KR20060082862A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20060082862A
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가즈유키 도요다
모토나리 다케바야시
노부오 이시마루
다다시 곤타니
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치는, 웨이퍼(200)를 수용하는 처리실(201)과, 처리실(201) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계(232a, 232b)와, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기계(231, 246)와, 처리 가스를 플라즈마화하기 위하여, 보호관(275) 내에 삽입 발출 가능하게 수용된 한 쌍의 전극(269, 270)을 갖고, 전극(269, 270)은 가요성의 부재로 구성되며, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 보호관(275) 내에 수용된다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 플라즈마에 의하여 여기(勵起)된 처리 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼에 성막(成膜)을 행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마에 의하여 여기된 처리 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼에 성막을 행하는 기판 처리 장치로는, 처리 가스와의 반응을 방지하기 위하여, 플라즈마를 발생시키는 전극을 보호관 내에 수용하는 구조로 된 것이 있다.(일본국 특개2002-280378호 공보 참조)
본 발명자들은, 그와 같은 구조의 기판 처리 장치에서는, 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있음과 동시에, 장치로의 장착이 용이한 구조로 된 전극이 바람직하다는 점을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있음과 동시에, 장치로의 장착이 용이한 구조로 된 전극을 구비한 기판 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
적어도 하나의 기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 보호관 내에 삽입 발출 가능하게 수용된, 적어도 한 쌍의 전극을 갖고,
상기 전극은, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 상기 보호관 내에 수용되고, 또한, 상기 전극은 가요성(可撓性)의 부재로 구성한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로(爐)를 설명하기 위한 개략 종단면도,
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로를 설명하기 위한 개략 횡단면도,
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로에 사용하는 플라즈마 발생용 전극을 설명하기 위한 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로에 사용하는 플라즈마 발생용 전극을 설명하기 위한 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치의 세로형 기판 처리로에 사용하는 플라즈마 발생용 전극을 설명하기 위한 개략도,
도 6은 비교를 위한 세로형의 기판 처리로를 설명하기 위한 개략 종단면도,
도 7은 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 사시도,
도 8은 본 발명의 실시예1에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면,
적어도 하나의 기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 보호관 내에 삽입 발출 가능하게 수용된, 적어도 한 쌍의 전극을 갖고,
상기 전극은, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 상기 보호관 내에 수용되고, 또한, 상기 전극은 가용성의 부재로 구성한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 전극은, 선 형상의 도전(導電)부재를 엮어 구성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 전극에 심(芯)이 설치되어 있다.
또, 바람직하게는, 상기 전극은, 선 형상의 도전 부재를 엮어 구성한 부재를 중공의 원통 형상으로 한 것이다.
또, 바람직하게는, 상기 전극은, 선 형상의 도전 부재를 다발 지어 구성한 부재로 이루어진다.
또, 바람직하게는, 상기 한 쌍의 전극 각각의 전극은, 각각이 별체의 보호관에 삽입 발출 가능하게 수용되어 있다.
또, 바람직하게는, 상기 한 쌍의 전극 각각의 전극의 외경이, 상기 별체의 보호관 각각의 내경보다 1 내지 2mm 작다.
또, 바람직하게는, 상기 기판 처리 장치가, 복수의 기판을 소정의 간격으로 적층하여 유지하는 기판 유지 부재를, 처리실 내에 수용한 상태로 기판의 처리가 실행되는 장치로서,
상기 한 쌍의 전극이 기판의 적층 방향에 걸쳐 배치되고, 또한, 상기 전극의 단부(端部)가, 상기 기판 유지 부재에 유지되는 상기 전극 단부측 최단(最端)의 기판 위치보다, 적어도 기판 유지 부재에서의 기판끼리의 간격만큼의 길이를 넘도록 설치되어 있다.
이 경우에, 보다 바람직하게는, 상기 전극의 단부가, 상기 기판 유지 부재의 천판의 위치를 넘어선 위치에 설치되어 있다.
또, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면,
적어도 하나의 기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 보호관 내에 삽입 발출 가능하게 수용된, 적어도 한 쌍의 전극을 갖고,
상기 전극은, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 상기 보호관 내에 수용되고, 또 한, 상기 전극은 가요성의 부재로 구성한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 사용하여, 기판을 처리하는 공정을 구비한 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 플라즈마를 발생시키는 전극은, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 보호관 내에 수용됨과 동시에, 가요성의 부재로 구성되어 있다.
전극을 가요성으로 함으로써, 보호관 내에 삽입 시에 유연성을 갖게 할 수 있음과 동시에, 열팽창을 억제할 수 있기 때문이다. 또, 반응실 아래로부터 위까지 균일한 방전을 행하기 위하여 가늘고 긴 형상의 전극을 이용하는 경우라도, 보호관에 용이하게 착탈할 수 있다.
또, 플라즈마를 발생시키는 전극을, 선 형상의 도전 부재를 엮어 구성함으로써, 전극 삽입 시의 자유도를 크게 할 수 있어, 열팽창에 의한 변형이 적은 것으로 할 수 있다. 또한, 표면적을 확보할 수 있고, 고주파는 물체의 표면을 흐르는 특성이 있기 때문에, 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있게 된다. 특히 전극을 원통 형상에 가공함으로써 보다 좋은 효과를 얻을 수 있다.
플라즈마를 발생시키는 전극에 심을 설치함으로써, 가요성이 있는 전극을 수축 없이 사용할 수 있어, 복수의 웨이퍼에 대하여 보다 균일한 플라즈마를 공급할 수 있다.
또, 플라즈마를 발생시키는 전극을, 선 형상의 도전 부재를 다발 지어 구성한 부재로 이루어지도록 하는 것도 바람직하고, 이와 같이 함으로써, 단면이 둥근 형(丸形)의 굴곡성이 있는 가늘고 긴 형상의 전극을 용이하게 실현할 수 있게 된다.
또한, 도전 부재의 일예로서, 철, 니켈, 탄소, 금 등, 또는 이들을 포함하는 화합물이 바람직하게 이용된다. 이 중에서, 내열성, 금속 오염, 가격을 고려하면, 니켈이 보다 바람직하게 이용된다.
또, 특히 500℃ 이상의 고온 분위기에서 이용하는 경우는, 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융화점 금속이나 탄소섬유 등도 바람직하게 이용된다.
실시예1
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
본 실시예로서, 웨이퍼 등의 기판으로의 프로세스 처리예로서 ALD(Atomic Layer Deposition)법을 이용한 성막 처리에 대하여, 간단하게 설명한다.
ALD법은, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 2종류(또는 그 이상)의 원료가 되는 가스를 1종류씩 교대로 기판상에 공급하고, 1원자층 단위로 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 성막을 행하는 방법이다.
즉, 이용하는 화학 반응은, 예를 들면 SiN(질화규소)막 형성의 경우 ALD법에서는 DCS(SiH2Cl2, 디클로로실란)과 NH3(암모니아)를 이용하여 300∼60O℃의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다. 또, 성막에 필요한 원료 가스는, 복수 종류의 반응성 가스를 1종류씩 교대로 공급한다. 그리고, 막후(膜厚) 제어는, 반응성 가스 공급의 사이클 수로 제어한다. (예를 들면, 성막 속도가 1Å/사이클로 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 처리를 20사이클 행한다.)
도 1은, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로를 설명하기 위한 개략 종단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 세로형의 기판 처리로를 설명하기 위한 개략 횡단면도이다.
