KR20160001609A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록매체 Download PDF

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KR20160001609A
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데츠오 야마모토
다카후미 사사키
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은, 복잡한 샤워 헤드 구조를 갖는 장치에서도, 부생성물의 발생을 억제 가능하게 한다. 관통 구멍이 형성된 샤워 헤드의 덮개와, 선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구와, 상기 덮개, 상기 제1 분산 기구, 상기 가스 가이드, 상기 제2 분산 기구를 갖는 샤워 헤드와, 상기 샤워 헤드의 하류에 마련된 처리 공간을 갖는 기판 처리 장치를 제공한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND STORAGE MEDUIM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록매체에 관한 것이다.
최근 들어, 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향이 있다. 그에 수반하여, 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이러한 패턴을 형성할 때, 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
상기 패턴을 형성하는 방법의 하나로서, 회로간에 홈을 형성하고, 거기에 시드 막이나 라이너 막이나 배선 등을 형성하는 공정이 존재한다. 이 홈은, 최근의 미세화에 수반하여, 높은 애스펙트비가 되도록 구성되어 있다.
라이너 막 등을 형성할 때에는, 홈의 상부 측면, 중부 측면, 하부 측면, 저부에서도 막 두께에 편차가 없는 양호한 스텝 커버리지의 막을 형성할 것이 요구되고 있다. 양호한 스텝 커버리지의 막으로 함으로써, 반도체 디바이스의 특성을 홈간에서 균일하게 할 수 있고, 그에 의해 반도체 디바이스의 특성 편차를 억제할 수 있기 때문이다.
반도체 디바이스의 특성을 균일하게 하는 하드 구성으로서의 어프로치로서, 예를 들어 낱장 장치에서의 샤워 헤드 구조가 존재한다. 기판 상방에 가스의 분산 구멍을 형성함으로써, 가스를 균일하게 공급한다.
또한, 반도체 디바이스의 특성을 균일하게 하는 기판 처리 방법으로서, 예를 들어 적어도 2종류의 처리 가스를 교대로 공급하여, 기판 표면에서 반응시키는 교대 공급 방법이 있다. 교대 공급 방법에서는, 각 가스가 기판 표면 이외에서 반응하는 것을 억제하기 위해서, 각 가스를 공급하는 동안에 잔류 가스를 퍼지 가스로 제거한다.
보다 막 특성을 높이기 위해서, 샤워 헤드 구조를 채용한 장치에 교대 공급법을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 장치의 경우, 각 가스의 혼합을 방지하기 위한 경로나 버퍼 공간을 가스마다 마련하는 것을 생각할 수 있지만, 구조가 복잡하기 때문에, 유지 보수에 손이 많이 감과 함께, 비용이 높아진다는 문제가 있다. 이 때문에, 2종류의 가스 및 퍼지 가스의 공급계를 하나의 버퍼 공간에서 통합한 샤워 헤드를 사용하는 것이 현실적이다.
2종류의 가스에 공통된 버퍼 공간을 갖는 샤워 헤드를 사용한 경우, 샤워 헤드 내에서 잔류 가스끼리 반응하여, 샤워 헤드 내벽에 부착물이 퇴적되어버리는 경우를 생각할 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위해서, 버퍼실 내의 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있도록, 버퍼실에 배기 구멍을 형성하여, 배기 구멍으로부터 분위기를 배기하는 것이 바람직하다.
2종류의 가스에 공통된 버퍼 공간을 갖는 샤워 헤드를 사용한 경우, 처리 공간에 공급하는 2종류의 가스 및 퍼지 가스가, 버퍼 공간을 배기하기 위한 배기 구멍의 방향으로 확산되지 않는 구성을 설치한다. 그러한 구성으로서, 예를 들어 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드를 버퍼실 내에 설치한다. 가스 가이드는, 예를 들어 버퍼 공간을 배기하기 위한 배기 구멍과 2종류의 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 공급 구멍의 사이에 마련하여, 샤워 헤드의 분산판을 향해 방사상으로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 가스 가이드의 내측 공간으로부터 가스를 효율적으로 배기하기 위해서, 가스 가이드의 내측과 버퍼 공간을 배기하기 위한 배기 구멍의 사이의 공간, 구체적으로는 가스 가이드의 외주단과 배기 구멍의 사이의 공간을 연통시킨다.
이상과 같은 복잡한 구조의 샤워 헤드의 경우, 각 부품의 사이 등에 가스 고임이 형성되어, 그 부분에서 부생성물 등이 부착되는 경우를 생각할 수 있다. 발생한 부생성물이, 디바이스 특성의 저하나 수율의 저하를 야기하는 것이 염려된다.
본 발명은 상기와 같은 복잡한 구조에서도, 부생성물의 발생을 억제 가능한 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 형태에서는, 관통 구멍이 형성된 샤워 헤드의 덮개와, 선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 접속부를 갖는 가스 가이드와 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구와, 상기 덮개, 상기 제1 분산 기구, 상기 가스 가이드, 상기 제2 분산 기구를 갖는 샤워 헤드와, 상기 샤워 헤드의 하류에 마련된 처리 공간을 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고, 선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고, 상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고, 선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 하나의 구멍이 형성되는 원기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고, 상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하도록 실행시키는 프로그램이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고, 선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고, 상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하도록 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 복잡한 구조에서도, 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 제1 분산 기구의 설명도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 가스 가이드, 제1 분산 기구의 관계성을 설명하는 설명도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 1에 도시하는 성막 공정의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 분산 기구의 다른 실시 형태를 설명하는 설명도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명한다.
<장치 구성>
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)의 구성을 도 1에 도시한다. 기판 처리 장치(100)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 낱장식의 기판 처리 장치로서 구성되어 있다.
(처리 용기)
도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 처리 용기(202)를 구비하고 있다. 처리 용기(202)는, 예를 들어 횡단면이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(202)는, 예를 들어 알루미늄(Al)이나 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 처리 용기(202) 내에는, 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 공간(201)과, 웨이퍼(200)를 처리 공간(201)에 반송할 때에 웨이퍼(200)가 통과하는 반송 공간(203)이 형성되어 있다. 처리 용기(202)는, 상부 용기(2021)와 하부 용기(2022)로 구성된다. 상부 용기(2021)와 하부 용기(2022)의 사이에는 구획판(204)이 설치된다.
