KR20060065513A - 성막 방법 및 성막 장치 및 기억 매체 - Google Patents

성막 방법 및 성막 장치 및 기억 매체 Download PDF

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미쯔히로 오까다
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도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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Abstract

예를 들어 질화실리콘막을 형성할 때, 성막 처리 후에 상기 성막 처리에 대응한 퍼지 레시피에 의해 반응 용기 내의 퍼지 처리를 행하여 반응 용기 내에 부착된 가스나 파티클의 원인이 되는 막의 표층부를 제거하여 가스나 파티클의 발생을 저감시키는 것이다.
다수매의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(25)에 보유 지지시켜 반응 용기(2) 내에 반입하고, 예를 들어 Si2Cl2 가스와 NH3 가스를 성막 가스로서 이용한 성막 레시피(1)의 성막 처리를 행한다. 계속해서 이 성막 처리에 대응하는 퍼지 레시피(1)를 자동적으로 선택하고, 상기 퍼지 레시피(1)에 따라서 반응 용기(2)의 퍼지 처리를 행한다. 성막 처리의 종별마다 퍼지 레시피를 준비하여 각 성막 처리에 대응하는 퍼지 레시피를 자동적으로 선택하여 퍼지 처리를 행함으로써 불필요한 퍼지 시간의 발생을 억제한 상태에서 각 성막 처리에 대응한 적절한 퍼지 처리를 행할 수 있다.
성막 레시피, 퍼지 레시피, 반응 용기, 웨이퍼 보트, 플랜지, 인젝터

Description

성막 방법 및 성막 장치 및 기억 매체{METHOD AND APPARATUS FOR FILM DEPOSITION AND MEMORY MEDIUM}
도1은 본 발명에 관한 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일예를 나타내는 종단 단면도.
도2는 상기 성막 장치의 제어부의 구성의 일예를 나타내는 설명도.
도3은 상기 성막 장치에서 실시되는 퍼지 처리의 퍼지 레시피(1)를 나타내는 특성도.
도4는 상기 성막 장치에서 실시되는 퍼지 처리의 퍼지 레시피(2)를 나타내는 특성도.
도5는 상기 성막 장치에서 실시되는 퍼지 처리의 퍼지 레시피(3)를 나타내는 특성도.
도6은 상기 성막 장치에서 실시되는 퍼지 처리의 퍼지 레시피(4)를 나타내는 특성도.
도7은 상기 성막 장치에서 실시되는 처리 레시피의 일예를 나타내는 특성도.
도8은 상기 성막 장치에서 실시되는 처리 레시피(1)의 흐름도.
도9는 상기 성막 장치에서 실시되는 처리 레시피(2)의 흐름도.
도10은 상기 성막 장치에서 실시되는 처리 레시피(3)의 흐름도.
도11은 상기 성막 장치에서 실시되는 처리 레시피(4)의 흐름도.
도12는 상기 성막 장치에서 실시되는 제1 퍼지 처리와 제2 퍼지 처리를 설명하기 위한 공정도.
도13은 상기 성막 장치에 있어서, 처리 용기 내에 부착되어 있는 SiN막이 박리되는 모습을 도시하는 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 반응 용기
20 : 보트 엘리베이터
21 : 개구부
22 : 플랜지
23 : 제1 덮개 부재
24 : 회전축
25 : 웨이퍼 보트
26 : 지지 기둥
29 : 제2 덮개 부재
31 : 인젝터
33, 34, 35, 36 : 퍼지 가스 공급원
41 : 진공 펌프
42 : 압력 조정부
43 : 배기관
45 : 메인 라인
46 : 바이패스 라인
51 : 히터
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-306904호 공보
본 발명은 기판 표면에 예를 들어 질화실리콘막 등을 형성하는 성막 처리 후에, 퍼지 가스에 의해 반응 용기 내를 퍼지 처리하는 성막 방법 및 성막 장치 및 상기 성막 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼(이하「웨이퍼」라 함)(W) 등의 기판 표면에 질화실리콘막[Si3N4막(이하「SiN막」이라 함)]을 형성하는 처리가 있고, 이 SiN막은 예를 들어 주위로부터 가열 수단에 의해 가열되는 종형의 석영으로 된 반응 용기 내에 웨이퍼(W)를 다단으로 적재한 웨이퍼 보유 지지구를 반입하고, 상기 반응 용기 내를 소정의 압력으로 유지하는 동시에, 반응 용기 내에 성막에 필요한 가스를 공급하는 방식의 배치식 열처리 장치를 이용하여 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 성막된다.
그런데 상기 열처리 장치에 있어서 SiN막의 성막 처리를 반복하여 행하면, SiN막의 성막 반응의 주생성물이나 부생성물이 반응 용기의 내벽이나 웨이퍼 보유 지지구에 부착하여 막이 되어 차례로 퇴적하게 되어 누적 막두께가 소정의 두께가 되면, 다음의 처리시, 반응 용기 내를 가열하였을 때에 상기 막으로부터 가스가 발생하거나, 퇴적된 막에 균열이 생겨 막이 박리되어 파티클의 원인이 되는 문제가 있다.
이로 인해 종래에는 소정 횟수의 성막 처리를 행한 후, 반응 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 반응 용기에 부착된 막 전체를 클리닝 가스에 의해 에칭하여 제거하고 있었다. 그러나 성막 처리마다 클리닝을 행하면, 석영으로 된 반응 용기가 열화되거나, 클리닝 가스가 반응 용기로부터 완전히 제거되기까지 상당이 긴 시간을 필요로 하므로, 성막 처리를 종료할 때마다 퍼지 처리를 행하고 있다.
이 퍼지 처리는 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 탑재한 웨이퍼 보유 지지구를 반응 용기로부터 반출하고, 다음에 처리가 행해지는 아직 처리되지 않은 웨이퍼(W)를 탑재한 웨이퍼 보유 지지구를 다시 반응 용기 내에 반입하는 동안에 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 빈 웨이퍼 보유 지지구를 반응 용기 내에 반입하고, 반응 용기 내를 소정의 압력, 소정의 온도로 설정한 상태에서 퍼지 가스, 예를 들어 질소(N2) 가스를 반응 용기 내에 도입하여 반응 용기를 급속히 냉각하거나, 진공 배기하거나, 가열하기도 하여 가스에 의한 퍼지 처리에 의해 반응 용기 내에 부착되어 있는 막의 표층부를 적극적으로 박리하여 가스나 파티클의 발생을 억제하는 것이다. 여기서 퍼지 처리에 의해 제거되는 막은 당장에라도 박리될 것 같은 상태에서 반응 용기 내에 부착되어 있는 막의 표층부이지만, 이를 제거함으로써 퍼지 처리에 이어서 행해지는 성막 처리에서의 가스나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 때, 이 퍼지 처리는 반응 용기에 있어서 행해지는 성막 처리의 종별이나, 반응 용기 내에 부착된 막의 누적 막두께에 관계없이 일정한 퍼지 레시피를 기초로 하여 행해지고 있다. 이 퍼지 레시피는 예를 들어 소요 시간이 50분 정도로, 상기 누적 막두께가 크거나, 제거하기 어려운 막질인 등, 가장 작용이 큰 퍼지 처리가 필요한 경우에 맞추어 작성되어 있는 것이다. 이로 인해 대부분의 성막 처리에서는 이정도로 처리 시간이 긴 퍼지 처리를 행하지 않아도 가스나 파티클의 발생을 억제할 수 있으므로, 도중에서는 불필요한 퍼지 처리를 행하고 있게 된다. 이 불필요한 퍼지 처리에 필요한 시간은 장치를 성막 처리에 사용하지 않는 작업 중단 시간이 되고, 이 작업 중단 시간이 길어지면 처리량이 저하되게 된다. 또한 퍼지 처리에서는 반응 용기 내를 소정 온도까지 냉각하거나, 가열하는 등의 온도 조정이나, 반응 용기 내를 진공 배기하는 공정이 있어, 불필요한 퍼지 처리에서는 비용이 낭비되는 문제가 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 엔지니어가 반응 용기 내에 발생하는 파티클 수 등을 기초로 하여 성막 처리마다 퍼지 레시피를 변경하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우에는 파티클의 발생 원인 등의 해석에 시간이 걸려 결과적으로 퍼지 처리에 필요한 시간이 길어지게 되는 문제가 있다.
여기서 성막 처리 장치에 있어서, 반응로 내의 온도 변화를 이용하여 반응로 내에 부착된 퇴적막에 균열을 발생시키고, 이 때에 발생하는 파티클을 가스 퍼지에 의해 강제적으로 배출하여 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감시키는 기술로서 특허문헌 1의 기술이 제안되어 있지만, 성막 처리의 종별에 상관없이 퍼지 레시피는 일정하여 상술한 문제점을 해결할 수는 없다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2000-306904호 공보
본 발명은 이와 같은 사정하에서 이루어진 것으로, 그 목적은 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막 두께를 기초로 하여 미리 준비된 복수의 퍼지 레시피 중에서 자동으로 퍼지 레시피를 선택하여 반응 용기의 퍼지 처리를 행함으로써, 불필요한 퍼지 처리 시간의 발생을 억제한 상태에서 퍼지 처리를 행하고, 이에 의해 상기 퍼지 처리 다음에 행해지는 성막 처리에서의 가스나 파티클의 발생을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
이로 인해 본 발명의 성막 방법은 복수의 성막 레시피를 구비한 열처리 장치를 이용하여 기판에 대해 성막 가스에 의해 성막 처리를 행하는 방법에 있어서,
반응 용기 내에 적재된 기판에 대해 선택된 성막 레시피를 기초로 하여 성막 처리를 행하는 공정과,
계속해서 상기 기판을 상기 반응 용기로부터 반출하는 공정과,
상기 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 미리 준비된 복수의 퍼지 레시피 중에서 자동으로 퍼지 레시피를 선택하는 공정과,
기판이 반응 용기로부터 반출된 후, 선택된 퍼지 레시피를 기초로 하여 반응 용기 내에 퍼지 가스를 공급하여 퍼지 처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 성막 레시피는 성막하는 박막의 종류가 같고 성막 가스가 서로 다른 성막 레시피나, 성막 가스가 같고 처리 온도의 범위가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것이다. 또한 상기 복수의 퍼지 레시피는 퍼지 처리를 행하는 시간의 길이 및 반응 용기 내의 온도 중 적어도 한쪽이 서로 다른 퍼지 레시피를 포함하는 것이다. 반응 용기 내의 온도가 서로 다른 것이라 함은, 온도 프로필(시간에 대한 온도 설정 패턴)이 다른 것이다.
