KR20150077318A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서셉터와 샤워 헤드 사이의 온도차를 억제한다.
기판을 처리하는 처리실; 처리실 내에 배치되고 기판을 재치하는 기판 재치면을 표면에 포함하는 것과 함께 제1 히터를 포함하는 기판 재치부; 제2 히터를 포함하는 것과 함께 기판 재치면과 대향하는 위치에 설치되어 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하는 샤워 헤드; 샤워 헤드를 개재하여 기판 재치면에 재치된 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기계; 및 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 처리 가스 공급계로부터 처리 가스가 공급될 때에 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 대향면과 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 제1 히터의 출력 및 제2 히터의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하도록 기판 처리 장치를 구성한다.
기판을 처리하는 처리실; 처리실 내에 배치되고 기판을 재치하는 기판 재치면을 표면에 포함하는 것과 함께 제1 히터를 포함하는 기판 재치부; 제2 히터를 포함하는 것과 함께 기판 재치면과 대향하는 위치에 설치되어 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하는 샤워 헤드; 샤워 헤드를 개재하여 기판 재치면에 재치된 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기계; 및 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 처리 가스 공급계로부터 처리 가스가 공급될 때에 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 대향면과 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 제1 히터의 출력 및 제2 히터의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하도록 기판 처리 장치를 구성한다.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법 및 상기 반도체 장치의 제조 방법에 따른 공정을 실시하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이들의 패턴을 형성할 때, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 수행하는 공정이 실시되는 경우가 있다. 이들의 처리를 수행하는 기판 처리 장치는 기판에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 기판에 대한 성막이나 기판의 표면 처리 등을 실시한다.
종래의 기판 처리 장치로서 예컨대 샤워 헤드를 이용하여 가스를 기판의 상방(上方)으로부터 공급하는 타입의 매엽식(枚葉式) 기판 처리 장치가 알려져 있다. 이 매엽식 기판 처리 장치에서는 처리실 내에서 기판을 서셉터의 가열 기구에 의해 가열하고, 처리실에 접속한 가스 공급 라인으로부터 샤워 헤드를 개재하여 처리실 내의 기판 표면에 예컨대 성막 가스를 공급한다. 이 기판 상을 흐르는 성막 가스가 열에너지에 의해 화학 반응을 일으켜 기판 상에 박막이 성막된다. 이 때 2종류 이상의 반응 가스를 교호(交互)적으로 흘려 한층씩 막을 생성하는 경우도 있다.
기판이 서셉터의 가열 기구에 의해 가열되면, 서셉터와 샤워 헤드 사이에는 온도차가 발생한다. 서셉터와 샤워 헤드 사이에 온도차가 있으면 기판의 온도를 균일하게 보지(保持)하는 것이 어려워진다. 또한 샤워 헤드의 온도가 서셉터에 비해 낮은 경우, 처리 가스가 충분히 가열되지 않고 기판에 공급되므로 프로세스 성능에 영향을 미칠 가능성이 있다.
또한 서셉터의 온도는 모니터하는 것에 의해 기판 처리 온도로 보지되지만, 기판 처리를 반복하면 샤워 헤드에 막이 부착되어 샤워 헤드 표면의 방사율(放射率)이 변화한다. 이에 의해 샤워 헤드의 온도가 변화하고, 그 결과 기판의 온도가 변화하는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 샤워 헤드를 이용한 기판 처리 장치에서 기판 재치부로서의 서셉터와 샤워 헤드 사이의 온도차를 소정의 범위 내로 하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 대표적인 구성은 다음과 같다. 즉 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 배치되고 기판을 재치하는 기판 재치면을 표면에 포함하는 것과 함께 제1 히터를 포함하는 기판 재치부; 제2 히터를 포함하는 것과 함께 상기 기판 재치면과 대향하는 위치에 설치되고 상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하는 샤워 헤드; 상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 상기 기판 재치면에 재치된 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계; 상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기계; 및 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
또한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 대표적인 구성은 다음과 같다. 즉 제1 히터를 포함하는 기판 재치부의 기판 재치면에 기판을 재치하는 재치 공정; 상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하고, 제2 히터를 포함하는 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정; 및 상기 처리 가스 공급 공정에서 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어하는 것과 함께, 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 온도 제어 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
상기 구성에 의하면 샤워 헤드를 이용한 기판 처리 장치에서 기판 재치부로서의 서셉터와 샤워 헤드 사이의 온도차를 소정의 범위 내로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면(縱斷面) 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 공정의 시퀀스도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 공정의 시퀀스도.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)(이하, 단순히 장치라고도 부른다)의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면(수직 단면) 개략도이다. 기판 처리 장치(100)는 박막을 형성하는 장치이며, 도 1에 도시하는 바와 같이 1매 또는 수 매씩 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치로서 구성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)(수평 단면)이 원형이며, 원통형의 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)의 측벽이나 저벽(底壁)은 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다.
처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 공간(201a)과, 웨이퍼(200)를 반송하는 반송 공간(201b)을 포함한다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와, 하부 용기(202b)와, 천정부(天井部)인 샤워 헤드(230)로 그 외각(外殼)이 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 처리 공간(201a)과 반송 공간(201b)을 구분하는 칸막이 판(204)이 설치된다.
처리 공간(201a)은 상부 처리 용기(202a)와 샤워 헤드(230)와 후술하는 기판 재치부(210)에 둘러싸인 공간이며, 칸막이 판(204)보다 상방의 공간이다. 반송 공간(201b)은 하부 용기(202b)와 기판 재치부(210)에 둘러싸인 공간이며, 칸막이 판(204)보다 하방(下方)의 공간이다. 상부 처리 용기(202a)와 칸막이 판(204) 사이(접촉부)나, 칸막이 판(204)과 하부 용기(202b) 사이(접촉부) 등에는 처리 용기(202) 내를 기밀하게 유지하기 위한 O링(208)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접하여 기판 반입 출구(206)가 설치된다. 웨이퍼(200)는 기판 반입 출구(206)를 개재하여 인접하는 기판 반송실(도시되지 않음)과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 수직 방향으로 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 전기적으로 접지(接地)된다.
처리 공간(201a)과 반송 공간(201b) 사이에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 재치부(210)가 배치된다. 기판 재치부(210)는 예컨대 질화알루미늄(AlN), 세라믹스, 석영 등의 비금속 재료로 형성된다. 기판 재치부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치부(210)에 내포된 가열원(源)이며 기판 재치부(210)를 가열하는 가열부인 기판 재치부 히터(213)와, 기판 재치부(210)의 온도를 검지하는 온도 검지기인 기판 재치부 온도 센서(210s)를 포함한다. 기판 재치부 히터(213)는 예컨대 저항 히터로 구성된다. 온도 센서(210s)로 검지한 온도에 기초하여 후술하는 컨트롤러(260)가 기판 재치부(210)를 소정의 온도로 제어하도록 이루어진다.
기판 재치면(211)은 처리 공간(201a) 내에 위치한다. 기판 재치부(210)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 기판 재치부 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치부(210)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 수직 방향으로 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치부(210)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되어 처리 용기(202) 내는 기밀하게 유지된다.
기판 재치부(210)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입 출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)가 되도록 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)가 되도록 상승한다.