하부 용기(2022)의 측면에는, 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되어 있고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 통해 도시하지 않은 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(2022)의 저부에는, 리프트 핀(207)이 복수 설치되어 있다. 또한, 하부 용기(2022)는 접지되어 있다.
처리 공간(201) 내에는, 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 설치되어 있다. 기판 지지부(210)는, 웨이퍼(200)를 적재하는 적재면(211)과, 적재면(211)을 표면에 갖는 기판 적재대(212), 기판 적재대(212)에 내포된 가열원으로서의 히터(213)를 주로 갖는다. 기판 적재대(212)에는, 리프트 핀(207)이 관통하는 관통 구멍(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 형성되어 있다.
기판 적재대(212)는, 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는, 처리 용기(202)의 저부를 관통하고 있고, 나아가 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속되어 있다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 적재대(212)를 승강시킴으로써, 기판 적재면(211) 위에 적재되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 덮여 있어, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 유지되어 있다.
기판 적재대(212)는, 웨이퍼(200)의 반송 시에는, 기판 적재면(211)이 기판 반입출구(206)에 대향하는 위치(웨이퍼 반송 위치)까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(200)가 처리 공간(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)로 될 때까지 상승한다.
구체적으로는, 기판 적재대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는, 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 적재면(211)의 상면으로부터 돌출되어, 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한, 기판 적재대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는, 리프트 핀(207)은 기판 적재면(211)의 상면으로부터 매몰되어, 기판 적재면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한, 리프트 핀(207)은, 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에, 예를 들어, 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
처리 공간(201)의 상부(상류측)에는, 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는, 제1 분산 기구(241)가 삽입되는 관통 구멍(231a)이 형성된다. 제1 분산 기구(241)는, 샤워 헤드(230) 내에 삽입되는 선단부(241a)와, 덮개(231)에 고정되는 플랜지(241b)를 갖는다.
도 2는 제1 분산 기구(241)의 선단부(241a)를 설명하는 설명도이다. 점선 화살표는, 가스의 공급 방향을 나타낸다. 선단부(241a)는 기둥 형상이며, 예를 들어 원기둥 형상으로 구성된다. 원기둥의 측면에는 분산 구멍(241c)이 형성되어 있다. 후술하는 가스 공급부(공급계)로부터 공급되는 가스는, 선단부(241a) 및 분산 구멍(241c)을 통해 버퍼 공간(232)에 공급된다.
샤워 헤드(230)의 덮개(231)는, 도전성이 있는 금속으로 형성되어, 버퍼 공간(232) 또는 처리 공간(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 사용된다. 덮개(231)와 상부 용기(2021)의 사이에는 절연 블록(233)이 설치되어, 덮개(231)와 상부 용기(2021)의 사이를 절연하고 있다.
샤워 헤드(230)는, 가스를 분산시키기 위한 제2 분산 기구로서의 분산판(234)을 구비하고 있다. 이 분산판(234)의 상류측이 버퍼 공간(232)이며, 하류측이 처리 공간(201)이다. 분산판(234)에는, 복수의 관통 구멍(234a)이 형성되어 있다. 분산판(234)은 기판 적재면(211)과 대향하도록 배치되어 있다.
상부 용기(2021)는, 플랜지(2021a)를 갖고, 플랜지(2021a) 위에 절연 블록(233)이 적재되어 고정된다. 절연 블록(233)은, 플랜지(233a)를 갖고, 플랜지(233a) 위에는 분산판(234)이 적재되어 고정된다. 또한, 덮개(231)는, 절연 블록(233)의 상면에 고정된다. 이러한 구조로 함으로써, 상방에서부터, 덮개(231), 분산판(234), 절연 블록(233)의 순서대로 제거하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 후술하는 플라즈마 생성부가 덮개(231)에 접속되기 때문에, 전력이 상부 용기(2021)에 전해지지 않도록 하는 절연 블록(233)을 설치하고 있다. 또한 그 절연 부재 위에 분산판(234), 덮개(231)를 설치하고 있다. 그러나 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라즈마 생성부를 갖지 않는 경우에는, 플랜지(2021a)에 분산판(234)을 고정하고, 상부 용기(2021)의 플랜지(2021a)와 상이한 부분에 덮개(231)를 고정하면 된다. 즉, 덮개(231), 분산판(234)을 상방에서부터 순서대로 제거하는 상자 구조이면 된다.
버퍼 공간(232)에는, 공급된 가스의 흐름을 안내하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)의 상세에 대해서는 후술한다.
(공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된 가스 도입 구멍(231a)에는, 처리실측 가스 공급관(241)이 접속되어 있다. 처리실측 가스 공급관(241)에는, 공통 가스 공급관(242)이 접속되어 있다. 처리실측 가스 공급관(241)에는 플랜지가 설치되고, 나사 등에 의해, 하류측의 플랜지는 덮개(231)에 고정되고, 상류측의 플랜지는 공통 가스 공급관(242)의 플랜지에 고정된다.
처리실측 가스 공급관(241)과 공통 가스 공급관(242)은, 관의 내부에서 연통하고 있어, 공통 가스 공급관(242)으로부터 공급되는 가스는, 처리실측 가스 공급관(241), 가스 도입 구멍(231a)을 통해 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
공통 가스 공급관(242)에는, 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)이 접속되어 있다. 제2 가스 공급관(244a)은, 리모트 플라즈마 생성기(244e)를 개재하여 공통 가스 공급관(242)에 접속된다.
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, 웨이퍼를 처리할 때에는 주로 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)이나 처리 공간(201)을 클리닝할 때는 클리닝 가스가 주로 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c), 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다.
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 통해 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는, 원료 가스, 즉, 처리 가스의 하나이다. 여기서, 제1 원소는, 예를 들어 티타늄(Ti)이다. 즉, 제1 원소 함유 가스는, 예를 들어 티타늄 함유 가스이다. 또한, 제1 원소 함유 가스는, 상온 상압에서 고체, 액체, 및 기체 중 어느 것이어도 된다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는, 제1 가스 공급원(243b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c)의 사이에, 도시하지 않은 기화기를 설치하면 된다. 여기에서는 기체로서 설명한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속되어 있다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(246c), 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치되어 있다.
여기서, 불활성 가스는, 예를 들어, 질소(N2) 가스이다. 또한, 불활성 가스로서, N2 가스 이외에, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
주로, 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해, 제1 가스 공급계(243)(티타늄 함유 가스 공급계라고도 함)가 구성된다.
