KR20140109285A - 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 Download PDF

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KR20140109285A
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유다이 다다키
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 제거할 때, 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축하고, 기판 처리 장치의 구성 부재가 받는 손상을 저감한다. 본 발명에 따른 클리닝 방법은, 기판 상에 박막을 형성하는 처리가 행해지는 처리 용기를 제공하는 공정과, 처리 후의 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정을 갖고, 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 혼합부에서 혼합 가스를 처리 용기 내에 공급한다.

Description

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{CLEANING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 성막 공정이 행해지는 경우가 있다. 또한, 그 후, 클리닝 가스를 처리 용기 내에 공급하여, 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 에칭하여 제거하는 클리닝 공정이 행해지는 경우가 있다. 클리닝 가스로서는, 예를 들어 불소 가스(F2 가스)가 사용되는 경우가 있다. F2 가스는 극히 반응성이 높아, 열분해에 의해 클리닝을 용이하게 진행시킬 수 있기 때문에, 여러가지 퇴적물의 제거에 사용하는 것이 가능하다.
그러나, 예를 들어 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성된 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, 간단히 SiN막이라고도 함)을 포함하는 퇴적물을, F2 가스를 사용하여 실용적인 속도로 에칭하기 위해서는, 처리 용기 내를 비교적 고온으로 가열할 필요가 있다. 이 경우, 처리 용기 내에 부착된 퇴적물의 에칭과 동시에, 처리 용기 내의 석영(SiO2) 부재의 에칭이 진행되어버리는 경우가 있다.
이 과제를 해결하기 위해서, 클리닝 가스로서, F2 가스와 일산화질소 가스(NO 가스)의 혼합 가스를 사용하는 방법이 고려된다. 클리닝 가스로서 F2 가스와 NO 가스의 혼합 가스를 사용하는 경우, 클리닝 가스로서 F2 가스를 단독으로 사용하는 경우와 비교하여, 처리 용기 내를 비교적 저온으로 유지한 채 퇴적물의 에칭을 행할 수 있게 되기 때문에, 석영 부재의 에칭을 억제하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 발명자들이 예의 연구한 결과, F2 가스와 NO 가스를 혼합시키면, 이들 가스가 반응하여 발열하는 경우가 있고, 이 발열 반응에 의해 기판 처리 장치의 구성 부재가 손상을 받게 되는 경우가 있는 것이 판명되었다. 예를 들어, 가스 공급관 내에서 F2 가스와 NO 가스를 혼합시키고나서 처리 용기 내에 공급하면, 가스 공급관 내에서 발열 반응이 발생하여, 가스 공급관의 부식 등을 초래하는 경우가 있다. 또한, F2 가스와 NO 가스를 처리 용기 내에 따로따로 공급하고, 이들 가스를 처리 용기 내에서 혼합시키도록 하면, 처리 용기 내에서 국소적인 발열 반응이 발생하여, 처리 용기 내의 석영 부재가 부분적으로 에칭되어버리는 경우가 있다. 이들의 경우, 부식 생성물 등의 파티클이 가스에 동반되어서 처리실(201) 내에 운반되거나, 또한, 석영분 등의 파티클이 처리실(201) 내에서 발생하거나 함으로써, 제품 불량이 발생되는 경우가 있다. 이들 과제는, 발명자들의 예의 연구에 의해 처음으로 명확해진 신규 과제이다.
따라서, 본 발명은 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 제거할 때, 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있어, 기판 처리 장치의 구성 부재가 받는 손상을 저감하는 것이 가능한 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면,
기판 상에 박막을 형성하는 처리가 행해지는 처리 용기를 제공하는 공정과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
을 포함하고,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 클리닝 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
을 포함하고,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리 용기와,
불소 함유 가스를 공급하는 불소 함유 가스 공급계와,
일산화질소 가스를 공급하는 일산화질소 가스 공급계와,
상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 혼합시켜서 반응시키는 혼합부와,
상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는 에너지 제거 기구와,
상기 불소 함유 가스 공급계 및 상기 일산화질소 가스 공급계로부터 공급된 상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 상기 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 상기 에너지 제거 기구에 의해 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하도록, 상기 불소 함유 가스 공급계, 상기 일산화질소 가스 공급계 및 상기 에너지 제거 기구를 제어하도록 구성되는 제어부
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 수순과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 수순
을 컴퓨터에 실행시키고,
상기 퇴적물을 제거하는 수순에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따른 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 의하면, 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 제거할 때, 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있어, 기판 처리 장치의 구성 부재가 받는 손상을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 혼합부 및 그 주변의 부분 확대도이며, (b) 내지 (d)는 그 변형예에 따른 혼합부 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 박막 형성 공정 및 클리닝 공정의 흐름도이다.
도 5는 실시예에 따른 퇴적물 및 석영 부재의 에칭 레이트 및 에칭 선택비의 평가 결과를 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시형태>
이하에, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로(202)의 개략 구성도이며, 종단면도로서 도시하고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(206)를 갖는다. 히터(206)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(251)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(206)는 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(206)의 내측에는 히터(206)와 동심원 형상으로 반응관으로서의 프로세스 튜브(203)가 배치되어 있다. 프로세스 튜브(203)는 내부 반응관으로서의 이너 튜브(204)와, 그 외측에 설치된 외부 반응관으로서의 아우터 튜브(205)를 구비하고 있다. 이너 튜브(204)는, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(204)의 통 중공부에는 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은 복수매의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬시킨 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다. 아우터 튜브(205)는, 예를 들어 석영 또는 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 내경이 이너 튜브(204)의 외경보다도 크고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있고, 이너 튜브(204)와 동심원 형상으로 설치되어 있다.
아우터 튜브(205)의 하방에는 아우터 튜브(205)와 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스 등으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)는 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(205)에 걸림 결합하고 있고, 이들을 지지하도록 설치되어 있다. 또한, 매니폴드(209)와 아우터 튜브(205) 사이에는 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스(251)에 지지됨으로써, 프로세스 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태로 되어 있다. 주로, 프로세스 튜브(203)와 매니폴드(209)에 의해 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리 용기(반응 용기)가 형성된다.
매니폴드(209)에는 가스 도입부로서의 노즐(230a, 230b)이 처리실(201) 내에 연통하도록 접속되어 있다. 노즐(230a, 230b)에는 박막을 형성하는 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 처리 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 처리 가스 공급관(232a)에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241a)를 통하여, 제1 처리 가스 공급원으로서의 SiH2Cl2(DCS) 가스 공급원(271)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급관(232a)의 MFC(241a)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262a, 261a)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급관(232b)에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241b)를 통하여, 제2 처리 가스 공급원으로서의 NH3 가스 공급원(272)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급관(232b)의 MFC(241b)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262b, 261b)가 설치되어 있다.
