KR20150062928A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 부생성물의 발생을 억제하여 기판의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체를 제공한다.
기판을 처리하는 처리실; 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실 내에 상기 기판의 중심부와 상기 기판의 주연부 각각에 독립적으로 공급하는 가스 공급공을 구비하는 가스 공급부; 상기 처리실 내를 배기하는 배기부; 및 상기 가스 공급부로부터 공급되는 상기 처리 가스를 상기 기판의 주연부에 공급한 후에 상기 기판의 중심부에 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이들의 패턴을 형성할 때, 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 수행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
상기 패턴을 형성하는 방법 중 하나로서 회로 사이에 홈[溝]을 형성하고, 그 홈에 라이너 막이나 배선을 형성하는 공정이 존재한다. 이 홈은 최근의 미세화에 따라 높은 애스펙트비가 되도록 구성되고 있다.
라이너 막 등을 형성하는 데 있어서는 홈의 상부 측면, 중부 측면, 하부 측면, 저부(底部)에서도 막 두께에 편차가 없는 양호한 스텝 커버리지의 막을 형성하는 것이 요구되고 있다. 양호한 스텝 커버리지의 막으로 하는 것에 의해 반도체 디바이스의 특성을 홈 사이에서 균일화할 수 있고, 이에 의해 반도체 디바이스의 특성 편차를 억제할 수 있기 때문이다.
여기서 높은 애스펙트비의 홈을 처리하기 위해서, 가스를 가열하여 처리하거나 가스를 플라즈마 상태로서 처리하는 것이 시도되었지만, 양호한 스텝 커버리지를 가지는 막을 형성하는 것은 곤란했다.
상기 막을 형성하는 방법으로서 적어도 2종류의 처리 가스를 반응시켜 막을 형성하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 및 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 있다.
여기서 반도체 디바이스의 특성을 균일화할 필요가 있기 때문에 박막을 형성할 때, 기판 면내(面內)에 대하여 가스를 균일하게 공급할 필요가 있다. 이를 실현하기 위해서 기판의 처리면으로부터 균일하게 가스를 공급하는 것이 가능한 매엽(枚葉) 장치가 개발되고 있다. 이 매엽 장치로는 가스를 보다 균일하게 공급하기 위해서 예컨대 기판 상에 버퍼실을 포함하는 샤워 헤드를 설치하고 있다.
종래, 피처리체의 지지체와 샤워 헤드부의 지름이 동일해지도록 구성하는 것에 의해, 성막에 의해 소비되는 처리 가스의 양과 헤드부로부터 처리 공간에 공급되는 처리 가스의 양을 단위 면적당 균등하게 하여 성막의 면내 균일성을 향상시키는 기술이나, 샤워 헤드를 이용하여 기판 상의 Poly-Si층을 에칭하는 경우, 샤워 헤드와 기판을 재치하는 하부 전극과의 거리에 의해 가스가 확산되지 않도록 가스 도입부의 형상을 처리실 내에 돌출하는 돌기 형상으로 하고 또한 서로 다른 방향을 향하여 개구(開口)되도록 복수의 가스 도입공을 설치하는 기술, 또한 분사 기구인 분사공의 막힘이 발생하는 것에 의해 기판 상의 막 두께 균일성이 악화되는 것을 방지하기 위해서, 처리 가스가 기판 표면에 수직한 축 방향으로 공급되는 제1 영역에 처리 가스를 공급하는 축상(軸上) 분사 공급공 및 경사 방향으로 가스를 공급하는 제2 영역에 처리 가스를 공급하는 축외(軸外) 분사 공급공을 설치하는 기술이 개발되었다.
매엽 장치를 이용하여 적어도 2종류의 처리 가스에 의해 원하는 막을 형성할 때, 그 처리 가스를 기판 상방(上方) 또는 기판 표면에서 반응시키는 것에 의해 막을 형성한다. 하지만 버퍼실을 개재하여 가스를 공급하는 등의 종래의 장치로는 버퍼실 내에서 가스가 반응하여 버퍼실 내에 부생성물이 발생할 것으로 생각된다. 이 발생한 부생성물은 기판의 특성에 악영향을 미치는 경우가 있었다.
또한 매엽형 장치에서 샤워 헤드를 이용하여 가스 공급을 수행한 경우, 샤워 헤드로부터 균일하게 유출된 반응 가스는 유출 장소에 따라 기판 표면 상을 흐르는 거리가 변화하기 때문에 면내 균일성이 악화된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하여 부생성물의 발생을 억제하고 기판의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실; 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실 내에 상기 기판의 중심부와 상기 기판의 주연부(周緣部) 각각에 독립적으로 공급하는 가스 공급공을 구비하는 가스 공급부; 상기 처리실 내를 배기하는 배기부; 및 상기 가스 공급부로부터 공급되는 상기 처리 가스를 상기 기판의 주연부에 공급한 후에 상기 기판의 중심부에 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 처리실 내에 반송하는 공정; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 처리실 내에 반송하는 공정; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 부생성물의 발생을 억제하여 기판의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 도 1에 도시되는 가스 도입구 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시되는 버퍼 공간 부분을 도 1의 B-B선 단면도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 샤워 헤드의 버퍼 공간을 설명하기 위한 사시(斜視) 모식도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 이용한 제어부의 하드웨어 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 따른 성막 공정의 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정의 가스 공급의 타이밍도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 공정의 가스 공급의 타이밍도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 성막 공정의 플로우 차트.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 성막 공정의 가스 공급의 타이밍도.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 공정에서의 기판 표면의 모습을 설명하는 모식도.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
우선 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)는 고유전율 절연막 형성 유닛이며, 도 1에 도시하는 바와 같이 매엽식 기판 처리 장치로서 구성된다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)의 종단면도다. 도 2는 도 1에 도시되는 가스 도입구(231)를 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시되는 버퍼 공간(232)을 도 1의 B-B선 단면도로 도시하는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)을 설명하기 위한 사시 모식도다.