또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
나아가, 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를, 제1 가스 공급계(243)에 포함시켜 생각해도 된다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)에는, 하류에 리모트 플라즈마 생성기(244e)가 설치되어 있다. 상류에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(244c), 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치되어 있다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는, 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 리모트 플라즈마 생성기(244e), 공통 가스 공급관(242)을 통해, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는, 리모트 플라즈마 생성기(244e)에 의해 플라즈마 상태로 되어, 웨이퍼(200) 위에 조사된다.
제2 원소 함유 가스는, 처리 가스의 하나이다. 또한, 제2 원소 함유 가스는, 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 된다.
여기서, 제2 원소 함유 가스는, 제1 원소와 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는, 예를 들어, 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나이다. 본 실시 형태에서는, 제2 원소 함유 가스는, 예를 들어 질소 함유 가스로 한다. 구체적으로는, 질소 함유 가스로서, 암모니아(NH3) 가스가 사용된다.
주로, 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해, 제2 가스 공급계(244)(질소 함유 가스 공급계라고도 함)가 구성된다.
또한, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류 단부가 접속되어 있다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(247c), 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치되어 있다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 생성기(244e)를 통해, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는, 박막 형성 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 공급계가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a), 리모트 플라즈마 생성기(244e)를 제2 불활성 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
나아가, 제2 가스 공급원(244b), 리모트 플라즈마 생성기(244e), 제2 불활성 가스 공급계를, 제2 가스 공급계(244)에 포함시켜 생각해도 된다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(245c), 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치되어 있다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터, 퍼지 가스로서의 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 통해 샤워 헤드(230)에 공급된다.
여기서, 불활성 가스는, 예를 들어, 질소(N2) 가스이다. 또한, 불활성 가스로서, N2 가스 이외에, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다 하류측에는, 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류 단부가 접속되어 있다. 클리닝 가스 공급관(248a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 클리닝 가스 공급원(248b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(248c), 및 개폐 밸브인 밸브(248d)가 설치되어 있다.
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 공급계가 구성된다. 또한, 클리닝 가스 공급원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 클리닝 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
나아가, 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를, 제3 가스 공급계(245)에 포함시켜 생각해도 된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는, 기판 처리 공정에서는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 통해, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한, 클리닝 공정에서는, 클리닝 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 통해, 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 기판 처리 공정에서는, 처리 용기(202)나 샤워 헤드(230) 내에 쌓인 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한, 클리닝 공정에서는, 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용해도 된다.
클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는, 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230)나 처리 용기(202)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서, 클리닝 가스는, 예를 들어 3불화질소(NF3) 가스이다. 또한, 클리닝 가스로서, 예를 들어, 불화수소(HF) 가스, 3불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 사용해도 되고, 또한 이들을 조합하여 사용해도 된다.
계속해서, 도 3을 사용하여, 제1 분산 기구(241), 가스 가이드(235), 덮개(231)의 구체적 구조에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1의 제1 분산 기구(241)의 주변을 확대한 것이며, 제1 분산 기구(241), 가스 가이드(235), 덮개(231)의 구체적 구조를 설명하는 설명도이다.
제1 분산 기구(241)는, 선단부(241a)와 플랜지(241b)를 갖는다. 선단부(241a)는 관통 구멍(231a)의 상방으로부터 삽입된다. 플랜지(241b)의 하면은, 덮개(231)의 상면에 나사 등으로 고정된다. 플랜지(241b)의 상면은, 가스 공급관(242)의 플랜지에 나사 등으로 고정된다. 플랜지(241b)와 덮개(231)의 사이에는 O링(236)이 설치되어, 샤워 헤드(230) 내의 공간을 기밀하게 하고 있다. 제1 분산 기구(241)는, 단독으로 덮개(231)로부터 제거 가능하다. 제거할 때는, 가스 공급관(242)에 고정하기 위한 나사나 덮개(231)에 고정하기 위한 나사를 떼어, 덮개(231)로부터 제거한다.
가스 가이드(235)는, 판부(235a)와 접속부(235b)를 갖는다.
판부(235a)는, 제1 분산 기구(241)의 분산 구멍(241c)으로부터 공급된 가스를 분산판(234)까지 안내하는 판으로, 분산판(234) 방향을 향함에 따라 직경이 넓어지는 뿔체이며, 예를 들어 원추 형상이다. 가스 가이드(235)는, 그 하단이, 분산판(234)의 가장 외주측에 형성되는 관통 구멍(234a)보다 더 외주측에 위치하도록 형성된다.
접속부(235b)는, 덮개(231)와 판부(235a)를 접속하는 것이다. 접속부(235b)의 상단은, 도시하지 않은 나사 등으로 덮개(231)의 하면에 고정된다. 하단은 판부(235a)에 용접 등으로 접속된다. 접속부(235b)는 기둥 형상이며, 예를 들어 원기둥으로 구성된다. 접속부(235b)는, 간극(232b)을 개재하여 선단부(241a)의 측벽에 인접된다. 간극(232b)을 개재함으로써 덮개(231)로부터 제1 분산 기구(241)를 제거할 때에 우려되는, 접속부(235b)와 물리적 접촉을 피하고 있다. 물리적 접촉을 피함으로써, 제1 분산 기구(241)의 제거를 용이하게 함과 함께, 물리적 접촉에 의한 티끌의 발생을 억제하고 있다.
그런데, 샤워 헤드(230) 내의 제1 분산 기구(241)나 가스 가이드(235) 등의 표면에는, 공급된 가스가 막으로 되어서 부착되는 경우를 생각할 수 있다. 형성되는 막은, 처리 공간에서 기판 위에 형성되는 막과 달리, 막 밀도나 막 두께 등에 치우침이 있는 막이 형성되어 있다. 처리 공간은 균일한 막질 등으로 하는 처리 조건을 만족하고 있는 것에 반해, 샤워 헤드(230) 내는 그러한 조건을 만족하고 있지 않기 때문이다. 조건이란, 예를 들어 가스의 농도나 분위기의 온도, 압력 등이다. 샤워 헤드(230) 내에 형성된 막은, 막 응력이나 막 두께의 편차를 갖기 때문에, 막이 박리되기 쉽다.