상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 밖에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제1 퍼지 처리를 포함하는 것이다. 또한 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 처리 대상의 기판을 적재하지 않고 상기 반응 용기 내에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제2 퍼지 처리를 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서는 상기 반응 용기 내의 파티클 수의 측정치 및 기판 및 기판 표면의 파티클 수의 측정치 중 적어도 하나를 기초로 하여 퍼지 레시피를 변경하는 공정을 포함하도록 해도 좋다. 게다가 또한 상기 제1 퍼지 처리 및/또는 제2 퍼지 처리는 반응 용기를 강제적으로 냉각하는 공정을 포함하는 것이어도 좋고, 상 기 제2 퍼지 처리는 다음에 행해지는 성막 처리의 처리 온도보다도 반응 용기를 높은 온도로 가열하는 공정을 포함하는 것이어도 좋다.
또한 본 발명의 성막 장치는 서로 다른 복수의 성막 레시피로부터 선택된 성막 레시피를 기초로 하여 반응 용기 내에 적재된 기판에 대해 성막을 행하고, 상기 기판을 반응 용기로부터 반출한 후, 퍼지 가스를 반응 용기 내에 공급하여 퍼지 처리를 행하는 성막 장치에 있어서,
서로 다른 퍼지 처리를 행하기 위한 복수의 퍼지 레시피를 저장하는 기억부와,
각 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 성막 레시피마다 관리하는 수단과,
상기 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 상기 복수의 퍼지 레시피 중에서 퍼지 레시피를 선택하는 선택 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 복수의 성막 레시피는 성막하는 박막의 종류가 같고 성막 가스가 서로 다른 성막 레시피나, 성막 가스가 같고 처리 온도의 범위가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것이다. 또한 상기 복수의 퍼지 레시피는 퍼지 처리를 행하는 시간의 길이 및 반응 용기 내의 온도 중 적어도 한쪽이 서로 다른 퍼지 레시피를 포함하는 것이다.
상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 밖에 배치하고, 이 반응 용 기를 밀폐된 상태에서 행하는 제1 퍼지 처리를 포함하는 것이어도 좋고, 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 처리 대상의 기판을 적재하지 않고 상기 반응 용기 내에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제2 퍼지 처리를 포함하는 것이라도 좋다.
게다가 또한 본 발명의 기억 매체는 본 발명 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는 이 컴퓨터 프로그램은 반응 용기 내에 적재된 기판에 대해 선택된 성막 레시피를 기초로 하여 성막 처리를 행하는 단계와, 계속해서 상기 기판을 상기 반응 용기로부터 반출하는 단계와, 상기 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 미리 준비된 복수의 퍼지 레시피 중에서 자동으로 퍼지 레시피를 선택하는 단계와, 기판이 반응 용기로부터 반출된 후, 선택된 퍼지 레시피를 기초로 하여 반응 용기 내에 퍼지 가스를 공급하여 퍼지 처리를 행하는 단계를 실행하도록 구성된다. 여기서 누적 막두께라 함은, 반응 용기의 신품을 장착하였을 때, 혹은 반응 용기 내를 클리닝하였을 때부터 성막한 박막의 막두께의 누적치로, 예를 들어 각 성막 처리에 있어서의 목표 막두께를 가산해 감으로써 구할 수 있다.
또한 본 발명은 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 퍼지 레시피가 선택되지만, 여기서 말하는 누적 막두께는 성막 레시피 하나하나의 누적 막두께에 한정되지 않고 복수의 성막 레시피를 그룹화하여, 그룹마다 누적 막두께를 관리하여 그 그룹에 속하는 성막 레시피를 기초로 하여 얻게 된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 퍼지 레시피를 선택하는 경우도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한 기억 매체로서는 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크(이른바 MO) 등을 예로 들 수 있다.
우선 본 발명에 관한 성막 방법이 실시되는 성막 장치의 실시 형태에 대해 설명한다. 도1은 성막 장치인 배치식 감압 CVD 장치이고, 도1 중 2는 예를 들어 석영에 의해 종형의 원통 형상으로 형성된 반응 용기이다. 이 반응 용기(2)의 하단부는 노구(爐口)로서 개구되고, 그 개구부(21)의 주연부에는 플랜지(22)가 일체로 형성되어 있다. 상기 반응 용기(2)의 하방에는 플랜지(22)의 하면에 접촉하여 개구부(21)를 기밀하게 폐색하는, 예를 들어 석영으로 된 제1 덮개 부재(23)가 승강 기구(20a)에 의해 승강 가능하게 구성된 보트 엘리베이터(20)에 의해 상하 방향으로 개폐 가능하게 설치되어 있다. 상기 제1 덮개 부재(23)의 중앙부에는 회전축(24)이 관통하여 설치되고, 그 상단부에는 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(25)가 탑재되어 있다.
이 웨이퍼 보트(25)는 3개 이상 예를 들어 4개의 지지 기둥(26)을 구비하고 있고, 복수매 예를 들어 125매의 피처리체인 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 유지할 수 있도록 상기 지지 기둥(26)에 홈(슬롯)이 형성되어 있다. 단, 125매의 웨이퍼(W)의 보유 지지 영역 중, 상하 양단부에 대해서는 복수매의 더미 웨이퍼가 보유 지지되고, 그 사이의 영역에 제품 웨이퍼가 보유 지지되게 된다. 상기 회전축(24)의 하부에는 상기 회전축(24)을 회전시키는 구동부를 이루는 모터(M)가 설치되어 있 고, 따라서 웨이퍼 보트(25)는 모터(M)에 의해 회전하게 된다. 또한, 덮개 부재(23) 상에는 상기 회전축(24)을 둘러싸도록 보온 유닛(27)이 설치되어 있다.
이렇게 하여 웨이퍼 보트(25)는 보트 엘리베이터(20)에 의해 제1 덮개 부재(23)가 반응 용기(2)를 막았을 때의 반응 용기(2) 내의 위치와, 반응 용기(2)의 하방측에 설치된 웨이퍼(W)의 반출 영역인 로딩 영역(28) 내의 위치 사이에서 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한 상기 반응 용기(2)의 하방에는 제1 덮개 부재(23)가 로딩 영역(28) 내에 위치할 때에, 반응 용기(2)의 개구부(21)를 기밀하게 폐색하기 위한, 예를 들어 석영으로 된 제2 덮개 부재(29)가 구동 기구(29a)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 웨이퍼 보트(25)가 로딩 영역(28) 내에 위치할 때에도 반응 용기(2) 내를 기밀하게 막을 수 있도록 구성되어 있다.
상기 반응 용기(2)의 하부의 플랜지(22)에는 반응 용기(2) 내의 웨이퍼(W)에 가스를 공급하기 위한 L자형의 인젝터(31)가 삽입되어 설치되어 있다. 인젝터(31)의 기단부측에는 가스 공급로인 가스 공급관(32)이 접속되어 있고, 가스 공급관(32)의 타단부측은 공급 제어부(100)를 거쳐서 복수 예를 들어 4개의 성막 가스 공급원(33, 34, 35, 36)과, 퍼지 가스 공급원(37)에 접속되고, 상기 가스 공급관(32), 인젝터(31)를 거쳐서 반응 용기(2) 중에 성막에 필요한 가스를 공급할 수 있게 되어 있다. 상기 공급 제어부(100)는 밸브(V1 내지 V5)나, 유량 조정부(M1 내지 M5) 등을 포함하는 공급 제어 기기군에 의해 구성되어 있다.
본 예에서는 성막 가스 공급원(33, 34, 35, 36)은 각각 SiH2Cl2(디클로로실 란 : DCS) 가스, Si2Cl6(HCD) 가스, 비스터셜부틸아미노실란 가스(BTBAS), 암모니아(NH3) 가스 등의 공급원이다. 또한 상기 퍼지 가스 공급원(37)은 불활성 가스 예를 들어 N2 가스 등의 공급원이다. 또, 퍼지 가스는 불활성 가스에 한정되지 않는다.
또한 반응 용기(2)의 상방에는 반응 용기 내를 배기하기 위한 배기구가 형성되어 있고, 이 배기구에는 반응 용기 내를 원하는 진공도로 감압 배기 가능한 진공 배기 수단을 이루는 진공 펌프(41) 및 예를 들어 버터플라이 밸브로 이루어지는 압력 조정부(42)를 구비한 배기관(43)이 접속되어 있다. 또한 배기관(43)의 압력 조정부(42)와 진공 펌프(41) 사이에는 메인 밸브(MV)가 개재되는 메인 라인(45)과, 이 메인 라인(45)으로부터 메인 밸브(MV)를 우회하도록 설치된 바이패스 라인(46)을 구비하고 있고, 이 바이패스 라인(46)에는 예를 들어 니들 밸브(NV)가 설치되어 있다. 이에 의해 메인 밸브(MV)를 폐쇄하고, 니들 밸브(NV)를 개방하여 바이패스 라인(46)만을 이용하여 천천히 한 배기 속도 예를 들어 30 리터/분 정도의 배기 속도로 반응 용기(2) 내를 배기할 수 있는 동시에, 메인 밸브(MV)도 개방하여 메인 라인(45)과 바이패스 라인(46)을 이용하여 반응 용기(2) 내를 진공 배기할 수 있도록 되어 있다. 도면 중 일점 쇄선으로 둘러싸는 영역은 배기 제어부(200)이다.