구체적으로는 기판 재치부(210)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면(上面)으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치부(210)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 하방으로 매몰하여 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 위해서 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
(가스 도입구)
후술의 샤워 헤드(230)의 상면(천정벽)에는 처리실(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(241)가 설치된다. 가스 도입구(241)에 접속되는 가스 공급계의 구성에 대해서는 후술한다.
(샤워 헤드)
처리실(201) 상에는 처리실(201)의 천정부인 샤워 헤드(230)가 설치된다. 가스 도입구(241)는 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 접속된다. 샤워 헤드(230)는 처리실(201)에 가스를 분산시키기 위한 가스 분산 기구다. 샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)와 처리실(201) 사이에 배치되어 가스 도입구(241) 및 처리실(201)과 연통(連通)한다.
샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)로부터 도입되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 가스 도입구(241)와 처리 공간(201a) 사이에 구비한다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 관통공(234a)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다. 분산판(234)은 관통공(234a)이 설치된 철 형상부(234b)[凸狀部]와, 철 형상부의 주위에 설치된 플랜지부(234c)를 포함한다. 플랜지부(234c)는 전기적으로 절연성의 구조체인 절연 블록(233)으로 지지된다.
또한 분산판(234)은 분산판(234)을 가열[즉 샤워 헤드(230)를 가열]하는 가열부인 분산판 히터(234h)와, 분산판(234)의 온도를 검지하는 온도 검지기인 온도 센서(234s)를 포함한다. 도 1의 예에서는 분산판 히터(234h)는 분산판(234)의 외주부에 위치하는 플랜지부(234c)에 상면시(上面視)가 원형의 도너츠 형상으로 설치되지만, 이 형상에 한정되지 않는다. 예컨대 분산판 히터(234h)는 관통공(234a)과 관통공(234a) 사이에도 설치할 수 있다. 분산판 히터(234h)는 예컨대 저항 히터로 구성된다. 온도 센서(234s)로 검지한 온도에 기초하여 후술하는 컨트롤러(260)가 분산판(234)을 소정의 온도로 제어하도록 이루어진다.
또한 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하는 위치에 설치되고, 기판 재치면(211)과 대향, 즉 웨이퍼(200)와 대향하는 대향면(234d)을 포함한다.
샤워 헤드(230) 내에서 덮개(231)와 분산판(234) 사이에는 가스 도입구(241)로부터 도입된 가스를 분산판(234) 표면의 모든 영역에 확산시키기 위한 버퍼 공간인 버퍼실(232)이 설치된다.
버퍼실(232) 내에는 버퍼실(232) 내에 공급된 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)는 가스 도입구(241)와 연통하고 덮개(231)에 설치된 덮개 구멍(231a)을 정점(頂点)으로 하여 분산판(234) 방향[즉 하(下) 방향]을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상이다. 가스 가이드(235)의 하단의 수평 방향의 지름은 관통공(234a)군(群)의 최외주(最外周) 지름보다 크다. 가스 가이드(235)에 의해 버퍼실(232) 내에 공급된 가스는 보다 균일해지도록 분산된다.
이와 같이 하여 가스 도입구(241)로부터 도입된 가스는 덮개(231)에 설치된 덮개 구멍(231a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 설치된 버퍼실(232) 내에 공급된다. 그리고 분산판(234)과 가스 가이드(235)에 의해 균일해지도록 분산되어 분산판(234)의 관통공(234a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
샤워 헤드의 덮개(231)는 도전성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼실(232) 내 또는 처리실(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 이용된다. 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고, 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이를 전기적으로 절연한다. 또한 덮개(231)에는 덮개(231)를 가열하는 덮개 가열부(231b)와, 덮개(231)의 온도를 검지하는 온도 검지기인 온도 센서(231s)가 설치된다. 덮개 가열부(231b)는 예컨대 저항 히터로 구성된다. 온도 센서(231s)로 검지한 온도에 기초하여 후술하는 컨트롤러(260)가 덮개(231)를 소정의 온도로 제어하도록 이루어진다.
버퍼실(232)의 상방의 덮개(231)에는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출하기 위한 제2 배기계(270)(샤워 헤드 배기 라인)가 설치된다. 제2 배기계(270)에 대해서는 후술한다.
(가스 공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 접속된 가스 도입구(241)에는 공통 가스 공급관(242)이 접속된다. 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a)과 제2 가스 공급관(244a)과 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다. 제2 가스 공급관(244a)은 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 공통 가스 공급관(242)에 접속된다.
가스 공급계는 이하에 설명하는 바와 같이 제1 가스 공급계(243)와 제2 가스 공급계(244)와 제3 가스 공급계(245)를 포함한다. 제1 가스 공급계(243)와 제2 가스 공급계(244)는 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계를 포함한다. 제3 가스 공급계(245)는 불활성 가스 공급계와 클리닝 가스 공급계(248)를 포함한다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 제1 원소 함유 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급계(244)로부터는 주로 제2 원소 함유 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는 웨이퍼(200)를 처리할 때에는 주로 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)나 처리실(201)을 클리닝할 때에는 주로 클리닝 가스가 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 가스 흐름의 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(243c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 티탄(Ti)이다. 즉 제1 원소 함유 가스는 예컨대 티탄 함유 가스다. 티탄 함유 가스로서는 예컨대 TiCl4(4염화티탄) 가스를 이용할 수 있다. 또한 제1 원소 함유 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 좋다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(232b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c) 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
또한 제1 원소 함유 가스로서는 실리콘 함유 가스이어도 좋고, 예컨대 유기 실리콘 재료인 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS)이나, 헥사메틸디실라잔(C6H19NSi2, 약칭: HMDS)이나, 트리실릴아민[(SiH3)3N, 약칭: TSA] 등을 이용할 수 있다. 이들 가스는 프리커서로서 작용한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(246c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 가스 공급계인 제1 원소 함유 가스 공급계(243)(티탄 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계(246)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계(246)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를 제1 원소 함유 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)의 하류에는 리모트 플라즈마 유닛(244e)이 설치된다. 제2 가스 공급관(244a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(244c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200) 상에 조사(照射)된다.
제2 원소 함유 가스는 처리 가스 중 하나다. 또한 제2 원소 함유 가스는 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 좋다.
여기서 제2 원소 함유 가스는 제1 원소와는 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는 예컨대 질소(N)를 들 수 있다. 본 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스이다. 구체적으로는 질소 함유 가스로서는 NH3가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 가스 공급계인 제2 원소 함유 가스 공급계(244)(질소 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측이며 리모트 플라즈마 유닛(244e)의 상류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(247c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계(247)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 제2 불활성 가스 공급계(247)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급원(244b), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 제2 불활성 가스 공급계(247)를 제2 원소 함유 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(245c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다.
제3 가스 공급원(245b)으로부터 예컨대 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다. 퍼지 가스란 처리실(201) 또는 버퍼실(232) 내의 분위기(가스)를 배출하기 위해서 처리실(201) 또는 버퍼실(232) 내에 도입되는 가스를 말한다.
제3 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다 하류측에는 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류단이 접속된다. 클리닝 가스 공급관(248a)에는 상류 방향부터 순서대로 클리닝 가스 공급원(248b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(248c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(248d)가 설치된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급계(245)가 구성된다.