기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실로서의 처리 공간(201)과 반송 공간(203)이 형성된다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이 판(204)이 설치된다. 상부 용기(202a)에 둘러싸여진 공간이며 칸막이 판(204)보다 상방의 공간을 처리 공간(201)이라고 부르고, 하부 용기(202b)에 둘러싸여진 공간이며 칸막이 판(204)보다 하방(下方)의 공간을 반송 공간(203)이라고 부른다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 도시되지 않는 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
처리 공간(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 설치된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 재치면(211)과, 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212)와, 기판 재치대(212)에 내포된 가열원(源)으로서의 히터(213)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 처리 공간(201) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 재치면(211)이 기판 반입출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리 공간(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
처리 공간(201)[상부 용기(202a)]의 내벽 측면에는 처리 공간(201)의 분위기를 배기하는 배기구(221)가 설치된다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되고, 배기관(222)에는 처리 공간(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 APC밸브(223), 진공 펌프(224)가 순서대로 직렬로 접속된다. 주로 배기구(221), 배기관(222), APC밸브(223), 진공 펌프(224)에 의해 배기부(220)가 구성된다.
처리 공간(201)의 상부에 설치되는 후술하는 샤워 헤드(230)의 상면[천정벽(天井壁)]에는 처리 공간(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(231)가 설치된다.
가스 도입구(231)는 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 가스 도입구(231a)와 제2 가스 도입구(231b)로 구성되고, 제1 가스 도입구(231a)를 형성하는 제1 가스 도입관(229a)의 내측에 제2 가스 도입구(231b)를 형성하는 제2 가스 도입관(229b)이 동심원 상에 배설(配設)되고, 이중(二重) 관 구조로 이루어진다. 여기서 제1 가스 도입구(231a)의 단면적과 제2 가스 도입구(231b)의 단면적은 거의 같은 것이 바람직하다.
가스 도입구(231)와 처리 공간(201) 사이에는 가스 공급부로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 가스 도입구(231)는 샤워 헤드(230)의 덮개(300)에 접속되고, 가스 도입구(231)로부터 도입되는 가스는 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)에 공급된다.
샤워 헤드(230)의 덮개(300)는 전도성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼 공간(232) 또는 처리 공간(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 이용된다. 덮개(300)와 상부 용기(202a) 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고, 덮개(300)와 상부 용기(202a) 사이를 절연한다.
버퍼 공간(232)은 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 제1 가스 도입구(231a)와 연통(連通)하는 제1 버퍼 공간(232a)과, 제2 가스 도입구(231b)와 연통하는 제2 버퍼 공간(232b)으로 구성된다.
샤워 헤드(230)는 버퍼 공간(232)과 처리 공간(201) 사이에 가스 도입구(231)로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 구비한다. 분산판(234)에는 가스 공급공으로서의 관통공(236)이 복수 형성된다. 관통공(236)은 제1 버퍼 공간(232a)과 처리 공간(201)을 연통하는 관통공(236a)과, 제2 버퍼 공간(232b)과 처리 공간(201)을 연통하는 관통공(236b)으로 구성된다. 이 관통공은 원주 상을 일주(一周)하는(일부 연결된) 슬릿 형상이어도 좋다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치되고, 웨이퍼(200)와 거의 동일한 지름인 것이 바람직하다.
구체적으로는 버퍼 공간(232)에는 제1 가스 도입구(231a)로부터 공급되는 가스를 관통공(236a)을 개재하여 처리 공간(201)을 향하여 공급하는 가스 가이드(240a)와, 제2 가스 도입구(231b)로부터 공급되는 가스를 관통공(236b)을 개재하여 처리 공간(201)을 향하여 공급하는 가스 가이드(240b)가 설치된다. 즉 버퍼 공간(232)은 웨이퍼(200)의 주연부에 가스를 공급하기 위한 제1 버퍼 공간(232a)과 웨이퍼(200)의 중심부에 가스를 공급하기 위한 제2 버퍼 공간(232b)으로 나누어진다. 여기서 제1 버퍼 공간(232a)과 연통하는 관통공(236a)의 총 면적(웨이퍼 주연부에 대한 가스 공급 면적)과 제2 버퍼 공간(232b)과 연통하는 관통공(236b)의 총 면적(웨이퍼 중심부에 대한 가스 공급 면적)은 거의 같은 것이 바람직하다. 또한 관통공(236a)의 지름이 관통공(236b)의 지름보다 큰 것이 바람직하다. 또한 제1 버퍼 공간(232a)에 있는 분산판(234)의 면적과, 제2 버퍼 공간(232b)에 있는 분산판(234)의 면적이 동일해도 좋다.
