KR20090085550A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20090085550A
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노부오 이시마루
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 전압 분포 불균일에 의한 처리의 불균일을 방지한다.
ALD 장치는 복수매의 웨이퍼(1)를 적재한 보트(25)를 수용하는 처리실(32)과, 처리 가스를 웨이퍼(1)에 공급하는 가스 공급계(38, 50)와, 웨이퍼(1)의 적재 방향으로 배치된 한 쌍의 방전 전극(57, 57)과, 한 쌍의 방전 전극(57, 57)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(58)과, 한 쌍의 방전 전극(57, 57)의 고주파 전원(58)과 반대측 선단 사이에 접속된 가변 임피던스 소자(62)와, 고주파 전원(58)의 출력 주파수를 변화시키는 컨트롤러(60)를 구비한다. 플라즈마 방전 중에, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키고, 전압 분포의 극소점을 이동시켜, 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킨다. 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화함으로써, 보트에 적층한 웨이퍼 상호 간의 처리의 불균일을 억제하고, 처리를 보트 전체 길이에 걸쳐 균일화할 수 있다.
처리 가스, 가변 임피던스 소자

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 배치(batch)식 리모트 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 집적 회로 장치(이하, IC라고 함)의 제조 방법에 있어서, 반도체 소자를 포함하는 반도체 집적 회로를 만드는 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)에 절연막이나 금속막을 퇴적(deposition)하는데 유효하게 이용하는 것에 관한 것이다.
IC의 제조 방법에 있어서 저온 하에서 웨이퍼에 성막하는 기판 처리 장치로서, 배치식 리모트 플라즈마 처리 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
배치식 리모트 플라즈마 처리 장치는, 복수 매의 웨이퍼를 일괄하여 처리하는 처리실을 형성한 프로세스 튜브와, 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 처리실 내를 배기하는 배기 수단과, 처리실 내에서 플라즈마를 생성시켜 처리 가스를 여기시키는 고주파 전력이 인가되는 한 쌍의 방전 전극과, 방전 전극 사이에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원 및 정합기를 구비하고 있다.
<특허 문헌 1> 일본 특허 공개 2002-280378호 공보
이와 같은 배치식 리모트 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 막 두께가 얇은 등의 규정 외의 처리 결과의 웨이퍼가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 처리실의 온도 변화나 압력 변화 및 가스 유량의 변화가 상시(常時) 감시되고 있다.
그러나, 상술한 배치식 리모트 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 한 쌍의 전극은 선단이 개방되어 있고, 전선 선로의 임피던스와 정합(整合)하고 있지 않기 때문에, 전압 정재파(定在波)가 발생한다. 그 때문에, 전압 진폭은 한 쌍의 전극의 선단부에 있어서 크고, 고주파 전원에 가까워짐에 따라 감소하고, 어떤 점에서 최소치가 되며, 그 후, 다시 증대한다.
이 한 쌍의 전극의 장소에 따른 전압 진폭의 차이는 플라즈마 강도의 장소에 의한 변화를 발생하기 때문에, 상기한 배치식 리모트 플라즈마 처리 장치에는, 적층한 복수매의 웨이퍼를 균일하게 처리할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 전압 분포 불균일에 의한 처리의 불균일을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 수단 중 대표적인 것은 다음과 같다.
적재한 기판을 수용하는 처리실과,
처리 가스를 상기 기판에 공급하는 가스 공급계와,
상기 기판의 적재 방향으로 배치된 한 쌍의 전극과,
상기 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 상기 처리 가스를 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원과,
상기 한 쌍의 전극에 있어서의 상기 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와,
상기 기판 처리 중에, 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치이다.
상기 수단에 의하면, 한 쌍의 전극 내의 전압 분포를 변화시킴으로써, 장소에 의한 플라즈마 분포의 차이를 억제할 수 있기 때문에, 처리의 불균일을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 원자층 성막(Atomic Layer Deposition.이하, ALD라고 함)법을 실시하는 ALD 장치로서 구성되어 있다. ALD 법은 웨이퍼 등의 기판에 플라즈마를 이용하여 성막하는 플라즈마 CVD 법의 하나이다.
ALD 법은 표면 반응을 이용하여 성막하는 방법으로서, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 2 종류(또는 그 이상)의 원료가 되는 가스를 1 종류씩 순차적으로 기판 상에 공급하고, 1 원자층 단위로 흡착시키는 방법이다.
예를 들면, 실리콘 질화(SiNx) 막을 형성하는 경우의 ALD 법에 있어서는, 디 클로로실란(dichlorosilane, SiH2Cl2. DCS) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 사용하여, 300~600℃의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다.
복수 종류의 반응성 가스는 한 종류씩 순차적으로 공급한다.
막 두께의 제어는 반응성 가스 공급의 사이클 수에 의해 실행할 수 있다. 예를 들면, 성막 속도가 1Å／사이클로 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우에는, 복수 종류의 가스 공급을 20 사이클 수행한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 ALD 장치(10)는 광체(筐體)(11)를 구비하고, 광체(11)의 전면(前面)에는 카세트 수수(授受) 유닛(12)이 설비된다. 카세트 수수 유닛(12)은 카세트 스테이지(13)를 구비하고, 카세트 스테이지(13)는 웨이퍼(1)의 캐리어(carrier)인 카세트(2)를 2대 재치(載置)할 수 있다. 카세트 스테이지(13)는 90°회전함으로써, 카세트(2)를 수평 자세로 하도록 한다.
카세트 스테이지(13)의 하방에는 웨이퍼 자세 정합 장치(14)가 2조(組) 설비된다.
카세트(2)는 카세트 스테이지(13)에 외부 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반송되어 온다. 외부 반송 장치는 반송하여 온 카세트(2)를 카세트 스테이지(13)에, 수직 자세[카세트(2)에 수납된 웨이퍼(1)가 수직으로 되는 상태]로 재치한다.
웨이퍼 자세 정합 장치(14)는 카세트(2)에 수납된 웨이퍼(1)의 자세를, 웨이퍼(1)의 노치(notch)나 오리엔테이션 플랫(orientation flat)이 동일하게 되도록 정합한 다.
광체(11) 내에는 카세트 선반(15)이 카세트 수수 유닛(12)에 대향하여 설비되고, 카세트 수수 유닛(12)의 상방에는 예비 카세트 선반(16)이 설비된다.
카세트 수수 유닛(12)과 카세트 선반(15) 사이에는, 카세트 이재 장치(17)가 설비된다. 카세트 이재 장치(17)는 전후 방향으로 진퇴 가능한 로봇 암(18)을 구비하고, 로봇 암(18)은 횡행(橫行) 및 승강 가능하게 구성되어 있다.