또한 주로 클리닝 가스 공급관(248a), 매스 플로우 컨트롤러(248c) 및 밸브(248d)에 의해 클리닝 가스 공급계(248)가 구성된다. 또한 클리닝 가스원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 클리닝 가스 공급계(248)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를 제3 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 기판 처리 공정에서는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스가 매스 플로우 컨트롤러(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 후술하는 성막 공정(S104)에서는 처리실(201) 내나 샤워 헤드(230) 내에 잔류하는 잔류 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하도록 이용해도 좋다.
클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230) 내나 처리실(201) 내에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서 클리닝 가스는 예컨대 3불화질소(NF3) 가스를 들 수 있다. 또한 클리닝 가스로서 예컨대 불화수소(HF) 가스, 3불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 이용해도 좋고, 또한 이들을 조합시켜서 이용해도 좋다.
(제1 배기계)
처리실(201)[상부 용기(202a)]의 내벽 측면에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(221)가 설치된다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되고, 배기관(222)에는 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(223)와, 진공 펌프(224)가 가스 흐름의 순서대로 직렬로 접속된다. 배기구(221)와, 배기관(222)과, 압력 조정기(223)를 포함하도록 제1 배기계(220)(처리실 배기 라인)가 구성된다. 또한 진공 펌프(224)를 제1 배기계(220)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 배기계)
버퍼실(232)의 상방의 덮개(231)에는 버퍼실(232) 내의 분위기를 배출하기 위한 샤워 헤드 배기 구멍(穴)(231c)이 수직 방향으로 관통하여 설치된다. 샤워 헤드 배기 구멍(231c)에는 배기관(271)이 접속된다. 배기관(271)에는 배기의 ON/OFF를 절체(切替)하는 밸브(272), 버퍼실(232) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC 등의 압력 조정기(273), 진공 펌프(274)가 가스 흐름의 순서대로 직렬로 접속된다. 배기관(271)과 밸브(272)와 압력 조정기(273)를 포함하도록 제2 배기계(270)(샤워 헤드 배기 라인)가 구성된다. 또한 진공 펌프(274)를 제2 배기계(270)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
샤워 헤드 배기 구멍(231c)은 가스 가이드(235)의 상방에 있기 때문에 후술하는 제1 퍼지 공정(S204)의 전반(前半) 및 제2 퍼지 공정(S208)의 전반에서는 다음과 같이 가스가 흐르도록 구성된다. 즉 덮개 구멍(231a)으로부터 공급된 불활성 가스는 가스 가이드(235)에 의해 분산되어 버퍼실(232) 내의 공간 중앙 및 하방에 흐른다. 그 후, 가스 가이드(235)의 단부(端部)에서 선회하여 샤워 헤드 배기 구멍(231c)으로부터 배기된다.
제1 배기계와 제2 배기계를 포함하도록 배기계가 구성된다. 또한 후술하는 바와 같이 제2 배기계는 기판 처리에 따라 생략하는 것이 가능하다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드의 덮개(231)에는 정합기(251)를 개재하여 고주파 전원(252)이 접속된다. 정합기(251)로 임피던스를 조정하고 고주파 전원(252)으로부터 덮개(231)에 고주파 전력을 인가(印加)하는 것에 의해, 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]나, 처리실(201) 내[구체적으로는 처리 공간(201a) 내]에 플라즈마가 생성된다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 제어부인 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 연산부(261) 및 기억부(262)를 적어도 포함한다. 연산부(261)는 상기 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(262)로부터 기판 처리 장치(100)의 프로그램이나 제어 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 기판 처리 장치(100)의 각 구성을 제어한다. 또한 컨트롤러(260)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리(USB Flash Drive)이나 메모리 카드 등의 반도체 메모리] 등의 외부 기록 매체(263)를 준비하고, 외부 기록 매체(263)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(260)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기록 매체(263)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기록 매체(263)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(262)나 외부 기록 매체(263)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억부(262) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(263) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 반도체 제조 장치로서의 기판 처리 장치(100)를 사용하여 기판을 처리하는 기판 처리 공정의 개략에 대하여 설명한다. 이 기판 처리 공정은 예컨대 반도체 장치를 제조하기 위한 일 공정이다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작이나 처리는 컨트롤러(260)에 의해 제어된다. 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 설명하는 플로우 차트다.
여기서는 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스(4염화티탄 가스)를 이용하고, 제2 원소 함유 가스로서 NH3가스(암모니아 가스)를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 TiN막(질화티탄막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 예컨대 웨이퍼(200) 상에는 미리 소정의 막이 형성되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어도 좋다.
〔기판 반입·재치 공정(S102)〕
우선 도 2에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입하여 기판 재치부(210) 상에 재치하는 기판 반입·재치 공정(S102)을 수행한다. 구체적으로는 기판 재치부(210)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치부(210)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치부(210) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 도시되지 않는 웨이퍼 반송기를 이용하여 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이재(移載)한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 재치부(210)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입한 후, 웨이퍼 반송기를 처리 용기(202)의 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 재치부(210)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치부(210)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치한다.
또한 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입할 때 또는 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내로부터 반출할 때에는, 제1 배기계(220)에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스(예컨대 N2가스)를 공급하는 것이 바람직하다. 예컨대 진공 펌프(224)를 작동시켜 APC밸브(223)를 여는 것에 의해 제1 배기계(220)로부터 처리 용기(202) 내를 배기하고 있는 상태에서, 적어도 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 기판 반입 출구(206)로부터 처리 용기(202) 내로의 파티클의 침입이나 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 제1 배기계(220)의 진공 펌프(224)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S102) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S106)이 종료될 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태로 한다. 그동안 제1 배기계(220)로부터의 처리 용기(202) 내의 배기와 제3 가스 공급계(245)로부터의 처리 용기(202) 내로의 불활성 가스 공급을 계속하는 상태로 한다.
또한 웨이퍼(200)를 기판 재치부(210) 상에 재치할 때에는 기판 재치부(210)의 온도와, 분산판(234)의 온도와, 샤워 헤드(230)의 덮개(231)의 온도를 각각 소정의 온도로 해둔다. 즉 웨이퍼(200)를 기판 재치부(210) 상에 재치할 때에 기판 재치부(210)의 온도는 기판 재치부 온도 센서(210s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 기판 재치부 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 또한 분산판(234)의 온도는 분산판 온도 센서(234s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 분산판 히터(234h)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 또한 샤워 헤드 덮개(231)의 온도는 샤워 헤드 덮개 온도 센서(231s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 덮개 가열부(231b)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
구체적으로는 웨이퍼(200)를 기판 재치부(210) 상에 재치할 때에 기판 재치부(210)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어한다. 웨이퍼(200)의 온도는 예컨대 실온 이상 500℃ 이하이며, 바람직하게는 300℃ 이상이며 400℃ 이하다. 실온은 20℃다.
또한 분산판(234)의 내부에 매립된 히터(234h)에 전력을 공급하여 분산판(234)의 온도[구체적으로는 대향면(234d)의 온도]가 소정의 온도가 되도록 제어한다. 분산판(234)의 온도는 예컨대 300℃ 이상 또는 400℃ 이하이며, 부생성물의 부착 온도보다 높은 온도로 제어된다. 본 실시 형태의 경우에는 부생성물은 염화암모늄이 주(主)가 되기 때문에 분산판(234)의 온도가 150℃ 이상이 되도록 제어된다.