반응 용기(2)의 주위에는 반응 용기(2) 내를 가열하기 위한 가열 수단인 히터(51)를 구비한 가열로(52)가 설치되어 있다. 상기 히터(51)로서는, 콘테미네이션이 없고 승강온(昇降溫) 특성이 우수한 카본 와이어 등을 이용하는 것이 바람직하다. 도면 중 51a는 히터(51)의 전력 제어부이다. 또한 가열로(52)와 반응 용기 (2) 사이의 공간에는 가열로(52)의 하부측에 반응 용기(2)를 둘러싸도록 구성된 송기(送氣) 보트(53)가 설치되어 있다. 이 송기 보트는 중공의 고리형 부재이며, 일부에 강제 공냉용 예를 들어 0 ℃ 정도로 온도 조정된 에어의 공급관(54)이 접속되는 동시에, 상면에 다수의 공기 구멍(55)을 구비하고 있다. 도면 중 56은 상기 에어를 송기 보트(53) 내에 공급하기 위한 팬, 57은 배기로, 58은 밸브나 유량 조정부 등을 포함하는 상기 에어의 공급계이다.
또한 이 성막 장치는 로딩 영역(28) 내에 설치된 제1 파티클 검출부(61)와, 배기관(43) 내에 설치된 제2 파티클 검출부(43)를 구비하고 있고, 이들 검출 데이터는 후술하는 제어부에 출력되도록 되어 있다. 여기서 상기 제1 파티클 검출부(61)는 장치 내부에 조립되었거나, 또는 장치 외부에 설치된 웨이퍼 표면의 파티클 수를 측정하는 파티클 카운터이고, 상기 제2 파티클 검출부(62)는 반응 용기(2) 내 또는 배기계 배관 내의 기상 중에 발생하는 파티클 수를 측정하기 위한 파티클 카운터이다.
또한 이 성막 장치는 보트 엘리베이터(20)의 승강 기구(20a)나 제2 덮개 부재(29)의 구동 기구(29a), 히터(51)의 전력 제어부(51a), 공급 제어부(100), 배기 제어부(200), 에어의 공급계(58) 등의 구동 제어를 행하는 컴퓨터로 이루어지는 제어부(7)를 구비하고 있다. 도2는 이 제어부(7)의 구성을 도시하는 것이고, 실제로는 CPU(중앙 처리 유닛), 프로그램 및 메모리 등에 의해 구성되지만, 본 발명에서는 성막 장치의 반응 용기(2)의 퍼지 처리에 특징이 있으므로, 여기서는 그에 관련된 구성 요소의 일부를 블럭화하여 설명하는 것으로 한다.
도2 중 70은 버스이고, 이 버스(70)에 성막 레시피 저장부(71), 퍼지 레시피 저장부(72), 퍼지 레시피 선택 프로그램(73), 막두께 관리부(74), 반응 용기 사용 시간 관리부(75), 파티클 수 관리부(76)나, 제1 및 제2 파티클 검출부(62, 63), 상기 공급 제어부(100), 상기 배기 제어부(200), 에어의 공급계(58), 히터(51)의 전력 제어부(51a), 보트 엘리베이터(20)의 승강 기구(20a)나 제2 덮개 부재(29)의 구동 기구(29a)가 접속되어 있다.
상기 성막 레시피 저장부(71)는 복수의 성막 처리의 레시피를 저장하는 부위로, 복수의 성막 레시피로서는 성막하는 박막의 종류가 같고 성막 가스가 서로 다른 성막 레시피나, 성막 가스가 같고 처리 온도의 범위가 서로 다른 성막 레시피가 포함된다.
예를 들어 본 예에서는 복수의 성막 레시피로서, 성막 레시피(1), 성막 레시피(2), 성막 레시피(3), 성막 레시피(4)의 4개의 레시피가 준비되고, 성막 레시피(1)는 상기 DCS를 성막 가스로서 이용한 레시피, 성막 레시피(2)는 상기 HCD를 성막 가스로서 이용하여 500 ℃ 미만의 온도에서 성막 처리를 행하는 레시피, 성막 레시피(3)는 상기 HCD를 성막 가스로서 이용하여 500 ℃ 이상의 온도에서 성막 처리를 행하는 레시피, 성막 레시피(4)는 비스터셜부틸아미노실란을 성막 가스로서 이용한 레시피로 한다.
또한 퍼지 레시피 저장부(72)는 본 발명의 기억부에 상당하는 부위이고, 복수의 퍼지 레시피를 저장하는 부위이다. 여기서 퍼지 레시피라 함은 퍼지 처리의 레시피이고, 이 퍼지 처리라 함은 성막 처리와 다음의 성막 처리 사이에 반응 용기 내를 가스 퍼지하는 처리를 말한다. 또한 복수의 퍼지 레시피는 퍼지 처리를 행하는 시간의 길이 및 반응 용기 내의 온도 중 적어도 한 쪽이 서로 다른 퍼지 레시피를 포함하는 것이다. 반응 용기 내의 온도가 서로 다르다는 것은 온도 프로필(시간에 대한 온도 설정 패턴)이 다른 것이다.
예를 들어 본 예에서는, 도3에 성막 레시피(1)에 대응하는 기본 레시피인 퍼지 레시피(1)의 일예를, 도4에 성막 레시피(2)에 대응하는 기본 레시피인 퍼지 레시피(2)의 일예를, 도5에 성막 레시피(3)에 대응하는 기본 레시피인 퍼지 레시피(3)의 일예를, 도6에 성막 레시피(4)에 대응하는 기본 레시피인 퍼지 레시피(4)의 일예를 각각 나타낸다.
또한 상기 퍼지 레시피 선택 프로그램(73)이라 함은, 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 복수의 퍼지 레시피 중에서 퍼지 레시피를 선택하는 선택 수단에 상당하는 부위이다. 구체적으로는, 성막 레시피와 누적 막두께를 기초로 하여 복수 준비된 퍼지 레시피에서 소정의 퍼지 레시피가 선택되도록 되어 있고, 성막 레시피에 대응하는 흐름도(도8 내지 도11 참조)가 저장되고, 이를 기초로 하여 소정의 퍼지 레시피가 선택되도록 되어 있다. 또 도7에 나타내는 표는 성막 레시피와 퍼지 레시피의 관계를 이해하기 쉽게 표시한 것이다.
상기 막두께 관리부(74)는 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 구하는 부위이다. 여기서 누적 막두께라 함은, 반응 용기의 신품을 장착하였을 때, 혹은 반응 용기 내를 클리닝하였을 때부터 성막한 박막의 막두께의 누적치이며, 예를 들어 각 성막 처리에 있어서의 목표 막두께를 가산해 감으로써 구 할 수 있다.
상기 반응 용기 사용 시간 관리부(75)는 각 성막 레시피가 행해지고 있는 시간부터 반응 용기(2)가 사용되고 있는 누적 시간을 계측하는 부위이다. 여기서 반응 용기(2)가 사용되고 있는 시간이라 함은, 반응 용기(2) 내에 아직 처리되지 않은 웨이퍼(W)가 탑재된 웨이퍼 보트(25)가 반입되어 제1 덮개 부재(23)가 폐쇄된 후, 반응 용기(2)로부터 처리 후의 웨이퍼(W)가 탑재된 웨이퍼 보트(25)가 반출되어 제2 덮개 부재(29)가 폐쇄되기까지의 시간을 말한다.
또한 파티클 수 관리부(76)는 제1 및 제2 파티클 검출부(62, 63)로부터의 파티클의 검출 데이터를 수취하여 파티클의 경향이 바뀌었을 때에 소정의 타이밍으로 파티클 데이터를 출력하는 부위이고, 파티클의 경향이 바뀌었을 때라 함은, 예를 들어 갑자기 파티클 수의 평균치가 2 내지 3배가 되었을 때를 말한다.
또 제어부(7)에 저장되어 있는 처리 프로그램 및 성막 레시피나 퍼지 레시피(성막 레시피나 파티클 레시피 입력용 화면 데이터를 포함함)를 포함하는 소프트웨어는 기억 매체, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크(이른바 MO) 등에 저장되고, 제어부(7)에 인스톨된다. 여기서 말하는 처리 프로그램에 대해서는 도시하지 않지만, 이하에 서술하는 바와 같이 장치를 동작시키기 위한 컴퓨터 프로그램이고, 퍼지 레시피 선택 프로그램(73)은 그 일부이다.
다음에 상술한 성막 장치를 이용하여 실시하는 성막 방법의 일예에 대해 성막 가스로서 상기 DCS를 이용하여 SiN막을 성막하는 경우를 예로 들어, 도8에 나타내는 처리 흐름을 이용하여 설명한다. 또 이 처리 흐름에 있어서의 각 스텝은 상 기의 컴퓨터 프로그램에 의해 실시된다. 우선 성막 레시피(1)를 선택하고(단계 S1), 누적 막두께, 반응 용기(2)의 누적 사용 시간, 파티클 수를 측정하면서 성막 레시피(1)를 행한다(단계 S2). 즉 기판인 웨이퍼(W)를 소정 매수 웨이퍼 보트(25)에 보유 지지시켜 반응 용기(2) 내에 보트 엘리베이터(20)를 상승시킴으로써 반입(로드)한다.
웨이퍼 보트(25)가 반입되어 반응 용기(2)의 하단부 개구부(21)가 제1 덮개 부재(23)에 의해 막힌 후, 반응 용기(2) 내의 온도를 예를 들어 650 ℃ 내지 760 ℃까지 승온시키는 동시에, 메인 밸브(MV), 니들 밸브(NV)를 개방하여 반응 용기(2) 내를 배기구(4)를 통해 진공 펌프(41)에 의해 소정의 진공도 예를 들어 0.4 ㎩까지 진공 배기한다.
그리고 제1 성막 가스 공급원(33)과 제2 성막 가스 공급원(34)으로부터 예를 들어 DCS(SiH2Cl2) 가스와 NH3 가스를 각각 소정의 유량으로 반응 용기(2) 내에 공급하여 SiN막의 성막 처리를 행한다. 반응 용기(2) 내에서는 SiH2Cl2 가스와 NH3 가스가 열분해하여 SiN막이 웨이퍼(W)의 표면에 성막된다. 이들 일련의 공정을 행하고 있는 동안, 웨이퍼 보트(25)는 모터(M)에 의해 회전하고 있다. 다음에 SiH2Cl2 가스와 NH3 가스의 공급을 정지하고, 반응 용기(2) 내를 배기한 후, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 퍼지 가스인 N2 가스의 공급을 개시하여 퍼지를 행하고, 반응 용기(2) 내의 압력을 대기압으로 복귀시키는 동시에, 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2)로부터 반출(언로드)하여 성막 레시피(1)를 종료한다(단계 S3).