가스 가이드(240a)는 제1 가스 도입구(231a)를 정점(頂点)으로 하여 분산판(234) 방향을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상으로 형성된다. 가스 가이드(240b)는 제2 가스 도입구(231b)를 정점으로 하여 분산판(234) 방향을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상으로 형성된다.
즉 버퍼 공간(232)은 제1 버퍼 공간(232a)의 내측에 제2 버퍼 공간(232b)이 동심원 상에 배설되고, 각각 분산판(234) 방향을 향함에 따라 지름이 커지는 이중의 원추 구조로 이루어진다. 이에 의해 각 가스 도입구(231a, 231b)로부터 각 버퍼 공간(232a, 232b)에 공급되는 처리 가스의 흐름을 원활하게 하여 유량을 균일화할 수 있다.
제1 버퍼 공간(232a)은 가스 가이드(240a)로 형성되는 원추 형상의 공간으로부터 가스 가이드(240b)로 형성되는 원추 형상의 공간[제2 버퍼 공간(232b)]을 뺀(제외한) 공간이다. 즉 제1 버퍼 공간(232a)은 정확하게는 중공의 원추 형상(또는 원추대 형상)이며, [역(逆)]깔때기(漏斗) 형상으로도 할 수 있지만, 본 명세서에서는, 편의상 단순히 원추 형상이라고 칭한다.
다음으로 전술한 가스 도입구(231)에 접속되는 가스 공급계의 구성에 대하여 설명한다.
(원료 가스 공급계)
제1 가스 도입관(229a)에는 제1 처리 가스로서의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급관(304)이 접속된다. 또한 제2 가스 도입관(229b)에는 원료 가스 공급관(308)이 접속된다. 원료 가스 공급관(304)에는 상류측으로부터 가스의 공급 유량을 제어하는 유량 제어기로서의 매스 플로우 컨트롤러(404)와, 가스의 공급을 제어하는 밸브(244)가 배설된다. 원료 가스 공급관(308)에는 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(408)와 밸브(248)가 배설된다. 원료 가스 공급관(304, 308)에는 제1 처리 가스로서 원료 가스로서의 예컨대 TiCl4(4염화티타늄) 가스가 이용된다.
(반응 가스 공급계)
제1 가스 도입관(229a)에는 제2 처리 가스로서의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급관(305)이 접속된다. 또한 제2 가스 도입관(229b)에는 반응 가스 공급관(309)이 접속된다. 반응 가스 공급관(305)에는 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(405)와 밸브(245)가 배설된다. 반응 가스 공급관(309)에는 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(409)와 밸브(249)가 배설된다. 반응 가스 공급관(305, 309)에는 제2 처리 가스로서 반응 가스로서의 예컨대 NH3(암모니아) 가스가 이용된다.
(퍼지 가스 공급계)
원료 가스 공급관(304)에는 밸브(244)의 하류측에 불활성 가스로서의 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급관(306)이 접속된다. 또한 반응 가스 공급관(305)에는 밸브(245)의 하류측에 퍼지 가스 공급관(307)이 접속된다. 원료 가스 공급관(308)에는 밸브(248)의 하류측에 퍼지 가스 공급관(310)이 접속된다. 또한 반응 가스 공급관(309)에는 밸브(249)의 하류측에 퍼지 가스 공급관(311)이 접속된다.
퍼지 가스 공급관(306, 307, 310, 311)에는 각각 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(406, 407, 410, 411), 밸브(246, 247, 250, 251)가 배설된다. 퍼지 가스 공급관(306, 307, 310, 311)에는 불활성 가스로서 퍼지 가스로서의 예컨대 N2(질소) 가스가 이용된다. 또한 퍼지 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
도 5에는 제어부로서의 컨트롤러(280)가 도시된다. 컨트롤러(280)는 예컨대 CPU(280a)(Central Processing Unit), RAM(280b)(Random Access Memory), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스(280e)를 개재하여 CPU(280a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(280)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(282)가 접속된다.
기억 장치(280c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(280c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(280)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(280d)는 전술한 매스 플로우 컨트롤러(404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411), 밸브(244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251), APC밸브(223), 진공 펌프(224), 히터(213), 승강 기구(218) 등에 접속된다.
CPU(280a)는 기억 장치(280c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(282)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(280a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 매스 플로우 컨트롤러(404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251)의 개폐 동작, APC밸브(223)에 기초하는 압력 조정 동작, 도시되지 않는 온도 센서에 기초하는 히터(213)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(224)의 기동 및 정지, 승강 기구(218)에 의한 샤프트(217)의 승강, 회전 및 회전 속도 조절 동작 등을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(283)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光)디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이와 같은 외부 기억 장치(283)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(283)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(283)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(280c)나 외부 기억 장치(283)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(280c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
다음으로 전술한 기판 처리 장치(100)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 처리 공정을 수행하는 예에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다. 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트다.