또한 덮개(231)의 내부에 매립된 덮개 가열부(231b)에 전력을 공급하여 덮개(231)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어한다. 덮개(231)의 표면이란 가스 가이드(235)에 대향하는 면을 말한다. 덮개(231)의 표면 온도는 예컨대 150℃ 이상 또한 400℃ 이하이며, 바람직하게는 부생성물의 부착 온도보다 높은 온도로 제어된다.
이 때 분산판(234)의 온도[즉 샤워 헤드(230)의 온도]를 성막 처리 시의 분산판(234)의 온도보다도 후술하는 열의 흡수를 보충할 정도로 온도를 높이는 것이 바람직하다. 이에 의해 온도가 낮은 웨이퍼(200)에 분산판(234)의 열이 흡수되어도 분산판(234)이 부생성물의 부착 온도[즉 고화(固化) 온도] 이하가 되는 것을 방지할 수 있다.
또한 성막 공정(S104)에서 분산판(234)이 부생성물의 부착 온도 이하가 되면 부생성물이 분산판(234)에 부착된다. 그리고 부착된 부생성물이 가스 흐름에 의해 박리되면 파티클의 원인이 된다. 본 실시 형태의 경우에는 부생성물은 염화암모늄이며, 고화 온도는 약 150℃다.
〔성막 공정(S104)〕
다음으로 웨이퍼(200)의 표면 상에 박막을 형성하는 성막 공정(S104)을 수행한다. 여기서는 성막 공정(S104)의 기본적인 흐름에 대하여 설명하고, 성막 공정(S104)의 상세에 대해서는 도 3을 이용하여 후술한다.
우선 성막 공정(S104)에서는 샤워 헤드(230)의 버퍼실(232)을 개재하여 제1 가스 공급계(243)로부터 처리실(201) 내에 TiCl4가스를 공급한다. 이 때 제3 가스 공급계(245)로부터의 불활성 가스의 공급과, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 기판 반입·재치 공정(S102)에 이어서 수행한다.
TiCl4가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, TiCl4가스의 공급을 정지한다. 그리고 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스에 의해 처리실(201) 내로부터 적어도 제1 배기계(220)를 개재하여 TiCl4가스를 배출한다.
TiCl4가스를 배출한 후, 제2 가스 공급계(244)로부터 처리실(201) 내에 플라즈마 상태의 NH3가스를 공급한다. NH3가스는 웨이퍼(200) 상에 형성된 티탄 함유막과 반응하여 질화티탄막을 형성한다.
소정 시간이 경과한 후, NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스에 의해 처리실(201) 내로부터 적어도 제1 배기계(220)를 개재하여 NH3가스를 배출한다.
성막 공정(S104)에서는 이상의 공정을 반복하는 것에 의해 원하는 막 두께의 질화티탄막을 형성한다. 또한 성막 공정(S104) 동안 버퍼실(232)의 내벽에 부생성물이 부착되어 퇴적하는 것을 억제하기 위해서 덮개 가열부(231b)나 분산판 히터(234h)에 의해 버퍼실(232)이나 분산판(234)을 부생성물이 부착되는 온도보다 높게 가열한다.
또한 성막 공정(S104)의 TiCl4가스 공급 시나 NH3가스 공급 시에서 전술한 바와 같이 제3 가스 공급계(245)로부터 불활성 가스를 공급하는 이유는 처리실(201) 내로의 TiCl4가스나 NH3가스의 공급을 촉진하기 위해서다. 하지만 기판 처리의 내용에 따라 제3 가스 공급계(245)로부터의 불활성 가스의 공급을 수행하지 않도록 구성하는 것도 가능하다.
〔기판 반출 공정(S106)〕
다음으로 질화티탄막이 형성된 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)로부터 반출한다. 구체적으로는 기판 재치부(210)를 하강시켜 기판 재치부(210)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 제3 가스 공급계(245)로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하면서 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼 반송기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 제3 가스 공급계(245)로부터 처리 용기(202) 내로의 불활성 가스 공급을 정지한다.
〔처리 횟수 판정 공정(S108)〕
웨이퍼(200)를 반출한 후, 성막 공정(S104)의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였는지에 대한 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달한 경우에는 클리닝 공정(S110)으로 이행한다. 소정의 횟수에 도달하지 않은 경우에는 대기 중인 새로운 웨이퍼(200)의 처리를 시작하기 위해서 기판 반입·재치 공정(S102)으로 이행한다.
〔클리닝 공정(S110)〕
처리 횟수 판정 공정(S108)에서 성막 공정(S104)의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였다고 판정된 경우에는 클리닝 공정(S110)을 수행한다. 클리닝 공정(S110)에서는 기판 재치부(210)가 웨이퍼 처리 위치에 있는 상태이며 기판 재치부(210) 상에 웨이퍼(200)가 없는 상태에서, 클리닝 가스 공급계(248)의 밸브(248d)를 열고 샤워 헤드(230)를 개재하여 클리닝 가스를 처리실(201) 내에 공급한다.
클리닝 가스가 샤워 헤드(230) 내와 처리실(201) 내를 충족시킨 후, 고주파 전원(252)으로부터 샤워 헤드(230)에 전력을 인가하는 것과 함께 정합기(251)에 의해 임피던스를 조정시켜 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]와 처리실(201) 내[구체적으로는 처리 공간(201a) 내]에 클리닝 가스 플라즈마를 생성한다. 생성된 클리닝 가스 플라즈마는 샤워 헤드(230) 내와 처리실(201) 내의 벽에 부착된 부생성물을 제거한다.
다음으로 성막 공정(S104)의 상세에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 공정의 시퀀스도다. 도 3에 도시하는 바와 같이 성막 공정(S104)은 제1 처리 가스 공급 공정(S202)과 제1 퍼지 공정(S204)과 제2 처리 가스 공급 공정(S206)과 제2 퍼지 공정(S208)을 포함하도록 구성된다.
본 실시 형태의 성막 공정(S104)에서는 전술한 바와 같이 TiCl4가스 공급 시나 NH3가스 공급 시에도 제3 가스 공급계(245)로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 즉 도 3에 도시하는 바와 같이 성막 공정(S104)에서 상시 제3 가스 공급계(245)로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 그리고 성막 공정(S104)에서 기판 재치부(210)의 온도와, 분산판(234)의 온도와, 샤워 헤드 덮개(231)의 온도를 각각 소정의 온도로 설정하고, 이 온도를 유지한다.
기판 재치부(210)의 온도는 기판 재치부(210) 상의 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 실온 이상 500℃ 이하이며 바람직하게는 300℃ 이상이며 400℃ 이하인 소정의 온도[즉 성막 공정(S104)에서의 웨이퍼(200)의 온도]가 되도록, 기판 재치부 온도 센서(210s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 기판 재치부 히터(213)로의 통전 상태를 제어한다. 즉 기판 재치부 히터(213)의 출력을 제어한다.
분산판(234)의 온도는 분산판(234)의 대향면(234d)의 온도가 예컨대 150℃ 이상 또한 400℃ 이하의 온도이며 부생성물의 부착 온도보다 높은 온도인 소정의 온도가 되도록, 분산판 온도 센서(234s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 분산판 히터(234h)로의 통전 상태를 제어한다. 즉 분산판 히터(234h)의 출력을 제어한다. 또한 분산판(234)의 온도는 성막 공정(S104)에서의 웨이퍼(200)의 온도에 가까운 값이며, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(200)의 온도보다 높은 경우와 낮은 경우와 같은 경우가 있다.
