 등 상에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드 스텝: S1, S2)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동시켜져 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력·온도 조정 스텝: S3)
처리실(201)의 내부, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 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(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 단, 성막 스텝을 실온 이하의 온도 조건 하에서 수행하는 경우에는 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 수행하지 않아도 좋다. 또한 이러한 온도 하에서의 처리만을 수행하는 경우에는 히터(207)는 불필요가 되고, 히터(207)를 기판 처리 장치에 설치하지 않아도 좋다. 이 경우, 기판 처리 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
계속해서 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 스텝)
성막 스텝으로서, 원료 가스 공급 스텝(S4, S5) 및 반응 가스 공급 스텝(S6, S7)이 수행된다.
(원료 가스 공급 스텝: S4, S5)
스텝(S4)에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 DCS 가스를 공급한다.
밸브(243a)를 열고 가스 공급관(232a) 내에 DCS 가스를 흘린다. DCS 가스는 MFC(241a)에 의해 유량 조정되어 노즐(249a)을 개재하여 가스 공급공(250a)으로 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243c)를 열고 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) 내로의 DCS 가스의 침입을 억제하기 위해서 밸브(243d)를 열고 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241a)로 제어하는 DCS 가스의 공급 유량은 예컨대 1sccm 이상, 6,000sccm 이하, 바람직하게는 3,000sccm 이상, 5,000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 이상, 10,000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은 예컨대 1Pa 이상, 2,666Pa 이하, 바람직하게는 665Pa 이상, 1,333Pa의 범위 내의 압력으로 한다. DCS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예컨대 1초 이상, 10초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 3초 이하의 범위 내의 시간으로 한다. 또한 DCS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 막 두께에 의해 다르다.
히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 0℃ 이상 700℃ 이하, 바람직하게는 실온(25℃) 이상 550℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이상 500℃ 이하의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 본 실시 형태와 같이 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하, 또한 550℃ 이하, 또한 500℃ 이하로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감시킬 수 있고, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 수행할 수 있다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 DCS 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층은 Si층 외에 Cl이나 H를 포함할 수 있다. Si 함유층은 웨이퍼(200)의 최표면(最表面)에 DCS가 물리 흡착하거나, DCS의 일부가 분해한 물질이 화학 흡착하거나, DCS가 열분해하는 것에 의해 Si가 퇴적되는 것 등에 의해 형성된다. 즉 Si 함유층은 DCS나 DCS의 일부가 분해한 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 좋고, Si의 퇴적층(Si층)이어도 좋다.
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫고 처리실(201) 내로의 DCS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(244)를 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층의 형성에 기여한 후의 DCS 가스나 반응 부생성물 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S5). 또한 밸브(243c, 243d)는 연 상태로 하여 처리실(201) 내로의 N2 가스의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 이 스텝(S5)을 생략해도 좋다.
원료 가스로서는 DCS 가스 외에 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}, 비스터셔리부틸아미노실란{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 바람직하게 이용할 수 있다.
불활성 가스로서는 N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
(반응 가스 공급 스텝: S6, S7)
Si 함유층이 형성된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서의 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급한다(S6).
이 스텝에서는 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를 스텝(S4)에서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 순서로 수행한다. NH3 가스는 MFC(241b)에 의해 유량 조정되고 노즐(249b)을 개재하여 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 봉 형상 전극(269, 270, 271) 사이에 고주파 전력을 공급한다. 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라즈마 상태로 여기되고(플라즈마화해서 활성화되고), 활성종(NH3 *)으로서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상, 10,000sccm 이하, 바람직하게는 1,000sccm 이상, 2,000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 봉 형상 전극(269, 270, 271)에 인가하는 고주파 전력은 예컨대 50W 이상, 600W 이하의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은 예컨대 1Pa이상, 500Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. 플라즈마를 이용하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 낮은 압력대로 해도 NH3 가스를 활성화시키는 것이 가능해진다. NH3 가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 이상, 180초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 60초 이하의 범위 내의 시간으로 한다. 그 외의 처리 조건은 전술한 S4와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층이 플라즈마 질화된다. 이때 플라즈마 여기된 NH3 가스의 에너지에 의해 Si 함유층이 포함하는 Si-Cl 결합, Si-H 결합이 절단된다. Si와의 결합이 분리된 Cl, H는 Si 함유층으로부터 탈리(脫離)된다. 그리고 Cl 등이 탈리하는 것으로 미결합수(댕글링 본드)를 포함하게 된 Si 함유층 중의 Si가 NH3 가스에 포함되는 N과 결합하여 Si-N결합이 형성된다. 이 반응이 진행되는 것에 의해 Si 함유층은 Si 및 N을 포함하는 층, 즉 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화된다(개질된다).
또한 Si 함유층을 SiN층으로 개질시키기 위해서는 NH3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급할 필요가 있다. NH3 가스를 논 플라즈마의 분위기 하에서 공급해도 전술한 온도대에서는 Si 함유층을 질화시키는 데 필요한 에너지가 부족해, Si 함유층으로부터 Cl이나 H를 충분히 탈리시키거나, Si 함유층을 충분히 질화시켜서 Si-N 결합을 증가시키는 것이 어렵기 때문이다.
