KR20150105218A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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

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KR20150105218A
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히데하루 이타타니
테츠아키 이나다
모토나리 타케바야시
카즈유키 토요다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 회전형 장치에서 균일하게 플라즈마를 공급 가능하도록 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 원료 가스 공급 영역 및 반응 가스 공급 영역을 포함하고, 상기 원료 가스 공급 영역 내 및 상기 반응 가스 공급 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고, 회전 방향을 따라 복수의 상기 기판을 재치하는 기판 재치대; 상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고 상기 플라즈마 생성실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일; 상기 플라즈마 생성실 천정으로부터 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;를 포함하는 구성을 제공한다.

Description

기판 처리 장치 및 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 및 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
예컨대 플래시 메모리나 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 반도체 장치에 이용되는 박막의 형성 방법 중 하나로서 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 교호(交互) 공급법이 알려져 있다.
CVD법이란 원료 가스 및 반응 가스의 기상(氣相) 중 또는 기판의 표면에서의 반응을 이용하여 원료 가스의 분자에 포함되는 원소를 구성 요소로 하는 박막을 기판에 퇴적하는 방법이다. 또한 교호 공급법이란 원료 가스와 반응 가스를 교호적으로 공급하는 방법이다. 교호 공급법은 CVD법과 비교해서 보다 저온의, 보다 얇은 막을 형성하는 것이 가능하다.
또한 교호 공급법을 실현하는 장치 형태로서 예컨대 적층한 기판을 처리실 내에서 처리하는 종형(縱型) 장치(특허문헌 1 참조)나, 1매마다 기판을 처리하는 매엽(枚葉) 장치(특허문헌 2 참조), 복수의 기판을 주(周)방향으로 배치하고 그 기판을 회전시켜서 원료 가스와 반응 가스를 순서대로 공급하는 회전형 장치(특허문헌 3 참조)가 알려져 있다.
종형 장치의 경우, 1회의 처리 매수가 많기 때문에 스루풋이 높다는 장점이 있지만, 기판의 면내(面內) 균일성을 확보하기 어려운 점이 있다. 매엽 장치의 경우, 고품질의 막을 형성 가능하지만, 1매씩 처리하기 위해서 스루풋을 확보하기 어려운 점이 있다. 회전형 장치는 종형 장치보다 고품질의 막을 형성할 수 있고 매엽 장치보다 스루풋이 높다는 장점이 있다.
또한 박막 형성 공정에서는 기판에 형성되는 배선 등의 존재 때문에 고온에서 처리하지 못하는 경우가 있다. 이에 대응하기 위해서 플라즈마로 가스를 활성화시켜 저온에서 처리하는 방법을 생각해볼 수 있다.
1. 일본 특개 2011-151294 2. 일본 특개 2010-206218 3. 일본 특개 2013-084898
하지만 상기 회전형 장치에서 기판 재치대의 중앙과 외주(外周)의 회전 속도가 다르기 때문에, 기판의 면내에 균일하게 플라즈마를 공급하는 것이 어려운 경우가 있다. 바꿔 말하면 기판 재치대의 회전 방향에 대하여 수직 방향에서 생성되는 플라즈마 밀도가 다르기 때문에 기판 상에 균일하게 플라즈마를 공급하는 것이 어려운 경우가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 회전형 장치에서 기판에 대하여 균일하게 플라즈마를 공급 가능한 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 원료 가스 공급 영역 및 반응 가스 공급 영역을 포함하고, 상기 원료 가스 공급 영역 내 및 상기 반응 가스 공급 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고, 회전 방향을 따라 복수의 상기 기판을 재치하는 기판 재치대; 상기 반응 가스 공급 영역의 상방(上方)에 설치되는 플라즈마 생성실에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회(卷回)되고 상기 플라즈마 생성실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일; 상기 플라즈마 생성실 천정(天井)으로부터 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고 회전 방향을 따라 복수의 기판을 재치하는 기판 재치대에 기판을 재치하는 공정; 상기 기판 재치대를 회전시키는 공정; 원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실에 대하여, 원료 가스 공급계로부터 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급하는 것과 함께 반응 가스 공급계로부터 상기 반응 가스 공급 영역의 천정에 설치한 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 공정; 및 상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일에 전력을 공급하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 하고, 상기 원료 가스와 상기 플라즈마 상태의 반응 가스로 기판을 처리하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 복수의 기판이 동일원주 형상으로 배치되는 기판 재치면을 포함하는 기판 재치대; 상기 기판 재치대를 상기 기판 재치면과 평행한 방향으로 회전시키는 회전부; 상기 회전 방향으로 원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실; 상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일; 상기 플라즈마 생성실 천정에 접속되고, 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 상기 원료 가스 공급 영역의 천정에 접속되고, 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계; 및 상기 회전부, 상기 플라즈마 생성부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계를 각각 제어하는 제어부; 를 포함하는 기판 처리 장치에서 실행되는 프로그램이 격납된 기록 매체로서, 상기 제어부에 상기 기판 재치부에 재치된 기판을 회전하는 순서; 및 상기 기판 재치부가 회전하는 동안 상기 플라즈마 생성실에 반응 가스를 공급하여 플라즈마를 생성하는 순서; 및 상기 플라즈마를 상기 반응 가스 공급 영역에 공급 하는 것과 함께 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급하는 순서;를 포함하는 프로그램을 실행시키는 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 회전형 장치에서 기판에 대하여 균일하게 플라즈마를 공급 가능한 구성이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치의 횡단면 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치의 종단면(縱斷面) 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 챔버의 횡단면(橫斷面) 개략도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 챔버의 종단면 개략도이며, 도 3에 도시하는 프로세스 챔버의 A-A'선 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 챔버의 상면(上面) 개략도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 플라즈마 생성 원리를 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 코일을 설명하는 설명도.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서의 기판과 플라즈마의 관계를 설명하는 설명.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반응 가스를 설명하는 설명도.
도 13은 본 발명의 비교예를 설명하는 설명도.
도 14는 본 발명의 제1 실시 형태와 비교예와의 대비를 설명하는 설명도.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선 도 1 및 도 2를 이용하여 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에 대하여 설명한다.
또한 본 발명이 적용되는 기판 처리 장치(10)에서는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 반송하는 캐리어로서 FOUP(100)(Front Opening Unified Pod: 이하, 포드라고 부른다)가 사용된다. 본 실시 형태에 따른 클러스터형의 기판 처리 장치(10)의 반송 장치는 진공측과 대기(大氣)측으로 나뉜다.
또한 이하의 설명에서 전후좌우는 도 1을 기준으로 한다. 도 1에 도시되는 X1의 방향을 오른쪽, X2의 방향을 왼쪽, Y1의 방향을 앞, Y2의 방향을 뒤로 한다.
〔진공측의 구성〕
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(10)는 진공 상태 등의 대기압 미만의 압력[부압(負壓)]을 견딜 수 있는 제1 반송실(103)을 구비한다. 제1 반송실(103)의 광체(101)(筐體)는 평면시(平面視)에서 예컨대 오각형이며, 상하 양단(兩端)이 폐색(閉塞)된 상자 형상으로 형성된다. 또한 이하에서 말하는 「평면시」란 기판 처리 장치(10)의 연직 상측으로부터 연직 하측을 보았을 때를 말한다.
제1 반송실(103) 내에는 부압 하에서 2매의 웨이퍼(200)를 동시에 이재(移載)할 수 있는 제1 웨이퍼 이재기(112)가 설치된다. 제1 웨이퍼 이재기(112)는 제1 웨이퍼 이재기 엘리베이터(115)에 의해 제1 반송실(103)의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 구성된다.
광체(101)의 5매의 측벽 중 전측(前側)에 위치하는 측벽에는 예비실(122, 123)(로드록 실)이 각각 게이트 밸브(126, 127)를 개재하여 연결된다. 예비실(122, 123)은 웨이퍼(200)를 반입하는 기능과 웨이퍼(200)를 반출하는 기능을 병용 가능하도록 구성되고, 각각 부압에 견딜 수 있는 구조로 구성된다.
또한 예비실(122, 123) 내에 기판 지지대(140)에 의해 2매의 웨이퍼(200)를 중첩하도록 재치하는 것이 가능하다. 예비실(122, 123)에는 웨이퍼(200) 사이에 배치되는 격벽판(141)(중간 플레이트)이 설치된다.
제1 반송실(103)의 광체(101)의 5매의 측벽 중 후측(後側)[배면측(背面側)]에 위치하는 4매의 측벽에는 기판에 원하는 처리를 수행하는 제1 프로세스 챔버(202a)와, 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)가 게이트 밸브(150, 151, 152, 153)를 개재하여 각각 인접해서 연결된다. 이 프로세스 챔버[제1 프로세스 챔버(202a) 등]에 대해서는 상세를 후술한다.
〔대기측의 구성〕
예비실(122, 123) 전측에는 대기압 하의 상태에서 웨이퍼(200)를 반송할 수 있는 제2 반송실(121)이 게이트 밸브(128), 129)를 개재하여 연결된다. 제2 반송실(121)에는 웨이퍼(200)를 이재하는 제2 웨이퍼 이재기(124)가 설치된다. 제2 웨이퍼 이재기(124)는 제2 반송실(121) 내에 설치된 제2 웨이퍼 이재기 엘리베이터(131)에 의해 승강되도록 구성되는 것과 함께 리니어 액츄에이터(132)에 의해 좌우 방향으로 왕복 이동되도록 구성된다.
제2 반송실(121)의 좌측에는 노치(notch) 맞춤 장치(106)가 설치된다. 또한 노치 맞춤 장치(106)는 오리엔테이션 플랫 맞춤 장치이어도 좋다. 또한 제2 반송실(121)의 상부에는 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(118)이 설치된다.
제2 반송실(121)의 광체(125) 전측에는 웨이퍼(200)를 제2 반송실(121)에 대하여 반입 반출하기 위한 기판 반입 반출구(134)와, 포드 오프너(108)가 설치된다. 기판 반입 반출구(134)를 개재하여 포드 오프너(108)와 반대측, 즉 광체(125)의 외측에는 로드 포트(105)(IO 스테이지)가 설치된다. 포드 오프너(108)는 포드(100)의 캡(100a)을 개폐하는 것과 함께 기판 반입 반출구(134)를 폐색 가능한 클로저(142)와, 클로저(142)를 구동(驅動)하는 구동 기구(136)를 구비한다. 로드 포트(105)에 재치된 포드(100)의 캡(100a)을 개폐하는 것에 의해 포드(100)에 대한 웨이퍼(200)의 출입을 가능하도록 한다. 또한 포드(100)는 도시되지 않는 공정 내 반송 장치(OHT 등)에 의해 로드 포트(105)에 대하여 공급 및 배출되도록 이루어진다.
(2) 프로세스 챔버의 구성
계속해서 본 실시 형태(제1 실시 형태)에 따른 처리로로서의 프로세스 챔버의 구성에 대하여 주로 도 3 내지 도 5를 이용하여 설명한다. 여기서 도 4에 도시하는 A-A'선은 A로부터 반응 용기(203)의 중심을 통하여 A'을 향하는 선이다.
여기서 본 실시 형태의 예컨대 제1 프로세스 챔버(202a), 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)는 예컨대 각각 마찬가지의 구성으로 이루어진다. 이하에서는 제1 프로세스 챔버(202a), 제2 프로세스 챔버(202b), 제3 프로세스 챔버(202c), 제4 프로세스 챔버(202d)를 총칭하여 「프로세스 챔버(202)」라고 부른다.
