KR20030074713A - 반도체 처리용 낱장식 처리 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 처리용 낱장식 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

낱장식 처리 장치(20)는 피처리 기판(W)을 수납하는 처리실(24)내에 설치된 배치대(40)를 갖는다. 배치대(40)는 피처리 기판(W)을 배치하는 열전도성의 배치면(41)를 갖는다. 배치대(40)안에는 배치면(41)을 통해 피처리 기판(W)의 온도를 조정하는 열 매체를 흘리는 유로(50)가 형성된다. 유로(50)에는 냉각 매체와 가열 매체를 선택적으로 공급하는 열 매체 공급부(54)가 접속된다.

Description

반도체 처리용 낱장식 처리 장치 및 방법{CONDUCTOR TREATING SINGLE-WAFER TYPE TREATING DEVICE AND METHOD FOR SEMI-CONDUCTOR TREATING}
반도체 장치를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에 대하여 성막, 산화, 확산, 어닐링, 개질, 에칭 등의 각종의 처리가 실시된다. 각 처리 전에, 반도체 웨이퍼 표면에 자연 산화막(웨이퍼가 Si인 경우는 SiO2)이 생성되어 있는 경우가 있고, 이것은 반도체 장치의 전기적 특성이 열화되거나 또는 반도체 장치가 불량품이 되는 원인이 된다. 그래서 각 처리를 실시하기 직전에 반도체 웨이퍼 표면에 부착되어 있는자연 산화막을 제거하는 처리, 즉 프레클리닝이 실시된다.
일본 특허 공개 제 90 -256235에는 프레클리닝 방법의 일례가 개시된다. 이 방법에서는 우선, 반도체 웨이퍼상의 자연 산화막을 승화하기 쉬운 중간체로 변환한다. 다음으로 웨이퍼를 가열함으로써 중간체를 승화시켜 제거한다. 중간체의 형성은 제 1 처리 장치에 있어서 저처리 온도에서 실시하고, 중간체의 승화는 제 2 처리 장치에 있어서 고처리 온도에서 실시한다.
발명의 요약
본 발명은 처리 온도가 다른 복수의 반도체 처리를 피처리 기판에 대하여 실시하는 낱장식 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 측면은 반도체 처리용 낱장식 처리 장치로서,
피처리 기판을 수납하는 처리실과, 상기 처리실 내를 진공 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 배기계와, 상기 처리실 내에 설치되고 또한 상기 피처리 기판을 배치하는 열전도성 배치면을 갖는 배치대와, 상기 배치면을 통해 상기 피처리 기판의 온도를 조정하는 열매체를 흘리도록 상기 배치대 내에 형성된 유로와, 상기 유로에 냉각 매체와 가열 매체를 선택적으로 공급하는 열매체 공급계를 구비한다.
본 발명의 제 2 측면은, 제 1 측면의 장치에서의 낱장식 처리 방법으로써, 상기 냉각 매체를 상기 유로에 공급함으로써 상기 피처리 기판을 제 1 처리 온도로 설정하여 제 1 처리를 실시하는 공정과, 상기 가열 매체를 상기 유로에 공급함으로써 상기 피처리 기판을 상기 제 1 처리 온도 보다도 높은 제 2 처리 온도로 설정하여 제 2 처리를 실시하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제 3 측면은, 피처리 기판상의 반도체 산화막을 중간체막으로 변환하는 제 1 처리와, 상기 중간체막을 열분해에 의해 기화시키는 제 2 처리를 실시함으로써, 상기 반도체 산화막을 제거하기 위한 낱장식 처리 장치로써, 피처리 기판을 수납하는 처리실과, 상기 처리실내를 진공 배기하는 배기계와, 상기 제 1 처리에 있어서 상기 반도체 산화막과 반응하여 상기 반도체 산화막을 상기 중간체막으로 변환하기 위한 제 1 처리 가스와, 상기 제 2 처리에 있어서 상기 중간체막의 기화물의 제거를 보조하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 선택적으로 공급하는 급기계와, 상기 처리실내에 설치되고 또한 상기 피처리 기판을 배치하는 열전도성의 배치면을 갖는 배치대와, 상기 배치면을 통해 상기 피처리 기판의 온도를 조정하는 열 매체를 흘리도록 상기 배치대내에 형성된 유로와, 상기 유로에 냉각 매체와 가열 매체를 선택적으로 공급하는 열 매체 공급계와, 상기 냉각 매체는 상기 제 1 처리에 있어서 상기 유로에 공급되고, 상기 가열 매체는 상기 제 2 처리에 있어서 상기 유로에 공급되는 것을 구비한다.