샤워 헤드 덮개(231)의 온도는 덮개(231)의 표면 온도가 예컨대 150℃ 이상 또한 400℃ 이하의 온도이며 부생성물의 부착 온도보다 높은 온도인 소정의 온도가 되도록, 샤워 헤드 덮개 온도 센서(231s)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(260)가 덮개 가열부(231b)로의 통전 상태를 제어한다. 즉 덮개 가열부(231b)의 출력을 제어한다
이와 같이 하여 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 예컨대 기판 재치부(210)의 온도와, 분산판(234)의 온도와, 샤워 헤드 덮개(231)의 온도를 각각, 400℃와 400℃와 200℃로 설정한다.
이 때 컨트롤러(260)는 기판 재치부(210)의 온도와 분산판(234)의 온도[구체적으로는 대향면(234d)의 온도]의 온도차가 소정의 범위 내(예컨대 20℃ 이내)가 되도록 제어한다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 면내(面內)에서 웨이퍼(200)의 온도가 대략 균일해지고, 그 결과 웨이퍼(200)의 처리를 대략 균일하게 수행할 수 있다. 성막 처리의 경우에는 웨이퍼(200)의 면내에서 대략 균일한 막 두께로 할 수 있다.
바람직하게는 컨트롤러(260)는 기판 재치부(210)의 온도와 분산판(234)의 온도[구체적으로는 대향면(234d)의 온도]가 동등한 온도가 되도록 제어한다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 면내에서 웨이퍼(200)의 온도가 보다 균일해져, 웨이퍼(200)의 처리를 보다 균일하게 수행할 수 있다. 또한 동등한 온도란 웨이퍼(200)를 균일하게 처리할 수 있는 범위 내의 온도를 포함한다.
바람직하게는 이 때 컨트롤러(260)는 기판 재치부(210)의 온도를 소정의 설정 온도로 제어한 후, 분산판(234)의 온도[구체적으로는 대향면(234d)의 온도]를 소정의 설정 온도로 제어한다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 온도를 보다 빠르게 안정시킬 수 있다. 그 이유는 웨이퍼(200)의 온도는 분산판(234)의 온도보다 기판 재치부(210)의 온도에 보다 추종하고 또한 보다 크게 영향을 받기 때문이다.
바람직하게는 이 때 컨트롤러(260)는 분산판(234)의 온도[구체적으로는 대향면(234d)의 온도]를 처리 가스에 의해 대향면(234d)에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 제어한다. 이에 의해 대향면(234d)에 부생성물이 부착되는 것을 억제할 수 있다.
〔제1 처리 가스 공급 공정(S202)〕
상기 온도 설정이 종료된 후, 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 제1 가스 공급계(243)의 밸브(243d)를 열고 가스 도입구(241), 버퍼실(232), 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 제1 처리 가스로서의 TiCl4가스의 공급을 시작한다. 이 때 제3 가스 공급계(245)로부터 불활성 가스를 공급하면서 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행한다.
버퍼실(232) 내에서는 가스 가이드(235)에 의해 TiCl4가스가 균일하게 분산된다. 균일하게 분산된 가스는 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급된다.
제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 TiCl4가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. TiCl4가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 TiCl4가스와 함께 제1 불활성 가스 공급계(246)로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 처리실(201) 내에 흘려도 좋다. 또한 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도(開度)를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력(예컨대 400Pa)으로 한다.
처리실(201) 내에서 TiCl4가스는 소정의 시간, 예컨대 0.05∼1초간, 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200) 표면 상에는 TiCl4가스가 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하는 것에 의해 「제1 원소 함유층」으로서의 티탄 함유층이 형성된다.
티탄 함유층은 예컨대 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4가스의 유량, 기판 재치부(210)(서셉터)의 온도, 처리실(201)에서의 처리 시간 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 단 제3 가스 공급계(245)로부터의 불활성 가스 공급과, 제1 배기계(220)로부터의 배기는 계속해서 수행한다.
〔제1 퍼지 공정(S204)〕
제1 처리 가스 공급 공정(S202)이 종료된 후, 계속해서 제1 배기계(220)로부터의 배기와 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급을 수행하여, 처리실(201) 내의 분위기, 즉 처리실(201) 내에 잔류한 TiCl4가스를 배출한다. 또한 밸브(272)를 열고 APC밸브(273)의 밸브 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 제어하는 것에 의해, 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]에 잔류한 TiCl4가스를 제2 배기계(270)로부터 제거한다. 제2 배기계(270)를 이용하는 것에 의해 버퍼실(232) 내의 잔류 가스가 효율적으로 배출된다.
제1 퍼지 공정(S204)에서 공급된 불활성 가스는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 티탄 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다.
그리고 제1 퍼지 공정(S204) 시작부터 소정 시간이 경과한 후, 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지한다. 이와 같이 제1 퍼지 공정(S204)의 시작으로부터 소정 시간이 경과한 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201)을 경유하여 제1 배기계(220)로 향한 불활성 가스의 흐름이 제2 배기계(270)의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해지져 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 한층 더 높아진다.
또한 제1 퍼지 공정(S204)의 시작 시점부터 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는[즉 제2 배기계(270)를 필요로 하지 않는] 것도 가능하다. 이에 의해서도 처리실(201) 내와 버퍼실(232) 내에 잔류한 TiCl4가스를 배출하는 것은 가능하고, 이에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)로 향한 불활성 가스의 흐름을 형성하는 것이 용이해진다.
소정의 시간, 제1 퍼지 공정(S204)을 수행한 후, 제1 퍼지 공정(S204)을 종료하고, 제2 처리 가스 공급 공정(S206)으로 이행한다. 단 밸브(245d)는 계속해서 연 상태로 하고, 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스의 공급을 계속해서 수행한다.
〔제2 처리 가스 공급 공정(S206)〕
제1 퍼지 공정(S204) 후, 제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 제2 가스 공급계(244)의 밸브(244d)를 열고 리모트 플라즈마 유닛(244e), 가스 도입구(241), 버퍼실(232), 분산판(234)의 복수의 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 제2 처리 가스로서의 NH3가스의 공급을 시작한다. 처리실(201) 내에 공급되는 NH3가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태가 된다. 플라즈마 상태가 된 NH3가스를 버퍼실(232)과 관통공(234a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하기 때문에 웨이퍼(200) 상에 균일하게 NH3가스를 공급할 수 있다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
이 때 NH3가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 NH3가스와 함께 제2 불활성 가스 공급계(247)로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 처리실(201) 내에 흘려도 좋다. 또한 제1 배기계(220)의 APC밸브(223)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력(예컨대 930Pa)으로 한다.
처리실(201) 내에서 플라즈마 상태의 NH3가스가 소정의 시간, 예컨대 0.3초간, 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200) 상에 이미 형성된 티탄 함유층이 NH3가스의 플라즈마에 의해 개질되는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에는 티탄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다.