〔처리실〕
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 처리로로서의 프로세스 챔버(202)는 원통 형상의 기밀 용기인 반응 용기(203)를 구비한다. 반응 용기(203) 내에는 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 복수의 영역으로 분할되고, 예컨대 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)을 포함한다. 후술하는 바와 같이 제1 처리 영역(206a) 내에는 원료 가스가 공급되고, 제2 처리 영역(206b) 내에는 반응 가스의 플라즈마가 공급되고, 또한 제1 퍼지 영역(207a) 및 제2 퍼지 영역(207b)에는 불활성 가스가 공급된다. 이에 의해 각각의 영역 내에 공급되는 가스에 따라 웨이퍼(200)에 대하여 소정의 처리가 수행된다.
또한 예컨대 반응 용기(203) 내의 상측에는 중심부로부터 방사상으로 연장하는 4매의 경계판(205)이 설치된다. 4매의 경계판(205)은 후술하는 서셉터(217)의 회전에 의해 웨이퍼(200)가 통과 가능한 상태에서 처리실(201)을 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)으로 구분하도록 구성된다. 구체적으로는 처리실(201)은 복수의 경계판(205) 하에 웨이퍼(200)가 통과 가능한 극간(隙間)을 포함하고, 복수의 경계판(205)은 처리실(201) 내의 천정부로부터 서셉터(217)의 직상(直上)까지의 공간을 차단하도록 설치된다. 경계판(205)의 하단은 경계판(205)이 웨이퍼(200)에 간섭하지 않을 정도로 서셉터(217)에 인접해서 배치된다. 이에 의해 경계판(205)과 서셉터(217) 사이를 통과하는 가스는 적어지고, 처리실(201) 내의 각각의 영역 사이에서 가스가 혼합되는 것이 억제된다.
또한 경계판(205)의 수평 방향의 단부(端部)와 반응 용기(203)의 측벽 사이에는 가스가 통과할 수 있도록 소정의 폭의 극간이 설치된다. 이 극간을 개재하여 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내로부터 제1 처리 영역(206a) 내 및 제2 처리 영역(206b) 내를 향하여 불활성 가스를 분출시킨다. 이에 의해 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내로의 제1 가스 및 제2 가스 등의 처리 가스의 침입을 억제할 수 있고, 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에서의 처리 가스의 반응을 억제할 수 있다.
여기서 소정의 웨이퍼(200)가 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b)을 통과하는 시간, 즉 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은 후술하는 서셉터(217)의 회전 속도가 일정할 때, 각 영역의 넓이(용적)에 의존한다. 또한 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은 후술하는 서셉터(217)의 회전 속도가 일정할 때, 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b)의 각각의 평면시에서의 면적에 의존한다. 바꿔 말하면, 각 영역에서의 웨이퍼(200)의 처리 시간은 인접하는 경계판(205)의 각도에 의존한다.
〔서셉터〕
경계판(205)의 하측, 즉 반응 용기(203) 내의 저측(底側) 중앙에는 예컨대 반응 용기(203)의 중심에 회전축을 포함하고, 회전 가능하도록 구성되는 기판 재치대로서의 서셉터(217)가 설치된다. 서셉터(217)는 웨이퍼(200)의 금속 오염을 저감할 수 있도록 예컨대 카본이나 SiC 등의 재료로 형성된다. 또한 서셉터(217)와 반응 용기(203)는 전기적으로 절연된다.
서셉터(217)는 반응 용기(203) 내에 복수 매(5매)의 웨이퍼(200)를 동일면 상에 또한 회전 방향을 따라 동일원주 상에 배열하여 지지하도록 구성된다. 여기서 말하는 「동일면」이란 완전한 동일면에 한정되지 않고, 서셉터(217)를 상면에서 보았을 때에 복수 매의 웨이퍼(200)가 서로 중첩되지 않도록 배열되면 좋다.
서셉터(217) 표면에서의 웨이퍼(200)의 지지 위치에는 웨이퍼 재치부(217b)가 설치된다. 처리하는 웨이퍼(200)의 매수와 동일한 매수의 웨이퍼 재치부(217b)가 서셉터(217)의 중심으로부터 동심원 상의 위치에 서로 등간격(예컨대 72°의 간격)으로 배치된다. 또한 본 실시 형태에서는 각 영역이 동일한 넓이(용적)로 경계판(205)의 각도가 결정되지만 이는 예시에 지나지 않고, 경계판(205)의 각도는 임의로 결정할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
각각의 웨이퍼 재치부(217b)는 예컨대 서셉터(217)의 상면에서 보았을 때 원 형상이며, 측면에서 보았을 때 요(凹) 형상이다. 웨이퍼 재치부(217b)의 지름은 웨이퍼(200)의 지름보다 근소하게 커지도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 웨이퍼 재치부(217b) 내에 웨이퍼(200)를 재치하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 위치 결정을 용이하게 수행할 수 있고, 또한 서셉터(217)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(200)가 서셉터(217)로부터 돌출하는 등의 웨이퍼(200)의 위치 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
서셉터(217)에는 서셉터(217)를 승강시키는 승강 기구(268)가 설치된다. 서셉터(217)의 각 웨이퍼 재치부(217b)의 위치에는 관통공(217a)이 복수 설치된다. 전술한 반응 용기(203)의 저면(底面)에는 반응 용기(203) 내로의 웨이퍼(200)의 반입·반출 시에 웨이퍼(200)를 승강시키고 웨이퍼(200)의 이면(裏面)을 지지하는 웨이퍼 승강핀(266)이 복수 설치된다. 관통공(217a) 및 웨이퍼 승강핀(266)은 웨이퍼 승강핀(266)을 상승시켰을 때 또는 승강 기구(268)에 의해 서셉터(217)를 하강시켰을 때에, 웨이퍼 승강핀(266)이 서셉터(217)와는 접촉하지 않는 상태에서 관통공(217a)을 통과하도록 서로 배치된다.
승강 기구(268)에는 복수의 웨이퍼(200)가 순차적으로 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)을 통과하도록 서셉터(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(도시되지 않음)은 서셉터(217)에 접속되고, 서셉터(217)를 회전시키는 것에 의해 5개의 웨이퍼 재치부(217b)가 일괄하여 회전되도록 구성된다.
또한 회전 기구(267)에는 후술하는 컨트롤러(300)가 커플링부(267a)를 개재하여 접속된다. 커플링부(267a)는 예컨대 회전측과 고정측 사이를 금속 브러쉬 등에 의해 전기적으로 접속하는 슬립링 기구로서 구성된다. 이에 의해 서셉터(217)의 회전이 저해되지 않도록 이루어진다.
〔가열부〕
서셉터(217)의 내부에는 가열부로서의 히터(218)가 일체적으로 매립되고, 웨이퍼(200)를 가열할 수 있도록 구성된다. 히터(218)는 웨이퍼(200)의 표면을 소정 온도(예컨대 실온 내지 1,000℃ 정도)까지 가열 가능하도록 구성된다. 또한 히터(218)는 서셉터(217)에 재치된 각각의 웨이퍼(200)를 개별로 가열하도록 구성되어도 좋다.
서셉터(217)에는 온도 센서(249)가 설치된다. 히터(218) 및 온도 센서(249)에는 전력 공급선(222)을 개재하여 전력 조정기(224), 히터 전원(225) 및 온도 조정기(223)가 전기적으로 접속된다. 히터(218), 온도 센서(249), 전력 공급선(222), 전력 조정기(224), 히터 전원(225) 및 온도 조정기(223)는 각각 가열부를 구성한다.
〔원료 가스 공급계〕
반응 용기(203)의 천정부의 중앙부에는 제1 가스 도입부(281)가 설치된다. 제1 가스 도입부(281)의 상단에는 제1 가스 공급관(231a)의 하류단이 접속된다. 제1 가스 도입부(281)의 제1 처리 영역(206a) 측의 측벽에는 제1 처리 영역(206a)에 개구(開口)하는 제1 가스 분출구(251)가 설치된다.
제1 가스 공급관(231a)에는 상류 방향부터 순서대로 원료 가스 공급원(231b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(231c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(231d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(231a)으로부터 MFC(231c), 밸브(231d), 제1 가스 도입부(281) 및 제1 가스 분출구(251)를 개재하여 원료 가스가 제1 처리 영역(206a) 내에 공급된다.
또한 제1 가스 공급관(231a)의 밸브(231d)보다 하류측에는 불활성 가스 공급관(234a)의 하류단이 접속된다. 불활성 가스 공급관(234a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(234b), MFC(234c) 및 밸브(234d)가 설치된다. 불활성 가스 공급관(234a)으로부터는 MFC(234c), 밸브(234d), 제1 가스 공급관(231a), 제1 가스 도입부(281) 및 제1 가스 분출구(251)를 개재하여 불활성 가스가 제1 처리 영역(206a) 내에 공급된다. 제1 처리 영역(206a) 내에 공급되는 불활성 가스는 원료 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
여기서 말하는 「원료 가스」란 처리 가스 중 하나이며, 박막 형성 시에 원료가 되는 가스다. 예컨대 원료 가스는 박막을 구성하는 원소로서 예컨대 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 실리콘(Si), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스다.
본 실시 형태에서는 실리콘(Si) 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란 원료 가스가 사용된다. 여기서 할로실란 원료 가스란 기체 상태의 할로실란 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 할로실란 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 할로실란 원료 등을 말한다. 할로실란 원료란 할로겐기(基)를 포함하는 실란 원료다. 할로겐 원소는 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함한다.
할로실란 원료 가스로서는 예컨대 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉 클로로실란 원료 가스를 이용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는 예컨대 디클로로실란(Si2H2Cl2, 약칭: DCS) 가스를 이용할 수 있다.
구체적으로는 본 실시 형태에서 원료 가스는 예컨대 DCS가스다. 원료 가스의 원료가 상온에서 기체인 경우, MFC(231c)는 기체용 매스 플로우 컨트롤러다. 또한 원료 가스의 원료가 상온에서 액체인 경우, MFC(231c)는 액체용 매스 플로우 컨트롤러이며, MFC(231c) 및 밸브(231d) 사이에는 기화기가 설치된다. 또는 버블링 방식의 경우, MFC(231c)는 캐리어 가스용 매스 플로우 컨트롤러이며, 원료 가스 공급원(231b)의 상류에 접속된다.
주로 제1 가스 공급관(231a), MFC(231c), 밸브(231d), 제1 가스 도입부(281) 및 제1 가스 분출구(251)에 의해 원료 가스 공급계(제1 가스 공급계 또는 원료 가스 공급부라고 불러도 좋다)가 구성된다. 또한 원료 가스 공급원(231b)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 불활성 가스 공급관(234a), MFC(234c), 밸브(234d)를 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
〔불활성 가스 공급계〕
반응 용기(203)의 천정부의 중앙부에는 불활성 가스 도입부(282)가 설치된다. 불활성 가스 도입부(282)의 제1 퍼지 영역(207a) 측 및 제2 퍼지 영역(207b)측에서의 측벽에는 각각 제1 퍼지 영역(207a)에 개구하는 제1 불활성 가스 분출구(256), 제2 퍼지 영역(207b)에 개구하는 제2 불활성 가스 분출구(257)가 설치된다.