Si 함유층을 SiN층으로 변화시킨 후, 밸브(243b)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한 봉 형상 전극(269, 270, 271) 사이로의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고 스텝(S5)과 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S7). 또한 이 스텝(S7)을 생략해도 좋다.
질화제, 즉 플라즈마 여기시키는 N 함유 가스로서는 NH3 가스 외에 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 이용해도 좋다.
불활성 가스로서는 N2 가스 외에 예컨대 스텝(S4)에서 예시한 각종 희가스를 이용할 수 있다.
(소정 횟수 실시: S8)
전술한 S4, S5, S6, S7을 이 순번을 따라 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 것을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 즉 1회 이상 수행하는(S7) 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클 당 형성되는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하고, SiN층을 적층하는 것에 의해 형성되는 SiN막의 막 두께가 원하는 막 두께가 될 때까지 전술한 사이클을 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(대기압 복귀 스텝: S9)
전술한 성막 처리가 완료되면 가스 공급관(232c, 232d)의 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 가스에 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(S9).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지 스텝: S10, S11)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다(S10). 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재하여 셔터(219s)에 의해 밀봉된다(셔터 클로즈). 처리 완료된 웨이퍼(200)는 반응관(203)의 외부에 반출된 후, 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
(성막 처리의 소정 횟수 실시: S12)
여기서 성막 처리로서 S1 내지 S11을 소정 횟수 실시했는지 판단하고, 소정 횟수에 달하지 않은 경우에는 S1 내지 S11을 반복 실시한다. 또한 성막 처리가 소정 횟수에 달한 경우에는 후술하는 반응관 내벽 퍼지 스텝[퍼지 가스(불활성 가스) 공급 스텝: S15]으로 이행한다. 또한 소정 횟수로서는 예컨대 소정 횟수의 성막 처리를 20회, 즉 20뱃치 실시한 경우에 반응관(203)의 내벽을 퍼지하는 처리를 실시한다. 또한 소정 횟수는 반응관(203)의 내벽에 퇴적하는 부생성물의 두께에 의해 적절히 결정된다.
(보트 로드: S13)
셔터(219s)가 이동시켜져 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 웨이퍼(200)가 장전되지 않은 빈 상태의 보트(217)가 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드: S13)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력·온도 조정: S14)
그 후, 처리실(201)의 내부가 원하는 압력(진공도)이 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 반응관 내벽 퍼지 스텝(퍼지 가스 공급 스텝: S15)이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한 처리실 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 후술하는 반응관 내벽 퍼지 스텝(퍼지 가스 공급 스텝: S15)이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 단, 반응관 내벽 퍼지 스텝을 실온 이하의 온도 조건으로 수행하는 경우에는 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 수행하지 않아도 좋다.
계속해서 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전은 적어도 반응관 내벽 퍼지 스텝(퍼지 가스 공급 스텝: S15)이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(퍼지 가스 공급 스텝: S15)
회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전이 소정의 속도가 되면 보트(217)의 중공부(35)에 대하여 원하는 공급 유량으로 퍼지 가스(불활성 가스)로서 N2 가스의 공급이 시작되고, 보트(217)의 지주(32a)에 형성된 가스 공급구(36)로부터 반응관(203)의 내벽에 대하여 N2 가스가 소정의 유량으로 분출된다. 또한 회전축(255)의 가스 공급구(37)로부터 반응관(203)의 하방에 배설된 매니폴드(인렛 플랜지/인렛 어댑터)(209, 209a)에 대하여 N2 가스가 소정의 유량으로 분출된다.
반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리 시간은 예컨대 보트(217)의 회전 속도가 1분 간 1회전 하는 속도라면 5분 간 정도로 하면 좋다. 또한 반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리 시간은 반응관(203)의 내벽의 부생성물의 막 두께나 퍼지 공급 유량 등에 기초하여 적절히 정하면 좋다.
여기서는 성막 처리를 소정 횟수 실시 후에 반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리를 실시하는 것을 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 성막 처리에서 퍼지 가스를 공급하는 스텝(S5, S7)과 동시에 반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리를 실시해도 좋다. 또한 반응관(203) 내의 클리닝 처리와 동시에 반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리를 실시해도 상관없다.
(대기압 복귀 스텝: S16)
반응관(203)의 내벽의 퍼지 처리가 완료되면, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다.
(보트 언로드: S17)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구되는 것과 함께, 보트(217)가 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다.
이상의 설명에서는 버퍼 구조(300)를 포함하는 기판 처리 장치(100)에 대해서 설명했지만, 버퍼 구조(300)는 필수 구성이 아니며, 버퍼 구조(300)를 가지지 않는 기판 처리 장치에도 본 발명은 적용 가능하다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
(a) 보트(217)의 적어도 1개의 지주(32a)에 중공부(35)와, 반응관(203)의 내벽을 향해서 퍼지 가스를 공급하는 복수의 가스 공급구(36)가 설치된다. 이에 의해 반응관(203)의 내벽에서 이물(부생성물)이 부착 내지 잔류하기 쉬운 영역(203a, 203b)에 대하여 퍼지 가스를 공급하는 것이 가능해지고, 반응관(203)의 내벽의 영역(203a, 203b)에 부착 내지 잔류한 이물을 효과적으로 제거할 수 있다.