주로, 처리 가스 공급관(232a, 232b), MFC(241a, 241b), 밸브(262a, 261a, 262b, 261b)에 의해 처리 가스 공급계가 구성된다. 또한, 노즐(230a, 230b), SiH2Cl2 가스 공급원(271) 및 NH3 가스 공급원(272)을 처리 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다.
처리 가스 공급관(232a)의 밸브(261a)보다도 하류측에는 혼합 가스 공급관(클리닝 가스 공급관)(232m)이 접속되어 있다. 혼합 가스 공급관(232m)에는 불소 함유 가스 공급관(232c)과, 일산화질소(NO) 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 불소 함유 가스 공급관(232c)에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241c)를 통하여, 불소 함유 가스 공급원으로서의 불소(F2) 가스 공급원(273)이 접속되어 있다. 불소 함유 가스 공급관(232c)의 MFC(241c)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262c, 261c)가 설치되어 있다. NO 가스 공급관(232d)에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241d)를 통하여, 산화질소 가스 공급원으로서의 NO 가스 공급원(274)이 접속되어 있다. NO 가스 공급관(232d)의 MFC(241d)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262d, 261d)가 설치되어 있다.
불소 함유 가스 공급관(232c)의 밸브(262c, 261c), NO 가스 공급관(232d)의 밸브(262d, 261d)를 각각 개방함으로써, MFC(241c)에 의해 유량 제어된 F2 가스와, MFC(241d)에 의해 유량 제어된 NO 가스가, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 각각 공급되어서 혼합된다. 그리고, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서는, F2와 NO가 반응함으로써 불화니트로실(FNO)이 생성된다. 이와 같이, 혼합 가스 공급관(232m)은 불소 함유 가스 공급관(232c)으로부터 공급되는 F2 가스와, NO 가스 공급관(232d)으로부터 공급되는 NO 가스를 혼합시켜서 반응시키는 "혼합부"로서 기능하게 된다. 즉, 본 실시형태에 따른 혼합부는 배관(혼합 가스 공급관(232m))으로서 구성되어 있다. 또한, 이때, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급하는 F2 가스의 유량을, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 F2 가스의 일부가 반응에 의해 소비되지 않고 남는 유량으로 하고, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급하는 NO 가스의 유량을, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 NO 가스의 대부분이 반응에 의해 소비되는 유량으로 하면, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서는, F2 가스에 불화니트로실(FNO)이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스, 즉 반응에 의해 소비되지 않고 남는 F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스(NO 가스를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 가스)가 생성되게 된다.
또한, F2와 NO가 반응하면 열에너지가 발생한다. 따라서, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치에서는, F2 가스와 NO 가스의 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는 에너지 제거 기구로서, 냉각 기구(260)를 설치하는 것으로 하고 있다. 냉각 기구(260)는, 예를 들어 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 불소 함유 가스 공급관(232c)과 NO 가스 공급관(232d)의 합류 개소(F2 가스와 NO 가스의 혼합 포인트(P))를 포함하는 혼합 가스 공급관(232m)의 주위에 설치된다. 냉각 기구(260)는 혼합부로서의 혼합 가스 공급관(232m)을 냉각함으로써, F2 가스와 NO 가스의 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 냉각 기구(260)는 혼합 포인트(P)의 주위에 칠러수나 공업용수 등의 냉각 매체를 순환시키는 칠러 기구나, 혼합 포인트(P)의 주위에 배치된 히트 싱크나 공냉 팬을 구비하는 방열 기구 등으로서 구성되어 있다.
이상의 구성에 의해, F2 가스와 NO 가스를 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 사전에 혼합(프리믹스)시켜서 반응시켜, 클리닝 가스로서 F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 냉각 기구(260)에 의해 제거한 후에, 혼합 가스 공급관(232m)으로부터, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 처리 용기 내(처리실(201) 내)에 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 온사이트로 생성하고, 처리 용기 내에 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
주로, 불소 함유 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(262c, 261c)에 의해 불소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, F2 가스 공급원(273)을 불소 함유 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 또한, 주로, NO 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(262d, 261d)에 의해 NO 가스 공급계가 구성된다. 또한, NO 가스 공급원(274)을 NO 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 또한, 주로, 불소 함유 가스 공급계, NO 가스 공급계, 혼합 가스 공급관(232m)에 의해 클리닝 가스 공급계(F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 처리 가스 공급관(232a)의 혼합 가스 공급관(232m)과의 접속 개소보다도 하류측, 노즐(230a)을 클리닝 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다.
처리 가스 공급관(232a)의 밸브(261a)보다도 하류측이며 혼합 가스 공급관(232m)과의 접속 개소보다도 상류측, 처리 가스 공급관(232b)의 밸브(261b)보다도 하류측, 불소 함유 가스 공급관(232c)의 밸브(261c)보다도 하류측, NO 가스 공급관(232d)의 밸브(261d)보다도 하류측에는 각각 불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h)이 접속되어 있다. 불활성 가스 공급관(232e)에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241e)를 통하여, 불활성 가스로서 예를 들어 질소(N2) 가스를 공급하는 불활성 가스 공급원으로서의 N2 가스 공급원(275)이 접속되어 있다. 불활성 가스 공급관(232e)의 MFC(241e)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262e, 261e)가 설치되어 있다. 불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232h)에는 각각 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241f, 241g, 241h)를 통하여, 상술한 N2 가스 공급원(275)이 접속되어 있다. 정확하게는, 불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232h)의 상류측은 불활성 가스 공급관(232e)의 밸브(262e)보다도 상류측에 접속되어 있다. 즉, 불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232h)은 밸브(262e)보다도 상류측에서 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 분기하도록 설치되어 있다. 불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232h)의 MFC(241f, 241g, 241h)보다도 상류측, 하류측에는 각각 밸브(262f, 261f, 262g, 261g, 262h, 261h)가 설치되어 있다.
주로, 불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h), MFC(241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(262e, 261e, 262f, 261f, 262g, 261g, 262h, 261h)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, N2 가스 공급원(275)을 불활성 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 또한, 불활성 가스 공급계에는 처리 가스나, 불소 함유 가스나, NO 가스나, 클리닝 가스(혼합 가스)를 희석하는 역할도 있다. 그로 인해, 불활성 가스 공급계는 희석 가스 공급계로서도 기능하고, 이 불활성 가스 공급계를, 처리 가스 공급계나, 불소 함유 가스 공급계나, NO 가스 공급계나, 클리닝 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 또한, 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
또한, 처리 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d), 불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h), 혼합 가스 공급관(232m) 등의 각 공급관은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속 재료로 구성되어 있다.