본 발명은 산화막 제거, 어닐링, 성막, 에칭, 산화, 확산 등의 반도체 처리를 실시하기 위한 낱장식 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한 여기에서 반도체 처리란 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판상에 반도체 장치 및 반도체 장치에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 여러가지 처리를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 양태에 관한 반도체 처리용 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 장치에서 사용되는 배치대의 상단 블럭 내에 형성된유로를 나타내는 횡단 평면도,
도 3은 도 l에 도시된 장치에서 사용되는 배치대의 하단 블럭 내에 형성된 보조 유로를 나타내는 횡단 평면도,
도 4는 도 1에 도시된 장치에서의 반도체 웨이퍼(W)상의 산화막을 중간체로 변환하는 저온 처리 공정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 1에 도시된 장치에서의 중간체를 승화시키기 위한 고온 처리 공정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 양태에 관한 처리 방법의 흐름을 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 양태에 관한 반도체 처리용의 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 양태에 관한 열 매체 공급부를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 양태에 관한 반도체 처리용의 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도,
도 10은 중간체 형성 장치의 모델을 나타내는 구성도,
도 11은 중간체 승화 장치의 모델을 나타내는 구성도.
본 발명자들은 본 발명의 과정에서, 산화막을 중간체로 변환하는 장치의 모델과, 중간체를 승화시키는 장치의 모델을 상정하고, 일본국 특허 공개 제 90 -256235에 개시된 프레클리닝 방법을 실시하는 경우에 관해서 검토했다. 도 10 및 도 11은 이 검토에 있어서 사용된 중간체 형성 장치 및 중간체 승화 장치의 모델을 각각 나타내는 구성도이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 처리 장치(1)에 있어서, 진공 흡인 가능한 처리실(2)의 배치대(4)상에 실리콘 웨이퍼로 이루어진 반도체 웨이퍼(W)를 배치한다. 웨이퍼(W)의 표면에는 이미 불필요한 자연 산화막이 부착되어 있다. 처리실(2)의 천장에는 13.56MHz의 고주파(RF) 파워에 의해 N2가스와 H2가스로 이루어지는 플라즈마를 형성하기 위한 리모트 플라즈마 발생 기구(6)가 설치된다. 이 플라즈마는 수소 라디칼(H*) 및 질소 라디칼(N*)을 형성하기 위해서 이용된다.
배치대(4)에 냉각수를 흘려 웨이퍼 온도를 15℃ 정도의 비교적 저온으로 유지한다. 감압 상태로 유지된 처리실(2)내에, NF3가스, 수소라디칼(H*), 질소라디칼(N*)을 도입한다. NF3가스, H* 및 N* 라디칼은 자연 산화막과 반응하고, 자연 산화막은 중간체인 (NH4)2SiF6로 변환되고, 중간체막(8)이 형성된다.
다음으로 표면에 중간체막(8)이 형성된 반도체 웨이퍼(W)를 처리 장치(1)로부터 꺼내어 도 11에 나타낸 별도의 처리 장치(10)내로 도입한다. 처리 장치(10)내의 배치대(12)에는 가열 수단으로서 저항 가열 히터(14)가 설치된다. N2가스의 감압 분위기하에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)를 200℃ 정도의 비교적 고온으로 유지한다. 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있던 중간체막(8)은 열분해하여 기화되고, H2,N2, NH3, SiF4, H2O 가스 등으로 되어 배출된다. 이렇게 하여, 웨이퍼(W)의 표면에서 자연 산화막이 제거된다.
상기 처리 장치(1, 10)는 개개의 기능, 즉, 중간체의 형성을 실시하는 기능, 중간체를 승화시키는 기능으로서는 만족스럽다. 그러나 2개의 장치(1, 10)가 필요하다는 점에서, 대폭적인 설비 코스트는 부득이하다. 특히, 복수의 각종 처리 장치를 반송실의 주위에 설치한 클러스터 툴 형의 설비로서는 반송실에 접속할 수 있는 처리 장치수는 제한된다. 이 때문에 산화막 제거를 실시하기 위해서 2개의 처리 장치를 설치하는 것은 처리 효율면에서도 바람직하지 못하다.
이하에, 이러한 지견에 따라서 구성된 본 발명의 실시 양태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 관해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 한다.
도 1은 본 발명의 실시 양태에 관한 반도체 처리용의 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도이다. 이 장치는 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼상에 형성된 산화막을 제거하기 위해 사용된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 장치(20)는 예컨대 알루미늄에 의해 내부가 통 형상으로 형성된 처리실(24)을 갖는다. 처리실(24)의 저부(26)의 중심부에는 관통홀(28)이 형성되는 동시에, 주변부에는 배기구(30)가 형성된다. 배기구(30)에는 진공 흡인 펌프 등을 포함하는 진공 배기부(32)가 접속되어 처리실(24) 내가 진공 배기 가능해진다. 배기구(30)는 복수 개, 예컨대 등간격으로 동일 원주상에 4개 형성되고, 진공 배기부(32)에 공통으로 접속된다.
처리실(24)의 측부에는 진공 흡인 가능한 반송실(36)에 접속된 웨이퍼 반출 포트(34)가 형성된다. 처리실(24)과 반송실(36)과의 사이에는 포트(34)를 개폐하는 게이트 밸브(38)가 설치된다. 또한 반송실(36) 대신에 로드록실을 설치하는 경우도 있다.