불활성 가스 도입부(282)의 상단에는 제2 가스 공급관(232a)의 하류단이 접속된다. 제2 가스 공급관(232a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(232b), MFC(232c) 및 밸브(232d)가 설치된다. 제2 가스 공급관(232a)으로부터는 MFC(232c), 밸브(232d), 불활성 가스 도입부(282), 제1 불활성 가스 분출구(256) 및 제2 불활성 가스 분출구(257)를 개재하여 불활성 가스가 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 각각 공급된다. 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 공급되는 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
주로 제2 가스 공급관(232a), MFC(232c), 밸브(232d), 불활성 가스 도입부(282), 불활성 가스 분출구(256), 불활성 가스 분출구(257)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(232b)을 불활성 가스 공급계(불활성 가스 공급부라고도 부른다)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
여기서 「불활성 가스」는 예컨대 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스 중 적어도 어느 하나다. 여기서는 불활성 가스는 예컨대 N2가스다.
〔반응 가스 공급계〕
반응 용기(203)의 천정부이며 제2 처리 영역(206b)의 상방에는 연통구(203a)(連通口)가 설치된다. 연통구(203a)에는 후술하는 플라즈마 생성실(290)이 접속된다. 플라즈마 생성실(290)의 천정(292)에 반응 가스 도입공(292a)이 설치되고, 반응 가스 도입공(292a))에는 반응 가스 공급계(233)(반응 가스 공급부라고도 부른다)가 접속된다.
반응 가스 도입공(292a)에는 제3 가스 공급관(233a)의 하류단이 접속된다. 제3 가스 공급관(233a)에는 상류 방향부터 순서대로 반응 가스 공급원(233b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(233c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(233d)가 설치된다.
반응 가스 공급원(233b)으로부터 전술의 Si원소와는 다른 원소(제2 내지 제4 원소)를 포함하는 리액턴트로서 예컨대 반응 가스로서의 질소(N) 함유 가스가 MFC(233c), 밸브(233d), 플라즈마 생성실(290), 연통구(203a)를 개재하여 반응 가스가 제2 처리 영역(206b) 내에 공급된다. N함유 가스로서는 예컨대 질화수소계 가스를 이용할 수 있다. 질화수소계 가스는 N 및 H의 2원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 후술하는 기판 처리 공정에서 질화 가스, 즉 N소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다.
또한 제3 가스 공급관(233a)의 밸브(233d)보다 하류측에는 불활성 가스 공급관(235a)의 하류단이 접속된다. 불활성 가스 공급관(235a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(235b), MFC(235c) 및 밸브(235d)가 설치된다. 불활성 가스 공급관(235a)으로부터는 MFC(235c), 밸브(235d), 제3 가스 공급관(233a), 플라즈마 생성실(290), 연통구(203a)를 개재하여 불활성 가스가 제3 처리 영역(206c) 내에 공급된다. 제3 처리 영역(206c) 내에 공급되는 불활성 가스는 제1 처리 영역(206a) 내에 공급되는 불활성 가스와 마찬가지로 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
여기서 말하는 「반응 가스」란 처리 가스 중 하나이며, 후술하는 바와 같이 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200) 상에 원료 가스에 의해 형성된 제1층과 반응하는 가스다. 반응 가스는 예컨대 NH3가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스 및 산소(O2) 가스 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합이다. 또한 반응 가스는 원료 가스보다 점착도(점도)가 낮은 재료가 이용된다. 본 실시 형태에서 반응 가스는 NH3가스다.
주로 제3 가스 공급관(233a), MFC(233c), 밸브(233d), 반응 가스 도입공(292a)에 의해 반응 가스 공급부(제2 가스 공급부)가 구성된다. 또한 반응 가스 공급원(233b)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 불활성 가스 공급관(235a), MFC(235c), 밸브(235d)를 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
〔배기계〕
도 4에 도시되는 바와 같이 반응 용기(203)의 저부(底部)에는 반응 용기(203) 내를 배기하는 배기구(240)가 설치된다. 예컨대 배기구(240)는 복수 설치되고, 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)의 각각의 저부에 설치된다.
각각의 배기구(240)에는 배기관(241)의 상류단이 접속된다. 예컨대 각각의 배기구(240)에 접속된 배기관(241)은 하류측에서 하나로 합류된다. 배기관(241)의 합류 부분보다 하류측에는 압력 센서(248), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(243) 및 개폐 밸브로서의 밸브(245)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되고, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다. APC밸브(243)는 밸브를 개폐하여 처리실(201) 내의 진공 배기나 진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브의 개도(開度)를 조절하여 처리실(201) 내의 압력을 조정 가능하도록 이루어진 개폐 밸브다. 주로 배기관(241), APC밸브(243) 및 밸브(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한 배기계(배기부라고도 부른다)에는 압력 센서(248) 및 진공 펌프(246)를 포함시켜도 좋다.
〔플라즈마 생성부〕
반응 용기(203)의 제2 처리 영역(206b)에서의 천정부에는 기판[예컨대 웨이퍼(200)]의 지름보다 큰 지름을 가지는 연통구(203a)가 설치된다. 연통구(203a)에는 플라즈마 생성실(290)이 접속된다. 플라즈마 생성실(290)은 측벽(291) 및 천정(292)을 포함하고, 천정(292)에 설치된 반응 가스 도입공(292a)을 개재하여 반응 가스 공급계에 접속된다. 측벽(291)은 통 형상 구조이며, 외주에 코일(293)이 권회된다. 측벽(291)은 예컨대 석영으로 구성되고, 지름은 기판보다 크다. 측벽(291)은 연통구(203a)와 마찬가지의 지름을 가진다. 연통구(203a)는 웨이퍼(200)의 외주가 연통구(203a)의 내측을 통과하는 위치에 배치된다.
중력 방향에서 천정(292)에 설치된 반응 가스 도입공(292a)과 코일(293)의 상단 사이에는 가스 분산 구조(294)가 설치된다. 가스 분산 구조(294)는 가스 분산판(294a)과, 그것을 천정에 고정하는 고정 구조(294b)를 가진다. 가스 분산판(294a)은 공(孔)이 없는 원판이며, 반응 가스 도입공(292a)으로부터 공급되는 가스를 코일(293) 근방으로 유도하도록 지름 방향의 부재(部材)는 코일(293)의 방향으로 연장된다. 고정 구조(294b)는 복수의 기둥으로 구성되어, 가스 도입공(292a)으로부터 공급되는 가스의 흐름을 저해하지 않는 구조로 이루어진다. 고정 구조(294b)의 일단(一端)은 가스 분산판(294a)의 일부에 고정되고, 타단(他端)은 천정(292)에 고정된다.
전술과 같이 중력 방향에서 코일(293)의 상단은 가스 분산판(294a)보다 하방(下方)에 위치된다. 코일(293)은 차폐판(295)에 둘러싸여 있다. 차폐판(295)은 코일(293)로부터 발생하는 전자파 등을 차단한다.
도 6에 도시하는 바와 같이 코일(293)은 원주를 구성하는 부분, 즉 측벽(291)에 인접하는 부분의 곡률이 일정한 형상을 가진다. 곡률을 일정하게 하는 것에 의해 코일에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 자장(磁場)이 측벽(291)의 내주(內周)를 따라 균일해지고, 이에 의해 생성되는 플라즈마(290a)의 주방향의 밀도를 균일하게 하는 것이 가능해진다.
코일(293)에는 전력 공급부로서의 파형(波形) 조정 회로(296), RF센서(297), 고주파 전원(298)과 주파수 정합기(299)가 각각 접속된다.
고주파 전원(298)은 코일(293)에 고주파 전력을 공급한다. RF센서(297)는 고주파 전원(298)의 출력측에 설치된다. RF센서(297)는 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터 한다. 주파수 정합기(299)는 RF센서(297)로 모니터 된 반사파의 정보에 기초하여 반사파가 최소가 되도록 고주파 전원(298)을 제어한다.
코일(293)은 소정의 파장(波長)의 정재파를 형성하기 위해서 일정 파장 모드로 공진(共振)하도록 권취(卷取) 지름, 권회 피치, 권취 수가 설정된다. 즉 코일(293)과 인접하는 파형 조정 회로(296)(상세 후술)를 합친 전기적 길이는 고주파 전원(298)으로부터 공급되는 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)에 상당하는 길이로 설정된다. 예컨대 13.56MHz의 경우 1파장의 길이는 약 22미터, 27.12MHz의 경우 1파장의 길이는 약 11미터, 54.24MHz의 경우 1파장의 길이는 약 5.5미터가 된다.
코일(293)의 양단은 전기적으로 접지(接地)되지만, 코일(293)의 적어도 일단은 장치의 최초 설치 시 또는 처리 조건 변경 시에 상기 공진 코일의 전기적 길이를 미조정(微調整)하기 위해서 가동 탭을 개재하여 접지된다. 코일(293)의 타단은 고정 그라운드에 접속된다. 또한 장치의 최초 설치 시 또는 처리 조건 변경 시에 코일(293)의 임피던스를 미조정하기 위해서 코일(293)이 접지된 양단 사이에는 가동 탭에 의해 급전부(給電部)가 구성된다.
즉 코일(293)은 전기적으로 접지된 그라운드부를 양단에 구비하고, 또한 고주파 전원(298)으로부터 전력 공급되는 급전부를 각 그라운드부 사이에 구비한다. 또한 적어도 일방(一方)의 그라운드부는 위치 조정 가능한 가변식 그라운드부로 이루어지고, 그리고 급전부는 위치 조정 가능한 가변식 급전부로 이루어진다. 코일(293)이 가변식 그라운드부 및 가변식 급전부를 구비하는 경우에는 후술하는 바와 같이 처리실(201)의 공진 주파수 및 부하 임피던스를 조정할 때, 더 간편하게 조정할 수 있다. 플라즈마의 생성 원리에 대해서는 후술한다.
차폐판(295)은 코일(293)의 외측으로의 전자파의 누설을 차폐하는 것과 함께, 공진 회로를 구성하는 데 필요한 용량 성분을 코일(293)과의 사이에 형성하기 위해서 설치된다. 차폐판(295)은 일반적으로는 알루미늄 합금, 구리 또는 동합금 등의 도전성 재료를 사용하여 원통 형상으로 형성된다. 차폐판(295)은 코일(293)의 외주로부터 예컨대 5mm 내지 150mm 정도 이격하여 배치된다.
고주파 전원(298)의 출력측에는 RF센서(297)가 설치되고, 코일(293)을 향하는 진행파, 코일(293)로부터 반사하는 반사파 등을 모니터한다. RF센서(297)에 의해 모니터 된 반사파 전력은 주파수 정합기(299)에 입력된다. 주파수 정합기(299)는 반사파가 최소가 되도록 주파수를 제어한다.
주로 플라즈마 생성실(290), 코일(293), 파형 조정 회로(296), RF센서(297), 주파수 정합기(299)에 의해 본 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부가 구성된다. 또한 플라즈마 생성부로서 고주파 전원(298)을 포함시켜도 좋다.
여기서 본 실시 형태에 따른 장치의 플라즈마 생성 원리 및 생성되는 플라즈마의 성질에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다.
코일(293)은 소정의 파장의 정재파를 형성하기 위해서 전(全)파장 모드로 공진하도록 권취 지름, 권회 피치, 권취 수가 설정된다. 즉 코일(293)과 파형 조정 회로(296)를 합친 전기적 길이는 고주파 전원(298)으로부터 주어지는 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)로 설정된다.