MFC(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(261a, 261b, 261c, 261d, 261e, 261f, 261g, 261h, 262a, 262b, 262c, 262d, 262e, 262f, 262g, 262h)에는 후술하는 컨트롤러(280)가 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 후술하는 각 스텝에서 처리실(201) 내에 공급하는 가스의 종류가 원하는 가스종이 되도록, 또한, 공급하는 가스의 유량이 원하는 유량이 되도록, 나아가, 공급하는 가스의 농도가 원하는 농도가 되도록, MFC(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(261a, 261b, 261c, 261d, 261e, 261f, 261g, 261h, 262a, 262b, 262c, 262d, 262e, 262f, 262g, 262h)를 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)은, 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(205)의 간극에 의해 형성되는 통 형상 공간(250)의 하단부에 배치되어 있고, 통 형상 공간(250)에 연통하고 있다. 배기관(231)에는 압력 검출기로서의 압력 센서(245), 및 압력 조정 장치(압력 조정부)로서의 가변 컨덕턴스 밸브, 예를 들어 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(242)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 진공 펌프(246)는 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다. 진공 펌프(246), APC 밸브(242) 및 압력 센서(245)에는 후술하는 컨트롤러(280)가 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 처리실(201) 내의 압력이 원하는 압력으로 되도록, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)를 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), 압력 센서(245) 및 APC 밸브(242)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함하여 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 제1 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 접촉하는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(254)가 설치되어 있다. 회전 기구(254)의 회전축(255)은 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있고, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 프로세스 튜브(203)의 외부에 수직으로 설비된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외에 대하여 반입 및 반출하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다. 회전 기구(254) 및 보트 엘리베이터(115)에는 후술하는 컨트롤러(280)가 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 회전 기구(254) 및 보트 엘리베이터(115)가 원하는 동작을 하도록 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 제2 노구 덮개로서의 셔터(219a)가 설치되어 있다. 셔터(219a)는 승강 및 회동함으로써, 처리실(201) 내로부터 보트(217)를 반출한 후의 매니폴드(209)의 하단에 접촉되어, 보트(217)를 반출한 후의 처리실(201) 내를 기밀하게 폐색하도록 구성되어 있다. 셔터(219a)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 접촉하는 시일 부재로서의 O링(220c)이 설치되어 있다.
기판 유지구로서의 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 그리고 서로 중심을 일치시킨 상태에서 정렬시켜서 다단으로 유지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 원판 형상을 한 단열 부재로서의 단열판(216)이 수평 자세로 다단으로 복수매 배치되어 있어, 히터(206)로부터의 열이 매니폴드(209)측에 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다.
프로세스 튜브(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 히터(206)와 온도 센서(263)에는 후술하는 컨트롤러(280)가 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(206)에의 통전 상태를 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는 CPU(Central Processing Unit)(280a), RAM(Random Access Memory)(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스(280e)를 통하여, CPU(280a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(280)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(281)가 접속되어 있다.
기억 장치(280c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(280c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(280)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 또한, 클리닝 레시피는 후술하는 클리닝 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(280)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하고, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 용어를 사용한 경우에는 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 클리닝 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 및 제어 프로그램 중 임의의 조합을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(280d)는 상술한 MFC(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(261a, 261b, 261c, 261d, 261e, 261f, 261g, 261h, 262a, 262b, 262c, 262d, 262e, 262f, 262g, 262h), 냉각 기구(260), 압력 센서(245), APC 밸브(242), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(206), 회전 기구(254), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(280a)는 기억 장치(280c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 더불어, 입출력 장치(281)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(280a)는 판독한 프로세스 레시피나 클리닝 레시피의 내용에 따르도록, MFC(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h)에 의한 가스 유량 조정 동작, 밸브(261a, 261b, 261c, 261d, 261e, 261f, 261g, 261h, 262a, 262b, 262c, 262d, 262e, 262f, 262g, 262h)의 개폐 동작, 냉각 기구(260)에 의한 혼합 포인트의 온도 조정 동작, APC 밸브(242)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(242)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(206)의 온도 조정 동작, 회전 기구(254)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(282)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(282)를 사용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(282)를 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(282)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억 장치(280c)나 외부 기억 장치(282)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 용어를 사용한 경우에는 기억 장치(280c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(282) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 박막 형성 방법
이어서, 상기 구성에 따른 처리로(202)를 사용하여, 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서, CVD법에 의해 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 방법, 처리실(201) 내를 클리닝하는 방법에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 따른 박막 형성 공정 및 클리닝 공정의 흐름도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)하면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 보유 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(206)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(206)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(206)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안 계속하여 행해진다. 계속해서, 회전 기구(254)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(254)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안 계속하여 행해진다.
(SiH2Cl2 가스 및 NH3 가스 공급)
계속해서, 처리실(201) 내의 온도, 압력이 원하는 온도, 압력으로 유지된 상태에서, 제1 처리 가스 공급원으로서의 SiH2Cl2 가스 공급원(271), 제2 처리 가스 공급원으로서의 NH3 가스 공급원(272)으로부터, 제1 처리 가스로서의 SiH2Cl2 가스, 제2 처리 가스로서의 NH3 가스가, 각각 처리실(201) 내에 공급된다. 밸브(262a, 261a, 262b, 261b)가 개방됨으로써, SiH2Cl2 가스 공급원(271), NH3 가스 공급원(272)으로부터 처리 가스 공급관(232a, 232b) 내에 공급된 SiH2Cl2 가스, NH3 가스는, 각각 MFC(241a, 241b)에 의해 원하는 유량으로 되도록 제어된 후, 처리 가스 공급관(232a, 232b)을 통하여, 노즐(230a, 230b)로부터 처리실(201) 내에 도입된다.
이때, 동시에, 불활성 가스 공급원으로서의 N2 가스 공급원(275)으로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하여, 처리 가스(SiH2Cl2 가스, NH3 가스)를 희석하도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들어 밸브(262e, 261e, 262f, 261f)가 개방됨으로써 N2 가스 공급원(275)으로부터 불활성 가스 공급관(232e, 232f) 내에 공급된 N2 가스는, 각각 MFC(241e, 241f)에 의해 원하는 유량으로 되도록 제어된 후, 불활성 가스 공급관(232e, 232f)을 통하고, 처리 가스 공급관(232a, 232b)을 경유하여, 노즐(230a, 230b)로부터 처리실(201) 내에 도입된다. N2 가스는, 처리 가스 공급관(232a, 232b) 내에서 SiH2Cl2 가스, NH3 가스 각각과 혼합되게 된다. N2 가스의 공급 유량을 제어함으로써 처리 가스의 농도를 제어할 수도 있다.