<기판 반입·재치 공정, 스텝(S102)>
우선 게이트 밸브(205)를 열고 도시되지 않는 반송실과 반송 공간(203)을 연통시킨다. 다음으로 처리 대상인 웨이퍼(200)를 도시되지 않는 반송 로봇에 의해 반송실 내로부터 반송 공간(203) 내에 반입한다. 반송 공간(203) 내에 반입된 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)의 위치까지 하강된 기판 재치대(212)에 반송 로봇에 의해 재치되고, 기판 처리 위치까지 승강 기구(218)에 의해 승강된다. 다음으로 반송 로봇이 반송 공간(203) 내로부터 반송실 내에 돌아가면 게이트 밸브(205)가 닫힌다.
<성막 공정, 스텝(S104)>
다음으로 후술하는 성막 공정(스텝(S104)을 수행한다.
<기판 반출 공정, 스텝(S106)>
성막 공정[스텝(S104)]이 종료되면, 전술한 기판 반입·재치 공정[스텝(S102)]에 도시한 순서와는 반대의 순서에 의해 성막 처리한 웨이퍼(200)를 반송 공간(203)으로부터 반송실 내로 반출한다.
<스텝(S108)>
이상과 같이, 스텝(S102) 내지 스텝(S106)을 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 소정 매수의 웨이퍼(200)가 성막 처리된다.
<클리닝 공정, 스텝(S110)>
일련의 처리가 종료되면, 밸브(246, 247, 250, 251)를 열고 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 N2가스를 공급한다. 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201)을 진공 배기한다. 이에 의해 처리 공간(201) 및 반송 공간(203) 내에 잔류하는 가스나 부생성물을 제거한다.
이하, 성막 공정[스텝(S104)]에서 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성하는 공정을 수행하는 예에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 TiN막의 성막 공정의 플로우 차트를 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 TiN막 성막 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 실시 형태에 따른 TiN막 성막 공정에서의 웨이퍼 표면의 모습을 설명하는 모식도다.
<TiCl4가스 공급, 스텝(S202)>
밸브(244) 및 밸브(248)를 열고 제1 가스 도입관(229a) 및 제2 가스 도입관(229b) 내에 TiCl4가스를 흘린다. 제1 가스 도입관(229a) 및 제2 가스 도입관(229b) 내를 흐른 TiCl4가스는 매스 플로우 컨트롤러(404, 408)에 의해 각각 유량 조정된다. 유량 조정된 TiCl4가스는 제1 가스 도입구(231a) 및 제2 가스 도입구(231b)로부터 각각 제1 버퍼 공간(232a) 및 제2 버퍼 공간(232b) 내에 공급되고, 분산판(234)의 관통공(236a, 236b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기구(221)를 개재하여 배기관(222)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4가스가 공급되어 웨이퍼(200)의 표면이 TiCl4가스에 폭로(暴露)된다.
이 TiCl4가스의 공급에 의해 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti) 함유층이 형성된다(도 12a 참조).
<퍼지, 스텝(S204)>
웨이퍼(200) 상에 Ti함유층이 형성된 후, 밸브(244)와 밸브(248)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 가스 공급관(306, 310)의 밸브(246, 250)를 여는 것에 의해, N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급한다. 퍼지 가스 공급관(306, 310) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(406, 410)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내로부터 배제한다(도 12b 참조). 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201) 내를 진공 배기한다.
또한 밸브(246, 250)뿐만 아니라 밸브(246, 247, 250, 251)의 모든 퍼지 가스 공급관의 밸브를 열고 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 공급해도 좋다. 이에 의해 처리 가스의 역류가 방지된다.
<NH3가스 공급(주연부), 스텝(S206)>
스텝(S204)이 종료되고 처리 공간(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(246, 250)를 닫고 밸브(245)를 열어 반응 가스 공급관(305) 내에 NH3가스를 흘린다. 반응 가스 공급관(305) 내를 흐른 NH3가스는 매스 플로우 컨트롤러(405)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제1 가스 도입관(229a)으로부터 제1 버퍼 공간(232a)을 개재하여 분산판(234)의 주연부의 관통공(236a)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기관(222)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)의 주연부에 대하여 NH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 주연부의 표면은 NH3가스에 폭로된다.
이 웨이퍼(200) 주연부로의 NH3가스의 공급에 의해, 웨이퍼 주연부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층과 NH3가스가 반응한다. 이 때 주로 웨이퍼 주연부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층이 질화되어 티타늄 질화층(TiN층)으로 개질된다(도 12c 참조).
<퍼지, 스텝(S208)>
그 후, 반응 가스 공급관(305)의 밸브(245)를 닫고 제1 가스 도입관(229a)으로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 가스 공급관(307)의 밸브(247)를 여는 것에 의해 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제1 버퍼 공간(232a)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급한다. 퍼지 가스 공급관(307) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(407)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 제1 가스 도입관(229a), 제1 버퍼 공간(232a) 및 처리 공간(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 HCl(염산)이나 NH4Cl(염화암모니아) 가스 등의 반응 부생성물을 제1 가스 도입관(229a), 제1 버퍼 공간(232a) 및 처리 공간(201) 내로부터 배제한다(도 12d 참조). 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201) 내를 진공 배기한다.