티탄 원소 및 질소 원소를 함유하는 개질층(티탄 및 질소 함유층)은 예컨대 처리 용기(203) 내의 압력, NH3가스의 유량, 기판 재치부(210)의 온도, 플라즈마 생성부(250)의 전력 공급 상태 등에 따라 소정의 두께, 소정의 분포, 티탄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
웨이퍼(200) 표면 상에 티탄 및 질소 함유층이 형성될 때, 동시에 분산판(234)에도 티탄 및 질소 함유층이 형성된다. 분산판(234)의 대향면(234d)에 티탄 및 질소 함유층이 형성되면, 분산판(234)으로부터 열 방사될 때의 방사율이 작아진다. 컨트롤러(260)는 이 방사율의 저하에 따라 분산판 히터(234h)의 출력을 크게 하여 분산판(234)으로부터 방사되는 열량을 일정하게 유지한다. 구체적으로는 컨트롤러(260)는 클리닝 공정 실시 후에서의 성막 공정의 실시 횟수를 카운트하고, 상기 성막 공정의 실시 횟수에 따라 분산판 히터(234h)의 출력을 크게 한다. 즉 성막 공정의 실시 횟수가 많아짐에 따라 분산판 히터(234h)의 출력을 크게 한다.
또한 분산판(234)의 웨이퍼(200)와 대향하는 대향면(234d)에 형성되는 막이 방사율을 크게 하는 성질을 가지는 경우에는 컨트롤러(260)는 성막 공정의 실시 횟수가 많아짐에 따라 분산판 히터(234h)의 출력을 작게 한다. 이와 같은 막으로서는 예컨대 질화막, 산화막 등이 있다.
이와 같이 컨트롤러(260)는 처리실(201)에 처리 가스가 공급될 때에 샤워 헤드(230)로부터 방사되는 열의 방사율을 크게 하는 막이 대향면(234d)에 부착된 경우에는 상기 막이 대향면(234d)에 부착되지 않은 경우보다 분산판 히터(234h)의 출력을 작게 하도록 제어하고, 샤워 헤드(230)로부터 방사되는 열의 방사율을 작게 하는 막이 대향면(234d)에 부착된 경우에는 상기 막이 대향면(234d)에 부착되지 않은 경우보다 분산판 히터(234h)의 출력을 크게 하도록 제어한다.
기판 재치부(210)로부터 분산판(234)에 이동하는 열량q(W/m2)은 근사적으로 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 σ은 스테판·볼츠만 정수(≒5.67×10-8)(W/m2K4)이다. T1은 기판 재치부(210)의 온도(K)이다. T2은 분산판(234)의 온도(K)이다. ε1은 기판 재치부(210)의 방사율, ε2은 분산판(234)의 방사율이다.
[수학식 1]에 도시하는 바와 같이 분산판(234)의 온도가 기판 재치부(210)보다 낮은 경우에는 상시 기판 재치부(210)로부터 분산판(234)쪽으로 열이 이동한다. 이와 같은 상태에서 웨이퍼(200)의 면내 온도를. 균일하게 제어하는 것은 용이하지 않다. 또한 성막 처리를 반복하면, 웨이퍼(200)와 함께 분산판(234)의 표면[대향면(234d)]에도 막이 부착된다. 이에 의해 분산판(234) 표면의 방사율ε2이 변화할 뿐만 아니라 막 두께에 따라서도 방사율ε2이 경시(經時)적으로 변화한다. 그 경우, [수학식 1]로부터 명확하듯이 이동하는 열량q도 변화한다. 즉 웨이퍼(200)의 온도를 상시 일정하게 유지하기 위해서는 방사율ε2이 변화할 때마다 기판 재치부 히터(213)의 출력을 조정해야한다.
본 실시 형태에서 분산판(234)과 기판 재치부(210)의 온도를 동등하게 한 경우에는 [수학식 1]에서 겉보기로는 열의 이동은 제로가 된다. 따라서 분산판(234)의 표면[대향면(234d)]에 막이 부착되고, 분산판(234) 표면의 방사율ε2이 아무리 변화해도 분산판(234)의 온도는 영향을 받지 않는다.
또한 웨이퍼(200)의 상방의 온도[분산판(234)의 온도]와 하방의 온도[기판 재치부(210)의 온도]가 동등해지기 때문에 웨이퍼(200)의 면내 온도를 균일하게 제어하는 것도 용이해져 성막 처리에서 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
소정 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 처리실(201) 내로의 NH3가스의 공급을 정지한다. 단 제3 가스 공급계(245)로부터의 불활성 가스 공급과, 제1 배기계(220)로부터의 배기는 계속해서 수행한다.
〔제2 퍼지 공정(S208)〕
제2 처리 가스 공급 공정(S206)이 종료된 후, 계속해서 제1 배기계(220)로부터의 배기와 제3 가스 공급계(245)로부터의 퍼지 가스(불활성 가스)의 공급을 수행하여, 처리실(201) 내의 분위기, 즉 처리실(201) 내에 잔류한 NH3가스를 배출한다. 또한 밸브(272)를 열고 APC밸브(273)의 개도 또는 APC밸브(223)의 개도를 제어하는 것에 의해 샤워 헤드(230) 내[구체적으로는 버퍼실(232) 내]에 잔류한 NH3가스를 제2 배기계(270)로부터 제거한다.
제2 퍼지 공정(S208)에서 공급된 불활성 가스는 제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 질소 성분을 웨이퍼(200) 상으로부터 제거한다.
제2 퍼지 공정(S208)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지한다. 이와 같이 제2 퍼지 공정(S208)을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 제1 배기계(220)로부터의 배기를 수행하면서 밸브(272)를 닫고 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201)을 경유하여 제1 배기계(220)로 향한 불활성 가스의 흐름이 제2 배기계(270)의 영향을 받지 않기 때문에 보다 확실하게 불활성 가스를 웨이퍼(200) 상에 공급하는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200) 상의 잔류 가스의 제거 효율이 한층 더 높아진다.
또한 제2 퍼지 공정(S208)의 시작 시점부터 제2 배기계(270)로부터의 배기를 정지하는[즉 제2 배기계(270)를 필요로 하지 않는] 것도 가능하다. 이에 의해서도 처리실(201) 내와 버퍼실(232) 내에 잔류한 NH3가스를 배출하는 것은 가능하다. 이에 의해 샤워 헤드(230)로부터 처리실(201) 내를 경유하여 제1 배기계(220)로 향한 불활성 가스의 흐름을 형성하는 것이 용이해진다.
소정의 시간, 제2 퍼지 공정(S208)을 수행한 후, 제2 퍼지 공정(S208)을 종료하고, 컨트롤러(260)는 제1 처리 가스 공급 공정(S202) 내지 제2 퍼지 공정(S208)를 1사이클로 하는 처리 사이클을 소정 횟수 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않은 경우, 제1 처리 가스 공급 공정(S202)으로 이행하고, 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 제1 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 제2 퍼지 공정(S208)을 1사이클로 하는 처리를 수행한다. 소정 횟수 실시한 경우, 성막 공정(S104)을 종료한다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과 중 적어도 1개 이상의 효과를 갖는다.
(A1) 처리 가스가 공급될 때에 기판 재치대의 온도를 소정의 온도로 하고 샤워 헤드와 기판 재치대의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 구성하였기 때문에 기판의 면내 온도 균일성을 향상시키는 것이 용이해진다. 또한 처리 가스가 대유량이어도 기판에 도달하는 전에 처리 가스를 충분히 가열할 수 있다.