처리실(24)내에는 열전도성 재료, 예컨대 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄제의 원판 형상의 배치대(40)가 설치된다. 배치대(40)의 상면인 열전도성의 배치면(41)상에, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼(W)가 배치된다. 배치대(40)의 하면 중앙부에는 하방으로 연장되는 중공 원통형상의 다리부(42)가 일체적으로 형성된다. 다리부(42)의 하단은 처리실 저부(26)의 관통 홀(28)의 주변부에, O링 등의 시일 부재(44)를 통해, 볼트 등에 의해 기밀하게 부착되어 고정된다. 다리부(42)내의 공간은 처리실(24) 외측 주위의 분위기에 연통되고, 또한 처리실(24)내에 대하여 기밀하게 격리된다.
배치대(40)는 별체로 또한 접합된 상하 2단의 블럭, 즉, 엷은 원판상의 상단 블럭(40A)과, 엷은 원판상의 하단 블럭(40B)으로 형성된다. 양 블럭(40A, 40B)은 각각 2cm 정도의 두께로 설정된다. 양 블럭(40A, 40B)의 접합부에는 그 주변부를 따라 O링 등의 시일 부재(46)가 개재된다. 시일 부재(46)는 양블럭(40A, 40B) 사이에 형성되는 미세한 간극(48)을 처리실(24)내의 분위기로부터 기밀하게 격리한다.
도 2는 배치대(40)의 상단 블럭(40A) 내에 형성된 유로를 나타내는 횡단 평면도이다. 도 3은 배치대(40)의 하단 블럭(40B) 내에 형성된 보조 유로를 나타내는 횡단 평면도이다. 상단 블럭(40A)의 유로(50)는 단면이 예컨대 사각형 모양이고, 상단 블럭(40A)의 전역에 걸쳐 예컨대 1 내지 2 바퀴 정도 쯤 감기도록 형성된다. 하단 블럭(40B)의 보조 유로(52)는 단면이 예컨대 사각형 모양이고, 하단 블럭(40B)의 전역에 걸쳐 예컨대 1 내지 2 바퀴 정도 쯤 감기도록 형성된다. 또한 이러한 유로(50, 52)의 감긴 횟수는 상술한 것에 한정되지 않고, 더 많이 설정할 수도 있다.
상단 블럭(40A)의 유로(50)에는 열 매체 공급부(54)가 접속된다. 열 매체 공급부(54)는 저온 처리를 실시하기 위한 냉각 매체와 고온 처리를 실시하기 위한 가열 매체를 유로(50)에 대하여 선택적으로 공급한다. 냉각 매체 및 가열 매체는 공통의 불활성 가스, 예컨대 질소 가스로부터 형성되고, 질소 가스의 온도를 변경함으로써, 냉각과 가열의 쌍방을 실시한다.
구체적으로는 유로(50)의 입구(50A)에는 하단 블럭(40B)에 형성한 관통홀(56)을 통해 공급 라인(58)이 접속된다. 유로(50)의 출구(50B)에는 하단 블럭(40B)에 형성한 관통홀(60)을 통해 배출 라인(62)이 접속된다. 공급 라인(58)은 질소 가스원(64)에 접속되는 동시에, 2개로 분기되고, 한편의 라인에는 냉각기(66)가 설치되고, 다른쪽 라인에는 가열기(68)가 설치된다. 냉각기(66)는 질소 가스를 -5 내지 40℃, 바람직하게는 5 내지 20℃로 냉각하여 공급한다. 가열기(68)는 질소 가스를 100 내지 400℃, 바람직하게는 150 내지 250℃로 가열하여 공급한다.
공급 라인(58)의 분기점에는 각각 예컨대 3방 밸브로 이루어지는 전환밸브(70, 72)가 설치되고, 냉각 또는 가열된 열 매체가 유로(50)에 선택적으로 공급된다. 가스원(64)과 전환 밸브(70)와의 사이에서, 공급 라인(58)에는 개폐 밸브(74) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(76)가 순차 설치된다. 또한 질소 가스는 순환 사용할 수도 있다.
하단 블럭(40B)의 보조 유로(52)에는 냉각액 공급부(80)가 접속된다. 냉각액은 배치대(40)의 온도 하강을 촉진시킬 때에 보조 유로(52)에 공급된다. 냉각액으로서는 예컨대 냉각수 등의, 열용량이 큰 액체가 사용된다. 구체적으로는 보조 유로(52)의 입구(52A)에는 공급 라인(82)이 접속된다.
보조 유로(52)의 출구(52B)에는 배출 라인(84)이 접속된다. 양라인(82, 84)은 냉각액을 저장함과 동시에 압송하는 냉각액원(86)에 접속되고, 냉각수를 순환 사용한다. 공급 라인(82)에는 냉각액을 -5 내지 40℃, 바람직하게는 0 내지 20℃로 냉각하는 냉각기(88)와 개폐 밸브(90)가 순차 설치된다.