계속해서 퍼지 처리를 행한다. 우선 퍼지 레시피의 선택을 행한다. 구체적으로는 파티클 수 관리부(76)에서 파티클 수에 변화가 없는지 여부를 조회하여(단계 S4), 파티클 수에 변화가 없는 경우에는 단계 S5로 진행하고, 파티클 수에 변화가 있는 경우에는 단계 S6으로 진행하여 퍼지 레시피(4)에서 퍼지 처리를 행한다.
단계 S5에서는, 또한 막두께 관리부(74)에 누적 막두께가 한계 막두께(A) 본 예에서는 1.5 ㎛를 초과하였는지 여부를 조회하여, 초과하지 않은 경우에는 단계 S7로 진행하여 퍼지 레시피(1)로 퍼지 처리를 행한다. 초과한 경우에는 단계 S6으로 진행하여 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행한다. 이렇게 하여 소정의 퍼지 레시피로 퍼지 처리를 행한 후, 아직 처리되지 않은 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(25)에 탑재하여 반응 용기(2) 내에 로드하고, 다음의 성막 처리를 개시한다(단계 S8).
다음에 성막 가스로서 HCD를 이용하여 500 ℃ 미만의 온도에서 SiN막을 성막하는 경우를 예로 하여 도9에 나타내는 처리 흐름을 이용하여 설명한다. 우선 성막 레시피(2)를 선택하고(단계 S21), 누적 막두께, 반응 용기의 누적 사용 시간, 파티클 수를 측정하면서 성막 레시피(2)를 행한다(단계 S22). 이 프로세스는 성막 가스로서 HCD(Si2Cl6) 가스와 NH3 가스를 이용하여 성막 처리시의 온도를 450 ℃ 내지 500 ℃ 미만의 온도로 설정하여 상술한 성막 레시피(1)와 마찬가지로 행하고, 이렇게 하여 성막 레시피(2)를 종료한다(단계 S23).
계속해서 퍼지 처리를 개시한다. 여기서 퍼지 레시피의 선택은 우선 파티클 수 관리부(76)에서 파티클 수에 변화가 없는지 여부를 조회하여(단계 S24), 파티클 수에 변화가 없는 경우에는 단계 S25로 진행하고, 변화가 있는 경우에는 단계 S29로 진행하여 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행한다.
단계 S25에서는, 막두께 관리부(74)에 제2 한계 막두께(A2) 본 예에서는 5000 Å을 초과하였는지 여부를 조회하여, 초과하지 않은 경우에는 단계 S26으로 진행하고, 초과한 경우에는 단계 S29로 진행하여 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행한다.
또한 단계 S26에서는, 막두께 관리부(74)에 제1 한계 막두께(A1) 본 예에서는 1000 Å을 초과하였는지 여부를 조회하여, 초과하지 않은 경우에는 단계 S27로 진행하여 퍼지 레시피(2)로 퍼지 처리를 행하고, 초과한 경우에는 단계 S28로 진행하여 퍼지 레시피(3)로 퍼지 처리를 행한다. 이렇게 하여 소정의 퍼지 레시피로 퍼지 처리를 행한 후, 다음 성막 처리를 개시한다(단계 S30).
다음에 성막 가스로서 HCD를 이용하여 500 ℃ 이상의 온도로 SiN막을 성막하는 경우를 예로 하여 도10에 나타내는 처리 흐름을 이용하여 설명한다. 우선 성막 레시피(3)를 선택하여(단계 S41), 누적 막두께, 반응 용기(2)의 누적 사용 시간, 파티클 수를 측정하면서 성막 레시피(3)를 행한다(단계 S42). 이 프로세스는 성막 가스로서 HCD(Si2Cl6) 가스와 NH3 가스를 이용하고, 성막 처리시의 반응 용기(2) 내의 온도는 예를 들어 500 ℃ 이상 내지 600 ℃로 하여 상술한 성막 레시피(2)와 마찬가지로 실시된다. 이렇게 하여 성막 레시피(3)를 종료한다(단계 S43).
계속해서 퍼지 처리를 개시한다. 여기서 퍼지 레시피의 선택은 우선 파티클 수 관리부(76)에서 파티클 수에 변화가 없는지 여부를 조회하여(단계 S44), 파티클 수에 변화가 없는 경우에는 단계 S45로 진행하고, 변화가 있는 경우에는 단계 S47로 진행하여 퍼지 레시피(4)에서 퍼지 처리를 행한다.
단계 S45에서는, 막두께 관리부(74)에 누적 막두께가 한계 막두께(A) 본 예에서는 5000 Å을 초과하였는지 여부를 조회하여, 초과하지 않은 경우에는 단계 S46으로 진행하여 퍼지 레시피(3)로 퍼지 처리를 행하고, 초과한 경우에는 단계 S47로 진행하여 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행한다. 이렇게 하여 소정의 퍼지 레시피로 퍼지 처리를 행한 후, 다음의 성막 처리를 개시한다(단계 S48).
다음에 성막 가스로서 비스터셜부틸아미노실란을 이용하여 SiN막을 성막하는 경우를 예로 하여 도11에 나타내는 처리 흐름을 이용하여 설명한다. 우선 성막 레시피(4)를 선택하여(단계 S51) 성막 레시피(4)를 행한다(단계 S52). 이 프로세스는 성막 가스로서 비스터셜부틸아미노실란 가스와 NH3 가스를 이용하여, 성막 처리시의 반응 용기(2) 내의 온도는 예를 들어 450 ℃ 내지 600 ℃로서 상술한 성막 레시피(1)와 마찬가지로 실시된다. 이렇게 하여 성막 레시피(4)를 종료하면(단계 S53), 퍼지 레시피(4)가 선택되어 퍼지 처리를 개시한다(단계 S54). 이렇게 하여 퍼지 처리를 행한 후, 다음의 성막 처리를 개시한다(단계 S55).
여기서 퍼지 레시피에 대해 설명한다. 우선 퍼지 레시피(1)에 대해 설명하면, 이 퍼지 처리는 도3에 도시한 바와 같이 시각 T1에 의해 퍼지 처리가 개시되지만, 이 시각 T1은 웨이퍼 보트(25)가 로딩 영역(28)에 반출되어 제2 덮개 부재(29) 가 폐쇄된 타이밍이다. 이 퍼지 처리에서는 처리가 개시되면, 히터(51)로의 전력 공급을 정지하는 동시에, 반응 용기(2)와 가열로(52) 사이에 예를 들어 0 ℃의 에어를 송기 보트(53)를 거쳐서 공급하여 배기로(57)로부터 배출함으로써 강제적인 냉각을 행하고, 시각 T2에서 제1 온도 예를 들어 300 ℃가 되도록 급속 냉각한다. 계속해서 상기 에어의 공급을 정지하는 동시에, 히터(51)에의 전력 공급을 개시하여, 시각 T3에서 예를 들어 성막 처리의 온도인 650 ℃ 내지 760 ℃가 되도록 가열을 행한다. 여기서 상기 제1 온도와 시각 T2는 퍼지 처리가 개시되었을 때의 반응 용기(2)의 온도와의 온도차가 예를 들어 100 ℃ 내지 500 ℃ 정도 있고, 예를 들어 75 ℃/분 정도의 냉각 속도로 반응 용기(2)가 급속 냉각되도록 각각 결정된다.
이 때, 시각 T1로부터 시각 T3까지 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 가스 공급관(32)을 거쳐서 반응 용기(2) 내에 퍼지 가스를 예를 들어 30 slm 정도의 유량으로 공급하는 동시에, 메인 밸브(MV)를 폐쇄하고, 니들 밸브(NV)를 개방하여 진공 펌프(41)로부터 바이패스 라인(46)을 거쳐서 예를 들어 30 리터/분 정도의 배기 속도로 반응 용기(2) 내를 배기한다. 이 퍼지 레시피(1)에서는 도12에 도시한 바와 같이 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입하지 않은 상태에서의 퍼지 처리 즉 제1 퍼지 처리가 행해지고, 퍼지 처리 시간은 예를 들어 12.5분 정도이다.
이와 같은 퍼지 레시피(1)는 성막 레시피(1)의 DCS를 성막 가스로서 이용한 성막 처리의 기본 레시피로서 이용되는 것으로, 일정한 조건[파티클 수에 변화가 없고, 누적 막두께가 한계 막두께(A)를 초과하지 않고, 반응 용기(2)의 한계 사용 시간(B)을 초과하지 않음]인 경우에는 성막 레시피(1)를 종료할 때마다 이 퍼지 레 시피(1)를 행함으로써, 가스의 발생이나 막의 박리가 원인이 되는 파티클의 발생을 억제할 있다.
즉 반응 용기(2)를 강제 냉각함으로써 반응 용기(2)의 내벽에 부착되어 있는 반응 주생성물이나 반응 부생성물의 막에 석영으로 이루어지는 반응 용기(2)의 열용량의 차로 균열이 생긴다.
한편 반응 용기(2) 내를 30 리터/분 정도의 배기 속도로 배기함으로써, 지금 바로 박리되려 하고 있는 막의 표층부가 박리되어 반응 용기(2)의 외부로 배출된다. 이에 의해 박리되려고 하고 있는 막의 표층부가 원인이 되는 가스나 파티클의 발생이 억제되므로, 이 퍼지 처리의 다음의 성막 처리에 있어서의 가스나 파티클의 발생이 방지된다. 여기서 가스의 발생을 억제하는 것은, 막으로부터 가스가 발생하면 막의 반응 용기(2) 내벽에의 밀착성이 악화되어 막 박리가 일어나기 쉬워지므로, 이를 방지하기 위해서이다.