(A2) 기판 재치면에 기판을 재치할 때에는 샤워 헤드의 온도를 처리 가스가 공급될 때(즉 성막 시)보다 높게 하도록 구성하였기 때문에, 기판을 소정 온도로 하는 것이 용이해진다.
(A3) 처리 가스가 공급될 때에 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 크게 하는 막이 기판 재치대에 대향하는 샤워 헤드의 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 샤워 헤드 히터의 출력을 작게 하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드와 기판 재치대의 온도차를 소정의 범위 내로 하는 것이 용이해진다.
(A4) 처리 가스가 공급될 때에 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 작게 하는 막이 기판 재치대에 대향하는 샤워 헤드의 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 샤워 헤드 히터의 출력을 크게 하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드와 기판 재치대의 온도차를 소정의 범위 내로 하는 것이 용이해진다.
(A5) 기판 재치대를 소정의 온도로 하도록 히터 제어한 후, 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 히터 제어하도록 구성하였기 때문에, 기판의 온도를 보다 빠르게 안정시킬 수 있다.
(A6) 처리 가스가 공급될 때에 기판 재치대의 온도를 소정의 온도로 하여 샤워 헤드와 기판 재치대의 온도를 동등한 온도로 하도록 구성하였기 때문에, 기판의 면내 온도 균일성을 향상시키는 것이 보다 용이해진다.
(A7) 처리 가스가 공급될 때에 기판 재치대의 온도를 소정의 온도로 하여 샤워 헤드의 온도를 처리 가스에 의해 샤워 헤드의 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높게 하도록 구성하였기 때문에, 샤워 헤드의 대향면에 부생성물이 부착되는 것을 억제할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 각 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 제1 원소 함유 가스로서 티탄 함유 가스를 이용하고, 제2 원소 함유 가스로서 질소 함유 가스를 이용하여, 기판 상에 질화티탄(TiN)막을 형성하는 TiN 형성 처리에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 TiN막 형성 처리에 한정되지 않는다. 제1 원소 함유 가스로서 예컨대 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄테(Zr) 함유 가스, 티탄(Ti) 함유 가스, 실리콘(Si) 함유 가스를 이용하여 제2 원소 함유 가스로서 산소 함유 가스를 이용하는 것도 가능하다. 또한 질소 함유 가스는 질소(N2) 가스 등을 이용해도 좋다.
그리고 본 발명을 적용하는 것에 의해 산화하프늄막(HfO막), 산화지르코늄막(ZrO막), 산화티탄막(TiO막), 산화실리콘막(SiO막) 등의 High-k막 등을 기판 상에 형성하는 것도 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 2종류의 처리 가스를 교호적으로 기판 상에 공급하는 성막 처리에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 복수 종류의 처리 가스를 교호적으로 기판 상에 공급하는 성막 처리에 한정되지 않고, 복수 종류의 처리 가스를 동시에 기판 상에 공급하는 성막 처리에도 적용 가능하다. 또한 성막 처리 이외의 기판 처리에도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 샤워 헤드(230)는 샤워 헤드 가열부로서 샤워 헤드 덮개 가열부(231b)와, 분산판 히터(234h)를 구비하도록 구성하였다. 하지만 샤워 헤드 덮개(231)와 분산판(234) 중 어느 일방(一方)에만 가열부를 설치하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 기판의 온도를 균일화하기 위해서는 웨이퍼(200)[즉 기판 재치부(210)]에 보다 가까운 분산판(234)에 가열부를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 기판의 온도를 보다 균일화하기 위해서는 샤워 헤드 덮개(231)와 분산판(234)의 양방에 가열부를 설치하는 것이 바람직하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 기판(200)을 원형의 웨이퍼로 하였지만, 직사각형[矩形]의 기판이어도 좋다.
이하, 부기(附記)로서 본 발명의 형태를 기재한다.
〔부기1〕
기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내에 배치되고 기판을 재치하는 기판 재치면을 표면에 포함하는 것과 함께 제1 히터를 포함하는 기판 재치부;
제2 히터를 포함하는 것과 함께 상기 기판 재치면과 대향하는 위치에 설치되고 상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하는 샤워 헤드;
상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 상기 기판 재치면에 재치된 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기계; 및
상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치.
〔부기2〕
부기1에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스를 공급하기 전이며 상기 기판 재치면에 기판을 재치할 때, 상기 샤워 헤드의 온도를 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때보다 높아지도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기3〕
부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 크게 하는 막이 상기 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 상기 제2 히터의 출력을 작게 하도록 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기4〕
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 작게 하는 막이 상기 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 상기 제2 히터의 출력을 크게 하도록 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기5〕
부기1 내지 부기4 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 제2 히터의 출력을 제어할 때, 상기 기판 재치부를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어한 후, 상기 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기6〕
부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도와 상기 기판 재치부의 온도를 동등한 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기7〕
부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도를 상기 처리 가스에 의해 상기 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치.
〔부기8〕
제1 히터를 포함하는 기판 재치부의 기판 재치면에 기판을 재치하는 재치 공정;
상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하고, 제2 히터를 포함하는 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정; 및
상기 처리 가스 공급 공정에서 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어하는 것과 함께, 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 온도 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기9〕
제1 히터를 포함하는 기판 재치부의 기판 재치면에 기판을 재치하는 재치 공정;
상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하고, 제2 히터를 포함하는 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 제1 원소 함유 가스를 공급하는 것과 함께, 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 제1 원소 함유 가스 공급 공정;
상기 제1 원소 함유 가스 공급 공정 후에 상기 기판 재치면에 재치된 기판 상으로부터 상기 제1 원소 함유 가스의 잔류물을 제거하는 제1 퍼지 공정;
상기 제1 퍼지 공정 후에 상기 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 제2 원소 함유 가스를 공급하는 것과 함께, 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 제2 원소 함유 가스 공급 공정; 및
상기 제2 원소 함유 가스 공급 공정 후에 상기 기판 재치면에 재치된 기판 상으로부터 상기 제2 원소 함유 가스의 잔류물을 제거하는 제2 퍼지 공정;
을 포함하고,
상기 제1 원소 함유 가스 공급 공정과, 상기 제1 퍼지 공정과, 상기 제2 원소 함유 가스 공급 공정과, 상기 제2 퍼지 공정을 반복 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
100: 반도체 제조 장치(기판 처리 장치)
200: 웨이퍼
201: 처리실 201a: 처리 공간
201b: 반송 공간 202: 처리 용기
202a: 상부 용기 202b: 하부 용기
204: 칸막이 판 205: 게이트 밸브
206: 기판 반입 출구 207: 리프트 핀
208: O링 210: 기판 재치부
210s: 기판 재치부 온도 센서(온도 검지기) 211: 기판 재치면
213: 기판 재치부 히터(제1 히터) 214: 기판 재치부 관통공
217: 샤프트 218: 승강 기구
219: 벨로즈 220: 제1 배기계(처리실 배기 라인)
221: 배기구 222: 배기관
223: 압력 조정기(APC밸브) 224: 진공 펌프
230: 샤워 헤드 231: 덮개
231a: 덮개 구멍 231b: 샤워 헤드 덮개 가열부
231c: 샤워 헤드 배기 구멍 231s: 덮개 온도 센서(온도 검지기)
232: 버퍼실 233: 절연 블록
234: 분산판 234a: 관통공
234b: 철 형상부 234c: 플랜지부
234d: 대향면 234h: 분산판 히터(제2 히터)
234s: 분산판 온도 센서(온도 검지기) 235: 가스 가이드
241: 가스 도입구 242: 공통 가스 공급관
243: 제1 가스 공급계 243a: 제1 가스 공급관
243b: 제1 가스 공급원 243c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러)
243d: 개폐 밸브(밸브) 244: 제2 가스 공급계
244a: 제2 가스 공급관 244b: 제2 가스 공급원
244c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러) 244d: 개폐 밸브(밸브)
244e: 리모트 플라즈마 유닛 245: 제3 가스 공급계
245a: 제3 가스 공급관 245b: 제3 가스 공급원
245c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러) 245d: 개폐 밸브(밸브)
246: 제1 불활성 가스 공급계 246a: 제1 불활성 가스 공급관
246b: 제1 불활성 가스 공급원 246c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러)
246d: 개폐 밸브(밸브) 247: 제2 불활성 가스 공급계
247a: 제2 불활성 가스 공급관 247b: 제2 불활성 가스 공급원
247c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러) 247d: 개폐 밸브(밸브)
248: 클리닝 가스 공급계 248a: 클리닝 가스 공급관
248b: 클리닝 가스 공급원 248c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러)
248d: 개폐 밸브(밸브) 250: 플라즈마 생성부
251: 정합기 252: 고주파 전원
260: 컨트롤러(제어부) 261: 연산부
262: 기억부 270: 제2 배기계(샤워 헤드 배기 라인)
271: 배기관 272: 개폐 밸브(밸브)
273: 압력 조정기(APC밸브) 274: 진공 펌프.