가열 수단인 히터(207)의 내측에, 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단 개구는 덮개인 시일 캡(219)에 의하여 기밀 부재인 O링(도시하지 않음)을 개재하여 기밀하게 폐색되어 있다. 반응관(203) 및 히터(207)의 외측에는 단열 부재(208)가 설치되어 있다. 단열 부재(208)는 반응관(203)의 위쪽도 덮도록 설치되어 있다. 적어도, 히터(207), 단열 부재(208), 반응관(203), 및 시일 캡(219)에 의하여 처리로(202)를 형성하고 있다. 또, 반응관(203), 시일 캡(219) 및 후술하는 반응관(203) 내에 형성된 버퍼실(237)에 의하여 처리실(201)을 형성하고 있다. 시일 캡(219)에는 보트대(臺)(218) 및 회전축(220)을 개재하여 기판 유지 수단인 보트(217)가 세움 설치되고, 보트대(218)는 보트(217)를 유지하는 유지체로 되어 있다. 그리고, 보트(217)는 처리로(202)에 삽입된다. 보트(217)에는 배치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세에서 관축 방향으로 다단(多段)에 수직 방향으로 적재된다. 히터(207)는 처리로(202)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 복수 장의 웨이퍼(200)를 다단에 동일 간격으로 연직 방향으로 재치하는 보트(217)가 설치되어 있으며, 이 보트(217)는 도면 중 생략된 보트 엘리베이터 기구에 의하여 반응관(203)에 출입할 수 있도록 되어 있 다. 또 처리의 균일성을 향상시키기 위하여 보트(217)를 회전하기 위한 회전 수단인 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있어, 보트 회전 기구(267)를 회전함으로써, 보트대(218)에 유지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.
그리고, 처리로(202)에는 복수 종류, 여기서는 2종류의 가스를 공급하는 공급관으로서의 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치된다. 여기서는 가스 공급관(232a)으로부터는 유량 제어 수단인 매스 플로우 컨트롤러(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)를 개재하고, 또한 후술하는 반응관(203) 내에 형성된 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201)에 반응 가스가 공급되고, 가스 공급관(232b)으로부터는 유량 제어 수단인 매스 플로우 컨트롤러(241b), 개폐 밸브인 밸브(243b), 가스통(247), 및 개폐 밸브인 밸브(243c)를 개재하고, 가스 공급부(도시하지 않음)를 통하여 처리실(201)에 반응 가스가 공급되고 있다.
처리실(201)은, 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의하여 밸브(243d)를 통하여 배기 수단인 진공 펌프(246)에 접속되고, 진공 배기되도록 되어 있다. 이 밖에, 이 밸브(243d)는 밸브를 개폐하여 처리실(201)의 진공 배기·진공 배기 정지가 가능하며, 또한 밸브 열림 정도를 조절하여 압력 조정 가능하도록 되어 있는 개폐 밸브이다.
처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에는, 반응관(203)의 하부로부터 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라, 가스 분산 공간인 버퍼실(237)이 설치되어 있으며, 그 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 내측 벽의 단부 근방에는 가스를 공급하는 공급 구멍인 가스 공급 구멍(248a)이 설치되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a)은 반응관(203)의 중심을 향하여 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a)은, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 하부로부터 상부로 소정의 길이에 걸쳐 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
그리고 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248a)이 설치된 측과 반대측의 반응관(203)의 측벽에는, 가스 공급관(232a)이 접속되어 있다.
또한, 버퍼실(237)에, 가늘고 긴 구조를 갖는 전극(269) 및 전극(270)이 상부로부터 하부에 걸쳐 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 각각 보호되어 배치되고, 이 전극(269) 또는 전극(270) 중 어느 한 쪽은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 이 결과, 전극(269) 및 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다.
이 전극 보호관(275)은, 전극(269) 및 전극(270)의 각각을 버퍼실(237)의 분위기와 격리된 상태로 버퍼실(237)에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다.
여기서, 전극 보호관(275)의 내부는 외기(대기)와 동일 분위기이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 전극(269) 및 전극(270)은 히터(207)의 가열로 산화되어 버린다. 그래서, 전극 보호관(275)의 내부는 질소 등의 불활성 가스를 충전 혹은 퍼지하여, 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여 전극(269) 또는 전극(270)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스 퍼지 기구(도시하지 않음)가 설치된다.