또한 밸브(247)뿐만 아니라 밸브(246, 247, 250, 251)의 모든 퍼지 가스 공급관의 밸브를 열고 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 공급해도 좋다. 이에 의해 처리 가스나 반응 부생성물 등의 역류가 방지된다.
<NH3가스 공급(중심부), 스텝(S210)>
스텝(S208이 종료되고 처리 공간(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(247)를 닫고 밸브(249)를 열어 반응 가스 공급관(309) 내에 NH3가스를 흘린다. 반응 가스 공급관(309) 내를 흐른 NH3가스는 매스 플로우 컨트롤러(409)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제2 가스 도입관(229b)으로부터 제2 버퍼 공간(242b)을 개재하여 분산판(234)의 중심부의 관통공(236b)으로부터 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기관(222)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)의 중심부에 대하여 NH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 중심부의 표면이 NH3가스에 폭로된다.
이 웨이퍼(200) 중심부로의 NH3가스의 공급에 의해 웨이퍼 중심부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층과 NH3가스가 반응한다. 이 때 주로 웨이퍼 중심부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층이 질화되어 티타늄 질화층(TiN층)으로 개질된다(도 12c 참조).
<퍼지, 스텝(S212)>
그 후, 반응 가스 공급관(309)의 밸브(249)를 닫고 제2 가스 도입관(229b)으로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 가스 공급관(311)의 밸브(251)를 여는 것에 의해 N2가스를 제2 가스 도입관(229b), 제2 버퍼 공간(232b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급한다. 퍼지 가스 공급관(311) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(411)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 제2 가스 도입관(229b), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 HCl(염산)이나 NH4Cl(염화암모니아) 가스 등의 반응 부생성물을 제2 가스 도입관(229b), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내로부터 배제한다(도 12d참조). 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201) 내를 진공 배기한다.
또한 밸브(251)뿐만 아니라 밸브(246, 247, 250, 251)의 모든 퍼지 가스 공급관의 밸브를 열고 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 공급해도 좋다. 이에 의해 처리 가스의 역류가 방지된다.
<스텝(S214)>
그 후, 전술한 스텝(S202 내지 S212)을 1세트로 하여, 이 세트를 소정 횟수 수행하는 것에 의해 소정 막 두께의 TiN막을 형성한다. 이 세트는 1회 수행하는 것보다 복수 회 수행하는 것이 바람직하다.
(제2 실시 형태)
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 TiN막 성막 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태와 전술한 제1 실시 형태에 따른 TiN막의 성막 공정의 플로우의 차이는 N2가스 공급의 공급 타이밍뿐이다.
본 실시 형태에서는 전술한 제1 실시 형태에 따른 TiCl4가스 공급 공정[스텝(S202)], 퍼지 공정[스텝(S204)], 웨이퍼 주연부로의 NH3가스 공급 공정[스텝(S206)], 퍼지 공정[스텝(S208)], 웨이퍼 중심부로의 NH3가스 공급 공정[스텝(S210)] 및 퍼지 공정[스텝(S212)]과 동일하며, 각 스텝(S202) 내지 스텝(S212) 동안, 퍼지 가스 공급관(306, 307, 310, 311)의 밸브(246, 247, 250, 251)를 열어 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 N2가스(퍼지 가스)를 상시 계속해서 공급한다. 퍼지 가스 공급관(306, 307, 310, 311) 내를 흐르는 N2가스는 각각 매스 플로우 컨트롤러(406, 407, 410, 411)에 의해 유량 조정된다. 이에 의해 처리 가스나 반응 부생성물 등의 가스의 역류가 방지된다.
(제3 실시 형태)
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 TiN막의 성막 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 TiN막 성막 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
<TiCl4가스 공급, 스텝(S302)>
밸브(244) 및 밸브(248)를 열고 제1 가스 도입관(229a) 및 제2 가스 도입관(229b) 내에 TiCl4가스를 흘린다. 제1 가스 도입관(229a) 및 제2 가스 도입관(229b) 내를 흐른 TiCl4가스는 매스 플로우 컨트롤러(404, 408)에 의해 각각 유량 조정된다. 유량 조정된 TiCl4가스는 제1 가스 도입구(231a) 및 제2 가스 도입구(231b)로부터 각각 제1 버퍼 공간(232a) 및 제2 버퍼 공간(232b) 내에 공급되고, 분산판(234)의 관통공(236a, 236b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기구(221)를 개재하여 배기관(222)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4가스가 공급되어 웨이퍼(200)의 표면이 TiCl4가스에 폭로된다.
이 TiCl4가스의 공급에 의해 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti) 함유층이 형성된다(도 12a 참조).
<퍼지, 스텝(S304)>
웨이퍼(200) 상에 Ti함유층이 형성된 후, 밸브(244)와 밸브(248)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 가스 공급관(306, 310)의 밸브(246, 250)를 여는 것에 의해 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급한다. 퍼지 가스 공급관(306, 310) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(406, 410)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내로부터 배제한다(도 12b 참조). 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201) 내를 진공 배기한다.