처리실(201) 내에 도입된 처리 가스는, 처리실(201) 내를 상승하여, 이너 튜브(204)의 상단 개구로부터 통 형상 공간(250)에 유출되고, 통 형상 공간(250)을 흘러 내려간 후, 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리 가스는 처리실(201) 내를 통과할 때에 웨이퍼(200)의 표면과 접촉한다. 이때, 열 CVD 반응에 의해 웨이퍼(200)의 표면 상에 박막, 즉 실리콘 질화막(SiN막)이 퇴적(데포지션)된다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 처리 가스의 공급이 정지된다. 즉, 밸브(262a, 261a, 262b, 261b)가 폐쇄됨으로써, SiH2Cl2 가스 공급원(271), NH3 가스 공급원(272)으로부터의 SiH2Cl2 가스, NH3 가스의 처리실(201) 내에의 공급이 정지된다. 그 후, 밸브(262e, 261e, 262f, 261f)가 개방되어, N2 가스 공급원(275)으로부터 처리실(201) 내에 N2 가스가 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기됨으로써, 처리실(201) 내가 퍼지된다. 그리고, 처리실(201) 내가 N2 가스로 치환되어, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다.
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어서 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보유 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 프로세스 튜브(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
또한, 본 실시형태의 처리로(202)에서 웨이퍼(200)를 처리할 때의 처리 조건으로서는, 예를 들어 실리콘 질화막의 성막에 있어서는,
웨이퍼 온도: 650 내지 800℃,
처리실 내 압력: 10 내지 500 Pa,
SiH2Cl2 가스 공급 유량: 100 내지 500 sccm,
NH3 가스 공급 유량: 500 내지 5000 sccm
이 예시되고, 각각의 처리 조건을 각각의 범위 내의 임의의 값으로 일정하게 유지함으로써 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
(3) 클리닝 방법
상기의 박막 형성 공정을 반복하면, 프로세스 튜브(203)의 내벽 등의 처리 용기 내의 부재의 표면에도 실리콘 질화막 등의 박막이 누적된다. 즉, 박막을 포함하는 퇴적물이 처리 용기 내에 부착된다. 처리 용기 내에 부착된 퇴적물(누적된 박막)의 두께가, 퇴적물에 박리·낙하가 발생하기 전의 소정의 두께에 달한 시점에서, 처리 용기 내의 클리닝이 행해진다. 즉, 본 실시형태에 따른 클리닝은, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 처리가 행해지는 처리 용기를 제공하는 공정과, 처리 후의 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 처리 용기 내에 부착된 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정을 실시함으로써 행해진다.
또한, 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소(NO) 가스를 혼합부로서의 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서, 불소 함유 가스에 불화니트로실(FNO)이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 혼합 가스 공급관(232m)으로부터 혼합 가스를 처리 용기 내(처리실(201) 내)에 공급한다. 이하, 불소 함유 가스로서 불소(F2) 가스를, 불활성 가스로서 질소(N2) 가스를 사용하여, 처리실(201) 내를 클리닝하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
(보트 로드)
비어있는 보트(217), 즉, 웨이퍼(200)를 장전하고 있지 않은 보트(217)가 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 처리실(201) 내의 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(206)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(206)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(206)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 처리실(201) 내의 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안 계속하여 행해진다. 계속해서, 회전 기구(254)에 의해 보트(217)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(254)에 의한 보트(217)의 회전은, 적어도 처리실(201) 내의 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안 계속하여 행해진다. 또한, 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(클리닝 가스 공급)
이어서, 처리실(201) 내의 온도, 압력이, 각각 소정의 온도, 소정의 압력으로 유지된 상태에서, 불소 함유 가스 공급관(232c)의 밸브(262c, 261c), NO 가스 공급관(232d)의 밸브(262d, 261d)가 각각 개방됨으로써, MFC(241c)에 의해 유량 제어된 F2 가스와, MFC(241d)에 의해 유량 제어된 NO 가스가, 혼합부로서의 혼합 가스 공급관(232m) 내에 각각 공급된다.
F2 가스와 NO 가스는 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 혼합되고, 이때, F2와 NO가 반응함으로써 불화니트로실(FNO)이 생성된다. 이때, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급하는 F2 가스의 유량을, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 F2 가스의 일부가 반응에 의해 소비되지 않고 남는 유량으로 한다. 또한, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급하는 NO 가스의 유량을, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 NO 가스의 대부분 또는 모두가 반응에 의해 소비되는 유량으로 한다. 그 결과, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서는, 클리닝 가스로서, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스, 즉 반응에 의해 소비되지 않고 남는 F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스(NO 가스를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 가스)가 생성되게 된다. 생성된 클리닝 가스(혼합 가스)는 혼합 가스 공급관(232m)으로부터 처리 가스 공급관(232a), 노즐(230a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
처리실(201) 내에 공급된 클리닝 가스(혼합 가스)는 처리실(201) 내를 상승하여, 이너 튜브(204)의 상단 개구로부터 통 형상 공간(250) 내에 유출되고, 통 형상 공간(250) 내를 흘러 내려간 후, 배기관(231)으로부터 배기된다. 클리닝 가스는 처리실(201) 내를 통과할 때에 프로세스 튜브(203)의 내벽이나 보트(217)의 표면에 누적된 실리콘 질화막 등의 박막을 포함하는 퇴적물과 접촉하고, 이때에 열화학 반응에 의해 퇴적물이 제거된다. 즉, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스와 퇴적물의 에칭 반응에 의해, 퇴적물이 제거된다. 또한, FNO는 F2 가스에 의한 에칭 반응을 촉진시키도록 작용하는 점에서, 에칭 속도를 증대시켜, 클리닝 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이에 의해 처리실(201) 내의 온도나 압력 등의 처리 조건을, 저온, 저압측의 조건으로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, F2와 NO가 반응하면 열에너지가 발생한다. 예를 들어, F2와 NO를 혼합시켜서 반응시키면, 반응 후의 가스, 즉 클리닝 가스의 온도가, 백몇십℃를 초과하는 경우도, 200℃를 초과하는 경우도 있다. 그 경우, 예를 들어 스테인리스 등의 금속 재료로 구성되는 혼합 가스 공급관(232m)이 과열되어, 혼합 가스 공급관(232m)의 부식이나 변형을 초래할 우려가 있다. 또한, 클리닝 가스가 고온인 채로 처리실(201) 내에 공급되면, 처리실(201) 내의 석영 부재 등이 손상을 받을 우려도 있다. 따라서, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 클리닝 가스를 생성할 때에는, 냉각 기구(260)를 사용하여 혼합 가스 공급관(232m)을 냉각하여, F2 가스와 NO 가스의 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한다. 이에 의해, 혼합 가스 공급관(232m)의 과열을 방지하여, 혼합 가스 공급관(232m)의 부식이나 변형 등을 피하는 것이 가능하게 된다.