이 때 반응 용기(2)의 하단부측 개구부(21)는 제2 덮개 부재(29)에 의해 폐쇄되어 있으므로, 반응 용기(2) 내로부터 박리되어 떨어진 막이 로딩 영역(28) 내의 웨이퍼 보트(25)에 부착될 우려는 없다. 또한 이 퍼지 레시피(1)는 토탈 퍼지 시간이 12.5분이고, 이 시간은 로딩 영역(28)에서 웨이퍼 보트(25)에 대해 처리된 웨이퍼(W)와 아직 처리되지 않은 웨이퍼(W)의 이동 적재 작업에 필요한 시간이다. 따라서 이 이동 적재 시간에 퍼지 레시피(1)를 행하면, 퍼지 처리를 위해 따로따로 시간을 준비하는 일 없이 장치가 성막 처리를 위해 가동할 수 없는 시간(작업 중단 시간)이 발생하지 않으므로, 퍼지 처리를 행해도 처리량의 저하를 억제할 수 있다.
계속해서 퍼지 레시피(2)를 기초로 하여 퍼지 처리를 행하는 경우에 대해 도4를 이용하여 설명한다. 이 퍼지 레시피(2)에서는 도12에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)가 탑재되어 있지 않은 빈 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입한 상태에서의 퍼지 처리 즉 제2 퍼지 처리가 행해진다. 상세하게는, 성막 처리 후에 반응 용기(2)로부터 웨이퍼 보트(25)를 반출하고, 로딩 영역(28)에서 처리된 웨이퍼(W)를 이동 적재하고, 계속해서 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 상태에서 빈 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입한 상태에서 퍼지 처리가 개시된다.
퍼지 처리가 개시되는 타이밍은 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 웨이퍼 보트(25)가 반응 용기(2) 내에 로드되어 제1 덮개 부재(23)가 폐쇄된 타이밍이다. 여기서 웨이퍼 보트(25)의 로드시의 반응 용기(2) 내의 온도는 예를 들어 성막 처리의 온도인 450 ℃ 내지 500 ℃ 미만 정도이고, 웨이퍼 보트(25)의 로드와 그에 이어지는 대기(待機) 사이에는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 가스 공급관(32)을 거쳐서 반응 용기(2) 내에 N2 가스를 1 slm 정도의 유량으로 공급한다.
계속해서 진공 배기를 행한다. 이 때 진공 펌프(41)에 의해, 우선 니들 밸브(NV)를 개방하여 바이패스 라인(46)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하고, 계속해서 메인 밸브(MV)를 개방하여 메인 라인(45)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하여 반응 용기(2) 내를 0.4 ㎩ 정도까지 진공 배기를 행한다. 본 예에서는 반응 용기(2) 내의 압력이 0.4 ㎩ 내지 1.0 ㎩ 정도인 경우를 진공 배기된 상태라 한다.
계속해서 시각 T4에서 히터(51)로의 전력 공급을 개시하여, 반응 용기(2) 내의 온도를 시각 T5에서 제2 온도 예를 들어 850 ℃가 되도록 가열하면서, N2 가스의 사이클 퍼지를 행한다. 여기서 상기 제2 온도는 상기 퍼지 처리 다음에 개시되는 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 반응 용기(2)의 온도는 시각 T6에서 냉각을 개시하고, 시각 T7에서 예를 들어 성막 처리의 온도인 450 ℃ 내지 500 ℃ 미만이 될 때까지 냉각한다.
또한 상기 사이클 퍼지에서는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 가스 공급관(32)을 거쳐서 반응 용기(2) 내에 1 slm의 유량으로 공급(N2 퍼지)하고, 다음에 상기 N2 가스의 공급을 정지하여 반응 용기(2)를 진공 펌프(41)에 의해 배기(VAC)한다. 여기서 N2 퍼지의 공급시에도 메인 밸브(MV)를 개방하여 진공 펌프(41)에 의해 배기는 행해지고 있다.
이렇게 하여 N2 퍼지와 배기를 교대로 행하고 3회째의 N2 퍼지를 행한 후, N2 가스의 공급을 정지하고 3회째의 배기를 행한 후, 메인 밸브(MV), 니들 밸브(NV)를 폐쇄하여 진공 펌프(41)에 의한 배기를 정지하고, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 30 slm의 유량으로 반응 용기(2) 내에 공급하여 반응 용기(2) 내를 대기압까지 복귀시킨 후, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 1 slm의 유량으로 반응 용기(2) 내에 공급하면서 반응 용기(2) 내로부터 웨이퍼 보트(25)를 언로드하여 퍼지 처리를 종료한다. 이 퍼지 처리에 필요한 시간은 예를 들어 30.7분 정도이다.
이 퍼지 레시피(2)는 탈가스나 이 탈가스가 원인이 되는 막 박리에 의해 발생하는 파티클을 억제하는 효과가 있는 것이며, 성막 레시피(2)의 HCD를 성막 가스로서 이용하여 500 ℃ 미만의 온도에서 성막 처리를 행하는 경우의 기본 레시피로서 이용되는 것으로, 상기 일정한 조건의 경우에는 성막 레시피(2)를 종료할 때마다 이 퍼지 레시피(2)를 행함으로써, 가스의 발생이나 이 가스의 발생에 의해 생긴 막 박리가 원인이 되는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 퍼지 처리에 있어서는, 진공 배기를 하면서 반응 용기(2)를 제2 온도까지 가열함으로써 진공 배기와 반응 용기(2)의 열용량의 차에 의해 막 박리가 되기 쉬워지는 동시에, 이 막 박리가 발생한 부분으로부터 가스가 발생하기 쉬워져 잔존하고 있는 막으로부터 가스를 강제적으로 발생시킨다. 이 때 제2 온도를 다음의 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높게 설정함으로써, 다음의 성막 처리에서의 가스의 발생을 억제할 수 있다.
또한 퍼지 처리에서는 빈 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입하여 처리를 행하고 있으므로, 웨이퍼 보트(25)에 부착된 막에 대해서도 박리할 수 있어 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 또한 잔존하는 막으로부터의 탈가스도 억제할 수 있다.
계속해서 퍼지 레시피(3)를 기초로 하여 퍼지 처리를 행하는 경우에 대해 도5를 이용하여 설명한다. 이 퍼지 레시피(3)는 퍼지 레시피(2)와 마찬가지로 제2 퍼지 처리가 행해지고, 성막 처리 후에 반응 용기(2)로부터 웨이퍼 보트(25)를 반출하여 로딩 영역(28)에서 처리된 웨이퍼(W)를 이동 적재하고, 계속해서 웨이퍼(W) 를 탑재하지 않은 상태에서 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입한 상태로 퍼지 처리가 개시된다.
퍼지 처리가 개시되는 타이밍은 웨이퍼 보트(25)가 반응 용기(2) 내로 로드되어 제1 덮개 부재(23)가 폐쇄된 타이밍이다. 웨이퍼 보트(25)의 로드와 대기 사이에는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 가스 공급관(32)을 거쳐서 반응 용기(2) 내에 N2 가스를 1 slm 정도의 유량으로 공급한다.
한편, 시각 T8에서 히터(51)에의 전력 공급을 정지하는 동시에, 반응 용기(2)와 가열로(52) 사이에 예를 들어 0 ℃의 에어를 송기 보트(53)를 거쳐서 공급하여 배기로(57)로부터 배출함으로써, 강제적인 냉각을 행함으로써 시각 T9에서 제3 온도 예를 들어 300 ℃가 되도록 급속 냉각한다. 여기서 본 예에서는, 상기 제3 온도는 퍼지 처리가 개시되었을 때의 반응 용기(2)의 온도와의 온도차 예를 들어 100 ℃ 내지 500 ℃ 정도이고, 급속 냉각과는 예를 들어 75 ℃/분 정도의 냉각 속도로 반응 용기(2)가 냉각되는 것을 말한다.
이 때, 진공 펌프(41)에 의해 우선 니들 밸브(NV)를 개방하여 바이패스 라인(46)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하고, 이어서 메인 밸브(MV)를 개방하여 메인 라인(45)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하여 반응 용기(2) 내를 0.4 ㎩ 정도까지 진공 배기를 행한다. 본 예에서는 반응 용기(2) 내의 압력이 0.4 ㎩ 내지 1.0 ㎩ 정도의 상태를 진공 배기된 상태라 한다.
계속해서 시각 T9에서 반응 용기(2) 내가 제3 온도까지 냉각된 후, 상기 에 어의 공급을 정지하는 동시에, 히터(51)에의 전력 공급을 개시하여 반응 용기(2) 내의 온도를 시각 T10에서 제4 온도가 되도록 가열하면서, N2 가스의 사이클 퍼지를 행한다. 여기서 제4 온도는 상기 퍼지 처리의 다음에 개시되는 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 본 예에서는 반응 용기(2)로부터 웨이퍼 보트(25)를 언로드할 때까지 반응 용기(2) 내는 제4 온도로 유지된다.
상기 사이클 퍼지는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 1 slm의 유량으로 가스 공급관(32)을 거쳐서 반응 용기(2) 내에 공급(N2 퍼지)하고, 계속해서 상기 N2 가스의 공급을 정지하여 반응 용기(2)를 진공 펌프(41)에 의해 배기(VAC)한다. 여기서 N2 퍼지시에도 메인 밸브(MV)를 개방하여 진공 펌프(41)에 의해 배기는 행해지고 있다. 이렇게 하여 N2 퍼지와 배기를 교대로 행하고, 3회째의 N2 퍼지는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 1 slm의 N2를 공급함으로써 행한 후, N2 가스의 공급을 정지하는 동시에, 메인 밸브(MV), 니들 밸브(NV)를 폐쇄하여 진공 펌프(41)에 의한 배기를 정지하고, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 30 slm의 유량으로 공급하여 반응 용기(2) 내를 대기압까지 복귀시킨 후, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 2 slm의 유량으로 공급하면서, 반응 용기(2) 내로부터 웨이퍼 보트(25)를 언로드하여 퍼지 처리를 종료한다. 이 퍼지 처리에 필요한 시간은 예를 들 어 34.4분 정도이다.