구체적으로는 인가하는 전력이나 발생 시키는 자계(磁界) 강도 또는 적용하는 장치의 외형 등을 감안하고, 코일(293)은 예컨대 800kHz 내지 50MHz, 0.5KW 내지 5KW의 고주파 전력에 의해 0.01가우스 내지 10가우스 정도의 자장을 발생할 수 있도록 50mm2 내지 300mm2의 유효 단면적이며 또한 200mm 내지 500mm의 코일 지름으로 이루어지고, 측벽(291)을 형성하는 부분의 외주측에 2회 내지 60회 정도 권회된다. 또한 코일(293)을 구성하는 소재로서는 구리 파이프, 구리 박판(薄板), 알루미늄 파이프, 알루미늄 박판, 폴리머 벨트에 구리 또는 알루미늄을 증착한 소재 등이 사용된다.
또한 코일(293)의 일단 또는 양단은, 상기 공진 코일의 전기적 길이 설치 시에 미조정하고 공진 특성을 고주파 전원(298)과 대략 마찬가지로 하기 위해서, 통상적으로는 가동 탭을 개재하여 접지된다. 또한 위상 및 반대 위상 전류가 코일(293)의 전기적 중점에 관하여 대칭으로 흐르도록 코일(293)의 일단(또는 타단 또는 양단)에는 파형 조정 회로(296)가 삽입된다. 파형 조정 회로는 코일(293)의 단부를 전기적으로 비접속 상태로 하거나 또는 전기적으로 등가의 상태로 설정하는 것에 의해 개로(開路)로 구성한다. 또한 코일(293)의 단부는 초크 직렬 저항에 의해 비접지로 하여 고정 기준 전위에 직류 접속되어도 좋다.
차폐판(295)은 코일(293)의 외측의 전계를 차폐하는 것과 함께 공진 회로를 구성하는 데 필요한 용량 성분(C성분)을 코일(293)과의 사이에 형성하기 위해서 설치된다. 차폐판(295)은 일반적으로는 알루미늄 합금, 구리 또는 동합금 등의 도전성 재료를 사용하여 원통 형상으로 구성된다. 차폐판(295)은 코일(293)의 외주로부터 5mm 내지 150mm 정도 이격하여 배치된다. 그리고 통상적으로 차폐판(295)은 코일(293)의 양단과 전위가 동일해지도록 접지되지만, 코일(293)의 공진수를 정확하게 설정하기 위해서 차폐판(295)의 일단 또는 양단은 탭 위치를 조정 가능하도록 한다. 또는 공진수를 정확하게 설정하기 위해서 코일(293)과 차폐판(295) 사이에 트리밍 커패시턴스를 삽입해도 좋다.
고주파 전원(298)은 발진 주파수 및 출력을 규정하기 위한 고주파 발진 회로 및 프리앰프를 포함하는 전원 제어 수단(컨트롤 회로)과, 소정의 출력으로 증폭하기 위한 증폭기(출력 회로)를 구비한다. 전원 제어 수단은 조작 패널을 통해서 미리 설정된 주파수 및 전력에 관한 출력 조건에 기초하여 증폭기를 제어하고, 증폭기는 상기 코일(293)에 전송 선로를 개재하여 일정의 고주파 전력을 공급한다.
또한 코일(293)에 의해 구성되는 플라즈마 발생 회로는 RLC의 병렬 공진 회로로 구성된다. 고주파 전원(298)의 파장과 코일(293)의 전기적 길이가 같은 경우, 코일(293)의 공진 조건은 코일(293)의 용량 성분이나 유도 성분에 의해 만들어지는 리액턴스 성분이 상쇄되어 순저항이 되는 것이다. 하지만 상기 플라즈마 발생 회로에서는 플라즈마를 발생시킨 경우, 코일(293)의 전압부와 플라즈마 사이의 용량 결합, 플라즈마 생성실(290) 내의 플라즈마의 변동이나, 플라즈마의 여기(勵起) 상태에 의해 실제의 공진 주파수가 근소하게 변동한다.
그렇기 때문에 본 실시 형태에서는 플라즈마 발생 시의 코일(293)에서의 공진의 어긋남을 전원측에서 보상하기 위해서 주파수 정합기(299)는 플라즈마가 발생했을 때의 코일(293)로부터의 반사파 전력을 검출하여 출력을 보완하는 기능을 가진다. 이와 같은 구성에 의해 본 발명의 공진 장치에서는 코일(293)에서 한층 정확하게 정재파를 형성할 수 있어 용량 결합이 지극히 적은 플라즈마를 발생 시킬 수 있다.
즉 상기 주파수 정합기(299)는 플라즈마가 발생했을 때의 상기 코일(293)로부터의 반사파 전력을 검출하고, 반사파 전력이 최소가 되도록 상기 소정 주파수를 증가 또는 감소시킨다. 구체적으로는 주파수 정합기(299)에는 미리 설정된 발진 주파수를 보정하는 주파수 제어 회로가 구성되고, 또한 증폭기의 출력측에는 전송 선로에서의 반사파 전력을 검출하고 그 전압 신호를 주파수 제어 회로에 피드백하는 주파수 정합기(299)의 일부로서의 반사파 파워미터가 설치(介裝)된다.
주파수 제어 회로는 반사파 파워미터로부터의 전압 신호가 입력되고 또한 상기 전압 신호를 주파수 신호로 디지털 변환하는 A/D컨버터, 변환된 반사파에 상당하는 주파수 신호의 값과 미리 설정 기억된 발진 주파수의 값을 가감산 처리하는 연산 처리 회로, 가감산 처리하여 얻어진 주파수의 값을 전압 신호에 아날로그 변환하는 D/A컨버터 및 D/A컨버터로부터의 인가 전압에 따라 발진하는 전압 제어 발진기에 의해 구성된다. 따라서 주파수 제어 회로는 플라즈마 점등 전에는 코일(293)의 무부하 공진 주파수로 발진하고, 플라즈마 점등 후에는 반사 전력이 최소가 되도록 상기 소정 주파수를 증가 또는 감소시킨 주파수를 발진하고, 결과적으로는 전송 선로에서의 반사파가 제로가 되도록 주파수 신호를 증폭기에 보낸다.
본 실시 형태에서는 플라즈마 생성실(290)의 내부를 예컨대 0.01Torr 내지 50Torr로 감압한 후, 상기 진공도를 유지하면서 플라즈마 생성실(290)에 플라즈마용 가스(본 실시 형태에서는 질소 함유 가스)를 공급한다. 그리고 고주파 전원(298)으로부터 코일(293)에 예컨대 27.12MHz, 2KW의 고주파 전력을 공급하면, 플라즈마 생성실(290)의 내부에 유도 전계가 발생하고, 그 결과 공급된 가스가 플라즈마 생성실(290)에서 플라즈마 상태가 된다.
고주파 전원(298)에 부설된 주파수 정합기(299)는 발생한 플라즈마의 용량 결합이나 유도 결합의 변동에 의한 코일(293)에서의 공진점의 어긋남을 고주파 전원(298)측에서 보상한다. 즉 주파수 정합기(299)의 RF센서(297)는 플라즈마의 용량 결합이나 유도 결합의 변동에 의한 반사파 전력을 검출하고, 반사파 전력이 최소가 되도록 반사파 전력의 발생 요인인 공진 주파수의 어긋남에 상당하는 분량만 상기 소정 주파를 증감시켜, 플라즈마 조건 하에서의 코일(293)의 공진 주파수의 고주파를 증폭기에 출력시킨다.
바꿔 말하면, 본 발명의 공진 장치에서는 플라즈마 발생 시 및 플라즈마 생성 조건 변동 시의 코일(293)의 공진점의 어긋남에 따라 정확하게 공진하는 주파수의 고주파를 출력하기 위해서 코일(293)로 한층 정확하게 정재파를 형성할 수 있다. 즉 도 7에 도시하는 바와 같이 코일(293)에서는 플라즈마를 포함하는 상기 공진기의 실제의 공진 주파수의 송전에 의해 위상 전압과 반대 위상 전압이 상시 상쇄되는 상태의 정재파가 형성되고, 코일의 전기적 중점(中點)(전압이 제로인 노드)에 가장 높은 위상 전류가 발생(生起)된다. 따라서 상기 전기적 중점에서 여기된 유도 플라즈마는 처리실 벽이나 기판 재치대와의 용량 결합이 거의 없고, 플라즈마 생성실(290) 중에는 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 링 형상이고 주 방향으로 균일한 밀도를 가지는 플라즈마(290a)를 형성할 수 있다.
〔제어부〕
다음으로 도 8을 이용하여 본 실시 형태의 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(300)에 대하여 설명한다.
도 8에 도시되는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(300)는 CPU(301a)(Central Processing Unit), RAM(301b)(Random Access Memory), 기억 장치(301c), I/O 포트(301d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(301b), 기억 장치(301c), I/O 포트(301d)는 내부 버스(301e)를 개재하여 CPU(301a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(300)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(302)가 접속된다.
기억 장치(301c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(301c) 내에는 기판 처리 장치(10)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 성막 처리 등의 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피가 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(300)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(301b)는 CPU(301a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지(保持)되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(301d)는 전술한 MFC(231c, 232c, 233c, 234c, 235c), 밸브(231d, 232d, 233d, 234d, 235d), 압력 센서(248), APC밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(218), 온도 센서(249), 반응 가스 플라즈마 생성부(270a)의 정합기(272a) 및 고주파 전원(298a), 개질 가스 플라즈마 생성부(270b)의 정합기(272b) 및 고주파 전원(298b), 회전 기구(267), 승강 기구(268) 등에 접속된다. 또한 I/O 포트(301d)는 도시되지 않는 전력 조정기(224), 히터 전원(225) 및 온도 조정기(223)에도 접속된다.
CPU(301a)는 기억 장치(301c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(302)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(301c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(301a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 MFC(231c, 232c, 233c, 234c, 235c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(231d, 232d, 233d, 234d, 235d)의 개폐 동작, APC밸브(243)의 개폐 동작 및 압력 센서(248)에 기초하는 APC밸브(243)에 의한 압력 조정 동작, 온도 센서(249)에 기초하는 히터(218)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 서셉터(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 승강 기구(268)에 의한 서셉터(217)의 승강 동작, 고주파 전원(298a)에 의한 전력 공급 및 정지 등을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(300)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(303)[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(303)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(300)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(303)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(303)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(301c)나 외부 기억 장치(303)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(301c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(303) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(3) 기판 처리 공정.
다음으로 도 9 및 도 10을 이용하여 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대하여 설명한다.
여기서는 원료 가스로서 DCS가스를 이용하고 반응 가스로서 NH3가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 실리콘질화(SiN)막을 형성하는 제1 실시 형태에서의 실시예에 대하여 설명한다. 또한 SiN막이 형성되는 웨이퍼(200)에는 예컨대 반도체 장치를 가공한 단차부(段差部)가 형성된다.