또한, 샤워 헤드(230) 내에서도, 제1 분산 기구(241)와 가스 가이드(235)에 부착되는 막의 성질이 상이하다. 제1 분산 기구(241)의 경우, 가스 공급부로부터 공급되는 농도가 높은 가스가 직접 제1 분산 기구(241)의 내벽에 충돌한다. 한편, 가스 가이드(235)의 경우, 제1 분산 기구(241)에 의해 분산된 농도가 낮은 가스가 가스 가이드(235)에 충돌한다. 여기서 「농도가 낮은」이란, 제1 분산 기구(241)의 내측 가스 농도보다 낮은 것을 말한다. 따라서, 단위 시간당에 형성되는 막의 막 두께에 관해서, 제1 분산 기구(241)의 내벽에 부착되는 막 두께는 가스 가이드(235)에 부착되는 막 두께보다 두꺼워진다.
부착된 막은 클리닝 처리로 제거된다. 클리닝 처리로서, 제1 분산 기구(241)나 덮개(231), 가스 가이드(235) 등을 장치로부터 제거하고, 그것들을, 약액에 침지하여 막을 제거하는 방법을 생각할 수 있다. 약액으로 클리닝 대상물을 제거하면 베이킹하여 수분을 제거한다. 그 후, 각 부품을 장치 형태로 조립한다. 이러한 클리닝 처리의 경우, 장치가 가동하지 않는 시간인 소위 다운 타임이 길어져버려, 장치의 가동 효율이 떨어져버리는 경우를 생각할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 제1 분산 기구(241)와 덮개(231)를 별도 부품과 함과 함께, 제1 분산 기구(241)를 제거가 용이한 구조로 하고 있다. 구체적으로는, 관통 구멍(231a)의 상방으로부터 제1 분산 기구(241)를 끼워 넣는 구조로 하고 있다. 관통 구멍(231a)에 상방으로부터 삽입함으로써, 다른 부품을 제거하지 않고, 제1 분산 기구(241)를 제거하는 것이 가능하게 된다. 나아가, 제1 분산 기구(241)를 상승시켜서 덮개(231)로부터 제거할 때, 물리적 접촉에 의한 파티클의 발생을 방지하기 위하여 접속부(235b)의 벽과 제1 분산 기구(241)가 접촉하지 않도록, 간극(232b)을 형성하고 있다. 간극(232b)을 형성함으로써, 파티클 걱정 없이 간단하게 제거가 가능하다.
제거된 제1 분산 기구(241)는, 상기 클리닝 처리가 행하여진다. 한편, 제1 분산 기구(241)가 제거된 덮개(231)에는, 부생성물이 부착되어 있지 않은 제1 분산 기구가 새롭게 삽입되어 고정된다. 이렇게 하면, 제1 분산 기구(241)의 클리닝 빈도로 장치를 분해할 필요가 없으므로, 장치 전체의 클리닝 빈도를 짧게 할 수 있다.
그런데, 용이하게 제거 가능하게 하기 위하여 상기와 같이 간극(232b)을 형성하면, 가스를 공급했을 때에 간극(232b)에 가스가 들어가버리는 경우를 생각할 수 있다. 가스가 간극(232b)으로 들어가면, 간극(232b) 내에서 부생성물이 발생하여, 그것이 파티클로 이어져버릴 우려가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 접속부(235b)에 관통 구멍(235c)을 형성한다. 즉, 분산 구멍(241c)보다 덮개(231)측에 형성되어 있다. 이렇게 구성함으로써, 제1 분산 기구(241)와 가스 가이드(235)의 사이의 간극(232b)(공간)과, 배기 배관을 연통시키고 있다. 후술하는 샤워 헤드 퍼지 공정에서, 가스를 간극(232b)으로부터 배기하는 것이 가능하게 된다.
또한, 선단부(241a)에 형성된 분산 구멍(241c)은, 구멍의 상단의 높이(α)가 접속부(235b)의 하단부의 높이(β)보다 하방에 있는 것이 바람직하다. 가령 β보다 α가 높은 경우, 가스 농도가 높은 가스가 접속부(235b)의 벽에 고압력으로 분사되기 때문에, 그만큼 가스의 부착율이 높아져버린다. 즉, 부생성물이 보다 많이 발생해버린다. 한편, 상기 구조로 하면, 고압의 가스는 벽에 닿지 않고 분산판(234) 방향으로 분산되므로, 부생성물의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 관통 구멍(235c)은, 접속부(235b)에 형성하는 예를 설명했지만, 그것에 한정되는 것은 아니며, 적어도 분산 구멍(241c)의 상단보다 상방에 형성하면 된다. 이렇게 함으로써, 간극(232b)에 체류한 가스를 제거할 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 실시예와 같이, 접속부(235b)의 측벽에 형성하는 것이 바람직하다. 측벽에 형성함으로써, 덮개(231)의 관통 구멍(231a)의 체류물을 빠르게 제거할 수 있다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는, 정합기(251), 고주파 전원(252)이 접속되어 있다. 고주파 전원(252), 정합기(251)로 임피던스를 조정함으로써, 샤워 헤드(230), 처리 공간(201)에 플라즈마가 생성된다.
(배기계)
처리 용기(202)의 분위기를 배기하는 배기계는, 처리 용기(202)에 접속된 복수의 배기관을 갖는다. 구체적으로는, 반송 공간(203)에 접속되는 배기관(제1 배기관)(261)과, 버퍼 공간(232)에 접속되는 배기관(제2 배기관)(262)과, 처리 공간(201)에 접속되는 배기관(제3 배기관)(263)을 갖는다. 또한, 각 배기관(261, 262, 263)의 하류측에는, 배기관(제4 배기관)(264)이 접속된다.
배기관(261)은, 반송 공간(203)의 측면 또는 저면에 접속된다. 배기관(261)에는, 고진공 또는 초고진공을 실현하는 진공 펌프로서 TMP(Turbo Molecular Pump. 터보 분자 펌프. 제1 진공 펌프)(265)가 설치된다. 배기관(261)에서 TMP(265)의 상류측에는 반송 공간용 제1 배기 밸브로서의 밸브(266)가 설치된다. 또한, 배기관(261)에서 TMP(265)의 하류측에는 밸브(267)가 설치된다.