이 퍼지 레시피(3)는 성막 레시피(2)의 HCD를 성막 가스로서 이용하여 500 ℃ 이상 내지 600 ℃의 온도로 성막 처리를 행하는 경우의 기본 레시피로서 이용되는 것이고, 상기 일정한 조건의 경우에는 성막 레시피(3)를 종료할 때마다 이 퍼지 레시피(3)를 행함으로써 가스의 발생이나 막 박리가 원인이 되는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한 이 퍼지 레시피(3)는 퍼지 레시피(1)나 퍼지 레시피(2)보다도 퍼지 작용이 크고, 퍼지 레시피(1)보다도 가스의 발생이나 파티클의 발생의 억제 효과가 크기 때문에 성막 레시피(1)의 성막 처리를 행하는 경우이며, 반응 용기(2)에의 누적 막두께가 일정치를 초과하여 반응 용기(2)의 퇴적막에 균열이 생겨 파티클이 발생하기 쉽게 되었을 때라도 이 퍼지 레시피(3)를 행함으로써 가스의 발생이나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한 이 퍼지 레시피(3)는 퍼지 레시피(2)보다도 파티클 발생의 억제 효과가 크기 때문에 성막 레시피(2)의 성막 처리를 행하는 경우이며, 누적 막두께가 제1 한계 막두께(A1)인 1000 Å을 초과하였을 때라도 이 퍼지 레시피(3)를 행함으로써 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 퍼지 처리에 있어서도, 처음에 반응 용기(2)를 강제 공냉함으로써 이미 서술한 바와 같이 반응 용기(2)의 내벽에 부착되어 있는 반응 생성물이나 반응 부생성물의 막 중 지금 바로 박리되려 하고 있는 막의 표층부가 박리되고, 진공 펌프(41)에 의한 배기에 의해 반응 용기(2)의 외부로 배출된다. 이 때, 반응 용기(2) 를 진공 배기함으로써 반응 용기(2)의 막 박리가 촉진되고, 상압으로 반응 용기(2)를 강제 공냉하는 경우보다도 박리되는 막이 많아 막 박리가 원인이 되는 파티클의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
또한 반응 용기(2)를 진공 배기하면서 다시 제4 온도까지 가열함으로써, 진공 배기와 열용량의 차에 의해 막 박리가 되기 쉬워지는 동시에, 이 막 박리가 발생한 부분으로부터 가스가 발생하기 쉬워져, 잔존하고 있는 막으로부터 가스를 강제적으로 발생시킨다. 이 때 제4 온도를 다음의 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높게 설정함으로써, 다음의 성막 처리에서의 가스의 발생을 억제할 수 있다.
이 퍼지 처리에서는 빈 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입하여 처리를 행하고 있으므로, 웨이퍼 보트(25)에 부착된 막에 대해서도 박리할 수 있어 파티클의 발생이 억제되고, 또한 잔존하는 막으로부터의 탈가스도 억제할 수 있다.
계속해서 퍼지 레시피(4)를 기초로 하여 퍼지 처리를 행하는 경우에 대해 도6을 이용하여 설명한다. 이 퍼지 레시피(4)는 종래부터 행해지고 있었던 퍼지 레시피로, 제1 퍼지 처리와 제2 퍼지 처리를 계속해서 행하는 것이다. 퍼지 처리가 개시되는 타이밍은 웨이퍼 보트(25)가 로딩 영역(28)에 반출되어 제2 덮개 부재(29)가 폐쇄된 타이밍이다. 그리고 우선, 시각 T11에 있어서 히터(51)에의 전력 공급을 정지하는 동시에, 반응 용기(2)와 가열로(52) 사이에 예를 들어 0 ℃의 에어를 송기 보트(53)를 거쳐서 공급하고, 배기로(57)로부터 배출함으로써 시각 T12에서 제5 온도 예를 들어 0 ℃가 되도록 급속 냉각한다. 여기서 상기 제5 온도는 퍼지 처리가 개시되었을 때의 반응 용기(2)의 온도와의 온도차 예를 들어 100 ℃ 내지 500 ℃ 정도이고, 본 예에서는 예를 들어 75 ℃/분 정도의 냉각 속도로 반응 용기(2)가 냉각되는 상태를 급속 냉각이라 한다.
한편 반응 용기(2)에는 시각 T11로부터 시각 T12까지 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 예를 들어 1 slm 정도의 유량으로 가스 공급관(32)을 거쳐서 공급하는 동시에, 메인 밸브(MV)를 폐쇄하고, 니들 밸브(NV)를 개방하여 진공 펌프(41)로부터 바이패스 라인(46)을 거쳐서 예를 들어 30 리터/분 정도의 배기 속도로 반응 용기(2) 내를 배기하여 시각 T12에서 제1 퍼지 처리가 종료된다. 이 제1 퍼지 처리의 처리 시간은 예를 들어 12.5분 정도이다.
계속해서 웨이퍼 보트(25)가 반응 용기(2) 내에 로드되고, 제1 덮개 부재(23)가 폐쇄되어 제2 퍼지 처리를 개시한다. 여기서 로드 공정 전에 이동 적재 공정이 기재되어 있지만, 본 예에서는 웨이퍼(W)의 이동 적재는 행해지지 않으므로 이 이동 적재 공정의 시간은 0초이다. 또한 웨이퍼 보트(25)의 로드와 대기 사이에는 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 1 slm 정도의 유량으로 공급한다. 계속해서 시각 T13에서 히터(51)에의 전력 공급을 개시하여, 반응 용기(2) 내의 온도를 시각 T14에서 제6 온도 예를 들어 750 ℃가 되도록 가열한다. 여기서 제6 온도는 다음 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 소정 시간 제6 온도를 유지한 후, 시각 T15로부터 반응 용기(2)의 냉각을 개시하고, 시각 T16에서 다음 성막 처리의 온도 또는 그보다도 낮은 온도로까지 냉각한다.
한편 웨이퍼 보트(25)를 로드하여 대기시킨 후, 진공 펌프(41)에 의해 우선 니들 밸브(NV)를 개방하여 바이패스 라인(46)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하고, 계속해서 메인 밸브(MV)를 개방하여 메인 라인(45)을 거쳐서 반응 용기(2) 내의 배기를 행하여 반응 용기(2) 내를 0.4 ㎩ 정도까지 진공 배기를 행한다. 본 예에서는 반응 용기(2) 내의 압력이 0.4 ㎩ 내지 1.0 ㎩의 상태를 진공 배기된 상태라 한다.
이렇게 하여 반응 용기(2) 내가 소정의 진공도로 설정된 후, N2 가스의 사이클 퍼지를 행한다. 즉 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 1 slm의 유량으로 공급(N2 퍼지)하고, 계속해서 상기 N2 가스의 공급을 정지하여 반응 용기(2)를 진공 펌프(41)에 의해 배기(VAC)한다. 여기서 N2 퍼지시에도 메인 밸브(MV)를 개방하여 진공 펌프(41)에 의해 배기는 행해지고 있다. 이렇게 하여 N2 퍼지와 배기를 교대로 행하여 4회째의 N2 퍼지를 행한 후, N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고 4회째의 배기를 행한 후, 메인 밸브(MV), 니들 밸브(NV)를 폐쇄하여 진공 펌프(41)에 의한 배기를 정지하고, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 30 slm의 유량으로 반응 용기(2) 내에 공급하여 반응 용기(2) 내를 대기압까지 복귀시킨 후, 퍼지 가스 공급원(37)으로부터 N2 가스를 1 slm의 유량으로 반응 용기(2) 내에 공급하면서, 반응 용기(2) 내로부터 웨이퍼 보트(25)를 언로드하여 퍼지 처리를 종료한다. 이 제2 퍼지 처리에 필요한 시간은 예를 들어 35.2분 정도이다.
이 퍼지 레시피(4)는 성막 레시피(4)의 비스터셜부틸아미노실란을 성막 가스로서 이용하여 성막 처리를 행하는 경우의 기본 레시피로서 이용되는 것이고, 성막 레시피(4)를 종료할 때마다 이 퍼지 레시피(4)를 행함으로써 가스의 발생이나 막 박리가 원인이 되는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한 이 퍼지 레시피(4)는 퍼지 레시피(1, 2, 3)보다도 가스의 발생이나 파티클의 발생의 억제 효과가 크기 때문에, 성막 레시피(1, 2, 3)의 성막 처리를 행하는 경우이며, 누적 막두께가 한계 막두께(A)를 초과하였을 때에[성막 레시피(2)에 있어서는 제2 한계 막두께(A2)를 초과하였을 때에] 가스의 발생이나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이 퍼지 처리에 있어서도, 처음에 반응 용기(2)를 강제 공냉함으로써 이미 서술한 바와 같이 반응 용기(2)의 내벽에 부착되어 있는 반응 생성물이나 반응 부생성물의 막 중 지금 바로 박리되려 하고 있는 막의 표층부가 박리되고, 진공 펌프(41)에 의한 바이패스 라인(46)을 거친 배기에 의해 반응 용기(2)의 외부로 배출된다.
계속해서 반응 용기(2)를 진공 배기하면서 반응 용기(2) 내의 온도를 제6 온도까지 가열함으로써, 진공 배기와 가열에 의한 열용량의 차이로 더 막 박리가 되기 쉬어지는 동시에, 이 막 박리가 발생한 곳으로부터 가스가 발생하기 쉬워져, 잔존하고 있는 막으로부터 가스를 강제적으로 발생시킨다. 이 때 제6 온도를 다음의 성막 처리의 프로세스 온도보다도 높게 설정함으로써, 다음의 성막 처리에서의 가스의 발생을 억제할 수 있다.
여기서 제2 퍼지 처리에서는, 빈 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내에 반입하여 처리를 행하고 있으므로, 웨이퍼 보트(25)에 부착된 막에 대해서도 박리할 수 있어 파티클의 발생이 억제되고, 또한 잔존하는 막으로부터의 탈가스도 억제할 수 있다. 또 제1 퍼지 처리는, 웨이퍼 보트(25)는 반응 용기(2) 내에 반입하지 않고 행하거나, 웨이퍼 보트(25)는 언로드함으로써 냉각되므로, 강제 공냉과 동등 이상의 효과가 있어 막 박리를 촉진할 수 있다.
이러한 소정의 성막 레시피에 따른 성막 처리와, 소정의 퍼지 레시피에 따른 퍼지 처리의 일련의 프로세스는 제어부(7) 내의 이미 서술한 소프트웨어를 기초로 하여 각 부분이 제어되어 실행된다.