〔기판 반입·재치 공정(S110)〕
예컨대 최대 25매의 웨이퍼(200)가 수납된 포드(100)가 공정 내 반송 장치에 의해 반송되고, 로드 포트(105) 상에 재치된다. 포드(100)의 캡(100a)이 포드 오프너(108)에 의해 제거되어 포드(100)의 기판 출입구가 개방된다. 제2 웨이퍼 이재기(124)는 포드(100)로부터 웨이퍼(200)를 픽업하여 노치 맞춤 장치(106) 상에 재치한다. 노치 맞춤 장치(106)는 웨이퍼(200)의 위치 조정을 수행한다. 제2 웨이퍼 이재기(124)는 웨이퍼(200)를 노치 맞춤 장치(106)로부터 대기압의 상태인 예비실(122) 내에 반입한다. 게이트 밸브(128)가 닫히고 예비실(122) 내가 배기 장치(도시되지 않음)에 의해 부압으로 배기된다.
프로세스 챔버(202)에서는 서셉터(217)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 서셉터(217)의 관통공(217a)에 웨이퍼 승강핀(266)을 관통시킨다. 그 결과 웨이퍼 승강핀(266)이 서셉터(217) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 소정의 게이트 밸브를 열고 제1 웨이퍼 이재기(112)를 이용하여 처리실(201) 내에 소정 매수(예컨대 5매)의 웨이퍼(200)(처리 기판)를 반입한다. 그리고 서셉터(217)의 도시되지 않는 회전축을 중심으로 하여 각 웨이퍼(200)가 중첩되지 않도록 서셉터(217)의 회전 방향을 따라 재치한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출한 웨이퍼 승강핀(266) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리실(201) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 제1 웨이퍼 이재기(112)를 프로세스 챔버(202) 외로 퇴피시키고, 소정의 게이트 밸브를 닫고 반응 용기(203) 내를 밀폐한다. 그 후, 서셉터(217)를 상승시키는 것에 의해 서셉터(217)에 설치된 각 웨이퍼 재치부(217b) 상에 웨이퍼(200)를 재치한다.
또한 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입할 때에는 배기계에 의해 처리실(201) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉 진공 펌프(246)를 작동시켜 APC밸브(243)를 여는 것에 의해 처리실(201) 내를 배기한 상태에서 적어도 제2 가스 공급부(232)의 밸브(232d)를 여는 것에 의해 처리실(201) 내에 N2가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리실(201) 내로의 파티클의 침입이나 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 제3 가스 공급계부로부터 불활성 가스를 공급해도 좋다. 또한 진공 펌프(246)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S110) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S160)이 종료할 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(200)를 서셉터(217) 상에 재치할 때에는 서셉터(217)의 내부에 매립된 히터(218)에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 웨이퍼(200)의 온도는 예컨대 실온 이상 650℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 400℃ 이하다. 이때 히터(218)의 온도는 온도 센서(249)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(218)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 또한 히터(218)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S110) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S170)이 종료할 때까지의 사이는 상시 통전시킨 상태로 한다.
〔서셉터 회전 시작 공정(S120)〕
우선 웨이퍼(200)가 각 웨이퍼 재치부(217b)에 재치되면, 회전 기구(267)에 의해 R 방향으로 서셉터(217)의 회전이 시작된다. 이때 서셉터(217)의 회전 속도는 컨트롤러(300)에 의해 제어된다. 서셉터(217)의 회전 속도는 예컨대 1회전/분 이상 100회전/분 이하다. 구체적으로는 회전 속도는 예컨대 60회전/분이다. 서셉터(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b)의 순서대로 이동시키도록 컨트롤러(300)는 회전 기구(267)의 회전을 시작한다.
〔가스 공급 시작 공정(S130)〕
웨이퍼(200)가 가열되어 원하는 온도에 도달하고 서셉터(217)가 원하는 회전 속도에 도달하면, 밸브(231d)를 열고 제1 처리 영역(206a) 내에 DCS가스의 공급을 시작한다. 이와 병행하여 밸브(232d) 및 밸브(232f)를 열고 제2 처리 영역(206b) 내에 NH3가스를 공급한다.
이때 DCS가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(231c)를 조정한다. 또한 DCS가스의 공급 유량은 예컨대 50sccm 이상 500sccm 이하다. 또한 DCS가스와 함께 제1 가스 공급부(231)의 불활성 가스 공급부(234)로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다.
또한 NH3가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(233c)를 조정한다. 또한 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 NH3가스와 함께 제3 가스 공급부의 불활성 가스 공급부(235)로부터 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다.
또한 기판 반입·재치 공정(S110) 후 계속해서 배기부에 의해 처리실(201) 내가 배기되는 것과 함께 불활성 가스 공급계로부터 제1 퍼지 영역(207a) 내 및 제2 퍼지 영역(207b) 내에 퍼지 가스로서의 N2가스가 공급된다. 또한 APC밸브(243)의 개도를 적절히 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다.
〔성막 공정(S140)〕
다음으로 성막 공정(S140)을 설명한다. 여기서는 성막 공정(S140)의 기본적인 흐름에 대하여 설명하고, 상세는 후술한다.
성막 공정(S140)에서는 우선 코일(293)에 전력을 공급한다. 플라즈마 생성실(290) 내의 플라즈마 생성 공간에 공급된 NH3가스는 플라즈마 상태가 된다. 각 웨이퍼(200)는 제1 처리 영역(206a)에서 제1층으로서의 Si함유층이 형성된다. 또한 제2 처리 영역(206b)에서 Si함유층과 NH3플라즈마가 반응하여 웨이퍼(200) 상에 제2층으로서의 SiN막이 형성된다. 또한 원하는 막 두께가 되도록 서셉터(217)를 소정 횟수 회전시켜도 좋다.
〔가스 공급 정지 공정(S150)〕
원하는 막 두께가 되도록 서셉터(217)를 소정 횟수 회전시킨 후, 밸브(231d, 232d, 233d)를 닫고, 제1 처리 영역(206a)으로의 DCS가스의 공급, 제2 처리 영역(206b)으로의 NH3가스의 공급 및 퍼지 가스 공급 영역으로의 불활성 가스의 공급을 정지한다.
성막 공정(S140)에서 밸브(234d), 밸브(235d)를 연 경우에는 밸브(234d), 밸브(235d)를 닫고 불활성 가스의 공급을 정지한다.
〔서셉터 회전 정지 공정(S160)〕
가스 공급 정지 공정(S150) 후, 서셉터(217)의 회전을 정지한다.
〔기판 반출 공정(S170)〕
다음으로 서셉터(217)를 하강시켜 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출시킨 웨이퍼 승강핀(266) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 소정의 게이트 밸브를 열고 제1 웨이퍼 이재기(112)를 이용하여 웨이퍼(200)를 반응 용기(203) 외로 반출한다. 또한 불활성 가스 공급계에 의한 처리실(201) 내로의 불활성 가스로서의 N2가스의 공급을 정지한다.
계속해서 성막 공정(S140)의 상세를 도 10을 이용하여 설명한다. 또한 제1 처리 영역(206a) 통과 공정(S210) 내지 제2 퍼지 영역 통과 공정(S240)까지는 서셉터(217) 상에 재치된 복수의 기판 내, 1매의 기판을 주로 설명한다.
도 10에 도시되는 바와 같이 성막 공정(S140)에서는 서셉터(217)의 회전에 의해 복수의 웨이퍼(200)를 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b) 및 제2 퍼지 영역(207b)의 순서대로 통과시킨다.
우선 제3 가스 공급관(233a)으로부터 반응 가스 도입공(292a)을 개재하여 플라즈마 생성실(290)에 NH3가스를 공급한다. 공급된 NH3가스는 분산판(294a)에 충돌하여 측벽(291) 방향으로 확산된다. 확산된 NH3가스는 측벽(291)을 따라 코일(293)의 근방에 공급된다.
공급되는 NH3가스의 유량이 안정되면, 플라즈마 생성실(290)에 의해 제2 처리 영역(206b) 내에 NH3플라즈마의 생성을 시작한다. 구체적으로는 처리실(201) 내의 압력이 안정되면, 코일(293)에 대하여 고주파 전원(298)에 의해 고주파 전력의 인가를 시작한다.
이에 의해 플라즈마 생성실(290) 내에 자장이 형성되어, 플라즈마 생성실(290) 내의 코일(293)의 전기적 중점에 상당하는 높이 위치에 링 형상의 유도 플라즈마가 여기된다. 플라즈마 상(狀)의 NH3가스는 해리(解離)하고, 질소(N)를 포함하는 질소 활성종, 이온 등의 반응종을 생성한다.
전술한 바와 같이 위상 전압과 반대 위상 전압이 상시 상쇄되는 상태의 정재파가 형성되어, 코일의 전기적 중점(전압이 제로인 노드)에 가장 높은 위상 전류가 생기된다. 따라서 상기 전기적 중점에서 여기된 유도 플라즈마는 처리실 벽이나 기판 재치대와의 용량 결합이 거의 없고, 플라즈마 생성실(290) 중에는 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 링 형상의 플라즈마를 형성할 수 있다.
또한 전술과 같이 고주파 전원(298)에 부설된 전원 제어 수단이 플라즈마의 용량 결합이나 유도 결합의 변동에 의한 코일(293)에서의 공진점의 어긋남을 보상하고 한층 정확하게 정재파를 형성하기 때문에 용량 결합이 거의 없고, 보다 확실하게 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 플라즈마를 플라즈마 생성 공간 중에 형성할 수 있다.
전기적 포텐셜이 지극히 낮은 플라즈마가 생성되기 때문에 플라즈마 생성실(290)의 벽이나 기판 재치대 상에 시스(sheath)의 발생을 방지할 수 있다. 따라서 플라즈마중의 이온은 가속되지 않는다.
〔제1 처리 영역 통과(S210)〕
웨이퍼(200)가 제1 처리 영역(206a)을 통과할 때에 DCS가스가 웨이퍼(200)에 공급된다. 이때 제1 처리 영역(206a) 내에는 반응 가스가 없기 때문에 DCS가스의 분자는 반응 가스와 반응하지 않고 직접 웨이퍼(200)의 표면에 접촉(부착)한다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 표면에는 제1층이 형성된다.
여기서 말하는 「제1층」이란 DCS가스가 분해되어 웨이퍼(200)에 부착된 Si원자 및 DCS가스 분자의 일부 및 분해되지 않고 웨이퍼(200)에 부착된 DCS가스의 분자 중 어느 하나 또는 이 결합 분자를 포함하는 층이다.
또한 「제1층」이란 예컨대 Si를 포함하는 연속적인 층, Si를 포함하는 불연속적인 층이나 이들이 중첩되어 이루어지는 박막도 포함하는 총칭이다. Si를 포함하는 연속적인 층을 박막이라고 부르는 경우도 있다. 또한 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1층의 두께가 수원자층을 초과하면, 반응 가스의 플라즈마 조사(照射)에 의한 반응 또는 개질의 작용이 제1층의 전체에 전달되지 않는다. 또한 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 제1층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서 제1층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다.
제1층은 예컨대 처리실(201) 내의 압력, DCS가스의 유량, 서셉터(217)의 온도, 제1 처리 영역(206a)의 통과에 걸리는 시간[제1 처리 영역(206a)에서의 처리 시간] 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
〔제1 퍼지 영역 통과(S220)〕
다음으로 웨이퍼(200)는 제1 처리 영역(206a)을 통과한 후에 제1 퍼지 영역(207a)으로 이동한다. 웨이퍼(200)가 제1 퍼지 영역(207a)을 통과할 때에 제1 처리 영역(206a)에서 웨이퍼(200) 상에서 강고한 결합을 형성하지 못한 DCS분자 또는 DCS분자의 일부 등이 불활성 가스로서의 N2가스에 의해 웨이퍼(200) 상으로부터 제거된다.