배기관(262)은 버퍼 공간(232)의 상면 또는 측면에 접속된다. 배기관(262)에는, 밸브(270)가 접속된다. 배기관(262), 밸브(270)를 통합하여 샤워 헤드 배기부라 칭한다.
배기관(263)은 처리 공간(201)의 측방에 접속된다. 배기관(263)에는, 처리 공간(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(276)가 설치된다. APC(276)는, 개방도 조정 가능한 밸브체(도시하지 않음)를 갖고, 후술하는 컨트롤러로부터의 지시에 따라서 배기관(263)의 컨덕턴스를 조정한다. 배기관(263)에서 APC(276)의 하류측에는 밸브(277)가 설치된다. 또한, 배기관(263)에서 APC(276)의 상류측에는 밸브(275)가 설치된다. 배기관(263)과 밸브(275), APC(276)를 통합하여 처리실 배기부라 칭한다.
배기관(264)에는, DP(Dry Pump. 드라이 펌프)(278)가 설치된다. 도시한 바와 같이, 배기관(264)에는, 그 상류측에서부터 배기관(262) 배기관(263), 배기관(261)이 접속되고, 또한 그것들의 하류에 DP(278)가 설치된다. DP(278)는, 배기관(262), 배기관(263), 배기관(261) 각각을 통해 버퍼 공간(232), 처리 공간(201) 및 반송 공간(203)의 각각의 분위기를 배기한다. 또한, DP(278)는, TMP(265)가 동작할 때에, 그 보조 펌프로서도 기능한다. 즉, 고진공(또는 초고진공) 펌프인 TMP(265)는, 대기압까지의 배기를 단독으로 행하는 것은 곤란하기 때문에, 대기압까지의 배기를 행하는 보조 펌프로서 DP(278)가 사용된다. 상기한 배기계의 각 밸브에는, 예를 들어 에어 벨브가 사용된다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는, 기판 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 갖고 있다. 컨트롤러(280)는, 연산부(281) 및 기억부(282)를 적어도 갖는다. 컨트롤러(280)는 상기한 각 구성에 접속되어, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라서 기억부(282)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 또한, 컨트롤러(280)는, 전용의 컴퓨터로서 구성해도 되고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리(USB Flash Drive)나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(283)를 준비하고, 외부 기억 장치(283)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨함으로써, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(283)를 통해 공급하는 경우에 제한되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(283)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억부(282)나 외부 기억 장치(283)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억부(282) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
<기판 처리 공정>
이어서, 기판 처리 장치(100)를 사용하여, 웨이퍼(200) 위에 박막을 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 5는, 도 4의 성막 공정의 상세를 나타내는 흐름도이다.
이하, 제1 처리 가스로서 TiCl4 가스를 사용하고, 제2 처리 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 사용하여, 웨이퍼(200) 위에 박막으로서 질화티타늄막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
(기판 반입·적재 공정(S102))
처리 장치(100)에서는, 기판 적재대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시킴으로써, 기판 적재대(212)의 관통 구멍(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 적재대(212) 표면보다 소정의 높이만큼 돌출된 상태가 된다. 계속해서, 게이트 밸브(205)를 개방하여 반송 공간(203)을 이송실(도시하지 않음)과 연통시킨다. 그리고, 이 이송실로부터 웨이퍼 이동 탑재기(도시하지 않음)를 사용하여 웨이퍼(200)를 반송 공간(203)에 반입하여, 리프트 핀(207) 위로 웨이퍼(200)를 이동 탑재한다. 이에 의해, 웨이퍼(200)는, 기판 적재대(212)의 표면으로부터 돌출된 리프트 핀(207) 위에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 웨이퍼 이동 탑재기를 처리 용기(202)의 밖으로 퇴피(저장)시키고, 게이트 밸브(205)를 폐쇄하여 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 적재대(212)를 상승시킴으로써, 기판 적재대(212)에 설치된 기판 적재면(211) 위에 웨이퍼(200)를 적재시키고, 또한 기판 적재대(212)를 상승시킴으로써, 상술한 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 웨이퍼(200)를 상승시킨다.
웨이퍼(200)가 반송 공간(203)에 반입된 후, 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 상승하면, 밸브(266)와 밸브(267)를 폐쇄한다. 이에 의해, 반송 공간(203)과 TMP(265)의 사이, 및 TMP(265)와 배기관(264)의 사이가 차단되고, TMP(265)에 의한 반송 공간(203)의 배기가 종료된다. 한편, 밸브(277)와 밸브(275)를 개방하여, 처리 공간(201)과 APC(276)의 사이를 연통시킴과 함께, APC(276)와 DP(278) 사이를 연통시킨다. APC(276)는, 배기관(263)의 컨덕턴스를 조정함으로써, DP(278)에 의한 처리 공간(201)의 배기 유량을 제어하여, 처리 공간(201)을 소정의 압력(예를 들어 10-5 내지 10-1Pa의 고진공)으로 유지한다.
또한, 이 공정에서, 처리 용기(202) 내를 배기하면서, 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급해도 된다. 즉, TMP(265) 또는 DP(278)로 처리 용기(202) 내를 배기하면서, 적어도 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 개방함으로써, 처리 용기(202) 내에 N2 가스를 공급해도 된다.
또한, 웨이퍼(200)를 기판 적재대(212)의 위에 적재할 때는, 기판 적재대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여, 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어한다. 웨이퍼(200)의 온도는, 예를 들어 실온 이상 500℃ 이하고, 바람직하게는, 실온 이상이며 400℃ 이하이다. 이때, 히터(213)의 온도는, 도시하지 않은 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)에 대한 통전 상태를 제어함으로써 조정된다.
(성막 공정(S104))
이어서, 박막 형성 공정(S104)을 행한다. 이하, 도 5를 참조하여, 성막 공정(S104)에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 성막 공정(S104)은, 서로 다른 처리 가스를 교대로 공급하는 공정을 반복하는 교대 공급 처리이다.