201: 처리실 201a: 처리 공간
201b: 반송 공간 202: 처리 용기
202a: 상부 용기 202b: 하부 용기
204: 칸막이 판 205: 게이트 밸브
206: 기판 반입 출구 207: 리프트 핀
208: O링 210: 기판 재치부
210s: 기판 재치부 온도 센서(온도 검지기) 211: 기판 재치면
213: 기판 재치부 히터(제1 히터) 214: 기판 재치부 관통공
217: 샤프트 218: 승강 기구
219: 벨로즈 220: 제1 배기계(처리실 배기 라인)
221: 배기구 222: 배기관
223: 압력 조정기(APC밸브) 224: 진공 펌프
230: 샤워 헤드 231: 덮개
231a: 덮개 구멍 231b: 샤워 헤드 덮개 가열부
231c: 샤워 헤드 배기 구멍 231s: 덮개 온도 센서(온도 검지기)
232: 버퍼실 233: 절연 블록
234: 분산판 234a: 관통공
234b: 철 형상부 234c: 플랜지부
234d: 대향면 234h: 분산판 히터(제2 히터)
234s: 분산판 온도 센서(온도 검지기) 235: 가스 가이드
241: 가스 도입구 242: 공통 가스 공급관
243: 제1 가스 공급계 243a: 제1 가스 공급관
243b: 제1 가스 공급원 243c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러)
243d: 개폐 밸브(밸브) 244: 제2 가스 공급계
244a: 제2 가스 공급관 244b: 제2 가스 공급원
244c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러) 244d: 개폐 밸브(밸브)
244e: 리모트 플라즈마 유닛 245: 제3 가스 공급계
245a: 제3 가스 공급관 245b: 제3 가스 공급원
245c: 유량 제어기(매스 플로우 컨트롤러) 245d: 개폐 밸브(밸브)
246: 제1 불활성 가스 공급계 246a: 제1 불활성 가스 공급관
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246d: 개폐 밸브(밸브) 247: 제2 불활성 가스 공급계
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248d: 개폐 밸브(밸브) 250: 플라즈마 생성부
251: 정합기 252: 고주파 전원
260: 컨트롤러(제어부) 261: 연산부
262: 기억부 270: 제2 배기계(샤워 헤드 배기 라인)
271: 배기관 272: 개폐 밸브(밸브)
273: 압력 조정기(APC밸브) 274: 진공 펌프.
Claims (19)
- 기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내에 배치되고 기판을 재치하는 기판 재치면을 표면에 포함하는 것과 함께 제1 히터를 포함하는 기판 재치부;
제2 히터를 포함하는 것과 함께 상기 기판 재치면과 대향하는 위치에 설치되고 상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하는 샤워 헤드;
상기 샤워 헤드를 개재하여 상기 처리실에 상기 기판 재치면에 재치된 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기계; 및
상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스를 공급하기 전이며 상기 기판 재치면에 기판을 재치할 때, 상기 샤워 헤드의 온도를 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때보다 높아지도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 크게 하는 막이 상기 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 상기 제2 히터의 출력을 작게 하도록 제어하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 히터의 출력을 제어할 때, 상기 기판 재치부를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어한 후, 상기 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 크게 하는 막이 상기 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 상기 제2 히터의 출력을 작게 하도록 제어하는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 히터의 출력을 제어할 때, 상기 기판 재치부를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어한 후, 상기 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도와 상기 기판 재치부의 온도를 동등한 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도를 상기 처리 가스에 의해 상기 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 처리실에 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 샤워 헤드로부터 방사되는 열의 방사율을 작게 하는 막이 상기 대향면에 부착된 경우에는 상기 막이 상기 대향면에 부착되지 않은 경우보다 상기 제2 히터의 출력을 크게 하도록 제어하는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 히터의 출력을 제어할 때, 상기 기판 재치부를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어한 후, 상기 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도와 상기 기판 재치부의 온도를 동등한 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도를 상기 처리 가스에 의해 상기 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 히터의 출력을 제어할 때, 상기 기판 재치부를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어한 후, 상기 샤워 헤드를 소정의 온도로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도와 상기 기판 재치부의 온도를 동등한 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도를 상기 처리 가스에 의해 상기 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도와 상기 기판 재치부의 온도를 동등한 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기판 재치면에 기판을 재치한 후, 상기 처리 가스 공급계로부터 상기 처리 가스가 공급될 때에 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하고 상기 대향면의 온도를 상기 처리 가스에 의해 상기 대향면에 부생성물이 부착되는 온도보다 높아지도록 상기 제1 히터의 출력 및 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 기판 처리 장치. - 제1 히터를 포함하는 기판 재치부의 기판 재치면에 기판을 재치하는 재치 공정;
상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하고, 제2 히터를 포함하는 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정; 및
상기 처리 가스 공급 공정에서 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어하는 것과 함께, 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 온도 제어 공정;
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록되는 기록 매체. - 제1 히터를 포함하는 기판 재치부의 기판 재치면에 기판을 재치하는 재치 공정;
상기 기판 재치면과 대향하는 대향면을 포함하고, 제2 히터를 포함하는 샤워 헤드로부터 상기 기판 재치면에 재치된 기판에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정; 및
상기 처리 가스 공급 공정에서 상기 기판 재치부의 온도를 소정의 온도로 하도록 상기 제1 히터의 출력을 제어하는 것과 함께, 상기 대향면과 상기 기판 재치부의 온도차를 소정의 범위 내로 하도록 상기 제2 히터의 출력을 제어하는 온도 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| SUBM | Surrender of laid-open application requested |