상단 블럭(40A)와 하단 블럭(42B)과의 접합부가 극미한 간극(48)에는 이것에 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스로 이루어지는 열 전달 가스를 공급하기 위한 열 전달 가스 공급부(92)가 접속된다. 구체적으로는 간극(48)과 헬륨원(96)은 가스 라인(94)을 통해 접속된다. 가스 라인(94)에는 개폐 밸브(98) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(100)가 순차 설치된다. 또한 헬륨 가스 대신에 아르곤 기체를 사용할 수도 있다.
배치대(40)의 하방에는 복수 개, 예컨대 3개의 L자 형상의 리프터 핀(102)(도 1에서는 2개만을 나타낸다)이 상방으로 기립하여 설치된다. 리프터 핀(102)의기부는 링(104)에 공통으로 접속된다. 링(104)은 실저부(26)에 관통하는 가압 막대(106)에 의해 승강된다. 리프터 핀(102)은 배치대(40)를 관통하는 리프터 홀(108)을 통해서 웨이퍼(W)를 들어 올려, 배치대(40)에 대한 웨이퍼(W)의 로드 및 언로드를 어시스트한다. 가압 막대(106)가 처리실 저부(26)를 관통하는 부분에는 신축 가능한 벨로우즈(110)가 설치된다. 가압 막대(106)의 하단은 액츄에이터(112)에 접속된다. 벨로우즈(110)에 의해, 처리실(24)내부가 기밀 상태를 유지한 채로 가압 봉(106)이 승강 가능해진다.
처리실(24)의 천장에는 시일 부재(114)를 통해 천장판(116)이 기밀하게 설치된다. 천장판(116)의 중앙부에는 비교적 대 구경의 라디칼 포트(118)가 형성된다. 라디칼 포트(118)에는 라디칼을 형성하기 위해서, 처리 가스의 일부를 플라즈마화하는 여기 기구(120)가 접속된다. 여기 기구(120)는 발생시킨 플라즈마가 배치대(40)상의 웨이퍼(W)에 실질적으로 이르지 않도록 배치된 원통체상의 리모트 플라즈마실(122)을 갖는다. 플라즈마실(122)은 예컨대 석영이나 세라믹스재 등의 절연재로 이루어진다.
플라즈마실(122)의 주위에는 플라즈마실(122)내에서 가스를 여기하여 플라즈마화하기 위한 전계를 형성하는 코일 안테나(126)가 감겨진다. 코일 안테나(126)에는 매칭 회로(128)를 통해 예컨대 13.56MHz의 고주파(RF) 파워를 공급하는 RF 전원(130)이 접속된다. 전원(130)으로부터 코일 안테나(126)에 RF 파워를 공급함으로써, 플라즈마실(122)내에 가스를 여기하여 플라즈마화하기 위한 유도전계가 형성된다.
플라즈마실(122)의 천장에는 가스 라인(134)에 접속된 가스 도입구(132)가 형성된다. 가스 라인(134)에는 N2가스원(136)및 H2가스원(138)이 병렬로 접속된다. N2가스원(136) 및 H2가스원(138)으로의 각 분기 라인에는 각각 개폐 밸브(140,142) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(144, 146)가 순차적으로 설치된다.
라디칼 포트(118)의 주위에서, 처리실(24)의 천장판(116)에는 가스 라인(152)에 접속된 복수의 가스 도입구(150)가 형성된다. 가스 라인(152)에는 개폐 밸브(156) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(158)를 통해, NF3가스원(154)이 접속된다.
배치대(40)의 상단 및 하단 블럭(40A, 40B)의 접합부에서, 리프터 핀 홀(108)의 주위나 관통홀(56, 60)의 주위에도, O 링등의 시일 부재가 설치된다. 이에 따라, 처리실(24)내나 간극(48)내의 기밀성이 유지된다.
다음으로 처리 장치(20)를 사용하여 실시되는 본 발명의 실시 양태에 관한 낱장식 처리 방법에 관해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 4는 장치(20)에서의 반도체 웨이퍼(W) 상의 산화막을 중간체로 변환하는 저온 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 장치(20)에서의 중간체를 승화시키기 위한 고온 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시 양태에 관한 처리 방법의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
우선, 진공 상태로 유지된 처리실(24) 내에, 반송실(36)측으로부터 포트(34)를 통해 미처리 반도체 웨이퍼(W)를 반입하고, 이것을 배치대(40)상에 배치하는 웨이퍼(W)의 실리콘 표면에는 자연 산화막이 부착되어 있다.
웨이퍼(W)의 반입에 앞서, 배치대(40)의 상단 블록(40A)의 유로(50)에는 냉각 매체가 흐르고, 또한, 하단 블럭(40B)의 보조 유로(52)에는 냉각수가 흘러, 배치대(40)는 소정 온도로 유지된다. 또한 실제로는 직전에 실시된 고온 처리 온도로부터 배치대(40)는 충분히 온도 하강되어 상기한 소정의 온도로 유지된다.