로봇 암(18)은 진퇴, 승강 및 횡행의 협동(協動)에 의해, 카세트 스테이지(13) 상의 수평 자세가 된 카세트(2)를 카세트 선반(15) 또는 예비 카세트 선반(16)으로 반송하여 이재(移載)한다.
카세트 선반(15) 후방에는 웨이퍼 이재 장치(19)가 설비된다. 웨이퍼 이재 장치(19)는 회전 및 승강 가능하도록 구성되어 있다. 웨이퍼 이재 장치(19)는 복수매의 웨이퍼(1)를 일괄하여 이재한다. 웨이퍼 이재 장치(19)는 진퇴 가능한 웨이퍼 보지부(20)를 구비하고, 웨이퍼 보지부(20)에는 복수매의 웨이퍼 보지 플레이트(21)가 수평으로 설치된다.
웨이퍼 이재 장치(19)는 웨이퍼(1)를 1매씩 이재하도록 구성되는 경우도 있다.
웨이퍼 이재 장치(19)의 후방에는 보트 엘리베이터(22)가 설비되고, 보트 엘리베이터(22)는 복수매의 웨이퍼(1)를 보지한 보트(25)를 승강시킨다.
보트 엘리베이터(22)의 암(23)에는 보트(25)가 씰 캡(24)를 개재하여 수평으로 설치된다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 씰 캡(24)은 프로세스 튜브(31)의 노구(爐口)(33)의 내경보다 큰 직경의 외경을 가지는 원반 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(24)은 프로세스 튜브(31)의 하단면에 씰링(24a)을 사이에 두고 당접(當接)함으로써, 프로세스 튜브(31)의 노구(33)를 폐색(閉塞)한다.
씰 캡(24)의 중심선 상에는 보트(25)가 단열(斷熱) 캡부(26)를 개재하여 수직으로 입각(立脚)되어 지지된다.
씰 캡(24)의 중심선 상에는 회전축(27)이 삽통(揷通)되고, 회전축(27)은 씰 캡(24)과 함께 승강하며, 아울러, 회전 구동 장치(28)에 의해 회전된다.
회전축(27)의 상단에는 지지판(29)이 수평으로 고정되고, 지지판(29) 위에는 보트(25)가 단열 캡부(26)를 개재하여 수직으로 입각되어 지지된다.
보트(25)는 상하로 한 쌍의 단판(端板)(25a, 25b)과, 양 단판(25a, 25b) 사이에 가설(架設)되어 수직으로 배설된 복수개(본 실시 형태에서는 3개)의 보지 부재(25c)를 구비하고 있다. 각 보지 부재(25c)에는 다수 조(條)의 보지홈(保持溝)(25d)이 길이 방향으로 등(等)간격으로 배치되고, 동일 평면 내에서 서로 대향하여 개구하도록 몰설(沒設)되어 있다.
웨이퍼(1)의 외주연부(外周緣部)가 각 보지 부재(25c)의 다수 조의 보지홈(25d) 사이에 각각 삽입됨으로써, 복수매의 웨이퍼(1)는 보트(25)에 수평이면서 중심을 맞춘 상태로 정렬되어 보지(保持)된다.
도 2~도 4에 나타나 있는 바와 같이, ALD 장치(10)는 처리로(30)를 구비하고, 처리로(30)는 프로세스 튜브(31)를 구비하고 있다. 프로세스 튜브(31)는 석 영(SiO2)이 사용되고 일체적으로 형성되어 있다. 프로세스 튜브(31)는 원통 형상으로 형성되고, 일단(一端)이 개구하고 타단은 폐색하고 있다. 프로세스 튜브(31)는 중심선이 수직이 되도록 세로로 배치되고 고정적으로 지지되어 있다.
프로세스 튜브(31)의 통 중공부(中空部)는 처리실(32)을 형성하고, 처리실(32)은 복수매의 웨이퍼(1)를 수용하여 처리한다. 프로세스 튜브(31)의 하단 개구는 웨이퍼(1)가 출입하는 노구(33)를 형성하고 있다. 프로세스 튜브(31)의 내경은 취급하는 웨이퍼(1)의 최대 외경보다 크게 되도록 설정된다.
프로세스 튜브(31)의 외부에는 히터 유닛(34)이 동심원(同心圓)으로 설비되고, 히터 유닛(34)은 프로세스 튜브(31)의 주위를 포위하고 있다. 히터 유닛(34)은 처리실(32) 전체에 걸쳐 균일 또는 소정의 온도 분포로 가열한다.
히터 유닛(34)은 ALD 장치(10)의 광체(11)에 지지됨으로써, 수직으로 고정된 상태로 되어 있다.
프로세스 튜브(31)는 배기관(35)의 일단이, 노구(33) 부근에 있는 측벽 일부에 접속되어 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 배기관(35)은 타단을 가변 유량 제어 밸브(37)를 개재하여 진공 펌프(36)에 접속하고 있다. 배기관(35)은 처리실(32)을 진공 배기한다.
가변 유량 제어 밸브(37)는 밸브의 개방도를 조절하여 배기량을 조정함으로써, 처리실(32)의 압력을 제어한다.
프로세스 튜브(31)는 가스 공급관(38)의 일단이, 노구(33) 부근 측벽의 배기 관(35)과 실질적으로 180°반대측 위치에 접속되어 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 가스 공급관(38)은 타단이 가스 공급원(39)에 접속되어 있다. 가스 공급원(39)은 ALD 법에 있어서의 소정의 가스종(種)을 공급한다. 가변 유량 제어 밸브(40)와 상류측 개폐 밸브(41)와 가스 탱크(42)와 하류측 개폐 밸브(43)는, 가스 공급관(38)의 도중에 가스 공급원(39)의 측으로부터 순차적으로 개설(介設)된다.
프로세스 튜브(31)는 실질적으로 정방형(正方形) 통(筒) 형상의 격벽(隔璧)(44)이, 가스 공급관(38)과 대향하는 부분에 부설(敷設)되어 있다. 격벽(44)은 프로세스 튜브(31)의 내주면(內周面)과 평행으로 상하 방향으로 연재(延在)하고 있다. 격벽(44)은 가스 공급실(45)을 형성하고 있다.
도 4에 나타나 있는 바와 같이, 격벽(44)에는 복수개의 취출구(46)가 개설되고, 복수개의 취출구(46) 각각은 보트(25) 상하에서 인접(隣接)하는 웨이퍼(1, 1) 사이에 대향하고 있다. 각 취출구(46)는 가스 공급실(45)에 공급된 가스를 균등하게 취출(吹出)한다.