본 실시예에서는, 전극 보호관(275)을 도중에서 굴곡한 구조로 되어 있으며, 버퍼실(237) 내를 최하단의 웨이퍼(200)보다 하측으로부터 보트 천판(216)보다 상부까지 연장하는 수직부와 그 아래의 경사부로 구성되어 있다. 경사부의 하단은 반응관(203)의 측벽으로부터 외부로 돌출되어 있다.
전극(269) 및 전극(270)으로서, 가요성이 있는 부재를 사용함으로써, 전극 보호관(275) 내에, 전극 보호관(275) 경사부의 하단으로부터 전극(269, 270)을 삽입함과 동시에, 전극(269, 270)을 전극 보호관(275)의 상단부까지 도달하도록 할 수 있다.
전극(269, 270)의 일례로서, 도전 부재를 박판으로 가공한 구조를 도 3에 도시한다. 이것은 가요성이 있는 도전 부재를 하나 사용한 전극(269, 270)의 일례이다. 이 전극(269, 270)은 도전 부재를 박판으로 가공한 것이기 때문에, 박판의 주면(主面)에 수직 방향에 대하여 굴곡성이 얻어진다. 그 때문에, 전극(269, 270)의 삽입구가 반응관(203)의 측면에 있는 구조에서도, 전극(269, 270)의 전극 보호관(275)으로의 삽입이 가능하다. 또 이 전극(269, 270)에 고주파 전력을 인가하면, 플라즈마(224)를 발생시킬 수 있다. 단, 박판의 전극(269, 270)은 전극 보호관(275) 중에서 변형이 발생해 버려, 전극(269, 270)간의 간격이 수직 방향으로 일정하지 않게 되어 플라즈마(224)는 불균일하게 되는 경우도 있다.
다음에, 굴곡성이 있는 도전 부재를 복수 사용한 전극(269, 270)의 예를 도 4, 도 5를 참조하여 설명한다.
우선, 선 형상으로 가공한 도전 부재를 다발 지은 전극(269, 270)의 구조를 도 4에 도시한다. 이 전극(269, 270)은 도전 부재를 선 형상으로 가공한 것을 사 용하고 있기 때문에, 가요성, 굴곡성을 얻을 수 있다.
또, 도 5에는, 선 형상으로 가공한 도전 부재를 엮은 구조의 예를 도시하고 있다. 이 전극(269, 270)은 복수 개의 도전 부재를 엮어, 그 중심에 심(271)을 통과시킨 구조로 되어 있다. 엮음(編みこみ)형 전극(269, 270)에 심(271)이 없는 경우는, 전극(269, 270)은, 플라즈마(224) 발생시에 열이 가해지면, 유연(柔軟)하게 되어 그물코가 막혀, 아래 방향으로 수축되는 경우가 있다. 또, 메인터넌스 시에 한번 뽑은 전극(269, 270)을 전극 보호관(275)에 재삽입할 때에, 유연해진 전극(269, 270)은 전극 보호관(275)과의 마찰로 수축되어, 최상부의 웨이퍼(200)까지 전극(269, 270)이 도달하지 않는 경우가 있다. 최상부의 웨이퍼(200)까지 전극(267, 270)이 도달하지 않았다는 것은, 복수의 웨이퍼(200)가 존재하는 영역에서 플라즈마(224)가 미발생인 부분 또는 불균일한 부분이 생겨, 성막에도 영향이 나타나는 것이 우려된다. 그래서, 전극(269, 270)의 중심에 심(271)을 넣음으로서, 수축을 방지하는 구조로 되어 있다.