구체적으로는, 열 매체 공급부(54)에 있어서는 공급 라인(58)에 설치된 전환 밸브(70, 72)는 열 매체가 냉각기(66)측을 흐르도록 설정된다. 따라서, 가스원(64)으로부터 유량 제어되면서 흘러나간 질소가스는 냉각기(66)로 -5 내지 40℃, 바람직하게는 0 내지 20℃로 냉각된다. 이 냉각 매체는 공급 라인(58)을 흘러 상단 블럭(40A)의 유로(50)에 이르고, 유로(50)의 전체를 흐른 후, 배출 라인(62)으로부터 배출된다. 이에 따라, 상단 블럭(40A)은 고온 상태로부터 충분히 온도 하강 냉각된다. 또한, 배치대(40)의 온도 하강을 촉진시키기 위해서, 냉각액 공급부(80)에 있어서는 공급 라인(82)과 배출 라인(84)을 사용한 순환 라인에 의해, 냉매로서 냉각수가 하단 블럭(40B)의 보조 유로(52)에 흘러 순환한다. 이 냉각수는 냉각기(88)에 의해 냉각시의 질소 가스와 동일한 온도, 예컨대 -5 내지 40℃, 바람직하게는 0 내지 20℃로 설정 유지된다. 이에 따라, 하단 블럭(40B)도 고온 상태로부터 충분히 온도 하강 냉각되고, 상기한 소정의 온도를 유지한다.
또한, 냉각액 공급부(80)로부터의 냉각수의 공급에 맞춰, 열 전달 가스 공급부(92)를 시동시킨다. 이에 따라, 가스 라인(94)으로부터 간극(48)에 He 가스를 공급하고, 상단 블럭(40A)으로부터 하단 블럭(40B)으로의 열 전달 효율을 향상시킨다. 또한 냉각된 N2가스로 이루어지는 냉각 매체만으로, 충분히 신속하게 배치대(40)를 냉각할 수 있으면, 냉각수 및 He 가스의 사용은 생략할 수 있다.
소정 온도로 유지되고 있는 배치대(40)상에 웨이퍼(W)가 배치된 후, 처리실(24)내를 밀폐한다. 다음으로 도 4에 나타낸 바와 같이 처리실(24)내를 진공 흡인하면서, NF3가스를 유량 제어하면서 가스 도입구(150)로부터 처리실(24)내로 도입한다. 또한, 이와 동시에 N2가스와 H2가스를 여기 기구(120)의 가스 도입구(132)로부터 플라즈마실(122)내로 유량 제어하면서 도입한다. 이 때, 코일 안테나(126)로 13.56MHz의 RF 파워를 인가하고, H2가스 및 N2가스의 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마에 의해 양가스의 H*, N* 라디칼이 생성되고, 또한 이것 등의 라디칼이 결합하여 별도의 라디칼 NH*이 생성된다.
H*, N*, NH* 라디칼은 플라즈마실(122)내를 강하하여 처리실(24)내에 유입한다. 처리실(24)내에서, H*, N*, NH* 라디칼은 NF3가스와 반응하여 NF3Hx를 생성한다. 이러한 여기된 종류가, 웨이퍼(W) 표면의 산화막(SiO2)과 반응하여 산화막을(NH4)2SiF6로 이루어지는 중간체막(8)으로 변환한다.
이 때의 처리 조건의 일례는 다음과 같다. 처리 압력은 532Pa(4Torr) 정도. 웨이퍼(W)가 200mm 사이즈의 경우, 각 가스의 유량은 N2가스가 1000sccm정도, H2가스가 50sccm정도, NF3가스가 150sccm 정도. 처리 시간이 60초 정도. 처리 온도(웨이퍼(W)의 온도)는 0 내지 40℃, 바람직하게는 0 내지 20℃. 처리 온도가 이 범위 밖이면, 산화막을 충분히 중간체로 변환시킬 수 없다. 또한 이러한 각 수치는 단지 일례를 나타낸 것에 불과하고, 이것에 한정되지 않는다.
소정의 시간만 저온 처리 공정을 실시하여 중간체를 작성했으면(도 6중의 점 P2), 다음으로 고온 처리 공정으로 이행하여 중간체를 승화시킨다. 여기에서, 도 5에 나타낸 바와 같이, NF3가스 및 H2가스의 공급을 각각 정지하고, 또한, 코일 안테나(126)로의 RF 파워의 인가도 정지하고, 플라즈마 및 라디칼을 발생시키지 않도록 한다. 또한, 이와 동시에 냉각액 공급부(80)의 동작을 정지하여 냉각수를 보조 유로(52)내로 흘리지 않도록 하고, 또한 상단 및 하단 블럭(40A, 40B) 사이의 간극(48)으로의 He 가스의 공급도 정지한다. 또한 N2가스원(136)으로부터의 N2가스의 공급과 진공 배기부(32)에 의한 처리실(24)의 배기는 계속해서 실시하고, 처리실(24)내에 N2가스를 흘린 상태로 한다.