가스 공급실(45)과 처리실(32)의 차압이 작은 경우에는, 취출구(46)의 개구 면적은 상류측부터 하류측까지 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치(pitch)로 설정하는 것이 바람직하다.
그러나, 가스 공급실(45)과 처리실(32)의 차압이 큰 경우에는, 취출구(46)의 개구 면적을 상류측부터 하류측을 향하여 크게 하거나, 또는, 취출구(46)의 개구 피치를 상류측부터 하류측을 향하여 작게 하는 것이 바람직하다.
프로세스 튜브(31)는 실질적으로 장방형(長方形) 통 형상의 격벽(47)을, 노 구(33) 부근 측벽의 배기관(35)과 실질적으로 90°떨어진 위치에 부설(敷設)되고, 이 격벽(47)도 프로세스 튜브(31)의 내주면과 평행으로 상하 방향으로 연재하고 있다. 이 격벽(이하, 플라즈마실 벽이라고 함)(47)은 플라즈마실(48)을 형성하고 있다.
도 3에 나타나 있는 바와 같이, 플라즈마실 벽(47)은 내향(內向) 측벽의 단면 형상이 원호형으로 형성되어 있고, 그 둘레방향의 폭은 실질적으로 60°로 설정되어 있다. 플라즈마실 벽(47)은 복수개의 취출구(49)가 내향 측벽의 배기관(35) 측단부에 개설되고, 복수개의 취출구(49) 각각은 보트(25)의 상하에서 인접하는 웨이퍼(1, 1) 사이에 대향하고 있다. 각 취출구(49)는 플라즈마실(48)에 공급된 가스를 균등하게 취출한다.
플라즈마실 벽(47)의 취출구(49)와, 가스 공급실(45)을 형성한 격벽(44)의 취출구(46)의 위상차는, 약 120°로 설정되어 있다.
플라즈마실(48)과 처리실(32)의 차압이 작은 경우에는, 플라즈마실 벽(47)의 취출구(49)의 개구 면적은 상류측부터 하류측까지 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 설정하는 것이 바람직하다.
그러나, 플라즈마실(48)과 처리실(32)의 차압이 큰 경우에는, 취출구(49)의 개구 면적을 상류측부터 하류측을 향하여 크게 하거나, 취출구(49)의 개구 피치를 상류측부터 하류측을 향하여 작게 하는 것이 바람직하다.
프로세스 튜브(31)는 가스 공급관(50)의 일단이, 노구(33) 부근 측벽의 취출구(49)와 반대측 위치에 접속되어 있다. 가스 공급관(50)은 타단이 가스 공급 원(51)에 접속되어 있고, 가스 공급원(51)은 ALD 법에 있어서의 소정 가스종을 공급한다.
가변 유량 제어 밸브(52)와 개폐 밸브(53)는 가스 공급관(50)의 도중에, 가스 공급원(51)의 측으로부터 순차적으로 개설(介設)된다.
가스 공급관(50)은 노즐(54)의 일단이 플라즈마실 벽(47) 내부 측단에 접속되고, 노즐(54)은 수직으로 입각(立脚)되어 있다. 노즐(54)은 복수개의 가스 공급구(55)가, 직(直)방향으로 등간격으로 배치되고, 각각 둘레방향의 내향으로 개설(開設)된다.
플라즈마실(48) 내에는 한 쌍의 보호관(56, 56)이 상하 방향으로 연재하도록 부설된다. 한 쌍의 보호관(56, 56)은 플라즈마실(48)의 중심선을 사이에 두고 서로 반대측에 대칭형으로 각각 위치하고 있다.
각 보호관(56)은 유전체가 사용되어 가늘고 긴 원형 파이프 형상으로 형성되고, 상단이 폐색하고 있다. 각 보호관(56)의 하단부는 적절히 굴곡되고, 프로세스 튜브(31)의 측벽을 관통하여 외부로 돌출되어 있다.
각 보호관(56)의 중공부 내는 처리실(32)의 외부(대기압)로 연통(連通)하고 있다.
양 보호관(56, 56)은 한 쌍의 방전 전극(57)이, 중공부 내에 각각 동심적(同心的)으로 부설된다. 양 방전 전극(57, 57)은 도전(導電) 재료가 사용되고 가늘고 긴 막대 형상으로 되어 있다.
양 방전 전극(57, 57) 사이에는 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원(58)이 정합기(59)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다.
고주파 전원(58) 및 정합기(59)는 컨트롤러(60)에 의해 제어된다.
컨트롤러(60)는 가변 유량 제어 밸브(37, 40, 52)나 개폐 밸브(41, 43, 53) 및 히터 유닛(34) 등을 제어한다.
4(a)에 나타나 있는 바와 같이, 양 보호관(56, 56)의 상단 사이에는 취부관(取付管)(61)이 연결되고, 취부관(61)은 내외가 기밀(氣密)하게 봉지(封止)되어 있다. 취부관(61) 내에는 가변 임피던스 소자(62)가 설치된다. 가변 임피던스 소자(62)는 양단이 양 방전 전극(57, 57)의 고주파 전원(58)과 반대 측단에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
가변 임피던스 소자(62)는, 도 4(b)에 나타난 병렬 공진 회로(63)에 의해 구성된다. 병렬 공진 회로(63)는 코일(64)과 가변 콘덴서(65)를 병렬로 배치하고, 양단이 양 방전 전극(57, 57)에 직렬로 접속된다. 이와 같이 단락(short)시킴으로써, 반사하는 위상각을 바꿀 수 있다.　이 때, 진행파와 반사파의 겹치는 위상이 바뀐다.
다음에, 이상의 구성에 따른 ALD 장치(10)를 사용한 IC의 제조 방법에 있어서의 성막 공정을 설명한다.
먼저, 기판 처리 장치로서의 전체의 흐름을 설명한다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, ALD 장치(10)의 피처리 기판으로서의 웨이퍼(1)는 복수매가 보트(25)에 웨이퍼 이재 장치(19)에 의해 장전(charging)된다.
복수매의 웨이퍼(1)가 장전된 보트(25)는, 씰 캡(24) 및 회전축(27)과 함께 보트 엘리베이터(22)에 의해 상승되고, 프로세스 튜브(31)의 처리실(32)로 반입(boat loading)된다.