(제1 처리 가스 공급 공정(S202))
웨이퍼(200)를 가열하여 원하는 온도에 도달하면, 밸브(243d)를 개방함과 함께, TiCl4 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한, TiCl4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 이때, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 개방하여, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급한다. 또한, 제1 불활성 가스 공급계로부터 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에 앞서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스의 공급을 개시하고 있어도 된다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 공간(201)에 공급된 TiCl4 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 웨이퍼(200)의 표면에는, TiCl4 가스가 웨이퍼(200) 위에 접촉함으로써 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 TiCl4 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
티타늄 함유층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 처리 공간(201)의 통과에 걸리는 시간 등에 따라, 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
TiCl4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄하고, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 상기한 S202의 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. S202에서, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S204))
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지를 행한다. 이때에도, 밸브(275) 및 밸브(277)는 개방되어 APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 한편, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다. 이에 의해, 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합된 TiCl4 가스는, DP(278)에 의해, 배기관(263)을 통해 처리 공간(201)으로부터 제거된다.
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행한다. 밸브(275) 및 밸브(277)가 폐쇄되는 한편, 밸브(270)가 개방된다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 즉, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행할 때는, 처리 공간(201)과 APC(276)의 사이를 차단함과 함께, APC(276)와 배기관(264)의 사이를 차단하여, APC(276)에 의한 압력 제어를 정지하는 한편, 버퍼 공간(232)과 DP(278)의 사이를 연통한다. 이에 의해, 샤워 헤드(230)(버퍼 공간(232)) 내에 잔류한 TiCl4 가스는, 배기관(262)을 통해, DP(278)에 의해 샤워 헤드(230)로부터 배기된다. 또한, 간극(232b)에 체류한 가스는, 관통 구멍(235c)을 통해 배기관(262)으로부터 배기된다. 또한, 이때, APC(276)의 하류측의 밸브(277)는 개방해도 된다.
또한, 본 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 TiCl4 가스는 관통 구멍(235c)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 따라서, 후술하는 제2 가스 공급 공정에서 공급하는 가스와의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료되면, 밸브(277) 및 밸브(275)를 개방하여 APC(276)에 의한 압력 제어를 재개함과 함께, 밸브(270)를 폐쇄하여 샤워 헤드(230)와 배기관(264)의 사이를 차단한다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 이때에도 제3 가스 공급관(245a)으로부터의 N2 가스의 공급은 계속되고, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지가 계속된다. 또한, 퍼지 공정(S204)에서, 배기관(262)을 통한 퍼지의 전후로 배기관(263)을 통한 퍼지를 행하도록 했지만, 배기관(262)을 통한 퍼지만이어도 된다. 또한, 배기관(262)을 통한 퍼지와 배기관(263)을 통한 퍼지를 동시에 행하도록 해도 된다.
(제2 처리 가스 공급 공정(S206))
퍼지 공정(S204) 후, 밸브(244d)를 열어서 리모트 플라즈마 생성기(244e), 샤워 헤드(230)를 통해, 처리 공간(201) 내에 플라즈마 상태의 암모니아 가스의 공급을 개시한다.
이때, 암모니아 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한, 암모니아 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 또한, 암모니아 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에서도, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)는 개방되어, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스가 공급된다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 용기(202)에 공급된 플라즈마 상태의 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 이미 형성되어 있는 티타늄 함유층이 암모니아 가스의 플라즈마에 의해 개질됨으로써, 웨이퍼(200)의 위에는, 예를 들어 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 암모니아 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
개질층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, 질소 함유 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 플라즈마 생성부의 전력 공급 상태 등에 따라, 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정의 시간 경과 후, 밸브(244d)를 폐쇄하고, 질소 함유 가스의 공급을 정지한다.
S206에서도, 상기한 S202와 마찬가지로, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 또한, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S208))
계속해서, S204와 마찬가지의 퍼지 공정을 실행한다. 각 부의 동작은 S204와 마찬가지이므로 설명은 생략한다.
또한, 퍼지 공정(S208)에서의 샤워 헤드 퍼지 분위기의 퍼지 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 암모니아 가스는 관통 구멍(235c)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 제1 가스 공급 공정을 실시했을 경우에, 공급하는 제1 가스와 암모니아 가스의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
(판정(S210))
컨트롤러(280)는, 상기 1 사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시했는지 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S210에서 "아니오"인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 퍼지 공정(S208)의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S210에서 "예"인 경우), 도 5에 도시하는 처리를 종료한다.
도 4의 설명으로 되돌아가면, 계속해서, 기판 반출 공정(S106)을 실행한다.
(기판 반출 공정(S106))
기판 반출 공정(S106)에서는, 기판 적재대(212)를 하강시켜, 기판 적재대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 위에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(200)는 처리 위치에서 반송 위치가 된다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 개방하여, 웨이퍼 이동 탑재기를 사용해서 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)의 밖으로 반출한다. 이때, 밸브(245d)를 폐쇄하고, 제3 가스 공급계(245)로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
계속해서, 웨이퍼(200)가 반송 위치까지 이동하면, 밸브(262)를 폐쇄하여, 반송 공간(203)과 배기관(264)의 사이를 차단한다. 한편, 밸브(266)와 밸브(267)를 개방하여, TMP(265)(및 DP(278))에 의해 반송 공간(203)의 분위기를 배기함으로써, 처리 용기(202)를 고진공(초고진공) 상태(예를 들어 10-5Pa 이하)로 유지하고, 마찬가지로 고진공(초고진공) 상태(예를 들어 10-6Pa 이하)로 유지되어 있는 이송실과의 압력차를 저감한다. 이 상태에서 게이트 밸브(205)를 개방하고, 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)로부터 이송실에 반출한다.
(처리 횟수 판정 공정(S108))
웨이퍼(200)를 반출한 후, 박막 형성 공정이 소정의 횟수에 도달했는지 여부를 판정한다. 소정의 횟수에 도달했다고 판단되면, 처리를 종료한다. 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판단되면, 다음으로 대기하고 있는 웨이퍼(200)의 처리를 개시하기 위해서, 기판 반입·적재 공정(S102)으로 이행한다.
(제2 실시 형태)
계속해서 제2 실시 형태를, 도 6을 사용하여 설명한다. 제2 실시 형태는, 관통 구멍(235c)에 밸브(238)가 설치된 배기관(237)을 접속하는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 이하에 제2 실시 형태를 설명하는데, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다.
도 6은, 도 1의 제1 분산 기구(241)의 주위를 덮개(231), 제1 분산 기구(241), 가스 가이드(235), 배기관(237)의 관계를 설명한 도면이다. 가스 가이드(235)의 접속부(235b)에는, 관통 구멍(235c)이 형성되어 있다. 관통 구멍(235c)에는 배기관(237)이 접속되어 있다. 배기관(237)은, 배기관(262)에 접속되어 있다. 배기관(237)에는 밸브(238)가 설치되어 있다. 이렇게 구성함으로써, 제1 분산 기구(241)와 가스 가이드(235)의 사이(232b)(공간)와, 배기 배관(239)을 연통시키고 있다.