<NH3가스 공급(주연부), 스텝(S306)>
스텝(S304)이 종료되고 처리 공간(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(246, 250)를 닫고 밸브(245)를 열어 반응 가스 공급관(305) 내에 NH3가스를 흘린다. 반응 가스 공급관(305) 내를 흐른 NH3가스는 매스 플로우 컨트롤러(405)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제1 가스 도입관(229a)으로부터 제1 버퍼 공간(232a)을 개재하여 분산판(234)의 주연부의 관통공(236a)으로부터 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기관(222)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)의 주연부에 대하여 NH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 주연부의 표면이 NH3가스에 폭로된다.
이 웨이퍼(200) 주연부로의 NH3가스의 공급에 의해 웨이퍼 주연부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층과 NH3가스가 반응한다. 이 때 주로 웨이퍼 주연부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층이 질화되어 티타늄 질화층(TiN층)으로 개질된다(도 12c 참조).
<NH3가스 공급(중심부), 스텝(S308)>
그 후, 반응 가스 공급관(305)의 밸브(245)를 닫고 제1 가스 도입관(229a)으로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 다음으로 밸브(249)를 열고 반응 가스 공급관(309) 내에 NH3가스를 흘린다. 반응 가스 공급관(309) 내를 흐른 NH3가스는 매스 플로우 컨트롤러(409)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제2 가스 도입관(229b), 제2 버퍼 공간(242b)을 개재하여 분산판(234)의 중심부의 관통공(236b)으로부터 처리 공간(201) 내에 공급되고, 배기관(222)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)의 중심부에 대하여 NH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 중심부의 표면이 NH3가스에 폭로된다.
이 웨이퍼(200) 중심부로의 NH3가스의 공급에 의해 웨이퍼 중심부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층과 NH3가스가 반응한다. 이 때 주로 웨이퍼 중심부에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti함유층이 질화되어 티타늄 질화층(TiN층)으로 개질된다(도 12c 참조).
<퍼지, 스텝(S310)>
그 후, 밸브(249)를 닫고 제2 가스 도입관(229b)으로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 가스 공급관(307, 311)의 밸브(247, 251)를 각각 여는 것에 의해 N2가스를 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b)을 개재하여 처리 공간(201) 내에 공급한다. 퍼지 가스 공급관(307, 311) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(407, 411)에 의해 각각 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 HCl(염산)이나 NH4Cl(염화암모니아) 가스 등의 반응 부생성물을 제1 가스 도입관(229a), 제2 가스 도입관(229b), 제1 버퍼 공간(232a), 제2 버퍼 공간(232b) 및 처리 공간(201) 내로부터 배제한다(도 12d 참조). 이 때 배기관(222)의 APC밸브(223)는 연 상태로 하여 진공 펌프(224)에 의해 처리 공간(201) 내를 진공 배기한다.
<스텝(S312)>
그 후, 전술한 스텝(S302 내지 S310)을 1세트로 하여, 이 세트를 소정 횟수 수행하는 것에 의해 소정 막 두께의 TiN막을 형성한다. 이 세트는 1회 수행하는 것보다 복수 회 수행하는 것이 바람직하다.
또한 제3 실시 형태에서도 각 공정[스텝(S302) 내지 스텝(S310)] 동안, N2가스(퍼지 가스)를 상시 계속해서 공급해도 좋다. 이에 의해 처리 가스나 반응 부생성물 등의 역류가 방지된다.
여기서 도 12a는 웨이퍼(200) 상에 Ti함유층이 극간(隙間)없이 형성된 예이며 포화 ALD 상태에 있다. 한편, 도 12e는 웨이퍼(200) 상에 Ti함유층의 극간이 발생하는 예이며 1원자층에 미치지 않는 막을 형성하고 비포화 ALD 상태에 있다. 이들의 Ti함유층 형성 후, 퍼지를 수행하여(도 12b), 웨이퍼 표면에 반응 가스를 공급하면(도 12c), 처리 공간(201) 내에 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 HCl(염산)이나 NH4Cl(염화암모니아) 가스 등의 반응 부생성물이 잔류한다. 이 NH4Cl가스는 반응 저해 요인이 되어, 도 12e의 도시와 같은 비포화 상태의 웨이퍼 표면에 부착될 우려가 있다.
종래 장치인 버퍼 공간이 1개의 매엽형 장치에서는 샤워 헤드로부터 균일하게 유출된 반응 가스는 샤워 헤드 직하(直下)로부터 웨이퍼의 표면 상을 웨이퍼 외주부의 배기구 방향을 향하여 흐르기 때문에, 샤워 헤드의 중심부로부터 유출된 반응 가스와, 샤워 헤드의 외주부로부터 유출된 반응 가스는 웨이퍼의 표면 상을 흐르는 거리가 다르다. 이 거리의 차이에 의해 예컨대 반응 가스의 반응 확률이 낮은 경우에는 웨이퍼 중심부와 주연부의 막 두께가 달라진다. 또한 소정 시간 이상 웨이퍼 표면에서 고온으로 노출된 반응 가스는 웨이퍼 상에서 목적 외의 반응을 발생하거나, 반응 가스가 분해되어 예기치 않은 반응 부생성물을 발생하여, 반응을 저해하는 등의 악영향을 미친다.