도 5에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼(1) 군(群)을 보지한 보트(25)가 처리실(32)로 반입되고, 처리실(32)이 씰 캡(24)에 의해 씰(seal)되면, 처리실(32)은 배기관(35)에 접속된 진공 펌프(36)에 의해 소정의 압력 이하로 배기되고, 히터 유닛(34)에 대한 공급 전력이 상승됨으로써, 처리실(32)의 온도가 소정의 온도로 상승된다.
히터 유닛(34)이 핫 월(hot wall)형 구조이므로, 처리실(32)의 온도는 전체에 걸쳐 균일하게 유지된 상태로 되고, 그 결과, 보트(25)에 보지된 웨이퍼(1) 군의 온도 분포는 전체 길이에 걸쳐 균일하게 됨과 함께, 각 웨이퍼(1) 면내의 온도 분포도 균일하고 동일하게 된다.
처리실(32)의 온도가 미리 설정된 값에 도달하여 안정된 후에, 후술하는 ALD 법에 의한 성막 작업이 실시된다.
소정의 성막 작업이 완료되면, 씰 캡(24)이 보트 엘리베이터(22)에 의해 하강됨으로써, 노구(33)가 개구됨과 함께, 보트(25)에 보지된 상태에서 웨이퍼(1) 군이 노구(33)로부터 처리실(32)의 외부로 반출(boat unloading)된다.
처리실(32)의 외부로 반출된 웨이퍼(1) 군은, 보트(25)로부터 웨이퍼 이재 장치(19)에 의해 디스챠징(discharging)된다(반출된다).
이후, 상기한 작동이 반복됨으로써, 복수매의 웨이퍼(1)가 일괄하여 배치(batch) 처리된다.
다음에, ALD 법에 의한 성막 작업을, 디클로로실란 가스와 암모니아 가스를 사용하여 실리콘 질화막을 형성하는 경우에 대하여 설명한다.
디클로로실란 가스와 암모니아 가스를 사용하여 실리콘 질화막을 형성하는 경우에는, 다음의 제1 스텝, 제2 스텝 및 제3 스텝이 순차적으로 실시된다.
제1 스텝에 있어서는, 플라즈마 여기가 필요한 암모니아 가스와, 플라즈마 여기가 필요없는 디클로로실란 가스가 병행하여 흐른다.
도 6에 나타나 있는 바와 같이, 가스 공급관(50)에 설치한 개폐 밸브(53) 및 배기관(35)에 설치한 가변 유량 제어 밸브(37)가 함께 개방된다. 가스 공급관(50)으로부터 가변 유량 제어 밸브(52)에 의해 유량 조정된 암모니아 가스(71)가, 노즐(54)의 가스 공급구(55)로부터 플라즈마실(48)로 분출(噴出)된다.
또한, 한 쌍의 방전 전극(57, 57) 사이에는 고주파 전력이 고주파 전원(58)으로부터 정합기(59)를 개재하여 인가된다. 플라즈마실(48)에 분출한 암모니아 가스(71)는 플라즈마 여기되고, 활성종(72)으로서 처리실(32)에 공급되면서 배기관(35)으로부터 배기된다.
암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기함으로써 활성종(72)으로서 처리실(32)에 공급하여 배기할 때는, 가변 유량 제어 밸브(37)를 적정하게 조정함으로써, 처리실(32)의 압력을 10~100Pa로 한다.
가변 유량 제어 밸브(52)에 의해 제어되는 암모니아 가스(71)의 공급 유량은, 1000~10000sccm이다.
암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종(72)에 웨이퍼(1) 를 노출하는 시간은, 2~120초 동안이다.
이 때의 히터 유닛(34)의 제어 온도는, 웨이퍼의 온도가 300~600℃가 되도록 설정된다. 암모니아 가스(71)는 반응 온도가 높기 때문에, 이 때의 웨이퍼 온도(300~600℃)에서는 반응하지 않는다. 따라서, 암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기하여 활성종(72)으로서 공급함으로써, 웨이퍼(1)의 온도가 낮은 온도 범위의 상태라고 하더라도, 암모니아 가스(71)를 웨이퍼에 퇴적시킬 수 있다.
이 암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기함으로써 활성종(72)으로서 처리실(32)에 공급하고 있을 때, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 가스 공급관(38)의 상류측 개폐 밸브(41)가 개방됨과 함께, 하류측 개폐 밸브(43)가 닫힘으로써, 플라즈마 여기가 필요없는 디클로로실란 가스(73)가 가스 탱크(42)로 흐른다. 이에 따라, 디클로로실란 가스(73)가 상류측 개폐 밸브(41)와 하류측 개폐 밸브(43) 사이에 설치한 가스 탱크(42)에 저장된다.
이 때, 처리실(32)에 흐르고 있는 가스는 암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종(72)이며, 처리실(32) 내에는 디클로로실란 가스(73)는 존재하지 않는다. 따라서, 암모니아 가스(71)는 기상(氣相) 반응을 일으키지 않고, 플라즈마에 의해 여기되어 활성종(72)이 된 암모니아 가스(71)는, 웨이퍼(1) 위의 하지막(下地膜)과 표면 반응한다.
제2 스텝에 있어서는, 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 가스 공급관(50)의 개폐 밸브(53)가 닫혀지고, 암모니아 가스(71)의 공급은 정지된다.
한편, 디클로로실란 가스(73)의 가스 탱크(42)에 대한 공급은 계속된다. 소 정 압력이면서 소정량의 디클로로실란 가스(73)가 가스 탱크(42)에 저장되면, 상류측 개폐 밸브(41)도 닫혀진다(도 3 참조). 이에 따라, 디클로로실란 가스(73)가 가스 탱크(42)에 갇힌다. 디클로로실란 가스(73)는 압력이 20000Pa 이상이 되도록 가스 탱크(42) 내에 저장된다.
또한, 가스 탱크(42)와 처리실(32) 사이의 컨덕턴스(conductance)가 1.5×10-3m3/s 이상이 되도록, 가변 유량 제어 밸브(40) 및 개폐 밸브(41, 43)와 가변 유량 제어 밸브(37)가 컨트롤러(60)에 의해 제어된다.
또한, 처리실(32)의 용적과 이에 대한 필요한 가스 탱크(42)의 용적의 비로서 생각하면, 처리실(32)의 용적이 100ℓ인 경우에 있어서는, 가스 탱크(42)의 용적은 100~300cc인 것이 바람직하고, 용적비로서는 가스 탱크(42)는 처리실(32) 용적의 1/1000~3/1000배로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 배기관(35)의 가변 유량 제어 밸브(37)는 개방한 상태로 하고, 처리실(32)을 진공 펌프(36)에 의해 20Pa 이하로 배기함으로써, 잔류한 암모니아 가스(71)를 처리실(32)로부터 배제한다. 이 때, 질소 가스 등의 불활성 가스를 처리실(32)에 공급하면, 잔류한 암모니아 가스(71)를 처리실(32)로부터 더욱 효과적으로 배제할 수 있다.