후술하는 바와 같이, 밸브(238)는, 샤워 헤드 퍼지 공정에서 개방되고, 처리 가스를 공급할 때는 폐쇄하는 밸브이다. 처리 가스 공급시, 밸브(238)를 폐쇄함으로써, 배기관(262)에 가스가 흐르는 것을 방지한다. 이렇게 하면 공급된 가스 흐름이 분산판(234) 방향으로 효율적으로 흐르기 때문에, 가스의 쓸데없는 소비를 억제할 수 있다.
계속해서, 제2 실시 형태에서의 기판 처리 공정을 설명한다.
도 4의 S102 내지 S108은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 이하에, 도 5를 사용하여 제2 실시 형태의 기판 처리 공정을 설명한다.
(제1 처리 가스 공급 공정(S202))
웨이퍼(200)를 가열하여 원하는 온도에 도달하면, 밸브(243d)를 개방함과 함께, TiCl4 가스의 유량이 소정의 유량으로 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한, TiCl4의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 이때, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 개방하여, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급한다. 또한, 제1 불활성 가스 공급계로부터 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에 앞서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스의 공급을 개시하고 있어도 된다. 또한, TiCl4 가스를 공급하는 동안에, 밸브(238)를 폐쇄한다. 밸브(238)를 폐쇄함으로써, TiCl4 가스를 공급하는 동안에, 관통 구멍(235c)으로부터 TiCl4 가스가 배기되는 것을 방지함과 함께, TiCl4 가스를 분산판(234)을 향해 균일하게 공급할 수 있다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 용기(202)에 공급된 TiCl4 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 웨이퍼(200)의 표면에는, TiCl4 가스가 웨이퍼(200) 위에 접촉함으로써 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 TiCl4 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
티타늄 함유층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 처리 공간(201)의 통과에 걸리는 시간 등에 따라, 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
TiCl4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄하고, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 상기한 S202의 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. S202에서, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S204))
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지를 행한다. 이때에도, 밸브(275), 밸브(277)는 개방되어 APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 한편, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다. 이에 의해, 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합할 수 없었던 TiCl4 가스는, DP(278)에 의해, 배기관(263)을 통해 처리 공간(201)으로부터 제거된다.
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행한다. 밸브(275) 및 밸브(277)가 폐쇄되는 한편, 밸브(270), 밸브(238)가 개방된다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 즉, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행할 때는, 처리 공간(201)과 APC(276)의 사이를 차단함과 함께, APC(276)와 배기관(264)의 사이를 차단하여, APC(276)에 의한 압력 제어를 정지하는 한편, 버퍼 공간(232)과 DP(278), 간극(232b)과 DP(278)의 사이를 연통한다. 이에 의해, 간극(232b)을 포함하는 샤워 헤드(230)(버퍼 공간(232)) 내에 잔류한 TiCl4 가스는, 배기관(262)을 통해, DP(278)에 의해 샤워 헤드(230)로부터 배기된다. 또한, 이때, APC(276)의 하류측의 밸브(277)는 개방해도 된다.
또한, 본 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 TiCl4 가스는 관통 구멍(235c), 배기관(237)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 또한, 후술하는 제2 가스 공급 공정에서 공급하는 가스와의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료되면, 밸브(277), 밸브(275)를 개방하여 APC(276)에 의한 압력 제어를 재개함과 함께, 밸브(270), 밸브(238)를 폐쇄하여 샤워 헤드(230)와 배기관(264)의 사이를 차단한다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 이때에도 제3 가스 공급관(245a)으로부터의 N2 가스의 공급은 계속되어, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지가 계속된다. 또한, 퍼지 공정(S204)에서, 배기관(262)을 통한 퍼지의 전후로 배기관(263)을 통한 퍼지를 행하도록 했지만, 배기관(262)을 통한 퍼지만이어도 된다. 또한, 배기관(262)을 통한 퍼지와 배기관(263)을 통한 퍼지를 동시에 행하도록 해도 된다.
(제2 처리 가스 공급 공정(S206))
퍼지 공정(S204) 후, 밸브(244d)를 열어서 리모트 플라즈마 생성기(244e), 샤워 헤드(230)를 통해, 처리 공간(201) 내에 플라즈마 상태의 암모니아 가스의 공급을 개시한다.
이때, 암모니아 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한, 암모니아 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 또한, 암모니아 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에서도, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)는 개방되어, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스가 공급된다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 용기(202)에 공급된 플라즈마 상태의 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 이미 형성되어 있는 티타늄 함유층이 암모니아 가스의 플라즈마에 의해 개질됨으로써, 웨이퍼(200)의 위에는, 예를 들어 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 암모니아 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
개질층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, 질소 함유 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 플라즈마 생성부의 전력 공급 상태 등에 따라, 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정의 시간 경과 후, 밸브(244d)를 폐쇄하고, 질소 함유 가스의 공급을 정지한다.
S206에서도, 상기한 S202와 마찬가지로, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 또한, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S208))
계속해서, S204와 마찬가지의 퍼지 공정을 실행한다. 각 부의 동작은 S204에서 설명한 바와 같으므로, 여기에서의 설명은 생략한다.
또한, 샤워 헤드 퍼지 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 암모니아 가스는 관통 구멍(235c), 배기관(237)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 제1 가스 공급 공정을 실시했을 경우에, 공급하는 제1 가스와 암모니아 가스의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
(판정(S210))
컨트롤러(280)는, 상기 1 사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시했는지 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S210에서 "아니오"인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 퍼지 공정(S208)의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S210에서 "예"인 경우), 도 5에 도시하는 처리를 종료한다.
(제3 실시 형태)
계속해서 제3 실시 형태를, 도 7을 사용하여 설명한다. 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태의 관통 구멍(235c) 대신에, 플랜지(241b)에 관통 구멍(241d)을 형성하고 있다. 이하에 제3 실시 형태를 설명하는데, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다.