또한, 처리실(201) 내에 클리닝 가스를 공급하는 때에는, 노즐(230b) 내에의 클리닝 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(262f, 261f)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 불활성 가스 공급관(232f), 처리 가스 공급관(232b), 노즐(230b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 클리닝 가스를 희석하기 위해서, 밸브(262e, 261e)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232e) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘리도록 해도 된다. N2 가스는 불활성 가스 공급관(232e), 처리 가스 공급관(232a), 노즐(230a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이때, MFC(241e)에 의해 N2 가스의 공급 유량을 제어함으로써, 클리닝 가스의 농도를 제어할 수도 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 등의 희가스를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 클리닝 공정에 있어서, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축하면서, 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 손상을 저감시키기 위해서는, 클리닝 가스(혼합 가스)에 있어서의 "FNO의 유량 A"에 대한 "F2 가스의 유량 B"의 유량비, 즉 "반응에 의해 생성되는 FNO의 유량 A"에 대한 "반응에 의해 소비되지 않고 남는 F2 가스의 유량 B"의 유량비(B/A비)를 소정 범위 내에 수용되도록 조정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상술한 유량비(B/A비)를 0.5 이상 2 이하, 바람직하게는 0.5 이상 1 미만, 보다 바람직하게는 0.5 이상 0.75 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 유량비(B/A비)를 0.5 미만으로 하면, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 레이트가 저하하기 쉬워지고, 또한 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물과, 처리실(201) 내의 석영 부재의 에칭 선택비(퇴적물의 에칭 레이트/석영 부재의 에칭 레이트)가 악화되기 쉬워진다. 즉, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간이 길어지고, 또한 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 에칭 손상이 증가하기 쉬워진다. 이에 비해, B/A비를 0.5 이상으로 하면, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 레이트를 급격하게 높일 수 있고, 또한 상술한 에칭 선택비를 급격하게 개선시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있고, 또한 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 손상을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
단, B/A비를 1 이상으로 하면, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 레이트를 높일 수는 있지만, 상술한 에칭 선택비가 악화되기 쉬워진다. 즉, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있었다고 해도, 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 에칭 손상이 증가하기 쉬워진다. 이에 비해, B/A비를 1 미만으로 하면, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 레이트를 높일 수 있고, 또한 상술한 에칭 선택비를 개선시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있고, 또한 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 에칭 손상을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, B/A비를 0.75 이하로 하면, 에칭 선택비를 더욱 개선시키는 것이 가능하게 되어, 처리실(201) 내의 석영 부재가 받는 에칭 손상을 더욱 저감시키기 쉬워진다. 또한, B/A비가 2를 초과하면, 에칭 선택비가 실용 레벨을 하회한다. B/A비를 2 이하로 함으로써, 에칭 선택비를 실용 레벨로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 B/A비는 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급되는 F2 가스 유량과 NO 가스 유량의 비율이나, 혼합 가스 공급관(232m) 내의 압력이나 온도 등에 의해 제어할 수 있다.
예를 들어, 혼합 가스 공급관(232m) 내를, F2 가스와 NO 가스의 수율 100％의 반응이 발생하는 온도 및 압력 조건(2NO+F2→2FNO의 관계식이 성립하는 조건)으로 하고, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급되는 가스의 유량비를 NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:1로 하면, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 F2 가스는 그 모두가 반응에 의해 소비되게 되어, B/A비=0이 된다. 이에 비해, 수율 100％의 반응이 발생하는 조건 하에서, 상술한 양론비(NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:1)보다도 F2 가스의 유량비를 높게 하면, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급된 F2 가스 중 일부의 F2 가스를 미반응인 채로 남길 수 있어, B/A비를 크게 하는 것이 가능하게 된다.
구체적으로는, 수율 100％의 반응이 발생하는 조건 하에서는, NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:α로 하면, 2NO+αF2→2FNO+(α-1)F2의 관계식이 성립하여, B/A비=(α-1)/2가 된다. 따라서, 수율 100％의 반응이 발생하는 조건 하에서, NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:2로 하면 B/A비=0.5가 되고, NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:2.5로 하면 B/A비=0.75가 되고, NO 가스 유량:F2 가스 유량=2:3으로 하면, B/A비=1이 된다.
이와 같이, B/A비의 값과, F2 가스와 NO 가스의 혼합 조건의 관계를 사전에 구해 두고, F2 가스와 NO 가스의 혼합 조건을 제어함으로써, B/A비를 제어하는 것이 가능하게 된다.
클리닝 공정에서의 퇴적물의 에칭 조건으로서는,
처리 실내 온도: 200℃ 내지 600℃,
처리실 내 압력: 133 Pa(1 Torr) 내지 66500 Pa(500 Torr),
F2 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 4000 sccm(4 slm),
NO 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 4000 sccm(4 slm),
N2 가스 공급 유량: 500 sccm(0.5 slm) 내지 20000 sccm(20 slm)
이 예시되고, 각각의 에칭 조건을, 각각의 범위 내의 임의의 값으로 일정하게 유지함으로써 퇴적물의 에칭이 이루어진다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
미리 설정된 에칭 시간이 경과하여, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭이 종료하면, 밸브(262c, 261c, 262d, 261d)가 폐쇄됨으로써, 클리닝 가스(혼합 가스)의 처리실(201) 내에의 공급이 정지된다. 그 후, 밸브(262e, 261e), 밸브(262f, 261f), 밸브(262g, 261g), 밸브(262h, 261h)가 개방되어, N2 가스 공급원(275)으로부터 처리실(201) 내에 N2 가스가 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기됨으로써 처리실(201) 내가 퍼지된다(퍼지). 그리고, 처리실(201) 내가 N2 가스로 치환되어, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀되어(대기압 복귀), 본 실시형태에 따른 클리닝 공정이 종료한다.
(보트 언로드)
클리닝 공정이 종료하면, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 더불어, 비어있는 보트(217)가 매니폴드(209)의 하단으로부터 프로세스 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그리고, 상술한 박막 형성 공정이 재개되게 된다.
(4) 본 실시형태에 따른 효과
본 실시형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시형태에서는, 클리닝 가스로서, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있다. FNO는 F2 가스에 의한 에칭 반응을 촉진시키도록 작용하는 점에서, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 속도를 증대시켜, 클리닝 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이에 의해, 처리실(201) 내의 온도나 압력 등의 처리 조건을 저온, 저압측의 조건으로 하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 처리실(201) 내의 온도를 400℃, 처리실(201) 내의 압력을 100 Torr로 한 경우에도, 클리닝을 충분히 진행시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 처리실(201) 내의 석영 부재의 에칭을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 클리닝 가스로서, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스가 아니라, F2 가스를 단독으로 사용하는 경우, 실용적인 에칭 레이트를 얻기 위해서는 처리실(201) 내의 온도를 비교적 높게 할 필요가 있고, 그 경우, 처리실(201) 내의 석영 부재가 손상을 받기 쉬워지는 것을 확인하고 있다. 또한, 클리닝 가스로서, FNO를 단독으로 사용한 경우, 처리실(201) 내에 부착된 퇴적물의 에칭 레이트가 낮기 때문에, 에칭을 진행시키는 것이 곤란한 것을 확인하고 있다. 즉, FNO 가스에는 F2 가스에 첨가됨으로써 에칭 반응을 촉진시키는 효과가 있지만, 그 단체로는 에칭을 진행시키는 것이 곤란한 것이 판명되고 있다.