제3 스텝에 있어서는, 처리실(32)의 배기가 끝나면, 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 배기관(35)의 가변 유량 제어 밸브(37)가 닫혀지고, 배기가 정지됨과 함께, 가스 공급관(38)의 하류측 개폐 밸브(43)가 개방된다. 이에 따라, 가스 탱크(42)에 저장된 디클로로실란 가스(73)가 처리실(32)로 한번에 공급된다. 이 때, 배기관(35)의 가변 유량 제어 밸브(37)가 닫혀져 있기 때문에, 처리실(32) 내의 압력은 급격히 상승하여, 약 931Pa(7Torr)까지 승압(昇壓)한다.
디클로로실란 가스(73)를 공급하기 위한 시간은 2~4초로 설정하고, 그 후, 상승한 압력 분위기 중에 노출하는 시간을 2~4초로 설정하여 합계 6초로 한다. 이 때의 웨이퍼의 온도는 암모니아 가스(71) 공급 시와 마찬가지로, 300~600℃이다.
이 디클로로실란 가스(73)의 공급에 의해, 웨이퍼(1)의 하지막 위의 암모니아 가스(71)와 디클로로실란 가스(73)가 표면 반응하여 실리콘 질화막이 웨이퍼(1) 위에 형성된다.
도시는 생략하지만, 성막 후에는 하류측 개폐 밸브(43)가 닫혀짐과 함께, 가변 유량 제어 밸브(37)가 개방되어 처리실(32)이 진공 배기되고, 성막에 기여한 후 잔류한 디클로로실란 가스(73)가 배제된다. 이 때 질소 가스 등의 불활성 가스를 처리실(32)로 공급하면, 성막에 기여한 후 잔류한 디클로로실란 가스(73)를 처리실(32)로부터 더욱 효과적으로 배제할 수 있다.
그리고, 상류측 개폐 밸브(41)가 개방되고, 제1 스텝의 가스 탱크(42)에 대한 디클로로실란 가스(73)의 공급이 개시된다.
이상의 제1 스텝~제3 스텝이 1 사이클로 되고, 이 사이클이 복수회 반복됨으로써, 소정의 막 두께의 실리콘 질화막이 웨이퍼(1) 위에 형성된다.
그런데, ALD 법에 있어서는, 원료 가스는 하지막 표면에 흡착한다. 이 원료 가스의 흡착량은, 원료 가스의 압력 및 원료 가스의 노출 시간에 비례한다.
따라서, 원하는 일정량의 원료 가스를 단시간에 흡착시키기 위해서는, 원료 가스의 압력을 단시간에 상승시킬 필요가 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 가변 유량 제어 밸브(37)를 닫은 다음, 가스 탱크(42)에 저장된 디클로로실란 가스(73)를 순간적으로 처리실(32)에 공급하고 있기 때문에, 처리실(32)의 디클로로실란 가스(73)의 압력을 급격히 상승시킬 수 있고, 원하는 일정량의 디클로로실란 가스(73)를 순간적으로 흡착시킬 수 있다.
아울러, 본 실시 형태에서는, 디클로로실란 가스(73)를 가스 탱크(42)에 저장하기 위한 특별한 스텝(시간)을 필요로 하지 않는다. 왜냐하면, 암모니아 가스(71)를 플라즈마 여기함으로써 활성종(72)으로서 공급하면서 처리실(32)을 배기하고 있는 동안에, 가스 탱크(42)에 디클로로실란 가스(73)를 병행하여 저장하고 있기 때문이다.
또한, 처리실(32) 내를 배기하여 암모니아 가스(71)를 제거하고 나서부터 디클로로실란 가스(73)를 처리실(32)에 공급하기 때문에, 암모니아 가스(71)와 디클로로실란 가스(73)는 웨이퍼(1)를 향하는 도중에는 반응하지 않는다. 즉, 처리실(32)에 공급된 디클로로실란 가스(73)는, 웨이퍼(1)에 미리 흡착한 암모니아 가스(71)와만 유효하게 반응한다.
그런데, 도 9(a)에 나타나 있는 바와 같이, 한 쌍의 방전 전극(57, 57)이 일단에서 개방하고 있는 경우에는, 전선 선로의 임피던스와 정합하고 있지 않기 때문에, 도 9(b)에 나타나 있는 바와 같이, 전압 정재파가 발생한다. 그 때문에, 전압 진폭은 한 쌍의 방전 전극(57, 57)의 선단부에 있어서 크고, 고주파 전원(58)에 가 까워짐에 따라 감소하여, 어떤 점에서 최소치가 된 후, 다시 증대한다.
이 한 쌍의 방전 전극(57, 57)의 장소에 따른 전압 진폭의 차이는 플라즈마 강도의 장소에 따른 변화를 발생시키기 때문에, 상술한 ALD 방법에 있어서, 적층된 복수매의 웨이퍼를 균일하게 처리할 수 없다.
본 실시 형태에 따른 ALD 장치(10)에 있어서는, 한 쌍의 방전 전극(57, 57)의 상단 사이에 접속된 가변 임피던스 소자(62)에 의해 임피던스를 변경할 수 있기 때문에, 고주파 전원(58)의 출력 주파수를 변화시킴으로써, 전압 분포를 도 4(c)에 나타난 곡선 A－B－C와 같이 변화시킬 수 있다.
플라즈마 방전 중에 고주파 전원(58)의 출력 주파수를 변화시키고, 전압 분포의 극소점을 이동시킴으로써, 한 쌍의 방전 전극(57, 57) 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킬 수 있다. 가장 적합하게는, 플라즈마 방전 중, 출력 주파수를 계속 변화시킨다.
또한, 출력 주파수의 변화의 속도는 전기적으로 변경 가능하다. 출력 주파수의 변화량은 코일(64)과의 밸런스에 따라서 결정(決定)된다.
지금, 고주파 전원(58)의 출력 주파수와 가변 임피던스 소자(62)의 병렬 공진 주파수가 일치하고 있는 경우를 생각한다.