본 실시 형태에서는 반응 가스를 공급하는 타이밍을 웨이퍼 주연부에 먼저 공급하고 그 후에 웨이퍼 중심부에 공급하여 겹치지 않도록 한다. 즉 웨이퍼의 주연부로부터 먼저 반응 가스를 공급하고, 웨이퍼의 중심부보다 먼저 포화 ALD 상태로 하는 것에 의해, 그 후의 퍼지에 의해 반응 부생성물을 제거할 수 있어(도 12d), 비포화 ALD 상태가 되기 쉬운 웨이퍼 주연부의 표면에 반응 저해 요인이 되는 물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
즉 웨이퍼의 주연부로부터 중심부에 반응 가스를 공급하는 것에 의해 처리 가스 공급에 의한 반응 저해 물질의 발생을 배기에 가까운 외측으로부터 발생시키는 것이 가능해져 기판 처리 시간의 단축과 막질의 향상을 도모할 수 있다.
여기서 예컨대 반응 가스로서의 NH3가스를 웨이퍼의 중심부보다 주연부에 다량 흘리는 것에 의해 막 두께나 막질이 균일해진다면, 내측의 제2 가스 도입관(229b)보다 외측의 제1 가스 도입관(229a)으로부터 공급되는 NH3가스의 공급량을 늘려도 좋다.
또한 예컨대 반응 가스로서의 NH3가스를 웨이퍼의 중심부보다 주연부에 빠르게 공급하는 것에 의해 막 두께나 막질이 균일해진다면, 내측의 제2 가스 도입관(229b)보다 외측의 제1 가스 도입관(229a)으로부터 공급되는 NH3가스의 공급 속도를 빨리해도 좋다.
즉 샤워 헤드(230) 내의 버퍼 공간(232)을 복수로 나누어 공간별로 가스 공급량이나 가스 비율이나 가스 공급의 타이밍을 제어하는 것에 의해 웨이퍼의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 의해 막질의 균일성을 향상하는 것이 가능해지기 때문에 제품 수율 좋게 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 원료 가스로서 TiCl4가스, 반응 가스로서 NH3가스를 이용한 예에 대하여 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 다른 가스종을 이용해도 좋고, 원료 가스와 반응 가스의 양방에서 금속성 가스를 이용해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 고유전율 절연막으로서 TiN막을 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉 고유전율 절연막으로서 산화하프늄(HfO2) 막, 산화티타늄(TiO2) 막, 산화니오브(Nb2O5) 막, 산화탄탈(Ta2O5) 막, 티탄산스트론튬(SrTiO) 막, 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO) 막, 티탄산지르콘산납(PZT) 막, 또는 이들 막에 다른 원소를 첨가한 막을 형성한 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 버퍼 공간(232)을 이중의 원추 구조로 하였지만 이에 한정되지 않고, 삼각추, 사각추 등의 각추 형상이나 이중의 원주 구조로 해도 좋다. 또한 전술한 실시 형태에서는 버퍼 공간(232)을 이중의 원추 구조로 하였지만 이에 한정되지 않고, 원주 방향으로 복수의 공간으로 나누어지면 좋다. 또한 전술한 실시 형태에서는 버퍼 공간(232)을 2개로 분할한 예에 대하여 상세히 서술하였지만 이에 한정되지 않고, 버퍼 공간을 3개 이상으로 분할해도 좋다. 또한 전술한 실시 형태에서는 가스 가이드(240b)가 분산판(234)에 접하는 구성에 대하여 기재하였지만 이에 한정되지 않고, 가스 가이드(240b)와 분산판(234) 사이에 극간이 있어도 좋다.
또한 본 발명은 ALD, 사이클릭 CVD, 펄스 CVD, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등에 적용 가능한 것 외에 적어도 2종류 이상의 처리 가스를 반응시켜서 성막하는 처리 방법(기판 처리 방법)에 적용 가능하다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
[부기1]
기판을 처리하는 처리실; 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실 내에 상기 기판의 중심부와 상기 기판의 주연부(周緣部) 각각에 독립적으로 공급하는 가스 공급공을 구비하는 가스 공급부; 상기 처리실 내를 배기하는 배기부; 및 상기 가스 공급부로부터 공급되는 상기 처리 가스를 상기 기판의 주연부에 공급한 후에 상기 기판의 중심부에 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
[부기2]
상기 가스 공급부는 내부 공간이 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하기 위한 제1 버퍼 공간과, 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하기 위한 제2 버퍼 공간으로 나누어지는 샤워 헤드 구조를 가지는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
[부기3]
상기 배기부는 상기 기판의 지름 방향의 외측에 설치되는 부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치.
[부기4]
상기 가스 공급부가 기판의 주연부에 처리 가스를 공급하는 제1 공급 면적과, 기판의 중심부에 처리 가스를 공급하는 제2 공급 면적이 같은 면적인 부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기5]
상기 제1 버퍼 공간과 상기 제2 버퍼 공간은 각각 원추 형상을 가지는 부기2 내지 부기4 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기6]
상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공의 지름은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공과 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공의 지름이 다르게 구성되는 부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기7]
상기 제1 가스 공급공이 상기 제2 가스 공급공보다 지름이 크게 구성되는 부기6에 기재된 기판 처리 장치.