또, 상부 웨이퍼(200) 영역에 플라즈마(224) 미발생 부분이 생겨버리는 것에 대한 다른 대책으로서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전극(269, 270)이 수축된 경우에서도 최상위의 웨이퍼(200)까지 플라즈마(224)가 공급되도록, 전극 보호관(269, 270)을 위방향으로 길게 하여, 보트 천정부(216)보다 상부에 오도록 하였다. 이에 따라, 전극(267, 270)을 최상위의 웨이퍼(200)보다 높은 위치까지 삽입할 수 있게 되어, 열에 의하여 수축이 발생한 경우라도, 웨이퍼(200)가 존재하는 영역에서의 플라즈마(224) 미발생 영역이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한, 전극(269, 270)의 상부 단부의 설치 위치로서는, 적어도 최상위의 웨이퍼(200)보다, 보트(217)에 유지되는 웨이퍼(200)의 유지 피치 간격 이상, 상측으로 한다. 바람직하게는, 본 실시예와 같이, 보트 천정부(216)의 위치를 넘어선 위치로 한다.
도 4, 도 5에 도시한 경우는, 전극 보호관(275)의 내경보다 1∼2mm정도 작은 외형이 되도록 전극(269, 270)을 작성하면, 전극(269, 270)을 삽입하기 위한 간극이 남음과 동시에, 전극(269, 270)이 전극 보호관(275)과의 사이에서 가로 방향으로 휘어지는 간극을 없앨 수 있기 때문에, 전극(269, 270)은 곧은 형상의 상태 그대로이므로, 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있다.
이러한 전극 구조로 함으로써, 반응관(203) 내에 균일한 플라즈마를 생성하기 위한 가늘고 긴 형상의 전극(269, 270)을 사용하기 좋고 착탈 가능하며 또 안전하게 운용할 수 있도록 할 수 있다.
가스 공급 구멍(248a)의 위치보다, 120°정도 회전된 반응관(203)의 내측에 노즐(233)이 설치되어 있다. 이 노즐(233)은, ALD법에 의한 성막에 있어서 웨이퍼(200)에, 복수 종류의 가스를 1종류씩 교대로 공급할 때에, 버퍼실(237)과 가스 공급 종류를 분담하는 공급부이다.
이 노즐(233)도 버퍼실(237)과 동일하게 웨이퍼와 인접하는 위치에 동일 피치로 가스를 공급하는 공급 구멍인 가스 공급 구멍(248c)을 갖고, 하부에서는 가스 공급관(232b)이 접속되어 있다.
가스 공급 구멍(248c)의 개구 면적은 노즐(233) 내부와 처리실(201)의 차압 이 작은 경우에는, 상류측으로부터 하류측까지 동일한 개구 면적에서 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향하여 개구 면적을 크게 하거나 개구 피치를 작게 하면 된다.
제어 수단인 컨트롤러(321)는, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d), 히터(207), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 도면 중 생략된 보트 승강 기구, 고주파 전원(273), 정합기(272)에 접속되어 있으며, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b)의 유량 조정, 밸브(243a, 243b, 243c)의 개폐 동작, 밸브(243d)의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207) 온도 조절, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 승강 기구의 승강 동작 제어, 고주파 전극(273)의 전력 공급 제어, 정합기(272)에 의한 임피던스 제어가 행해진다.
다음에 ALD법에 의한 성막예에 관하여, DCS 및 NH3 가스를 이용하여 SiN 막을 성막하는 예로 설명한다.
우선 성막하고자 하는 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하고, 처리로(202)에 반입한다. 반입 후, 다음 4개의 단계를 순차 실행한다.
[단계 1]
단계 1에서는, 플라즈마 여기가 필요한 NH3 가스와, 플라즈마 여기의 필요가 없는 DCS 가스를 병행하여 흐르게 한다. 우선 가스 공급관(232a)에 설치한 밸브(243a), 및 가스 배기관(231)에 설치한 밸브(243d)를 함께 열어, 가스 공급관 (232a)으로부터 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의하여 유량 조정된 NH3 가스를 버퍼실(237)로 분출하고, 전극(269) 및 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통하여 고주파 전력을 0.1∼0.6kW 인가하여 NH3를 플라즈마 여기하고, 활성종으로서 처리실(201)에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 흐르게 할 때는, 밸브(243d)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내 압력을 10∼100Pa로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 NH3의 공급 유량은 1000∼10000sccm이다. NH3를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 쬐는 시간은 1∼120초 사이이다. 이 때의 히터(207) 온도는 웨이퍼가 300∼600℃가 되도록 설정되어 있다. NH3 가스를 플라즈마로 활성화함으로써 웨이퍼 표면을 저온에서 처리할 수 있다.