이 경우에는, 가변 임피던스 소자(62)는 병렬 공진하고, 가변 임피던스 소자(62)는 고(高)임피던스가 되기 때문에, 전압 분포는 도 4(c)의 실선 곡선 B가 된다. 이 경우의 전압 분포는, 한 쌍의 방전 전극(57, 57) 사이에 가변 임피던스 소자(62)를 접속하지 않은 경우(도 9 참조)와 동일하다.
다음에, 고주파 전원(58)의 출력 주파수가 가변 임피던스 소자(62)의 병렬 공진 주파수보다 낮은 경우를 생각한다.
이 경우에는, 가변 임피던스 소자(62)는 유도성[도 4(d) 참조]으로 되기 때문에, 전압 분포는 도 4(c)의 쇄선 곡선 C가 된다.
다음에, 고주파 전원(58)의 출력 주파수가 가변 임피던스 소자(62)의 병렬 공진 주파수보다 높은 경우를 생각한다.
이 경우에는, 가변 임피던스 소자(62)는 용량성[도 4(d) 참조]으로 되기 때문에, 전압 분포는 도 4(c)의 파선 곡선 A가 된다.
한편, 그 어떤 출력 주파수이더라도 적용 가능한데, 종형(縱型) 장치에서는, 기판 적재 방향에 있어서의 기판 영역의 길이(보트 전체 길이)가 1/2 파장 이하인 길이일 때, 특별히 유효하게 된다. 주파수를 크게 하면 플라즈마 밀도가 올라가는 한편, 파장이 짧아져 각 기판 간에 있어서의 처리의 균일성이 저하된다.
상세를 이하에 설명한다.
먼저, 기판 적재 방향에 있어서의 기판 영역의 길이(보트 전체 길이)가 1/2 파장 이상인 길이인 경우에는, 기판 영역(보트 전체 길이) 내에서의 전압 진폭의 차는 작고, 전압 분포의 극소점을 기판 영역 외부에 위치시킴[기판 영역에 파의 플랫(flat) 부분을 할당함]으로써, 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킬 수 있다.
예를 들면, 파장 λ, 광속 c(c=3×108m/s), 주파수 f의 관계는 λ=c/f로서, 주파수 f=13.56MHz인 경우, 파장 λ는 λ=22.1m가 된다. 따라서, 1/2 파장은 11.1m, 1/4 파장은, 1/4λ=5.5m이다. 기판 적재 방향에 있어서의 기판 영역의 길이(보트 전체 길이)가 11.1m 이하이면, 출력 주파수를 변동시키지 않고 균일 처리를 수행하는 것이 가능하다.
다음에, 기판 적재 방향에 있어서의 기판 영역의 길이(보트 전체 길이)가 1/2 파장 이하의 길이인 경우는, 플라즈마 생성 중에 출력 주파수를 변동시켜 전압 분포의 극소점을 이동시킴으로써, 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킬 수 있다.
예를 들면, 주파수 f=27.12MHz인 경우, 파장 λ는 11.1m, 1/2 파장은 5.5m, 1/4 파장은 2.8m가 된다. 또한, 주파수 f=40.68MHz인 경우, 파장 λ는 7.4m, 1/2 파장은 3.7m, 1/4 파장은 1.8m가 된다. 따라서, 기판 적재 방향에 있어서의 기판 영역의 길이(보트 전체 길이)가, 사용할 출력 주파수가 27.12MHz인 경우는 5.5m 이하, 40.68MHz인 경우는 3.7m 이하일 때, 플라즈마를 생성하고 있는 동안 전압 분포의 극소점을 계속 이동시킴으로써, 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킬 수 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 다음의 효과를 얻을 수 있다.
1) 한 쌍의 방전 전극의 개방단(端) 사이에 가변 임피던스 소자를 접속함으로써, 플라즈마 방전 중에, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키고, 전압 분포의 극소점을 이동시킬 수 있기 때문에, 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화시킬 수 있다.
2) 한 쌍의 방전 전극 내에서의 플라즈마 생성량을 균일화함으로써, 보트에 적층한 웨이퍼 상호 간의 처리의 불균일을 억제하고, 플라즈마 처리를 보트 전체 길이에 걸쳐 균일화할 수 있다.
3) 플라즈마 처리를 보트 전체 길이에 걸쳐 균일화함으로써, ALD 장치에 의한 ALD 법 나아가서는 IC의 제조 방법의 수율(yield)을 향상시킬 수 있음과 함께, IC의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
4) 또한, 플라즈마 처리를 보트 전체 길이에 걸쳐 균일화함으로써, 저온에 의한 처리가 요구되는 ALD 장치에 있어서, 저온에서 안정된 처리를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 실시 형태에 국한되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능함은 말할 나위도 없다.
예를 들면, 가변 임피던스 소자는 가변 콘덴서 및 코일에 의해 구성하는 데에 국한되지 않는다.
상기 실시 형태에서는, 디클로로실란과 암모니아를 교대로 공급하여 실리콘 질화막을 저온 하에서 적정하고 정밀하게 형성하는 경우에 대하여 설명했는데, ALD 장치는 커패시터(capacitor) 정전(靜電) 용량부의 Ta2O5 막에 개재한 카본을 제거하는 경우, 기타 막종(膜種)에 개재한 이물질(그 막종 이외의 분자나 원자 등)을 제거하는 경우, 웨이퍼에 ALD 막을 형성하는 경우, 확산하는 경우, 열처리 하는 경우 등에 적용할 수 있다.
예를 들면, IC의 일례인 DRAM의 게이트 전극용 산화막을 질화하는 처리에 있어서, 가스 공급관에 질소 가스 또는 암모니아 가스 또는 일산화 질소(N2O)를 공급하고, 처리실을 실온~750℃로 가열함으로써, 산화막의 표면을 질화할 수 있었다.
또한, 실리콘 게르마늄(SiGe) 막이 형성되기 전의 실리콘 웨이퍼의 표면을 수소(H2) 가스의 활성 입자에 의해 플라즈마 처리한 바, 자연 산화막을 제거할 수 있었고, 원하는 SiGe 막을 형성할 수 있었다.
또한, 상기 실시 형태에서는 ALD 장치에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 국한하지 않고, 다른 CVD 장치, 산화막 형성 장치, 확산 장치 및 아닐(anneal) 장치 등의 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 웨이퍼에 처리가 이루어지는 경우에 대하여 설명했는데, 처리 대상은 포토마스크(photo-mask)나 프린트 배선 기판(printed circuit board), 액정 패널(LCD panel), 컴팩트 디스크 및 자기(磁氣) 디스크(MD) 등이어도 무방하다.