〔제2 처리 영역 통과(S230)〕
다음으로 웨이퍼(200)는 제1 퍼지 영역(207a)을 통과한 후에 제2 처리 영역(206b)으로 이동한다. 웨이퍼(200)가 제2 처리 영역(206b)을 통과할 때에 제2 처리 영역(206b)에서는 제1층이 반응 가스로서의 NH3가스의 플라즈마와 반응한다.
플라즈마 생성실(290)에서는 전술과 같이 링 형상의 플라즈마(290a)가 형성되어, 웨이퍼(200)는 그 하방을 통과한다. 통과할 때, 도 11에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)는 수평 방향에서 측벽(291)[연통구(203a)] 내주의 하방을 통과한다.
링 형상 플라즈마(290a)의 밀도는 주방향에서 균일하기 때문에 웨이퍼(200)의 지름 방향에서의 중앙부(200c)와 단부(200e)에서는 후술하는 비교예에서의 플라즈마에 비해 마찬가지의 밀도의 플라즈마가 공급된다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(200)에 플라즈마가 조사될 때에 중심 부분은 플라즈마가 발생하지 않는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 중심부에 조사되는 플라즈마가 조정되어 웨이퍼(200)의 중심부와 웨이퍼(200)의 단부에 조사되는 플라즈마가 균등화된다. 결과적으로 플라즈마를 원형으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 면내에 마찬가지의 강도의 플라즈마가 조사된다. 이에 의해 성막에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si함유층을 질화하는 데 필요한 일정량 이상의 플라즈마가 조사될 것으로 보인다. 따라서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유막은 NH3 플라즈마(반응 가스의 플라즈마)에 의해 균일하게 처리된다.
플라즈마 처리에서는 NH3가스의 활성종 중 N원자는 제1층 중의 Si원자와 결합하고, NH3가스의 활성종 중 H원자는 제1층 중의 염소(Cl) 원자(클로로기)와 반응하여 HCl이 되어서 제1층으로부터 탈리(脫離)한다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에는 적어도 Si 및 N을 포함하는 제2층이 형성된다.
여기서 말하는 「제2층」이란 예컨대 연속적 또는 불연속적으로 형성된 제1층 상에 제1층 중의 Si원자 등과 결합하여 연속적 또는 불연속적으로 배열된 N원자, 질소 분자 또는 NH3분자를 함유하는 층이나, 연속적 또는 불연속적으로 형성된 제1층 중에 제1층 중의 Si원자 등과 결합한 N원자, 질소 분자 또는 NH3분자를 함유하는 층 등을 말한다.
제2층은 예컨대 반응 용기(203) 내의 압력, NH3가스의 유량, 서셉터(217)의 온도, 반응 가스 플라즈마 생성부(270a)의 전력 공급 상태 등에 따라 소정의 두께, 소정의 분포, 제1층에 대한 소정의 N원자 등의 침입 깊이를 가지도록 형성된다.
〔제2 퍼지 영역 통과(S240)〕
다음으로 웨이퍼(200)는 제2 처리 영역(206b)을 통과한 후에 제2 퍼지 영역(207b)에 이동한다. 웨이퍼(200)가 제2 퍼지 영역(207b)을 통과할 때에 제3 처리 영역(206c)에서 웨이퍼(200) 상의 적어도 Si 및 N을 포함하는 제2층으로부터 탈리한 HCl이나, 잉여가 된 H2가스 등이 불활성 가스로서의 N2가스에 의해 웨이퍼(200) 상으로부터 제거된다.
이상의 제1 처리 영역 통과(S210), 제1 퍼지 영역 통과(S220), 제2 처리 영역 통과(S230) 및 제2 퍼지 영역 통과(S240)를 1사이클로 한다.
〔판정(S250)〕
그동안 컨트롤러(300)는 상기 1사이클을 소정 횟수(k회: k는 1이상의 정수) 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다. 구체적으로는 컨트롤러(300)는 서셉터(217)의 회전수를 카운트 한다.
상기 1사이클을 k회 실시하지 않았을 때(S250에서 No인 경우), 서셉터(217)의 회전을 더 계속하고, 제1 처리 영역 통과(S210), 제1 퍼지 영역 통과(S220), 제2 처리 영역 통과(S230), 제2 퍼지 영역 통과(S240)를 포함하는 사이클을 반복한다. 이에 의해 제2층을 적층하는 것에 의해 박막을 형성한다.
상기 1사이클을 k회 실시했을 때(S250에서 Yes인 경우), 성막 공정(S140)을 종료한다. 이와 같이 상기 1사이클을 k회 실시하는 것에 의해 제2층을 적층한 소정 막 두께의 박막이 형성된다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 플라즈마로 가스를 활성화시켜 Si함유층을 형성하는 것에 의해, 온도가 저온인 경우에도 플라즈마를 이용하지 않는 CVD법과 비교하여 스루풋을 높게 할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서의 유도 플라즈마를 이용하는 것에 의해 기판 재치대의 회전 방향에 대하여 수직인 방향에 대해서도 플라즈마 밀도가 균일하게 생성되기 때문에, 기판의 표면에 균일하게 플라즈마를 공급할 수 있어, 온도가 저온인 경우에서의 스루풋을 유지하면서 고품질의 SiN막을 형성할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서 형성된 SiN막은 반응 가스로서의 NH3가스의 H원자가 취입(取入)되는 것에 의해 Si-N-H기(결합)를 포함하는 경우가 있다.
또한 본 실시 형태에서는 반응 가스로서 NH3가스를 예를 들어 설명했지만 이에 한정되지 않는다. 여기서는 도 12를 이용하여 다른 반응 가스에 대하여 설명한다. 도 12는 각 반응 가스로 처리한 경우의 웨트 에칭 레이트(이하 WER)를 도시한 설명도다. 여기서는 웨트 에칭 레이트가 낮을수록 막 밀도가 높고, 양호한 막이 형성된다고 판정한다.
도면의 실시예1로서의 「NH3 질화」란 반응 가스로서 NH3가스(암모니아 가스)를 이용하여 SiN막을 형성한 것이다. 실시예2로서의 「NH3+H2질화」란 반응 가스로서 NH3가스와 H2(수소) 가스를 혼합시킨 가스를 이용하여 SiN막을 형성한 것이다. 실시예3로서의 「NH3+N2질화」란 반응 가스로서 NH3가스와 N2(질소) 가스를 혼합시킨 가스를 이용하여 SiN막을 형성한 것이다.
실시예4로서의 「NH3질화+H2후처리」란 제2 처리 영역의 인근에 제3 처리 영역을 더 추가한 구조의 장치로 처리한 것이며, 제2 처리 영역에서 NH3가스를 이용하여 질화한 후, 제3 처리 영역에서 H2(수소) 가스를 이용하여 SiN막을 개질(후처리)한 것이다. 실시예5로서의 「NH3질화+N2후처리」란 제2 처리 영역의 인근에 제3 처리 영역을 더 추가한 구조의 장치로 처리한 것이며, 제2 처리 영역에서 NH3가스를 이용하여 질화한 후, 제3 처리 영역에서 N2(질소) 가스를 이용하여 SiN막을 개질(후처리)한 것이다.
여기서 도 12에 도시하는 「NH3질화」(실시예1)는 전술한 본 실시 형태(제1 실시 형태)에서의 실시예이며, 그 처리 조건은 기판 온도 200℃ 내지 650℃(바람직하게는 250℃ 내지 450℃), 서셉터 회전 속도 1rpm 내지 100rpm(바람직하게는 5rpm 내지 60rpm), 예시하면 회전 속도 60rpm, 원료 가스(DCS가스) 10sccm 내지 1,000sccm(바람직하게는 100sccm 내지 500sccm), 반응 가스(NH3가스) 100sccm 내지 10,000sccm(바람직하게는 5,000sccm 내지 10,000sccm), 고주파 전력 0.1kW 내지 5,000kW(바람직하게는 1,000kW 내지 4,000kW)이다.
또한 실시예2 및 실시예3은 실시예1과 비교하여 각각 반응 가스가 다를 뿐(실시예2는 NH3과 H2의 혼합 가스이며, 실시예3은 NH3과 N2의 혼합 가스), 다른 처리 조건은 마찬가지이다. 실시예2의 반응 가스(NH3과 H2의 혼합 가스)의 유량은 100sccm 내지 10,000sccm(바람직하게는 5,000sccm 내지 10,000sccm)이며, 실시예3의 반응 가스(NH3과 N2의 혼합 가스)의 유량은 100sccm 내지 10,000sccm(바람직하게는 5,000sccm 내지 10,000sccm)이다.
또한 실시예4 및 실시예5는 실시예1과 비교하여 각각 반응 가스(NH3) 공급 후의 개질 처리가 추가될 뿐 다른 처리 조건은 마찬가지이다. 여기서 실시예4의 개질 가스(H2가스)의 유량은 100sccm 내지 10,000sccm(바람직하게는 5,000sccm 내지 10,000sccm)이며, 실시예5의 개질 가스(N2가스)의 유량은 100sccm 내지 10,000sccm(바람직하게는 5,000sccm 내지 10,000sccm)이다.
도 12로부터도 알 수 있듯이 실시예1로서의 「NH3 질화」에 비해 실시예2 및 실시예3과 같이 제2 처리 영역에서 혼합 가스(NH3+H2가스 및 NH3+N2가스)를 첨가한 것 또는 실시예4 및 실시예5와 같이 제3 처리 영역을 더 추가하고 개질 가스(H2가스 및 N2가스)를 공급하여 개질 처리하면, 보다 밀도가 높은 양호한 막을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 실시예4 및 실시예5와 같이 개질 처리를 추가하는 경우에는 경계판(205)에 의해 처리 영역을 6영역[제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b), 제3 처리 영역(206c), 제3 퍼지 영역(207c)]으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 처리 영역(206a)이 원료 가스 공급 영역, 제2 처리 영역(206b)이 반응 가스 공급 영역, 제3 처리 영역(206c)이 후처리(개질) 가스 공급 영역을 각각 구성한다. 단 제3 처리 영역(206c)을 구성할 때는, 제2 퍼지 영역(207b)을 생략하여 5개의 영역으로 해도 좋다.
여기서 반응 가스로서 전술한 실시예1 내지 실시예5 외에 「NH3+H2+N2질화」(실시예6), 「NH3+H2질화+H2후처리」(실시예7), 「NH3+H2질화+N2후처리」(실시예8) 「NH3+N2질화+H2후처리」(실시예9), 「NH3+H2질화+H2후처리」(실시예10) 등의 조합도 효과적인 수단이라는 것은 말할 필요도 없다.
또한 실시예4, 실시예5, 실시예7 내지 실시예10에서 후처리(개질 처리)에서는 후처리(개질) 가스를 활성화(예컨대 플라즈마화)해도 좋다. 이 경우, 본 실시 형태에서의 고주파 전력에 한정되지 않는다. 예컨대 마이크로파전력으로 개질 가스를 플라즈마화 해도 좋다.
〔비교예의 설명〕
계속해서 제1 실시 형태의 비교예를 도 13을 이용하여 설명한다. 비교예와 상기 제1 실시 형태의 주요 차이점은 제2 처리 영역의 상방에 설치된 플라즈마 생성부이며, 다른 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이하, 비교예에서의 플라즈마 생성부를 설명한다.