(b) 본 실시형태에서는, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 클리닝 가스(혼합 가스)를 생성할 때에, 냉각 기구(260)를 사용하여 혼합 가스 공급관(232m)을 냉각하여, F2 가스와 NO 가스의 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하도록 하고 있다. 이에 의해, 예를 들어 스테인리스 등의 금속 재료로 구성되는 혼합 가스 공급관(232m)의 온도 상승을 방지하고, 혼합 가스 공급관(232m)의 부식 등을 피하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이에 의해, 처리실(201) 내에 클리닝 가스가 고온 상태인 채로 공급되는 것을 방지할 수 있어, 처리실(201) 내의 석영 부재 등의 손상을 피할 수 있다. 그리고, 이들에 의해 기판 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 부식 생성물 등의 파티클이 가스에 동반되어서 처리실(201) 내에 운반되는 것을 피할 수 있게 되고, 또한, 석영분 등의 파티클이 처리실(201) 내에서 발생하는 것을 피할 수 있게 된다. 결과적으로, 웨이퍼(200)에 도달하는 파티클의 양을 저감할 수 있어, 제품 불량이 발생되는 것을 미연에 방지하여, 기판 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 모두 지연성 가스인 F2 가스와 NO 가스를 혼합시킴으로써, 발열 반응이 발생하는 것이나, 이 발열 반응에 의해 기판 처리 장치(100)의 구성 부재가 손상을 받을 우려가 있는 것은, 상술한 바와 같이, 발명자들의 예의 연구에 의해 처음으로 명확해진 신규 과제이다.
(c) 본 실시형태에서는, F2 가스와 NO 가스를 따로따로 처리실(201) 내에 공급하여 처리실(201) 내에서 혼합시키는 것이 아니라, 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 사전에 혼합(프리믹스)시키도록 하고 있다. 또한, 혼합 가스 공급관(232m) 내에 공급하는 NO 가스의 유량을, 그 대부분 또는 모두가 F2 가스와의 반응에 의해 소비되는 유량으로 하고 있다. 즉, F2 가스와 NO 가스의 혼합에 의한 반응을 처리실(201) 내에서 발생시키지 않도록 하고 있다. 이에 의해, 처리실(201) 내에서 국소적인 발열 반응이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 처리실(201) 내의 석영 부재의 부분적인 에칭을 피하는 것이 가능하게 된다.
(d) 본 실시형태에서는, F2 가스와 NO 가스의 혼합을, 처리실(201) 내가 아니라, 비교적 용적이 작은 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 행하도록 하고 있다. 이에 의해, F2 가스와 NO 가스를 효율적으로 혼합시킬 수 있어, FNO의 생성 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 클리닝 가스로서, F2 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 온사이트로 생성하여, 처리실(201) 내에 공급하는 것이 용이하게 된다.
(e) 본 실시형태에서는, F2 가스와 혼합시키는 산화질소 가스로서 NO 가스를 사용하고 있다. 이에 의해, FNO의 생성 효율을 높일 수 있다. 또한, 산화질소 가스로서, NO 가스 대신에 N2O 가스나 NO2 가스를 사용하는 경우, N2O 가스나 NO2 가스는 불소 함유 가스와는 반응하기 어렵기 때문에, 그것 전용의 예비 분해실, 즉 N2O 가스나 NO2 가스용의 예비 분해실이 혼합 가스 공급관(232m)의 상류측에 필요하게 된다. 이에 비해, NO 가스는 혼합 가스 공급관(232m) 내에서 충분히 F2 가스와 반응하는 점에서, 이러한 전용의 예비 분해실, 즉 NO 가스용의 예비 분해실을 설치할 필요가 없어, 기판 처리 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
<본 발명의 다른 실시형태>
이상, 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시형태에서는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, F2 가스와 NO 가스의 혼합 포인트(P)의 주위를 둘러싸도록 냉각 기구(260)를 설치하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 혼합 포인트(P)보다도 하류측의 혼합 가스 공급관(232m)의 일부를 부분적으로 둘러싸도록 냉각 기구(260)를 설치해도 된다. 또한, 예를 들어 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, F2 가스와 NO 가스의 혼합 포인트(P)와 그 하류측의 혼합 가스 공급관(232m)의 전체를 둘러싸도록 냉각 기구(260)를 설치해도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 실시형태에서는, 에너지 제거 기구로서의 냉각 기구(260)가 혼합부(혼합 가스 공급관(232m)) 자체를 냉각하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉각 기구(260)는 혼합부 내(혼합 가스 공급관(232m) 내)의 반응 후의 가스, 즉 클리닝 가스를 냉각하는 열교환기 등으로서 구성되어 있어도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 실시형태에서는, F2 가스와 NO 가스를 혼합시켜서 반응시키는 혼합부가 혼합 가스 공급관(232m), 즉 배관으로서 구성되어 있는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 혼합부는, 배관으로서가 아니라 혼합실(290m)로서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 냉각 기구(260)는, 혼합실(290m)의 주위, 또는 혼합실(290m) 및 혼합 가스 공급관(232m)의 주위에 설치하면 된다. 도 3의 (d)에서는, 냉각 기구(260)를 혼합실(290m)의 주위에 설치하는 예에 대하여 도시하고 있다.
또한, 예를 들어 상술한 실시형태에서는, 처리실(201) 내에의 클리닝 가스(혼합 가스)의 공급을 노즐(230a)만으로 행하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 혼합 가스 공급관(232m)의 하류측을 처리 가스 공급관(232b)에 접속하고, 클리닝 가스(혼합 가스)의 공급을 노즐(230b)로부터 행하도록 해도 된다. 이때, 노즐(230a) 내에의 클리닝 가스(혼합 가스)의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(262e, 261e)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232e) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘린다. 또한, 예를 들어 클리닝 가스(혼합 가스)의 공급을 노즐(230a) 및 노즐(230b)의 양쪽으로부터 행하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 실시형태에서는, 불소 함유 가스로서 불소 가스(F2 가스)를 사용하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 불소 함유 가스로서, 3불화질소 가스(NF3 가스) 등의 불화질소 가스 및 4불화탄소 가스(CF4 가스), 6불화에탄 가스(C2F6 가스), 8불화 프로판(C3F8 가스) 등의 불화탄소 가스, 3불화염소 가스(ClF3 가스)나 5불화염소 가스(ClF5 가스) 등의 불화염소 가스 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 혼합부 내에서 불소 함유 가스와 NO 가스를 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서, 불소 함유 가스에 FNO가 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성할 수 있다.