[부기8]
상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공 및 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공을 포함하고, 상기 제1 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유량이 상기 제2 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유량보다 크게 구성되는 부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기9]
상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공 및 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공을 포함하고, 상기 제1 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유속이 상기 제2 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유속보다 빠르게 구성되는 부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기10]
상기 처리 가스는 적어도 프리커서가 되는 원료 가스, 상기 프리커서와 반응하는 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하고, 상기 제어부는 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 원료 가스를 공급한 후에 상기 처리실 내에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 주연부에 공급하고, 상기 기판의 주연부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 중심부에 공급하고, 상기 기판의 중심부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하는 것을 1사이클로 하여 적어도 1사이클 이상 수행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 부기1 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기11]
상기 제어부는 퍼지 가스를 상시 계속해서 공급하도록 제어하는 부기10에 기재된 기판 처리 장치.
[부기12]
상기 처리 가스는 적어도 프리커서가 되는 원료 가스, 상기 프리커서와 반응하는 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하고, 상기 제어부는 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 원료 가스를 공급한 후에 상기 처리실 내에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 주연부에 공급하고, 상기 기판의 주연부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 중심부에 공급하고, 상기 기판의 중심부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하는 것을 1사이클로 하여, 적어도 1사이클 이상 수행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 부기1 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
[부기13]
기판을 처리실 내에 반송하는 공정; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법.
[부기14]
기판을 처리실 내에 반송하는 공정; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
[부기15]
기판을 처리실 내에 반송하는 공정; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;을 포함하는 기판의 제조 방법.
[부기16]
기판을 처리실 내에 반송하는 순서; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 순서; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 순서;를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
[부기17]
기판을 처리실 내에 반송하는 순서; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 순서; 및 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 순서;를 포함하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
100: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리 공간(처리실) 203: 반송 공간
210: 기판 지지부 213: 히터
220: 배기부 229a: 제1 가스 도입관
229b: 제2 가스 도입관 230: 샤워 헤드
231a: 제1 가스 도입구 231b: 제2 가스 도입구
232a: 제1 버퍼 공간 232b: 제2 버퍼 공간
236a, 236b: 관통공(가스 공급공) 280: 컨트롤러

Claims (15)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실 내에 상기 기판의 중심부와 상기 기판의 주연부(周緣部) 각각에 독립적으로 공급하는 가스 공급공을 구비하는 가스 공급부;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기부; 및
    상기 가스 공급부로부터 공급되는 상기 처리 가스를 상기 기판의 주연부에 공급한 후에 상기 기판의 중심부에 공급하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 내부 공간이 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하기 위한 제1 버퍼 공간과 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하기 위한 제2 버퍼 공간을 구비하는 샤워 헤드를 가지는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기부는 상기 기판의 지름 방향의 외측에 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부가 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 공급 면적과 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 공급 면적이 같은 면적인 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼 공간과 상기 제2 버퍼 공간은 각각 원추 형상을 가지는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공의 지름은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공과 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공의 지름이 다르게 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급공이 상기 제2 가스 공급공보다 지름이 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공 및 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공을 포함하고, 상기 제1 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유량이 상기 제2 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유량보다 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부가 포함하는 상기 가스 공급공은 상기 기판의 주연부에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급공 및 상기 기판의 중심부에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급공을 포함하고, 상기 제1 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유속이 상기 제2 가스 공급공을 통과하는 상기 처리 가스의 유속보다 빠르게 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스는 적어도 프리커서가 되는 원료 가스, 상기 프리커서와 반응하는 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 원료 가스를 공급한 후에 상기 처리실 내에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 주연부에 공급하고, 상기 기판의 주연부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 중심부에 공급하고, 상기 기판의 중심부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하는 것을 1사이클로 하여 적어도 1사이클 이상 수행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 퍼지 가스를 상시 계속해서 공급하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스는 적어도 프리커서가 되는 원료 가스, 상기 프리커서와 반응하는 반응 가스 및 퍼지 가스를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 상기 원료 가스를 공급한 후에 상기 처리실 내에 상기 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 주연부에 공급하고, 상기 기판의 주연부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 반응 가스를 상기 기판의 중심부에 공급하고, 상기 기판의 중심부에 상기 반응 가스를 공급한 후에 상기 퍼지 가스를 공급하는 것을 1사이클로 하여, 적어도 1사이클 이상 수행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
  13. 기판을 처리실 내에 반송하는 공정;
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 공정; 및
    상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 기판을 처리실 내에 반송하는 순서;
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 순서; 및
    상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 순서;
    를 실행시키기 위하여 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  15. 기판을 처리실 내에 반송하는 순서;
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급공을 구비한 가스 공급부에 의해 상기 기판의 주연부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 주연부를 처리하는 순서; 및
    상기 기판의 주연부를 처리하는 공정 후에, 상기 가스 공급부에 의해 상기 기판의 중심부에 대하여 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판의 중심부를 처리하는 순서;
    를 포함하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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