(b) 회전축(255)에 반응관(203)의 하방에 배설된 매니폴드(인렛 플랜지/인렛 어댑터)(209, 209a)에 대하여 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급구(37)가 설치된다. 이에 의해 반응관(203)의 하방에 퇴적하는 부생성물을 효과적으로 제거할 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 원료를 공급한 후에 반응 가스를 공급하는 예에 대해서 설명했다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 원료, 반응 가스의 공급 순서는 반대이어도 좋다. 즉 반응 가스를 공급한 후에 원료를 공급해도 좋다. 공급 순서를 바꾸는 것에 의해 형성되는 막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다.
전술한 실시 형태 등에서는 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘산화막(SiO막), 실리콘산탄화막(SiOC막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘산질화막(SiON막) 등의 Si계 산화막을 형성하는 경우나, 웨이퍼(200) 상에 실리콘탄질화막(SiCN막), 실리콘붕질화막(SiBN막), 실리콘탄질화막(SiBCN막) 등의 Si계 질화막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다. 이 경우, 반응 가스로서는 O 함유 가스 외에 C3H6 등의 C 함유 가스나, NH3 등의 N 함유 가스나, BCl3 등의 B 함유 가스를 이용할 수 있다.
또한 본 발명은 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 산화막이나 질화막, 즉 금속계 산화막이나 금속계 질화막을 형성하는 경우에서도 바람직하게 적용가능하다. 즉 본 발명은 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 바람직하게 적용하는 것이 가능해진다.
이 경우, 예컨대 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 이용할 수 있다. 반응 가스로서는 전술한 반응 가스를 이용할 수 있다.
즉 본 발명은 반금속 원소를 포함하는 반금속계 막이나 금속 원소를 포함하는 금속계 막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 이 성막 처리의 처리 순서, 처리 조건은 전술한 실시 형태나 변형예에 나타내는 성막 처리와 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건으로 할 수 있다. 이 경우에도 전술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
성막 처리에 이용되는 레시피는 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 개재하여 기억 장치(121c) 내에 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 각종 처리를 시작할 때, CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 레시피 중으로부터 처리 내용에 따라 적절한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 각종 처리를 신속히 시작 할 수 있다.
전술한 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변경 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
이상, 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치의 반응관 내에서의 이물을 효율적으로 제거하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
100: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
203: 반응관 217: 보트(기판 보지부)
32a, 32b, 32c: 지주 35: 중공부
36, 37: 가스 공급구

Claims (13)

  1. 기판을 처리하는 반응관; 및
    상기 기판을 보지(保持)하는 복수의 지주와, 적어도 1개의 상기 지주에 불활성 가스를 공급하는 중공부(中空部)와, 상기 반응관의 내벽에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급구를 구비하는 기판 보지부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 보지부를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 기구는, 상기 기판 보지부를 회전시키는 회전축과, 상기 기판 보지부를 보지하는 회전대를 포함하고,
    상기 중공부에 상기 불활성 가스를 공급하는 제1 가스 공급관 및 제2 가스 공급관이 상기 회전축과 상기 회전대에 각각 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전축에는 상기 회전축의 중심에 상기 제1 가스 공급관이 설치되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급구는, 상기 지주에 상기 반응관의 내벽을 향하도록 개구(開口)되고 상기 반응관의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 및
    상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 기판을 보지하는 복수의 지주;
    적어도 1개의 상기 지주에, 불활성 가스를 공급하는 중공부; 및
    반응관의 내벽에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급구
    를 구비하는 기판 보지부.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판을 회전시키는 회전 기구를 더 구비하는 기판 보지부.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 기구는, 상기 기판을 회전시키는 회전축과, 상기 복수의 지주를 보지하는 회전대를 포함하고,
    상기 중공부에 상기 불활성 가스를 공급하는 제1 가스 공급관 및 제2 가스 공급관이 상기 회전축과 상기 회전대에 각각 설치되는 기판 보지부.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회전축에는 상기 회전축의 중심에 상기 제1 가스 공급관이 설치되는 기판 보지부.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 가스 공급구는, 상기 지주에 상기 반응관의 내벽을 향하도록 개구되어 상기 반응관의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되는 기판 보지부.
  12. 기판을 보지한 기판 보지부를 반응관에 반입하는 반입 공정;
    상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정;
    상기 기판 보지부를 상기 반응관으로부터 반출하는 반출 공정; 및
    상기 기판 보지부의 지주로부터 상기 반응관의 내벽에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 보지한 기판 보지부를 기판 처리 장치의 반응관에 반입하는 반입 단계;
    상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 단계;
    상기 기판 보지부를 상기 반응관으로부터 반출하는 반출 단계; 및
    상기 기판 보지부의 지주로부터 상기 반응관의 내벽에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 단계
    를 컴퓨터를 이용하여 상기 기판 처리 장치에 실행시키기 위한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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