이 NH3를 플라즈마로 여기하여 활성종으로서 공급하고 있을 때, 가스 공급관(232b) 상류측의 밸브(243b)를 열고, 하류측의 밸브(243c)를 닫아, DCS도 흐르게 한다. 이에 따라 밸브(243b, 243c) 사이에 설치한 가스통(247)에 DCS를 모은다. 이 때, 처리실(201) 내에 흐르고 있는 가스는 NH3을 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종으로, DCS는 존재하지 않는다. 따라서, NH3은 기상 반응을 일으키지 않고, 플라즈마에 의하여 여기되고 활성종이 된 NH3는 웨이퍼(200)상의 하지막(下地膜)과 표면 반응한다.
[단계 2]
단계 2에서는, 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫아, NH3의 공급을 정지시킨 후, N2의 불활성 가스로 반응관(203) 내부를 퍼지하지만, 그 동안도 이어서 가스통(247)으로 공급을 계속한다. 가스통(247)에 소정 압(壓),소정량의 DCS가 모이면 상류측의 밸브(243b)도 닫아, 가스통(247)에 DCS를 가두어 둔다. 또, 가스 배기관(231)의 밸브(243d)는 열린 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의하여, 처리실(201)을 충분히 배기하고, 잔류 NH3를 처리실(201)로부터 배제한다.
[단계 3]
단계 3에서는, 처리실(201)의 배기가 끝나면 가스 배기관(231)의 밸브(243d)를 닫아 배기를 멈추게 한다. 가스 공급관(232b)의 하류측의 밸브(243c)를 연다. 이에 따라 가스통(247)에 모여진 DCS가 처리실(201)에 한번에 공급된다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243d)가 닫혀 있기 때문에, 처리실(201) 내의 압력은 급격하게 상승하여 약 931Pa(7Torr)까지 승압된다. DCS를 공급하기 위한 시간은 2∼4초로 설정하고, 그 후 상승한 압력 분위기 중에 노출시키는 시간을 2∼4초로 설정하여, 합계 6초로 하였다. 이 때의 웨이퍼 온도는 NH3의 공급 때와 동일하게, 300∼600℃이다. DCS의 공급에 의하여, DCS가 표면 반응하여 N-H 결합의 H가 Si와 치환되어, 웨이퍼(200)상에 SiN 막이 성막된다.
[단계 4]
단계 3에서는, 성막 후, 밸브(243c)를 닫고, 밸브(243d)를 열어 처리실(201) 을 진공 배기하여, 잔류하는 DCS의 성막에 기여한 후의 가스를 배제한다. 또, 이 때에는 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201)에 공급하면, 또한 잔류하는 DCS의 성막에 기여한 후의 가스를 처리실(201)로부터 배제하는 효과가 높아진다. 또 밸브(243b)를 열어 가스통(247)으로의 DCS의 공급을 시작한다.
상기 단계1∼4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복함으로써 웨이퍼상에 소정 막두께의 SiN막을 성막한다.