도 13의 부호(401)는 비교예에서의 플라즈마 생성실(400)의 측벽, 부호(402)는 측벽(401)의 외주에 권회하는 코일, 부호(403)는 코일(402)을 이용하여 형성되는 플라즈마다. 코일(402)에는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 고주파 전원 등이 접속된다.
측벽(401)은 상방에서 보았을 때 직사각형으로 구성된다. 플라즈마 생성부(400)의 하방을 통과하는 웨이퍼(200)의 에지 부분에도 플라즈마를 공급하기 위해서 측벽(401)의 장변(長邊)은 웨이퍼 지름보다 크게 구성된다. 또한 소형화의 관점에서 측벽(401)의 단변(短邊) 방향은 작게 구성된다.
코일(402)은 측벽에 맞춰서 직사각형으로 구성된다. 따라서 제1 실시 형태의 코일(293)과 달리 측벽(401)에 인접하는 부분의 곡률은 일정하지 않다. 구체적으로는 코일(402)의 장변으로부터 단변으로 이행하는 부분의 곡률이 장변과 단변에 비해 높은 구성으로 이루어진다.
플라즈마를 생성할 때에는 도시되지 않는 고주파 전원으로부터 전력이 공급되고, 발생한 자장 등에 의해 플라즈마가 생성된다. 일반적으로 자장은 코일(402)의 도전선과 수직 방향으로 형성된다고 알려져 있다. 비교예에서는 장변으로부터 단변으로 걸친 절곡(折曲) 부분에 자장이 집중하기 때문에 절곡 부분의 자장 밀도는 장변의 자장 밀도보다 높아진다. 자장의 밀도와 플라즈마의 밀도는 비례하기 때문에 절곡 부분의 플라즈마 밀도는 장변 부분의 플라즈마 밀도보다 높아진다. 즉 도 13에서 플라즈마(403a)의 밀도는 플라즈마(403b)의 밀도보다 높아진다.
이와 같은 상황에서 웨이퍼(200)가 R방향으로 회전하여 플라즈마 생성부 의 하방을 통과한 경우, 플라즈마(403a)에 접하는 웨이퍼 에지부(200e)는 플라즈마(403b)에 접하는 웨이퍼 중앙부(200c)에 비해 반응이 촉진된다. 따라서 웨이퍼 에지부(200e)와 웨이퍼 중앙부(200c)에서는 막 밀도 등의 막질이 달라진다.
이에 대하여 제1 실시 형태의 경우, 웨이퍼 중앙부(200c)와 웨이퍼 에지부(200e) 각각 접하는 플라즈마 밀도가 동일하기 때문에 웨이퍼 에지와 중앙에서 막 밀도 등의 막질을 원하는 범위로 할 수 있다.
도 14는 본 실시 형태(제1 실시 형태)와 도 13에 도시하는 비교예를 비교한 균일성을 도시하는 특성 도면이다. 이 특성 도면에서는 색이 진할수록 막 두께가 두껍고, 연할수록 막 두께가 얇다. 웨이퍼의 회전 방향 R은 서면(書面)의 좌에서 우 방향이다.
도 14에 도시하는 바와 같이 비교예의 경우, 중앙의 막 두께가 낮고 웨이퍼 에지 부분의 막 두께가 높다는 것을 알 수 있다. 한편, 본 발명의 제1 실시 형태에서는 비교예에 비해 기판 면내의 막 두께가 균일하다는 것을 알 수 있다.
또한 도 14에 도시되는 바와 같이 비교예의 경우, 막 두께의 최대값이 26.542nm, 최소값이 14.444nm이기 때문에 최대값-최소값=12.098nm이다. 한편, 본 발명의 제1 실시 형태에서는 막 두께의 최대값이 19.958nm, 최소값이 15.088nm이기 때문에 최대값-최소값=4.870nm이다. 따라서 본 실시 형태(제1 실시 형태)가 비교예에 비해 기판 면내의 막 두께가 균일하다[기판 표면의 요철(凹凸)이 작다]는 것을 알 수 있다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 의하면, 플라즈마 생성실에 인접하는 코일의 곡률이 일정하기 때문에 주방향에 대하여 균일한 밀도의 원환 형상[圓環狀] 플라즈마를 생성 가능하게 하고, 이에 따라 서셉터가 회전해도 기판의 중심부에 조사되는 플라즈마를 조정할 수 있고, 결과적으로 기판의 지름 방향에 대하여 균일하게 플라즈마를 공급할 수 있다.
(b) 본 실시 형태에 의하면, 원료 가스로서 DCS가스를 이용하고 반응 가스로서 NH3가스와 H2가스의 혼합 가스를 이용하는 것에 의해 박막으로서의 SiN막을 형성하면, 가장 막 밀도가 양호한 결과를 얻었다. 이 경우(실시예2의 경우), 웨이퍼(200)가 제2 처리 영역(206b)을 통과할 때, 제2층에 잔류한 잔류물로서의 Cl원자(클로로기)는 H2가스의 플라즈마에 의해 HCl이 되어 제2층으로부터 탈리한다. 이에 의해 Cl원자가 감소한 제2층이 적층되는 것에 의해 고품질의 SiN막을 형성할 수 있다.
(c) 본 실시 형태에 의하면, 복수의 경계판(205)은 서셉터(217)의 회전에 의해 웨이퍼(200)가 통과 가능한 상태에서 처리실(201)을 제1 처리 영역(206a), 제2 처리 영역(206b) 및 제3 처리 영역(206c)으로 구분하도록 구성된다. 처리실(201)은 복수의 경계판(205) 하에 웨이퍼(200)가 통과 가능한 극간을 포함한다. 이에 의해 경계판(205)과 서셉터(217) 사이를 통과하는 가스는 적어지고, 처리실(201) 내의 각각의 영역 사이에 가스가 혼합되는 일이 억제된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 경계판(205)의 수평 방향의 단부와 반응 용기(203)의 측벽 사이에 극간이 설치되고 처리실(201) 내의 압력이 각각의 영역에서 마찬가지인 경우에 대하여 설명했지만, 제1 처리 영역(206a), 제1 퍼지 영역(207a), 제2 처리 영역(206b), 제2 퍼지 영역(207b)이 기밀하게 구분되어도 좋다. 또한 각각의 영역 내의 압력이 서로 달라도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 하나의 프로세스 챔버(202)로 5매의 웨이퍼(200)를 처리하는 경우에 대하여 설명했지만, 하나의 프로세스 챔버(202)로 1매의 웨이퍼(200)를 처리해도 좋고, 5매를 초과하는 매수의 웨이퍼(200)를 처리해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 예비실(122) 또는 예비실(123)이 웨이퍼(200)를 반입하는 기능과 웨이퍼(200)를 반출하는 기능을 병용 가능하도록 구성되는 경우에 대하여 설명했지만, 예비실(122) 및 예비실(123) 중 어느 일방을 반출용으로 하고 타방(他方)을 반입용으로서도 좋다. 예비실(122) 또는 예비실(123)이 반입용과 반출용을 전용으로 하는 것에 의해 크로스 컨태미네이션을 저감할 수 있고, 병용으로 하는 것에 의해 기판의 반송 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 1개의 프로세스 챔버(202)에서의 기판 처리에 대해서만 설명했지만, 각 프로세스 챔버로의 처리를 병행하여 수행해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 4개의 프로세스 챔버(202)가 각각 마찬가지로 구성되는 경우에 대하여 설명했지만, 각 프로세스 챔버를 다른 구성으로 하여 각 프로세스 챔버로 각각 별도의 처리를 수행해도 좋다. 예컨대 제1 프로세스 챔버와 제2 프로세스 챔버로 다른 처리를 수행하는 경우, 제1 프로세스 챔버로 웨이퍼(200)에 소정의 처리를 수행한 후, 계속해서 제2 프로세스 챔버로 제1 프로세스 챔버와 다른 처리를 수행해도 좋다. 또한 제1 프로세스 챔버로 기판에 소정의 처리를 수행한 후, 제2 프로세스 챔버로 다른 처리를 수행하는 경우, 예비실을 경유해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 원료 가스로서 DCS가스를 이용하고 반응 가스로서 NH3가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 질화막으로서 SiN막을 형성하는 경우에 대하여 설명했지만, 원료 가스로서 DCS가스 외에 예컨대 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라플루오르실란(SiF4, 약칭: TFS) 가스, 헥사플루오로디실란(Si2F6, 약칭: HFDS) 가스, 트리실란(Si3H8, 약칭: TS) 가스, 디실란(Si2H6, 약칭: DS) 가스, 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 가스 등의 무기 원료 가스나, 아미노실란, TSA가스, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS) 가스, 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2 [NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등의 유기 원료 가스를 이용할 수 있다.
반응 가스로서 암모니아 가스 외에 예컨대 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스 등의 질화수소계 가스나, 이들의 화합물을 포함하는 가스 등을 이용할 수 있다.
또한 반응 가스로서 산소(O2) 가스를 이용하여 산화막을 형성해도 좋다. O함유 가스로서는 O2가스 외에 예컨대 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2)가스+O2가스, H2가스+O3가스, 수증기(H2O), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 이용할 수 있다.
또한 TaN, TiN 등의 그 외의 질화막, HfO, ZrO, SiO 등의 산화막, Ru, Ni, W 등의 메탈막을 웨이퍼(200) 상에 형성해도 좋다. 또한 TiN막 또는 TiO막을 형성하는 경우, 원료 가스로서는 예컨대 테트라클로로티타늄(TiCl4) 등을 이용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 불활성 가스 도입부(282)를 제1 퍼지 영역(207a)과 제2 퍼지 영역(207b)에서 공용으로 한 경우에 대하여 설명했지만, 불활성 가스 도입부는 개별로 설치해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 반응 용기(203)의 중앙으로부터 각 처리 영역 내에 각각의 가스를 공급하는 경우에 대하여 설명했지만, 각 처리 영역에 가스를 공급하는 노즐이 설치되어도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 승강 기구(268)를 이용하여 서셉터(217)를 승강시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 처리 위치나 반송 위치에 이동시키는 경우에 대하여 설명했지만, 웨이퍼 승강핀이 승강하는 것에 의해 웨이퍼를 처리 위치나 반송 위치에 이동시켜도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 제1 처리 영역(206a) 및 제2 처리 영역(206b) 사이에 제1 퍼지 영역(207a)이 설치되는 경우에 대하여 설명했지만, 퍼지 영역의 설치 장소는 임의로 변경할 수 있다. 예컨대 제1 퍼지 영역 및 제2 퍼지 영역 중 적어도 하나는 설치되지 않아도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 반응 용기(203)의 천정부의 중앙부에 설치된 가스 도입부(280)로부터 뿐만 아니라 각 플라즈마 생성부가 포함하는 복수의 가스 분출구로부터도 각 처리 영역 내에 처리 가스를 공급하도록 구성되는 경우에 대하여 설명했지만, 반응 용기 천정부의 중앙부에 설치된 가스 도입부 및 각 플라즈마 생성부가 포함하는 복수의 가스 분출구 중 적어도 하나로부터 각 처리 영역 내에 처리 가스가 공급되면 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 처리 영역의 수가 4영역이고, 또한 영역의 넓이가 같은[경계판(205)사이의 각도가 같은] 경우에 대하여 설명했지만, 각각의 처리 조건에 따라 임의로 영역의 넓이를 설정할 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
〔부기1〕
본 발명의 일 형태에 의하면,
원료 가스 공급 영역 및 반응 가스 공급 영역을 포함하고, 상기 원료 가스 공급 영역 내, 상기 반응 가스 공급 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고, 회전 방향을 따라 복수의 상기 기판을 재치하는 기판 재치대;
상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실;
상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 플라즈마 생성실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일;
상기 플라즈마 생성실의 천정으로부터 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기2〕
부기1에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 코일에는 파형 조정 회로가 접속되고, 상기 파형 조정 회로와 상기 코일을 합친 전기적 길이가 투입되는 전력의 파장의 정수 배의 길이다.