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
<부기 1>
본 발명의 한 형태에 따르면, 적재한 기판을 수용하는 처리실과, 처리 가스를 기판에 공급하는 가스 공급계와, 기판의 적재 방향으로 배치된 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 처리 가스를 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원과, 한 쌍의 전극에 있어서의 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와, 기판의 처리 중에, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
<부기 2>
바람직하게는, 한 쌍의 전극의 형상은 막대 형상으로서, 각각 일단이 개방되어 있다.
<부기 3>
바람직하게는, 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색한 한 쌍의 보호관을 포함하며, 한 쌍의 보호관의 상단 사이에는 각각 기밀하게 봉지된 취부관을 연결하고, 취부관 내에 가변 임피던스 소자를 배치한다.
<부기 4>
바람직하게는, 가변 임피던스 소자는 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단이 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속된다.
<부기 5>
바람직하게는, 제어부는 적어도 플라즈마를 생성하는 동안은 고주파 전원의 출력 주파수를 소정의 간격을 두고 계속 변화시키도록 고주파 전원을 제어한다.
<부기 6>
본 발명의 다른 형태에 따르면, 복수의 기판을 적층 재치하여 수용하고, 기판의 처리 공간을 형성하는 반응관과, 기판의 적층 방향으로 복수의 작은 공(孔)이 설치되고, 반응관 벽의 일부와 함께 처리 가스의 버퍼(buffer) 공간을 형성하는 벽부재(壁部材)와, 버퍼 공간에 연통하고, 처리 가스를 버퍼 공간 내에 공급하는 가 스 공급 수단과, 버퍼 공간 내에 배치되고, 반응 가스의 활성화 영역을 형성하는 한 쌍의 전극 부재와, 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 처리 가스를 활성화하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원을 포함하며, 가스 공급 수단으로부터 공급된 가스가, 버퍼 공간 내에서 활성화되고, 복수의 작은 공을 지나서 처리 공간에 도입하고, 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서, 한 쌍의 전극에 있어서의 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와, 기판의 처리 중에, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
<부기 7>
바람직하게는, 한 쌍의 전극의 형상은 막대 형상으로서, 각각 일단이 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.
<부기 8>
바람직하게는, 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색한 한 쌍의 보호관을 포함하며, 한 쌍의 보호관의 상단 사이에는 각각 기밀하게 봉지된 취부관을 연결하고, 취부관 내에 가변 임피던스 소자를 배치한다.
<부기 9>
바람직하게는, 가변 임피던스 소자는 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단이 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속된다.
<부기 10>
바람직하게는, 제어부는 적어도 플라즈마를 생성하는 중에는 고주파 전원의 출력 주파수를 소정의 간격을 두고 계속 변화시키도록 고주파 전원을 제어한다.
<부기 11>
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판이 수용되는 반응관으로서, 내부 공간이, 기판에 원하는 막이 형성되는 성막 공간과 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 공간으로 구획되는 반응관과, 성막 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와, 플라즈마 생성 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와, 플라즈마 생성 공간에 배치된 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 제2 처리 가스를 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원과, 한 쌍의 전극에 있어서의 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와, 적어도 제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계 및 고주파 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치로서, 제어부는 제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계 및 고주파 전원을 제어하고, 제1 처리 가스와 플라즈마에 의해 여기된 제2 처리 가스를 교대로 공급하여 기판의 표면에 막을 형성하고, 플라즈마를 생성하는 중에는, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
<부기 12>
바람직하게는, 한 쌍의 전극의 형상은 막대 형상으로서, 각각 일단이 개방되어 있다.
<부기 13>
바람직하게는, 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색한 한 쌍의 보호관을 포함하며, 한 쌍의 보호관의 상단 사이에는 각각 기밀하게 봉지된 취 부관을 연결하고, 취부관 내에 가변 임피던스 소자를 배치한다.
<부기 14>
바람직하게는, 가변 임피던스 소자는 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단이 상기 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속된다.
<부기 15>
바람직하게는, 제어부는 적어도 플라즈마를 생성하는 중에는 고주파 전원의 출력 주파수를 소정의 간격을 두고 계속 변화시키도록 고주파 전원을 제어한다.
<부기 16>
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 처리실에 반입하는 반입 공정과, 제1 처리 가스에 기판을 노출하여 기판을 처리하는 제1 기판 처리 공정과, 제1 처리 가스를 배기하는 제1 배기 공정과, 고주파 전원으로부터 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 인가함으로써 플라즈마 여기된 제2 처리 가스에 기판을 노출하여 기판을 처리하는 제2 기판 처리 공정과, 제2 처리 가스를 배기하는 제2 배기 공정과, 기판을 처리실로부터 반출하는 반출 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 제1 기판 처리 공정, 제1 배기 공정, 제2 기판 처리 공정 및 제2 배기 공정을 복수회 교대로 반복함으로써 기판의 표면에 막을 형성하고, 제2 기판 처리 공정에 있어서 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
<부기 17>
바람직하게는, 제2 기판 처리 공정에서는, 고주파 전원의 출력 주파수를 소 정의 주기로 복수회 변화시킨다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 ALD 장치를 나타내는 일부를 생략한 사시도.
도 2는 그 주요부를 나타내는 정면 단면도.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따르는 회로도가 첨부된 평면 단면도.
도 4에서 (a)는 임피던스 소자를 지나는 측면 단면도이며, (b)는 가변 임피던스 소자의 등가(等價) 회로도, (c)는 전압 분포도, (d)는 병렬 공진 회로의 주파수에 대한 임피던스 변화를 나타내는 그래프.
도 5는 성막 처리 시를 나타내는 측면 단면도.
도 6은 ALD 법의 제1 스텝을 나타내는 회로도가 첨부된 평면 단면도.
도 7은 ALD 법의 제2 스텝을 나타내는 회로도가 첨부된 평면 단면도.
도 8은 ALD 법의 제3 스텝을 나타내는 회로도가 첨부된 평면 단면도.