본 발명은 본 발명자들에 의해 성막 레시피마다 각 성막 레시피에 대응한 퍼지 효과를 구비한 퍼지 처리를 행함으로써, 가스나 파티클의 발생 원인이 되는 반응 용기 내의 막의 표층부를 제거할 수 있고, 다음의 성막 처리에 있어서의 가스나 파티클의 발생을 억제할 수 있는 것을 발견한 결과 이루어진 것이다. 이로 인해 본 발명자들은 각 성막 처리마다 파티클의 원인 해석 등을 행하여, 시행 착오에 의해 각 성막 레시피에 대응하는 퍼지 레시피를 작성하고, 본 발명을 완성되는 데 이르렀다.
이와 같이 본 발명은 성막 레시피마다 각 처리에 대응한 퍼지 효과를 구비한 퍼지 레시피를 준비하고, 성막 처리가 행해질 때마다 이 성막 처리에 따른 퍼지 레시피를 자동적으로 선택하여 반응 용기의 퍼지 처리를 행하고 있으므로, 각 성막 처리마다 적절한 퍼지 효과의 퍼지 처리가 행해진다. 여기서 성막 레시피에 의해 강한 효과의 퍼지 처리를 행할 필요가 있는 경우와, 그정도로 강한 효과를 필요로 하지 않는 경우가 있어, 강한 효과를 갖는 퍼지 처리에서는 처리 시간이 길어진다.
구체적으로는 상술한 실시 형태에서는, 처리 시간이 12.5분으로 가장 짧고, 작업 중단 시간이 발생하지 않은 퍼지 레시피(1), 처리 시간(작업 중단 시간에 상당)이 30.7분 정도이며, 퍼지 레시피(1)보다도 효과가 큰 퍼지 레시피(2), 처리 시간(작업 중단 시간에 상당)이 34.4분 정도이며, 퍼지 레시피(1, 2)보다도 효과가 큰 퍼지 레시피(3), 처리 시간이 47.7분(작업 중단 시간은 35.2분) 정도이며, 퍼지 레시피(1, 2, 3)보다도 효과가 큰 퍼지 레시피(4)와, 효과가 다른 4종류의 퍼지 레시피를 준비하고 있다.
따라서 성막 처리에 따른 적절한 퍼지 효과를 구비한 퍼지 처리를 행함으로써, DCS를 성막 가스로서 이용하는 성막 처리 후에, 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행하는 경우와 같은 불필요한 퍼지 처리 시간의 발생을 억제하여 가스나 파티클의 발생의 원인이 되는 반응 용기 내에 부착된 막 박리를 제거할 수 있다. 이에 의해 성막 장치가 성막 처리를 행할 수 없는 시간(작업 중단 시간)을 발생시키지 않거나, 또는 가능한 한 짧은 작업 중단 시간으로 할 수 있으므로, 퍼지 처리를 행한 경우라도 처리량의 저하를 억제할 수 있다.
또한 본 발명자들은 반응 용기(2) 내의 누적 막두께, 반응 용기(2)의 사용 시간, 로딩 영역(28)이나 배기관(43) 내의 파티클 수의 변화 등에 의해 같은 성막 처리를 행하고 있어도 가스나 파티클의 발생을 억제하기 위한 적절한 퍼지 레시피가 다른 경우가 있는 것에 착안하여, 이 경우에는 그 상태에 있어서 적절한 퍼지 레시피에 자동적으로 변경하여 퍼지 처리를 행하도록 하였으므로, 성막 처리마다 가스의 발생이나 파티클 발생의 원인이 되는 반응 용기 내에 부착된 막을 확실하게 제거할 수 있다.
구체적으로는 반응 용기(2) 내의 누적 막두께가 한계 막두께(A)를 초과하면, 막으로부터 가스가 발생하기 쉬워지고, 또한 막에 균열이 생겨 막 박리가 되기 쉬우므로, 가장 퍼지 효과가 큰 퍼지 레시피(4)를 이용하여 가스나 파티클의 발생 원인이 되는 막을 충분히 제거하는 것이 행해진다. 또한 로딩 영역(28)이나 배기관(43) 내의 파티클 수가 급격하게 변화된 경우에도, 반응 용기(2) 내의 누적 막두께에 어떠한 변화가 있어 막 박리가 되기 쉬운 상태로 되어 있으므로, 가장 퍼지 효과가 큰 퍼지 레시피(4)를 이용하여 퍼지 처리가 행해진다.
또한 반응 용기(2)의 누적 사용 시간이 길어지면, 막으로부터의 탈가스량도 증가하여 석영 상의 퇴적막에 균열이 생겨 파티클이 발생하기 쉬워지므로, 기본의 퍼지 레시피보다도 퍼지 효과가 큰 퍼지 레시피를 이용하여 퍼지 처리를 행하도록 해도 좋다.
이와 같이 반응 용기(2) 내의 누적 막두께, 반응 용기(2)의 사용 시간, 배기관(43) 내의 파티클 수나 웨이퍼(W) 표면의 파티클 수에 의해 기본의 퍼지 레시피와는 다른 퍼지 레시피를 선택하여 퍼지 처리를 행하는 것은 유효하지만, 반드시 행할 필요는 없고, 각각의 성막 레시피에 따른 기본의 퍼지 레시피를 이용하여 퍼지 처리를 행하도록 해도 된다. 또한 반응 용기(2) 내의 누적 막두께, 반응 용기(2)의 사용 시간, 배기관(43) 내의 파티클 수나 웨이퍼(W) 표면의 파티클 수 중 어 느 하나 또는 두 개를 선택하여 기본의 퍼지 레시피와는 다른 퍼지 레시피를 선택하여 퍼지 처리를 행해도 좋다. 이 때, 파티클의 검출은 배기관(43) 내 이외에, 반응 용기(2) 내에서 검출하도록 해도 좋고, 웨이퍼(W) 표면의 파티클 수의 검출도 반응 용기(2) 내에서 행하도록 해도 좋다. 또한 웨이퍼(W) 표면의 파티클 수의 검출은 장치의 외부에서 행하도록 해도 좋다.
이상에 있어서 성막 처리로서는, 질화실리콘막의 성막 처리뿐만 아니라, TaN, TiN, WN 등의 성막 처리에 적용할 수 있다. 또한 성막 처리의 종별로서는, 같은 막 종류의 성막 처리에 상관없이 다른 막 종류의 성막 처리라도 좋다.
또한 본 발명에서는, HCD를 성막 가스로서 이용한 처리를 행하는 경우, 우선 500 ℃ 미만의 온도 예를 들어 450 ℃에서 성막 처리를 행하는 성막 레시피(2)에 이어서, 500 ℃ 이상의 온도 예를 들어 600 ℃에서 성막 처리를 행하는 성막 레시피(3)를 행하는 경우, 성막 레시피(2)의 누적 막두께가 제1 한계 막두께(A1)보다 작아도, 성막 레시피(2)에 대응하는 기본의 퍼지 레시피(2)로 퍼지 처리를 행한 후에 성막 레시피(3)를 행하면 탈가스가 발생하게 된다. 따라서 이 경우에는, 성막 레시피(2)를 행한 후, 퍼지 레시피(2)보다도 효과가 큰 퍼지 레시피(3)나 퍼지 레시피(4)로 퍼지 처리를 행하도록 퍼지 레시피를 선택하는 것이 바람직하다.
계속해서 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는 도1에 나타내는 성막 장치에 있어서 퍼지 가스로서 N2 가스 대신에 NH3(암모니아) 가스를 이용한 이외에는 상술한 실시 형태와 모두 같다. 즉, 도1 내지 도12에 도시한 실시 형태에 있어서, 명세서 중 퍼지 가스인 N2 가스를 NH3 가스로 치환하고 또한 도면의 N2 가스를 NH3 가스로 치환한 예에 상당하여, 반응 용기(2) 내에의 퍼지 가스인 NH3 가스의 공급에 대해서는 예를 들어 성막 가스의 공급원인 NH3 공급원(36)으로부터 행해진다.
이미 서술한 성막 레시피(1)는 DCS(SiH2Cl2) 가스와 NH3 가스를 이용하여 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막을 성막하고, 성막 레시피(2) 및 성막 레시피(3)는 HCD(Si2Cl6) 가스와 NH3 가스를 이용하여 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막을 성막하고 있으므로, SiN막의 성막 단계에서 SiH2Cl2 가스 및 Si2Cl6 가스에 포함되는 Cl 원자가 상기 SiN막 중에 취입된다. 그로 인해 예를 들어 이미 서술한 퍼지 레시피(1)나 퍼지 레시피(3) 등에 의해 처리 용기(2)를 강제 냉각함으로써 혹은 가열함으로써 처리 용기(2)의 내벽 및 웨이퍼 보트(25) 등에 부착되어 있는 SiN막이 박리될 때에, 막의 표층부로부터 Cl이 발생한다. 이 Cl은 처리 용기(2)의 내벽 및 웨이퍼 보트(25) 등에 부착한다. 그로 인해 제품용 웨이퍼(W)를 탑재한 웨이퍼 보트(25)를 처리 용기(2) 내에 반입하여 다음의 성막 처리를 행할 때에, 처리 용기(2)의 내벽 및 웨이퍼 보트(25) 등에 부착되어 있는 Cl이 비산하여 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한다. 그 후, 예를 들어 DCS 가스와 NH3 가스를 이용하여 웨이퍼(W)의 표면에 SiN막 박리를 성막한 경우에, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 Cl의 영향에 의해 SiN막의 성막 지연이 발생(인큐베이션 타임이 발생)한다. 즉, 웨이퍼(W)의 표면에 성막 가스를 공급해도 바로는 성막되지 않고, 일정 시간 경과한 후 한번에 막이 성장하는 현상이 일어나, 그 때의 표면의 거칠기가 그 후에 성장하는 막의 표면에 전사되어, 결과적으로 얻을 수 있는 SiN막 표면에 거칠기가 발생(SiN막의 표면이 요철이 됨)하므로, SiN막의 막두께가 불균일해져 상기 막의 상기 특성이나 에칭 특성이 열화된다.