또한, ALD 장치에서는, 가스는 하지막 표면에 흡착한다. 이 가스의 흡착량은, 가스의 압력, 및 가스의 폭로 시간에 비례한다. 따라서, 희망하는 일정량의 가스를, 단시간에 흡착시키기 위해서는, 가스의 압력을 단시간에 크게 할 필요가 있다. 이 점에서, 본 실시예에서는, 밸브(243d)를 닫은 후에, 가스통(247) 내에 모은 DCS를 순간적으로 공급하고 있기 때문에, 처리실(201) 내의 DCS의 압력을 급격하게 높일 수 있어, 희망하는 일정량의 가스를 순간적으로 흡착시킬 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 가스통(247)에 DCS를 모으고 있는 동안에, ALD법에서 필요한 단계인 NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 공급, 및 처리실(201)의 배기를 하고 있기 때문에, DCS를 모으기 위한 특별한 단계를 필요로 하지 않는다. 또, 처리실(201) 내를 배기하여 NH3 가스를 제거하고 있기 때문에 DCS를 흐르게 하기 때문에, 양자는 웨이퍼(200)로 향하는 도중에 반응하지 않는다. 공급된 DCS는, 웨이퍼(200) 표면에서만 효율적으로 반응시킬 수 있다.
다음에, 도 6을 참조하여, 비교예로서, 가요성이 없는 전극(276, 277)을 사 용한 경우의 반응관 구조에 대하여 설명한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 하측으로부터 전극(276)을 삽입하는 경우에는, 하부밖에 전극(276)을 삽입할 수 없고, 플라즈마가 버퍼실(237) 아래쪽으로밖에 생성할 수 없기 때문에, 웨이퍼(200)의 처리가 보트(217)의 상하에서 불균일하게 되어 버린다.
다음에, 도 7, 도 8을 참조하여 본 발명이 적합하게 적용되는 기판 처리 장치의 일례인 반도체 제조 장치에 관한 개략을 설명한다.
하우징(101) 내부의 전면(前面)측에는, 도시하지 않은 외부 반송 장치 사이에서 기판 수납 용기로서의 카세트(100)의 수수(授受)를 행하는 유지구 수수 부재로서의 카세트 스테이지(105)가 설치되고, 카세트 스테이지(105) 후측에는 승강 수단으로서의 카세트 엘리베이터(115)가 설치되며, 카세트 엘리베이터(115)에는 반송 수단으로서의 카세트 이재기(移載機)(114)가 장착되어 있다. 또, 카세트 엘리베이터(115)의 후측에는, 카세트(100)의 재치 수단으로서의 카세트 선반(109)이 설치됨과 동시에 카세트 스테이지(105)의 위쪽에도 예비 카세트 선반(110)이 설치되어 있다. 예비 카세트 선반(110)의 위쪽에 클린 유닛(118)이 설치되어 클린 에어를 하우징(101)의 내부를 유통시키도록 구성되어 있다.
하우징(101)의 후부 위쪽에는, 처리로(202)가 설치되고, 처리로(202)의 아래쪽에는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 다단에 유지하는 기판 유지 수단으로서의 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강 수단으로서의 보트 엘리베이터(121)가 설치되고, 보트 엘리베이터(121)에 장착된 승강 부재(122)의 선단부에는 덮개로서의 시일 캡(219)이 장착되어 보트(217)를 수직으로 지지하고 있다. 보트 엘리베이터(121)와 카세트 선반(109) 사이에는 승강 수단으로서의 이재(移載) 엘리베이터(113)가 설치되고, 이재 엘리베이터(113)에는 반송 수단으로서의 웨이퍼 이재기(112)가 장착되어 있다. 또, 보트 엘리베이터(121)의 옆에는, 개폐 기구를 지닌 처리로(202)의 하면(下面)을 막는 차폐(遮蔽) 부재로서의 로(爐) 입구 셔터(116)가 설치되어 있다.
웨이퍼(200)가 장전된 카세트(100)는, 도시하지 않은 외부 반송 장치로부터 카세트 스테이지(105)에 웨이퍼(200)가 상향(上向) 자세로 반입되고, 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되도록 카세트 스테이지(105)에서 90°회전되어진다. 또한, 카세트(100)는, 카세트 엘리베이터(115)의 승강 동작, 횡행 동작 및 카세트 이재기(114)의 진퇴 동작, 회전 동작의 협동에 의하여 카세트 스테이지(105)로부터 카세트 선반(109) 또는 예비 카세트 선반(110)에 반송된다.