도 9는 비교예를 나타내며, (a)는 임피던스 소자를 지나는 측면 단면도이고, (b)는 전압 분포도
<도면 주요 부호의 설명>
1 : 웨이퍼(피처리 기판) 2 : 카세트
10 : ALD 장치(배치식 종형 핫 월형 리모트 플라즈마 처리 장치)
11 : 광체 12 : 카세트 수수 유닛
13 : 카세트 스테이지 14 : 웨이퍼 자세 정합 장치
15 : 카세트 선반 16 : 예비 카세트 선반
17 : 카세트 이재 장치 18 : 로봇 암
19 : 웨이퍼 이재 장치 20 : 웨이퍼 보지부
21 : 웨이퍼 보지 플레이트 22 : 보트 엘리베이터
23 : 암 24 : 씰 캡
24a : 씰링 　25 : 보트
25a, 25b : 단판(端板) 25c : 보지 부재
25d : 보지홈(保持溝) 26 : 단열 캡부
27 : 회전축 28 : 회전 구동 장치
29 : 지지판 30 : 처리로
31 : 프로세스 튜브 32 : 처리실
33 : 노구 34 : 히터 유닛
35 : 배기관 36 : 진공 펌프
37 : 가변 유량 제어 밸브
38 : 가스 공급관(가스 공급계) 39 : 가스 공급원
40 : 가변 유량 제어 밸브 41 : 상류측 개폐 밸브
42 : 가스 탱크 43 : 하류측 개폐 밸브
44 : 격벽 45 : 가스 공급실
46 : 취출구 　47 : 격벽
48 : 플라즈마실 49 : 취출구
50 : 가스 공급관(가스 공급계) 51 : 가스 공급원
52 : 가변 유량 제어 밸브 53 : 개폐 밸브
54 : 노즐 55 : 가스 공급구
56 : 보호관 57 : 방전 전극
58 : 고주파 전원 59 : 정합기
60 : 컨트롤러 61 : 취부관(取付管)
62 : 가변 임피던스 소자 63 : 병렬 공진 회로
64 : 코일 65 : 가변 콘덴서
71 : 암모니아 가스 72 : 활성종
73 : 디클로로실란 가스

Claims (17)

  1. 적재한 기판을 수용하는 처리실과,
    처리 가스를 상기 기판에 공급하는 가스 공급계와,
    상기 기판의 적재 방향으로 배치된 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 상기 처리 가스를 여기(勵起)하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원과,
    상기 한 쌍의 전극에 있어서의 상기고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와,
    상기 기판의 처리 중에, 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 제어부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극의 형상은 막대(棒) 형상으로서, 각각 일단(一端)이 개방되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색(閉塞)한 한 쌍의 보호관을 포함하며,
    상기 한 쌍의 보호관의 상단 사이에는 각각 기밀(氣密)하게 봉지(封止)된 취부관(取付管)을 연결하고,
    상기 취부관 내에 상기 가변 임피던스 소자를 배치하는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는, 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단(兩端)이 상기 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속되는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 적어도 상기 플라즈마를 생성하는 동안은 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 계속 변화시키도록 상기 고주파 전원을 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  6. 기판이 수용되는 반응관으로서, 내부 공간이, 기판에 원하는 막이 형성되는 성막 공간과 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 공간으로 구획되는 상기 반응관과,
    상기 성막 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
    상기 플라즈마 생성 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
    상기 플라즈마 생성 공간에 배치된 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 상기 제2 처리 가스를 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원과,
    상기 한 쌍의 전극에 있어서의 상기 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와,
    적어도 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 고주파 전원을 제어하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치로서,
    상기 제어부는, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 고주파 전원을 제어하고, 상기 제1 처리 가스와 상기 플라즈마에 의해 여기된 상기 제2 처리 가스를 교대로 공급하여 상기 기판의 표면에 막을 형성하고, 상기 플라즈마를 생성하는 동안에, 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극의 형상은 막대 형상으로서, 각각 일단이 개방되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색한 한 쌍의 보호관을 포함하며,
    상기 한 쌍의 보호관 상단 사이에는 각각 기밀하게 봉지된 취부관을 연결하고,
    상기 취부관 내에 상기 가변 임피던스 소자를 배치하는 것인 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는, 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단이 상기 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속되는 것인 기판 처리 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 적어도 상기 플라즈마를 생성하는 동안에는 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 계속 변화시키도록 상기 고주파 전원을 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  11. (A) 기판을 처리실에 반입하는 단계와,
    (B) 제1 처리 가스에 상기 기판을 노출하는 단계와,
    (C) 상기 제1 처리 가스를 배기하는 단계와,
    (D) 고주파 전원으로부터 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 인가함으로써 플라즈마 여기된 제2 처리 가스에 상기 기판을 노출하는 단계와,
    (E) 상기 제2 처리 가스를 배기하는 단계와,
    (F) 상기 기판을 처리실로부터 반출하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 (B) ~ (E) 단계를 복수 회 교대로 반복함으로써 상기 기판의 표면에 막을 형성하고, 상기 (D) 단계에 있어서 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (D) 단계에서는, 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 소정의 주기로 복수회 변화시키는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 복수의 기판을 적층 재치하여 수용하고, 상기 기판의 처리 공간을 형성하는 반응관과,
    상기 기판의 적층 방향으로 복수의 작은 공(孔)이 설치되고, 상기 반응관의 벽의 일부와 함께 처리 가스의 버퍼 공간을 형성하는 벽(壁) 부재와,
    상기 버퍼 공간에 연통하고, 상기 처리 가스를 상기 버퍼 공간 내에 공급하는 가스 공급 수단과,
    상기 버퍼 공간 내에 배치되고, 반응 가스의 활성화 영역을 형성하는 한 쌍의 전극 부재와,
    상기 한 쌍의 전극에 고주파 전력을 공급하고, 상기 처리 가스를 활성화하기 위한 플라즈마를 생성하는 고주파 전원
    을 포함하고,
    상기 가스 공급 수단으로부터 공급된 가스가, 상기 버퍼 공간 내에서 활성화되고, 상기 복수의 작은 공을 지나서, 상기 처리 공간에 도입하고, 상기 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 한 쌍의 전극에 있어서의 상기 고주파 전원과 반대측 선단부에 접속된 가변 임피던스 소자와,
    상기 기판의 처리 중에, 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키는 제어부
    를 구비하는 것인 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극의 형상은 막대 형상으로서, 각각 일단이 개방되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극을 각각 덮도록 배치되고, 상단이 폐색한 한 쌍의 보호관을 포함하며,
    상기 한 쌍의 보호관의 상단 사이에는 각각 기밀하게 봉지된 취부관을 연결하고,
    상기 취부관 내에 상기 가변 임피던스 소자를 배치하는 것인 기판 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가변 임피던스 소자는 코일과 가변 콘덴서를 병렬로 배치한 병렬 공진 회로로 구성되고, 양단이 상기 한 쌍의 전극에 각각 직렬로 접속되는 것인 기판 처리 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제어부는 적어도 상기 플라즈마를 생성하는 동안에는 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 계속 변화시키도록 상기 고주파 전원을 제어하는 것인 기판 처리 장치.
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