한편, 열 매체 공급부(54)에 있어서는 냉각기(66)의 양측의 전환 밸브(70, 72)를 전환하여 가열기(68)측으로 N2가스가 흐르도록 설정한다. 이에 따라, 가열기(68)로서는 N2가스가 소정의 고온, 예컨대 100 내지 400℃ 정도의 범위 내에 가열된다. N2가스는 가열 매체(고온 N2)가 되어 상단 블럭(40A)의 유로(50)내를 따라 흐르고, 배치대(40)를 즉시 가열 온도 상승시킨다.
배치대(40)의 온도가 온도 상승하여 소정의 고온 상태로 안정된(도 6 중의점 P3) 후, 이 상태로 소정의 시간, 예컨대 30초 정도만 고온 처리를 실시한다. 이에 따라, 웨이퍼 표면상의 중간체막(8)은 열분해하여 H2, NH3, N2, SiF4가스 등이 되어 기화(승화)한다. 이러한 가스는 처리실(24)내의 N2가스의 흐름을 타고 처리실(24)밖으로 배출된다.
이 때 처리 조건의 일례는 다음과 동일하다. 처리 압력은 93Pa(0.7Torr) 정도. 처리 온도(웨이퍼(W)의 온도)는 100 내지 350℃, 바람직하게는 150 내지 250℃. 처리 온도가 이 범위보다 낮으면, 중간체막(8)이 충분히 승화되지 않는다. 처리 온도가 이 범위보다 높으면, 반도체 장치의 상기적 특성이 열화될 우려 및 처리실(24)의 벽 등으로부터 불순물 금속이 배출되어 웨이퍼에 금속 오염이 생길 우려가 있다. 또한 이러한 각 수치는 단지 일례를 나타낸 것에 지나가지 않고, 이것에 한정되지 않는다. 고온 처리 공정이 종료했으면(도 6 중의 점 P4), 스루풋을 고려하여 배치대(40)를 신속하게 냉각하여 하강시키기 위해, 먼저 도 6 중의 점 P1-점 P2 사이에서 설명한 바와 같은 동작을 실시한다. 즉, 상단 블록(40A)의 유로(50)에 흐르는 열매체를, 가열 매체로부터 냉각 매체로 전환한다. 록(40B)의 보조 유로(52)로 냉매로서 냉각수를 흘림과 동시에, 상하단 블럭(40A, 40B) 사이의 간극(48)로 He가스를 흘린다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 배치대(40)의 온도를 급격히 저하시킨다. 또한 이 때도, 냉각된 N2가스로 이루어지는 냉각 매체만으로, 충분히 신속하게 배치대(40)을 냉각할 수 있으면, 냉각수 및 He 가스의 사용은 생략할 수 있다.
웨이퍼(W)의 온도가 핸들링 온도까지 강하된 후, 처리 완료된 웨이퍼와 미처리의 웨이퍼의 교환을 실시한다(도 6 중의 점 P5). 다음으로, 배치대(40)의 온도가 소정의 저온 상태가 되고, 온도가 안정된 후에(도 6중의 점 P6), 새로운 웨이퍼(W)에 대해, 상술한 바와 같이 저온 처리 공정을 실시한다. 이후에는 상술한 저온 처리 공정과 고온 처리 공정을 반복해서 실시한다.
상술한 프레클리닝 방법에 의하면, 하나의 처리실(24)내에서, 저온 처리 공정과 고온 처리 공정을 스루풋을 저하시키지 않고 신속하게 연속적으로 실시할 수 있다. 또한, 일반적으로 온도 상승보다도 온도 하강에 보다 많은 시간이 필요한 배치대(40)의 열적 특성을 고려했을 때, 온도 하강시에만 하단 블럭(40B)의 보조열 매체(52)에 냉매(냉각수)를 흘린다. 이에 따라, 배치대(40)의 온도 하강 속도를 촉진시킬 수 있고, 스루풋을 한층 더 향상시키는 것이 가능해진다. 이 때, 상하단 블럭(40A, 40B) 사이의 간극(48)에, He 가스 등의 열 전달 가스를 공급한다. 이에 따라, 양블럭(40A, 40B) 사이의 열 이동이 촉진된다.