카세트 선반(109)에는 웨이퍼 이재기(112)의 반송 대상이 되는 카세트(100)가 수납되는 이재 선반(123)이 있고, 웨이퍼(200)가 이재에 제공되는 카세트(100)는 카세트 엘리베이터(115), 카세트 이재기(114)에 의하여 이재 선반(123)에 이재된다.
카세트(100)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼 이재기(112)의 진퇴 동작, 회전 동작 및 이재 엘리베이터(113)의 승강 동작의 협동에 의하여 이재 선반(123)으로부터 강하(降下) 상태의 보트(217)에 웨이퍼를 이재한다.
보트(217)에 소정 매수의 웨이퍼(200)가 이재되면 보트 엘리베이터(121)에 의하여 보트(217)가 처리로(202)에 삽입되고, 시일 캡(219)에 의하여 처리로(202)가 기밀하게 폐색된다. 기밀하게 폐색된 처리로(202) 내에서는 웨이퍼(200)가 가열됨과 동시에 처리 가스가 처리로(202) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
웨이퍼(200)로의 처리가 완료되면, 웨이퍼(200)는 상기한 작동의 역순서에 따라, 보트(217)로부터 이재 선반(123)의 카세트(100)에 이재되고, 카세트(100)는 카세트 이재기(114)에 의하여 이재 선반(123)으로부터 카세트 스테이지(105)에 이재되어, 도시하지 않은 외부 반송 장치에 의하여 하우징(101)의 외부로 반출된다. 또한, 로 입구 셔터(116)는, 보트(217)가 강하 상태일 때에 처리로(202)의 하면을 막아, 외기(外氣)가 처리로(202) 내에 들어오는 것을 방지하고 있다.
카세트 이재기(114) 등의 반송 동작은, 반송 제어 수단(124)에 의하여 제어된다.
명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2004년 2월 27일 제출한 일본국 특허출원2004-55446호의 개시 내용 전체는, 그대로 인용하여 여기에 조합된다.
여러 가지의 전형적인 실시 형태를 개시하며 또한 설명해왔지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 다음 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 플라즈마 를 균일하게 발생시킬 수 있음과 동시에, 장치로의 장착이 용이한 구조의 전극을 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
그 결과, 본 발명은, 플라즈마에 의하여 여기된 처리 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼에 성막을 행하는 기판 처리 장치에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    상기 처리 가스를 활성인 상태로 하기 위하여, 보호관 내에 삽입 발출 가능하게 수용된, 적어도 한 쌍의 전극을 갖고,
    상기 전극은, 적어도 1개소가 굴곡한 상태로 상기 보호관 내에 수용되며, 또한, 상기 전극은 가요성의 부재로 구성한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 선 형상의 도전 부재를 엮어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 선 형상의 도전 부재를 엮어 구성한 부재를 중공의 원통 형상으로 한 것임을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 선 형상의 도전 부재를 다발 지어 구성한 부재로 이루어진 것 을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치가, 복수의 기판을 소정의 간격으로 적층하여 유지하는 기판 유지 부재를, 처리실 내에 수용한 상태로 기판의 처리가 실행되는 장치로서,
    상기 한 쌍의 전극이 기판의 적층 방향에 걸쳐 배치되고, 또한, 상기 전극의 단부가, 상기 기판 유지 부재에 유지되는 상기 전극 단부측의 최단(最端)의 기판 위치보다, 적어도 기판 유지 부재에서의 기판끼리의 간격만큼의 길이를 넘도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 각각의 전극은, 각각이 별체의 보호관에 삽입 발출 가능하게 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 각각의 전극의 외경이, 상기 별체의 보호관의 각각의 내경보다 1 내지 2mm 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전극에 심을 설치한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전극의 단부가, 상기 기판 유지 부재의 천판의 위치를 넘어선 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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