단, 불화질소 가스나 불화탄소 가스는, NO 가스와의 반응성이 비교적 낮다. 그로 인해, 이들 가스를 사용하는 경우에는 불화질소 가스나 불화탄소 가스를 분해시킨 후의 불소 함유 가스와, NO 가스를 혼합부 내에서 혼합시키게 된다. 이 경우, 혼합부의 상류측에 예비 분해실을 설치하고, 플라즈마원이나 히터 등의 분해원을 사용하여 예비 분해실 내에서 불화질소 가스나 불화탄소 가스를 미리 분해시킨 후, 불화질소 가스나 불화탄소 가스를 분해시킨 후의 불소 함유 가스와, NO 가스를 혼합부 내에서 혼합시키게 된다. 특히, 불화탄소 가스는 불화질소 가스보다도 열분해하기 어렵고, 열분해 온도가 높다. 따라서, 불화탄소 가스를 열적으로 분해하기 위해서는 비교적 고온로 가열할 필요가 있어, 플라즈마로 분해시키는 것이 바람직하다. 단, 불화탄소 가스를 플라즈마로 분해시킬 경우, 재결합에 의해 CF4 등이 생성되는 경우가 있다. 따라서, 이 경우, 불화탄소 가스를 플라즈마로 분해시킬 때, 불화탄소 가스에 O2 등의 재결합을 저해(억제)시키는 가스(재결합 저해 가스)를 첨가하는 것이 바람직하다. 즉, 예비 분해실 내에 불화탄소 가스와 재결합 저해 가스를 공급한 상태에서, 예비 분해실 내에서 불화탄소 가스를 플라즈마로 분해시키는 것이 바람직하다.
이에 비해, 불소 가스나 불화염소 가스는, NO 가스와의 반응성이 비교적 높다. 그로 인해, 이들 가스를 사용하는 경우에는 불소 함유 가스를 분해시키는 예비 분해실이나, 플라즈마원이나 히터 등의 분해원을 설치할 필요가 없기 때문에, 바람직하다.
또한, 불소 함유 가스로서, NF3 가스 등의 불화질소 가스나, CF4 가스 등의 불화탄소 가스를 사용한 경우, 클리닝 공정에서의 퇴적물의 에칭 조건으로서는,
처리 실내 온도: 200℃ 내지 600℃,
처리실 내 압력: 133 Pa(1 Torr) 내지 66500 Pa(500 Torr),
예비 분해실 내 온도: 500℃ 내지 800℃,
예비 분해실 내 압력: 133 Pa(1 Torr) 내지 대기압(760 Torr),
불화질소 가스 또는 불화탄소 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 4000 sccm(4 slm),
NO 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 4000 sccm(4 slm),
N2 가스 공급 유량: 500 sccm(0.5 slm) 내지 20000 sccm(20 slm)
이 예시된다.
또한, 불소 함유 가스로서, ClF3 가스 등의 불화염소 가스를 사용한 경우, 클리닝 공정에서의 퇴적물의 에칭 조건으로서는,
처리 실내 온도: 200℃ 내지 500℃,
처리실 내 압력: 133 Pa(1 Torr) 내지 66500 Pa(500 Torr),
불화염소 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 2000 sccm(2 slm),
NO 가스 공급 유량: 200 sccm(0.2 slm) 내지 2000 sccm(2 slm),
N2 가스 공급 유량: 500 sccm(0.5 slm) 내지 20000 sccm(20 slm)
이 예시된다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 실리콘 질화막(SiN막)을 포함하는 퇴적물을 제거함으로써 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 실리콘탄질화막(SiCN막), 실리콘산질화막(SiON막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘붕탄질화막(SiBCN막), 실리콘붕질화막(SiBN막) 등의 실리콘계 질화막을 포함하는 퇴적물을 제거함으로써 처리 용기 내를 클리닝하는 경우, 즉 이들 실리콘계 질화막을 형성하는 처리 용기 내를 클리닝할 경우에도 적절하게 적용 가능하다.
또한, 본 발명은 티타늄질화막(TiN막), 탄탈륨질화막(TaN막) 등의 금속 질화막을 포함하는 퇴적물을 제거함으로써 처리 용기 내를 클리닝하는 경우, 즉 이들 금속 질화막을 형성하는 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도 적절하게 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치의 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치의 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치의 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치의 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태나 변형예는 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경하는 경우에는 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 전기 통신 회선이나 해당 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하고, 그 프로세스 레시피나 클리닝 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
[실시예]
상술한 실시형태에 있어서의 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하는 성막 공정을 반복한 후, 상술한 실시형태에 있어서의 클리닝 공정을 행함으로써, 처리 용기 내의 클리닝을 행하였다. 클리닝 공정에 있어서는, 처리 용기 내의 온도를 300 내지 400℃로 하고, 처리 용기 내의 압력을 50 내지 100 Torr로 하였다. 또한, 혼합 가스에 있어서의 FNO의 유량 A에 대한 F2 가스의 유량 B의 유량비(B/A비)를 0부터 1.0의 범위에서 변화시켰다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 실시형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 값으로 설정하였다. 그리고, 처리 용기 내에 퇴적된 SiN막을 포함하는 퇴적물의 에칭 레이트 및 처리 용기 내의 석영 부재의 에칭 레이트를 각각 측정하였다. 또한, 이들의 측정 결과에 기초하여, 퇴적물과 석영 부재의 에칭 선택비(퇴적물의 에칭 레이트/석영 부재의 에칭 레이트)를 산출하였다.
도 5는 본 실시예에 따른 퇴적물 및 석영 부재의 에칭 레이트 및 에칭 선택비의 평가 결과를 도시하는 도면이다. 도 5의 횡축은 혼합 가스에 있어서의 FNO의 유량 A에 대한 F2 가스의 유량 B의 유량비(B/A비)를, 좌측의 종축은 에칭 레이트[Å/min]를, 우측의 종축은 에칭 선택비[a.u.]를 각각 나타내고 있다. 도면 중의 ○표시는 퇴적물의 에칭 레이트를, △표시는 석영 부재의 에칭 레이트를, □표시는 에칭 선택비를 각각 나타내고 있다. 또한, B/A비=0은 혼합 가스 공급관 내에 공급된 F2 가스가 반응에 의해 모두 소비되어, 클리닝 가스로서 FNO가 단체로 사용되는 것을 의미하고 있다. 또한, 에칭 선택비는 그 값이 큰 쪽이 석영 부재의 에칭이 진행하기 어렵고, 양호한 것을 나타내고 있다.