도 7은 본 발명의 별도의 실시 양태에 관한 반도체 처리용의 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도이다. 이 장치에 있어서는 배치대(40)가 얇은 한 장의 원판상의 블럭으로 이루어지고, 동 블럭 내에 유로(50)와 보조 유로(52)가 따로따로 형성된다. 이 장치에 의하면, 배치대(40) 자체의 열용량을 작게 하고, 배치대(40)의 온도 상승 및 온도 하강을 신속하게 하는 것이 가능해진다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 양태에 관한 열 매체 공급부를 나타내는 도면이다. 이 열 매체 공급부에서는 배치대(40)의 유로(50)에 접속된 공급 라인(58)및 배출 라인(62)에 대해, 냉각 매체원(202)과 가열 매체원(204)이 병렬로 접속된다. 공급 라인(58) 및 배출 라인(62)의 분기점에는 각각 예컨대 3방 밸브로 이루어지는 전환 밸브(210, 212)가 설치되고, 냉각 매체 및 가열체의 어느 한편이 유로(50)에 선택적으로 공급된다. 냉각 매체원(202) 및 가열 매체원(204)측 라인에는 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(214, 216)가 각각 설치된다. 냉각 매체 및 가열 매체의 각각으로서는 가스, 액체 중 어떤 것도 사용가능하지만, 열용량이 큰 액체로 이루어지는 열 매체를 사용하면, 배치대(40)의 온도 상승 및 온도 하강을 신속하게 실시할 수 있다. 따라서, 액체로 이루어지는 냉각 매체를 사용하는 경우는 냉각수 등을 흘리는 보조 유로(52)를 배치대(40)에 설치하지 않을 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 양태에 관한 반도체 처리용의 낱장식 처리 장치를 나타내는 구성도이다. 이 장치에서는 라디칼 포트(118)에 접속된 여기 기구(320)가, RF 파워 에너지가 아닌, 마이크로파 에너지를 이용하여 처리 가스의 일부를 플라즈마화한다.
구체적으로는 여기 기구(320)는 발생시킨 플라즈마가 배치대(40)상의 웨이퍼(W)에 실질적으로 이르지 않도록 배치된 원통체상의 리모트 플라즈마실(322)을 갖는다. 플라즈마실(322)은 예컨대 석영이나 세라믹스재 등의 절연재로 이루어진다. 플라즈마실(322)의 주위에는 도파관(정합기를 포함한다)(326)을 통해, 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(330)가 접속된다. 또한, 플라즈마실(322)의 주위에는 냉각수 등을 이용한 냉각기(332)(상세한 것은 도시하지 않음)가 설치된다. 발생기(330)로부터 플라즈마실(322)에 마이크로파의 에너지가 공급됨으로써, 플라즈마실(322)내에서 가스가 여기되어 플라즈마화된다.
또한 도 1, 도 7 및 도 9에 나타낸 실시 양태에서, 냉각 매체 및 가열 매체로서 질소가스 대신에, Ar, He 등의 다른 불활성 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이 열 매체로서, 기체로 한정되지 않고, 액체, 예컨대 물을 사용할 수 있다. 또한, 보조 유로(52)에 흘리는 냉매로서, 냉각수 대신에 다른 냉매, 예컨대 갈덴(상품명), 플로리나트(상품명) 등도 사용할 수 있다. 또한, 중간체를 형성하는 처리 가스로서, NF3가스 대신에, SF6가스, CF4가스를 사용할 수 있다. 또한, 저온 처리 공정과 고온 처리 공정으로서, 웨이퍼 표면에서 산화막을 제거하는 프레클리닝 방법이 예시되지만, 본 발명은 2개의 다른 처리 온도에서 연속적으로 처리를 실시하는 다른 처리 방법에도 적용할 수 있다.
본원 발명은 상기 각 실시 양태에 한정되는 것이 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있다. 또한, 각 실시 양태는 가능한 한 적절히 조합시켜 실시할 수도 있고, 그 경우 조합된 효과가 얻어진다.