그래서, 퍼지 레시피(1 내지 4)를 기초로 하여 퍼지 처리(사이클 퍼지)를 행하는 데 있어서, 반응 용기(2) 내에 공급하는 퍼지 가스를 N2 가스 대신에 NH3 가스를 공급함으로써, 도13에 도시한 바와 같이 SiN막의 표층부로부터 발생한다. Cl은 NH3 가스와 반응하여 NH4Cl(염화암모늄)이 되고, NH4Cl의 형태로 처리 용기(2)로부터 배출되게 된다.
본 실시 형태에 따르면, 퍼지 가스로서 N2 가스를 이용한 실시 형태에 있어서의 효과에다가, 퍼지 처리 후 웨이퍼(W)에 대해 SiN막을 성막하는 데 있어서, SiN막의 막질 예를 들어 상기 특성이나 에칭 특성의 열화를 저지할 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
즉, NH3 가스를 퍼지 가스로서 이용하는 수법은, 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 자동으로 퍼지 레시피를 선택하는 수법에 한정되지 않고, 제품 웨이퍼(피처리 기판)가 반응 용기(2) 내에 존재하지 않는 상태에서 반응 용기(2) 내를 퍼지 처리하는 경우에 적용할 수 있다. 예를 들어 성막 처리 후에 제품 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 보트(25)를 반응 용기(2) 내로부터 반 출한 후에 있어서, 반응 용기(2)를 폐쇄하여 밀폐 상태로 하고, 계속해서 반응 용기(2) 내를 퍼지 처리하는 수법, 예를 들어 강제적으로 반응 용기(2)를 냉각하면서 반응 용기(2) 내에 퍼지 가스인 NH3 가스를 공급하여 퍼지 처리를 행하는 수법이나, 빈 웨이퍼 보트(25)를 반입한 상태 혹은 반입하지 않는 상태에서 반응 용기(2) 내를 강제 냉각 또는 예를 들어 성막 처리시의 온도보다도 높은 온도로 급속 가열하면서 혹은 소정의 온도로 유지한 상태에서 퍼지 처리를 행하는 수법 등에 대해 적용할 수 있다. 또, 퍼지 가스로서는 100 ％의 NH3 가스에 한정되지 않고, NH3 가스에 희석 가스로서 예를 들어 질소(N2) 가스를 첨가한 퍼지 가스를 이용해도 좋다.
또한 이 수법은 성막 가스로서 염소를 포함하는 가스(염소 화합물이나 염소 가스)를 이용하는 경우에 유효하므로, 상술한 성막 가스 이외의 가스에도 적용할 수 있고, 예를 들어 TiCl4(사염화티탄) 가스 및 H2를 이용한 Ti막의 성막 프로세스 후의 퍼지 처리 등에 적용할 수 있다.
또는 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는 도1에 도시되는 성막 장치에 있어서 퍼지 가스로서 N2 가스의 값 대신에 O2(산소) 가스, 혹은 O2 가스와 불활성 가스 예를 들어 질소 가스와의 혼합 가스를 이용한 것 외에는, 상술한 실시 형태와 완전히 동일하다. 즉, 도1 내지 도12에 나타낸 실시 형태에 있어서, 명세서 중 퍼지 가스인 N2 가스를 예를 들어 O2 가스로 치환하고 또한 도면의 N2 가스를 예를 들어 O2 가스로 치환한 예에 상당하여 반응 용기(2) 내에의 퍼지 가스인 O2 가스의 공급에 대해서는 도1에는 도시되어 있지 않은 예를 들어 O2 가스 공급원으로부터 행해진다.
이미 서술한 퍼지 레시피(1)나 퍼지 레시피(3) 등에 의해 처리 용기(2)를 강제 냉각함으로써 혹은 가열함으로써 반응 용기(2)의 내벽 및 웨이퍼 보트(25) 등에 부착되어 있는 SiN막을 박리하도록 되어 있지만, 석영으로 된 처리 용기(2)의 내벽이나 웨이퍼 보트(25)에 부착되어 있는 SiN막은 석영과 SiN막과의 흡착력이 크기 때문에 박리되기 어렵고, 그리고 SiN막이 박리될 때에 석영 표면에 균열이 생기게 된다. 이는 SiN막이 석영 표면으로부터 박리될 때에 SiN막으로부터 큰 인장 응력(텐사일 스트레스)을 받으므로 석영 표면에 균열이 형성된다고 생각할 수 있다.
그래서, 퍼지 레시피(1 내지 4)에 따라서 퍼지 처리(사이클 퍼지)를 행함에 있어서, 반응 용기(2) 내에 공급하는 퍼지 가스를 N2 가스 대신에 예를 들어 O2 가스를 공급함으로써, 즉 산소를 포함하는 분위기로 퍼지함으로써 SiN막을 산화시켜 SiN막의 표면에 압축 응력을 받는 SiO2막을 형성함으로써 SiN막의 텐사일 스트레스를 완화시켜, 처리 용기(2)의 내벽이나 웨이퍼 보트(25)에 부착되어 있는 충분히 막이 박리되지 않은 나머지의 말하자면 불안정한 SiN막에 대해 막 박리를 방지하고 있다.
본 실시 형태에 따르면, 퍼지 가스로서 N2 가스를 이용한 실시 형태에 있어서의 효과에다가, 석영 표면에 남은 불안정한 SiN막을 산화시켜서 적극적으로 석영측에 남기고, 이에 의해 불안정한 SiN막이 프로세스 중에 박리되어 웨이퍼 오염이 되는 것을 억제할 수 있고, 또한 석영 표면에 있어서의 균열의 발생도 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 미리 준비된 복수의 퍼지 레시피 중에서 자동으로 퍼지 레시피를 선택하여 반응 용기의 퍼지 처리를 행함으로써 성막 처리에 따른 적절한 퍼지 처리를 행한다. 여기서 성막 레시피에 의해 강한 퍼지 효과를 갖는 퍼지 레시피로 퍼지 처리를 행할 필요가 있는 성막 처리와, 그정도로 강한 퍼지 효과를 필요로 하지 않는 성막 처리가 있고, 강한 퍼지 효과를 갖는 퍼지 처리에서는 처리 시간이 길어진다. 성막 레시피에 따른 적절한 퍼지 처리를 행함으로써 불필요한 퍼지 처리 시간의 발생을 억제하면서 가스나 파티클의 발생의 원인이 되는 반응 용기 내에 부착된 막을 제거할 수 있고, 상기 퍼지 처리 다음에 행해지는 성막 처리에서의 가스나 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이에 의해 성막 장치가 성막 처리를 행할 수 없는 시간(작업 중단 시간)을 발생시키지 않거나, 또는 가능한 한 짧은 작업 중단 시간으로 할 수 있으므로, 퍼지 처리를 행한 경우라도 처리량의 저하를 억제할 수 있다.

Claims (16)

  1. 복수의 성막 레시피를 구비한 열처리 장치를 이용하여 기판에 대해 성막 가스에 의해 성막 처리를 행하는 방법에 있어서,
    반응 용기 내에 적재된 기판에 대해 선택된 성막 레시피를 기초로 하여 성막 처리를 행하는 공정과,
    계속해서 상기 기판을 상기 반응 용기로부터 반출하는 공정과,
    상기 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 미리 준비된 복수의 퍼지 레시피 중에서 자동으로 퍼지 레시피를 선택하는 공정과,
    기판이 반응 용기로부터 반출된 후, 선택된 퍼지 레시피를 기초로 하여 반응 용기 내에 퍼지 가스를 공급하여 퍼지 처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 성막 레시피는 성막하는 박막의 종류가 같고 성막 가스가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 성막 레시피는 성막 가스가 같고 처리 온도의 범위가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서, 복수의 퍼지 레시피는 퍼지 처리를 행하는 시간의 길이 및 반응 용기 내의 온도 중 적어도 한쪽이 서로 다른 퍼지 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 밖에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제1 퍼지 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 처리 대상의 기판을 적재하지 않고 상기 반응 용기 내에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제2 퍼지 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응 용기 내의 파티클 수의 측정치 및 기판 표면의 파티클 수의 측정치 중 적어도 하나를 기초로 하여 퍼지 레시피를 변경하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 퍼지 처리 및/또는 제2 퍼지 처리는 반응 용기를 강제적으로 냉각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 퍼지 처리는 다음에 행하는 성막 처리의 처리 온도보다도 반응 용기를 높은 온도로 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  10. 서로 다른 복수의 성막 레시피로부터 선택된 성막 레시피를 기초로 하여 반응 용기 내에 적재된 기판에 대해 성막 처리를 행하고, 상기 기판을 반응 용기로부터 반출한 후, 퍼지 가스를 반응 용기 내에 공급하여 퍼지 처리를 행하는 성막 장치에 있어서,
    서로 다른 퍼지 처리를 행하기 위한 복수의 퍼지 레시피를 저장하는 기억부와,
    각 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 성막 레시피마다 관리하는 수단과,
    상기 선택된 성막 레시피에 의해 성막된 박막의 누적 막두께를 기초로 하여 상기 복수의 퍼지 레시피 중에서 퍼지 레시피를 선택하는 선택 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 제10항에 있어서, 복수의 성막 레시피는 성막하는 박막의 종류가 같고 성막 가스가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  12. 제10항에 있어서, 복수의 성막 레시피는 성막 가스가 같고 처리 온도의 범위 가 서로 다른 성막 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  13. 제10항에 있어서, 복수의 퍼지 레시피는 퍼지 처리를 행하는 시간의 길이 및 반응 용기 내의 온도 중 적어도 한쪽이 서로 다른 퍼지 레시피를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 밖에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제1 퍼지 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 기판 보유 지지구는 다수의 기판을 병렬로 보유 지지하는 것으로, 상기 퍼지 처리는 상기 기판 보유 지지구를 처리 대상의 기판을 적재하지 않고 상기 반응 용기 내에 배치하고, 이 반응 용기를 밀폐한 상태에서 행하는 제2 퍼지 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  16. 제10항에 기재된 성막 장치를 이용하여, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 실시하기 위해 이용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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