도 5에 따르면, 상술한 B/A비를 0으로 한 경우에는 퇴적물의 에칭 레이트가 낮고, 퇴적물과 석영 부재의 에칭 선택비도 나쁜 것을 알 수 있다. 이에 비해, B/A비를 0.5 이상으로 한 경우, 퇴적물의 에칭 레이트가 급격하게 높아지고, 에칭 선택비가 급격하게 개선되는 것을 알 수 있다. 단, B/A비를 더욱 높게 한 경우, 퇴적물의 에칭 레이트는 높아지지만, B/A비를 너무 높게 하면 에칭 선택비가 악화되기 시작하는 것을 알 수 있다. 또한, B/A비가 2를 초과하면, 에칭 선택비가 실용 레벨을 하회하는 것을 확인하였다. 또한, B/A비를 1 미만으로 함으로써, 에칭 선택비를 비교적 양호한 상태로 유지할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, B/A비를 0.75 이하로 함으로써, 퇴적물의 에칭 레이트 및 에칭 선택비를 높은 양호한 상태로 유지할 수 있는 것을 확인하였다. 이들 결과로부터, B/A비를 0.5 이상 2 이하, 바람직하게는 0.5 이상 1 미만, 보다 바람직하게는 0.5 이상 0.75 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 따르면,
기판 상에 박막을 형성하는 처리가 행해지는 처리 용기를 제공하는 공정과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
을 포함하고,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 클리닝 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합 가스에 있어서의 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 1 미만으로 한다.
(부기 3)
부기 1의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합 가스에 있어서의 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 0.75 이하로 한다.
(부기 4)
부기 1의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 반응에 의해 생성되는 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남는 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 1 미만으로 한다.
(부기 5)
부기 1의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 반응에 의해 생성되는 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남는 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 0.75 이하로 한다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한다.
(부기 7)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부 내의 상기 반응 후의 가스를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한다.
(부기 8)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부 내의 상기 클리닝 가스를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 온사이트로 상기 혼합 가스를 생성하여 상기 처리 용기 내에 공급한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 불소 함유 가스는 불소 가스, 불화염소 가스, 불화질소 가스 및 불화탄소 가스 중 적어도 어느 하나이다.
(부기 11)
부기 1 내지 9 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 불소 함유 가스는 불소 가스 및 불화염소 가스 중 적어도 어느 하나이다.
(부기 12)
부기 1 내지 9 중 어느 하나의 클리닝 방법이며, 바람직하게는,
상기 불소 함유 가스가 불화질소 가스 및 불화탄소 가스 중 적어도 어느 하나이며, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 분해시킨 후의 상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 상기 혼합부 내에서 혼합시킨다.
(부기 13)
부기 1 내지 12 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 혼합부는 배관에 의해 구성된다.
(부기 14)
부기 1 내지 12 중 어느 하나의 클리닝 방법에 있어서, 바람직하게는,
상기 혼합부는 혼합실에 의해 구성된다.
(부기 15)
본 발명의 다른 형태에 따르면,
처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
을 포함하고,
상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리 용기와,
불소 함유 가스를 공급하는 불소 함유 가스 공급계와,
일산화질소 가스를 공급하는 일산화질소 가스 공급계와,
상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 혼합시켜서 반응시키는 혼합부와,
상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는 에너지 제거 기구와,
상기 불소 함유 가스 공급계 및 상기 일산화질소 가스 공급계로부터 공급한 상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 상기 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 상기 에너지 제거 기구에 의해 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하도록, 상기 불소 함유 가스 공급계, 상기 일산화질소 가스 공급계 및 상기 에너지 제거 기구를 제어하도록 구성되는 제어부
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 수순과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 수순
을 컴퓨터에 실행시키고,
상기 퇴적물을 제거하는 수순에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 프로그램이 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 수순과,
상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 수순
을 컴퓨터에 실행시키고,
상기 퇴적물을 제거하는 수순에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실
206: 히터
232a: 처리 가스 공급관
232b: 처리 가스 공급관
232c: 불소 함유 가스 공급관
232d: 일산화질소(NO) 가스 공급관
232m: 혼합 가스 공급관(혼합부)
260: 냉각 기구(에너지 제거 기구)
280: 컨트롤러(제어부)

Claims (17)

  1. 기판 상에 박막을 형성하는 처리가 행해지는 처리 용기를 제공하는 공정과,
    상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
    을 포함하고,
    상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는, 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합 가스에 있어서의 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 1 미만으로 하는, 클리닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합 가스에 있어서의 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 0.75 이하로 하는, 클리닝 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 반응에 의해 생성되는 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남는 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 1 미만으로 하는, 클리닝 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 반응에 의해 생성되는 상기 불화니트로실의 유량 A에 대한 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남는 상기 불소 함유 가스의 유량 B의 유량비 B/A비를 0.5 이상 0.75 이하로 하는, 클리닝 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는, 클리닝 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부 내의 상기 반응 후의 가스를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는, 클리닝 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 상기 혼합부 내의 상기 클리닝 가스를 냉각함으로써 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는, 클리닝 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 온사이트로 상기 혼합 가스를 생성하여 상기 처리 용기 내에 공급하는, 클리닝 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 불소 가스, 불화염소 가스, 불화질소 가스 및 불화탄소 가스 중 적어도 어느 하나인, 클리닝 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 불소 가스 및 불화염소 가스 중 적어도 어느 하나인, 클리닝 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 불화질소 가스 및 불화탄소 가스 중 적어도 어느 하나이며, 상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 분해시킨 후의 상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 상기 혼합부 내에서 혼합시키는, 클리닝 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 혼합부는 배관에 의해 구성되는, 클리닝 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 혼합부는 혼합실에 의해 구성되는, 클리닝 방법.
  15. 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 공정과,
    상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 공정
    을 포함하고,
    상기 퇴적물을 제거하는 공정에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 처리 용기와,
    불소 함유 가스를 공급하는 불소 함유 가스 공급계와,
    일산화질소 가스를 공급하는 일산화질소 가스 공급계와,
    상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 혼합시켜서 반응시키는 혼합부와,
    상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거하는 에너지 제거 기구와,
    상기 불소 함유 가스 공급계 및 상기 일산화질소 가스 공급계로부터 공급된 상기 불소 함유 가스와 상기 일산화질소 가스를 상기 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 상기 에너지 제거 기구에 의해 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하도록, 상기 불소 함유 가스 공급계, 상기 일산화질소 가스 공급계 및 상기 에너지 제거 기구를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 처리 용기 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 행하는 수순과,
    상기 처리 후의 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 박막을 포함하는 퇴적물을 제거하는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 퇴적물을 제거하는 수순에서는, 불소 함유 가스와 일산화질소 가스를 혼합부 내에서 혼합시켜서 반응시킴으로써, 상기 클리닝 가스로서 상기 불소 함유 가스에 불화니트로실이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스를 생성하고, 상기 반응에 의해 발생하는 발열 에너지를 제거한 후에, 상기 혼합부에서 상기 혼합 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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