Claims (20)

  1. 반도체 처리용 낱장식 처리 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수납하는 처리실과,
    상기 처리실내를 진공 배기하는 배기계와,
    상기 처리실내에 처리 가스를 공급하는 급기계와,
    상기 처리실내에 설치되고 또한 상기 피처리 기판을 배치하는 열전도성의 배치면을 갖는 배치대와,
    상기 배치면을 통해 상기 피처리 기판의 온도를 조정하는 열 매체를 흘리도록 상기 배치대내에 형성된 유로와,
    상기 유로에 냉각 매체와 가열 매체를 선택적으로 공급하는 열 매체 공급계를 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 매체 공급계는 상기 유로에 대하여 서로 병렬로 접속된 냉각기 및 가열기를 구비하고, 상기 냉각기 및 상기 가열기에 공통의 가스가 선택적으로 공급됨으로써 상기 냉각 매체 및 상기 가열 매체가 각각 형성되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배치대에 형성된 보조 유로를 추가로 구비하고, 상기 배치대의 냉각을 촉진하기 위해서 냉각액이 상기 보조 유로에 공급되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배치대는 하단 블럭과 상기 하단 블럭상에 적층된 상단 블럭을 구비하고, 상기 유로및 보조 유로는 상기 상단 블럭 및 상기 하단 블럭 내에 각각 형성되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 유로에 상기 냉각액을 공급하는 데 맞춰 상기 상단 및 하단 블럭 사이에 열 전달 가스를 공급하는 계를 추가로 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 가스의 적어도 일부를 플라즈마화하는 여기 기구를 추가로 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 여기 기구는 발생시킨 플라즈마가 상기 배치대상의 상기 피처리 기판에 실질적으로 이르지 않는 위치에서 상기 처리실에 부설된 리모트 플라즈마실과, 상기 리모트 플라즈마실내에서 가스를 여기하여 플라즈마화하기 위한 에너지를 공급하는 부재를 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  8. 제 1 항에 따른 장치에서의 낱장식 처리 방법에 있어서,
    상기 냉각 매체를 상기 유로에 공급함으로써 상기 피처리 기판을 제 1 처리 온도로 설정하여 제 1 처리를 실시하는 공정과,
    상기 가열 매체를 상기 유로에 공급함으로써 상기 피처리 기판을 상기 제 1 처리 온도 보다도 높은 제 2 처리 온도로 설정하여 제 2 처리를 실시하는 공정을 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 처리는 상기 피처리 기판상의 반도체 산화막을 중간체막으로 변환하는 처리이고, 상기 제 1 처리에 있어서, 상기 반도체 산화막과 반응하여 상기 반도체 산화막을 상기 중간체막으로 변환하기 위한 제 1 처리 가스를 상기 처리실내에 흘리는 것과, 상기 제 2 처리는 상기 중간체막을 열분해에 의해 기화시키는 처리이고, 상기 제 2 처리에 있어서 상기 중간체막의 기화물의 제거를 보조하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 흘리는 것을 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 -5 내지 40℃의 온도로 설정되고, 상기 가열 매체는 100 내지 400℃의 온도로 설정되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 방법.
  11. 피처리 기판상의 반도체 산화막을 중간체막으로 변환하는 제 1 처리와, 상기 중간체막을 열분해에 의해 기화시키는 제 2 처리를 실시함으로써, 상기 반도체 산화막을 제거하기 위한 낱장식 처리 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수납하는 처리실과,
    상기 처리실내를 진공 배기하는 배기계와,
    상기 제 1 처리에 있어서 상기 반도체 산화막과 반응하여 상기 반도체 산화막을 상기 중간체막으로 변환하기 위한 제 1 처리 가스와, 상기 제 2 처리에 있어서 상기 중간체막의 기화물의 제거를 보조하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 선택적으로 공급하는 급기계와,
    상기 처리실내에 설치되고 또한 상기 피처리 기판을 배치하는 열전도성의 배치면을 갖는 배치대와,
    상기 배치면을 통해 상기 피처리 기판의 온도를 조정하는 열 매체를 흘리도록 상기 배치대내에 형성된 유로와,
    상기 유로에 냉각 매체와 가열 매체를 선택적으로 공급하는 열 매체 공급계와, 상기 냉각 매체는 상기 제 1 처리에 있어서 상기 유로에 공급되고, 상기 가열 매체는 상기 제 2 처리에 있어서 상기 유로에 공급되는 것을 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 -5 내지 40℃의 온도로 설정되고, 상기 가열 매체는 100 내지 400℃의 온도로 설정되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 열 매체 공급계는 상기 유로에 대하여 서로 병렬로 접속된 냉각기 및 가열기를 구비하고, 상기 냉각기 및 상기 가열기에 공통의 가스가 선택적으로 공급됨으로써 상기 냉각 매체 및 상기 가열 매체가 각각 형성되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 배치대에 형성된 보조 유로를 추가로 구비하고, 상기 제 2 처리후에 상기 배치대의 냉각을 촉진하기 위해서, 냉각액이 상기 보조 유로에 공급되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배치대는 하단 블럭과 상기 하단 블럭상에 적층된 상단 블럭을 구비하고, 상기 유로 및 보조 유로는 상기 상단 블럭 및 상기 하단 블럭 내에 각각 형성되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 유로에 상기 냉각액을 공급하는 데 맞춰 상기 상단 및 하단 블럭 사이에 열 전달 가스를 공급하는 계를 추가로 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스는 라디칼을 포함하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 라디칼을 형성하기 위해서, 상기 제 1 처리 가스의 적어도 일부를 플라즈마화하는 여기 기구를 추가로 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 여기 기구는 발생시킨 플라즈마가 상기 배치대상의 상기 피처리 기판에 실질적으로 이르지 않는 위치에서 상기 처리실에 부설된 리모트 플라즈마실과, 상기 리모트 플라즈마실내에서 가스를 여기하여 플라즈마화하기 위한 에너지를 공급하는 부재를 구비하는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스는 NF3가스와 SF6가스와 CF4가스로 이루어지는 군으로부터 선택된 가스와, N2가스와, H2가스를 포함하고, 상기 N2가스 및 H2가스는 상기 여기 기구에 의해 플라즈마화되는
    반도체 처리용 낱장식 처리 장치.
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