〔부기3〕
부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 플라즈마 생성실은 중력 방향에서 상기 코일의 상단과 상기 플라즈마 생성실의 천정 사이에 판 형상의 가스 분산판을 더 포함한다.
〔부기4〕
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 플라즈마 생성실과 상기 반응 가스 공급 영역 사이에 설치되는 연통공의 지름은 상기 기판 재치면에 재치되는 상기 기판의 지름보다 크게 구성되고, 상기 회전부에 의해 상기 기판 재치대가 회전될 때, 상기 기판이 상기 연통공의 하방을 통과하도록 구성된다.
〔부기5〕
부기1에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부;
상기 기판 재치대를 회전시키는 회전부(회전 기구); 및
상기 기판 재치대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 원료 가스 공급 영역 및 상기 반응 가스 공급 영역을 통과시키도록 상기 회전부를 제어하고, 상기 기판이 상기 원료 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하여 제1층을 형성하고, 상기 기판이 상기 반응 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 반응 가스 플라즈마 생성부에 의해 생성된 반응 가스의 플라즈마를 상기 제1층과 반응시키는 것에 의해 제2층을 형성하도록, 상기 전력 공급부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계를 각각 제어하도록 구성되는 제어부;
를 더 구비한다.
〔부기6〕
부기1에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부;
상기 기판 재치대를 회전시키는 회전부(회전 기구); 및
후처리 가스를 후처리 가스 공급 영역에 공급하는 후처리 가스 공급계;
를 더 포함하고,
상기 기판 재치대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 원료 가스 공급 영역, 상기 반응 가스 공급 영역 및 상기 후처리 가스 공급 영역을 통과시키도록 상기 회전부를 제어하고, 상기 기판이 상기 원료 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하여 제1층을 형성하고, 상기 기판이 상기 반응 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 플라즈마 생성실에서 생성된 플라즈마를 상기 제1층과 반응시키는 것에 의해 제2층을 형성하고, 상기 기판이 상기 후처리 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 후처리 가스에 의해 상기 제2층을 개질하도록, 상기 전력 공급부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 후처리 가스 공급계를 각각 제어하도록 구성되는 제어부를 구비한다.
〔부기7〕
부기1, 부기5 및 부기6에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 반응 가스 공급계는 NH3가스, NH3 및 H2의 혼합 가스, NH3및 N2의 혼합 가스, NH3 및 H2 및 N2의 혼합 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 공급하도록 구성된다.
〔부기8〕
부기6에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 후처리 가스 공급계는 H2가스, N2가스, H2 및 N2의 혼합 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 공급하도록 구성된다.
〔부기9〕
부기1, 부기5 및 부기6에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 원료 가스 공급계는 DCS가스, MCS가스, HCDS가스, STC가스, TCS가스, TFS가스, HFDS가스, TS가스, DS가스, MS가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 공급하도록 구성된다.
〔부기10〕
부기1, 부기5 및 부기6에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 원료 가스 공급계는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 실리콘(Si), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 가스를 공급하도록 구성된다.
〔부기11〕
부기1, 부기5 및 부기6에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 반응 가스 공급계는 N2H2가스, N2H4가스, N3H8가스 등의 질화수소계 가스나, 이들의 화합물을 포함하는 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 공급하도록 구성된다.
〔부기12〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고 회전 방향을 따라 복수의 기판을 재치하는 기판 재치대에 기판을 재치하는 공정;
원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실에 대하여, 원료 가스 공급계로부터 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 것과 함께 반응 가스 공급계로부터 상기 반응 가스 공급 영역의 천정에 설치한 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 상기 반응 가스를 공급하는 공정;
상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일에 전력을 공급하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 공정; 및
상기 기판 재치대를 회전시키고, 상기 원료 가스와 상기 플라즈마 상태의 반응 가스를 순서대로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
〔부기13〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
복수의 기판이 동일원주 형상으로 배치되는 기판 재치면을 포함하는 기판 재치대와, 상기 기판 재치대를 상기 기판 재치면과 평행한 방향으로 회전시키는 회전부와, 원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실과, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일과, 상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 원료 가스 공급 영역의 천정에 접속되고 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계를 포함하는 기판 처리 장치를 제공(준비)하는 공정;
상기 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정;
상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 것과 함께 상기 반응 가스 공급 영역에 상기 반응 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일에 전력을 공급하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 공정; 및
상기 기판 재치대를 회전시키고 상기 원료 가스와 상기 플라즈마 상태의 반응 가스를 순서대로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
〔부기14〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
복수의 기판이 동일원주 형상으로 배치되는 기판 재치면을 포함하는 기판 재치대와, 상기 기판 재치대를 상기 기판 재치면과 평행한 방향으로 회전시키는 회전부와, 상기 회전 방향으로 원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실과, 상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실과, 상기 처리 플라즈마 생성실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일과, 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 상기 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계를 포함하는 기판 처리 장치에서 상기 기판 재치면에 기판을 재치하는 순서;
상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 것과 함께 상기 반응 가스 공급 영역에 상기 반응 가스를 공급하는 순서;
상기 코일에 전력을 공급하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 순서; 및
상기 기판 재치대를 회전시키고 상기 원료 가스와 상기 플라즈마 상태의 반응 가스를 순서대로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 또는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
10: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
206a: 제1 처리 영역 206b: 제2 처리 영역
203: 반응 용기 217: 서셉터(기판 재치대)
267: 회전 기구 290: 반응 가스 플라즈마 생성부
300: 컨트롤러(제어부)

Claims (13)

  1. 원료 가스 공급 영역 및 반응 가스 공급 영역을 포함하고, 상기 원료 가스 공급 영역 내 및 상기 반응 가스 공급 영역 내에서 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고, 회전 방향을 따라 복수의 상기 기판을 재치하는 기판 재치대;
    상기 반응 가스 공급 영역의 상방(上方)에 설치되는 플라즈마 생성실에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부;
    상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회(卷回)되고 상기 플라즈마 생성실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일;
    상기 플라즈마 생성실 천정(天井)으로부터 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
    상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일에 파형(波形) 조정 회로가 접속되고, 상기 파형 조정 회로와 상기 코일을 합친 전기적 길이가 투입되는 전력의 파장(波長)의 정수 배의 길이인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실은 중력 방향에서 상기 코일의 상단과 상기 플라즈마 생성실 천정 사이에 판 형상의 가스 분산판을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실과 상기 반응 가스 공급 영역 사이에 설치되는 연통공(連通孔)의 지름은 상기 기판 재치면에 재치되는 상기 기판의 지름보다 크게 구성되고, 상기 기판 재치대가 회전될 때, 상기 기판이 상기 연통공의 하방(下方)을 통과하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 재치대를 회전시키는 회전부; 및
    상기 회전부, 상기 플라즈마 생성부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계를 각각 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 기판 재치대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 원료 가스 공급 영역 및 상기 반응 가스 공급 영역을 통과시키고, 상기 기판이 상기 원료 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하여 제1층을 형성하고, 상기 기판이 상기 반응 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 플라즈마 생성부에 의해 생성된 플라즈마를 상기 제1층과 반응시키는 것에 의해 제2층을 형성하는 처리를 실행하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 재치대를 회전시키는 회전부;
    후처리 가스를 후처리 가스 공급 영역에 공급하는 후처리 가스 공급계; 및
    상기 회전부, 상기 플라즈마 생성부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 후처리 가스 공급계를 각각 제어하는 제어부;
    를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 기판 재치대의 회전에 의해 상기 복수의 기판을 순차적으로 상기 원료 가스 공급 영역, 상기 반응 가스 공급 영역 및 상기 후처리 가스 공급 영역을 통과시키고, 상기 기판이 상기 원료 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 기판 상에 원료 가스를 공급하여 제1층을 형성하고, 상기 기판이 상기 반응 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 플라즈마 생성부에 의해 생성된 플라즈마를 상기 제1층과 반응시키는 것에 의해 제2층을 형성하고, 상기 기판이 상기 후처리 가스 공급 영역을 통과할 때에 상기 후처리 가스에 의해 상기 제2층을 개질하는 처리를 실행하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 NH3가스, NH3 및 H2의 혼합 가스, NH3 및 N2의 혼합 가스, NH3 및 H2 및 N2의 혼합 가스 중 적어도 하나가 선택되는 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 후처리 가스는 H2가스, N2가스, H2 및 N2의 혼합 가스 중 적어도 하나가 선택되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는 DCS가스, MCS가스, HCDS가스, STC가스, TCS가스, TFS가스, HFDS가스, TS가스, DS가스, MS가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 중 어느 하나의 가스인 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 실리콘(Si), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나의 원소를 포함하는 가스인 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 N2H2가스, N2H4가스, N3H8가스나, 이들의 화합물을 포함하는 가스인 기판 처리 장치.
  12. 처리실 내에 회전 가능하도록 설치되고 회전 방향을 따라 복수의 기판을 재치하는 기판 재치대에 기판을 재치하는 공정;
    상기 기판 재치대를 회전시키는 공정;
    원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실에 대하여, 원료 가스 공급계로부터 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급하는 것과 함께 반응 가스 공급계로부터 상기 반응 가스 공급 영역의 천정에 설치한 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일에 전력을 공급하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 하고, 상기 원료 가스와 상기 플라즈마 상태의 반응 가스로 기판을 처리하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 복수의 기판이 동일원주 형상으로 배치되는 기판 재치면을 포함하는 기판 재치대;
    상기 기판 재치대를 상기 기판 재치면과 평행한 방향으로 회전시키는 회전부;
    상기 회전 방향으로 원료 가스가 공급되는 원료 가스 공급 영역, 반응 가스가 공급되는 반응 가스 공급 영역이 구성되는 처리실;
    상기 반응 가스 공급 영역의 상방에 설치되는 플라즈마 생성실에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부;
    상기 플라즈마 생성실의 외주에 권회되고, 상기 처리실의 측벽과 인접하는 부분의 곡률이 일정한 코일;
    상기 플라즈마 생성실 천정에 접속되고, 상기 플라즈마 생성실을 개재하여 상기 반응 가스 공급 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
    상기 원료 가스 공급 영역의 천정에 접속되고, 상기 원료 가스 공급 영역에 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계; 및
    상기 회전부, 상기 플라즈마 생성부, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계를 각각 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치에서 실행되는 프로그램이 격납된 기록 매체로서,
    상기 제어부에 상기 기판 재치부에 재치된 기판을 회전하는 순서; 및
    상기 기판 재치부가 회전하는 동안 상기 플라즈마 생성실에 반응 가스를 공급하여 플라즈마를 생성하는 순서; 및
    상기 플라즈마를 상기 반응 가스 공급 영역에 공급 하는 것과 함께 상기 원료 가스 공급 영역에 원료 가스를 공급하는 순서;
    를 포함하는 프로그램을 실행시키는 판독 가능한 기록 매체.
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