도 7은, 도 1의 제1 분산 기구(241)의 주위를 덮개(231), 제1 분산 기구(241), 가스 가이드(235), 배기 배관(239)의 관계를 설명한 도면이다. 플랜지(241b)에는, 관통 구멍(241d)이 형성되어 있다. 즉, 분산 구멍(241c)보다 덮개(231)측에 형성되어 있다. 관통 구멍(241d)에는 배기 배관(239)이 접속되어 있다. 배기 배관(239)은 배기관(262)에 접속되어 있다. 배기 배관(239)에는 밸브(240)가 설치되어 있다. 이렇게 구성함으로써, 제1 분산 기구(241)와 가스 가이드(235)의 사이(232b)(공간)와, 배기 배관(239)을 연통시키고 있다.
후술하는 바와 같이, 밸브(240)는 샤워 헤드 퍼지 공정에서 개방되고, 처리 가스를 공급할 때는 폐쇄되는 밸브이다. 처리 가스 공급시, 밸브를 폐쇄함으로써, 배기관(262)에 가스가 흐르는 것을 방지한다. 이렇게 하면 공급된 가스 흐름이 분산판(234) 방향으로 효율적으로 흐르기 때문에, 가스의 쓸데없는 소비를 억제할 수 있다.
계속해서, 제3 실시 형태에서의 기판 처리 공정을 설명한다.
도 4의 S102 내지 S108은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 이하에, 도 5를 사용하여 제3 실시 형태의 기판 처리 공정을 설명한다.
(제1 처리 가스 공급 공정(S202))
웨이퍼(200)를 가열하여 원하는 온도에 도달하면, 밸브(243d)를 개방함과 함께, TiCl4 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한, TiCl4의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 이때, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)를 개방하여, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급한다. 또한, 제1 불활성 가스 공급계로부터 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에 앞서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스의 공급을 개시하고 있어도 된다. 또한, TiCl4 가스를 공급하는 동안에 밸브(240)를 폐쇄한다. 밸브(240)를 폐쇄함으로써, TiCl4 가스를 공급하는 동안에, 관통 구멍(241d)으로부터 TiCl4 가스가 배기되는 것을 방지함과 함께, TiCl4 가스를 분산판(234)을 향해 균일하게 공급할 수 있다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 용기(202)에 공급된 TiCl4 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 웨이퍼(200)의 표면에는, TiCl4 가스가 웨이퍼(200) 위에 접촉함으로써 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 TiCl4 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
티타늄 함유층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 처리 공간(201)의 통과에 걸리는 시간 등에 따라, 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
TiCl4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후, 밸브(243d)를 폐쇄하고, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 상기한 S202의 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. S202에서, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S204))
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지를 행한다. 이때에도, 밸브(275), 밸브(277)는 개방되어 APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 한편, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다. 이에 의해, 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합할 수 없었던 TiCl4 가스는, DP(278)에 의해, 배기관(263)을 통해 처리 공간(201)으로부터 제거된다.
계속해서, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행한다. 밸브(275) 및 밸브(277)가 폐쇄되는 한편, 밸브(270), 밸브(240)가 개방된다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 즉, 샤워 헤드(230)의 퍼지를 행할 때는, 처리 공간(201)과 APC(276)의 사이를 차단함과 함께, APC(276)와 배기관(264)의 사이를 차단하여, APC(276)에 의한 압력 제어를 정지하는 한편, 버퍼 공간(232)과 DP(278), 간극(232b)과 DP(278)의 사이를 연통한다. 이에 의해, 간극(232b)을 포함하는 샤워 헤드(230)(버퍼 공간(232)) 내에 잔류한 TiCl4 가스는, 배기관(262)을 통해, DP(278)에 의해 샤워 헤드(230)로부터 배기된다. 또한, 이때, APC(276)의 하류측의 밸브(277)는 개방해도 된다.
또한, 본 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 TiCl4 가스는 관통 구멍(241d), 배기 배관(239)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 또한, 후술하는 제2 가스 공급 공정에서 공급하는 가스와의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료되면, 밸브(277), 밸브(275)를 개방하여 APC(276)에 의한 압력 제어를 재개함과 함께, 밸브(270), 밸브(238)를 폐쇄하여 샤워 헤드(230)와 배기관(264)의 사이를 차단한다. 다른 배기계의 밸브는 폐쇄인 상태 그대로이다. 이때에도 제3 가스 공급관(245a)으로부터의 N2 가스의 공급은 계속되어, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지가 계속된다. 또한, 퍼지 공정(S204)에서, 배기관(262)을 통한 퍼지의 전후로 배기관(263)을 통한 퍼지를 행하도록 했지만, 배기관(262)을 통한 퍼지만이어도 된다. 또한, 배기관(262)을 통한 퍼지와 배기관(263)을 통한 퍼지를 동시에 행하도록 해도 된다.
(제2 처리 가스 공급 공정(S206))
퍼지 공정(S204) 후, 밸브(244d)를 열어서 리모트 플라즈마 생성기(244e), 샤워 헤드(230)를 통해, 처리 공간(201) 내에 플라즈마 상태의 암모니아 가스의 공급을 개시한다.
이때, 암모니아 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록, 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한, 암모니아 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상 5000sccm 이하이다. 또한, 암모니아 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2 가스를 흘려도 된다. 또한, 이 공정에서도, 제3 가스 공급계(245)의 밸브(245d)는 개방되어, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스가 공급된다.
제1 분산 기구(241)를 통해 처리 용기(202)에 공급된 플라즈마 상태의 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 위에 공급된다. 이미 형성되어 있는 티타늄 함유층이 암모니아 가스의 플라즈마에 의해 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에는, 예를 들어 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 암모니아 가스는 간극(232b)에도 체류한다.
개질층은, 예를 들어, 처리 용기(202) 내의 압력, 질소 함유 가스의 유량, 기판 적재대(212)의 온도, 플라즈마 생성부의 전력 공급 상태 등에 따라, 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정의 시간 경과 후, 밸브(244d)를 폐쇄하여, 질소 함유 가스의 공급을 정지한다.
S206에서도, 상기한 S202와 마찬가지로, 밸브(275) 및 밸브(277)가 개방되어, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력으로 되도록 제어된다. 또한, 밸브(275) 및 밸브(277) 이외의 배기계의 밸브는 모두 폐쇄된다.
(퍼지 공정(S208))
계속해서, S204와 마찬가지의 퍼지 공정을 실행한다. 각 부의 동작은 S204에서 설명한 바와 같으므로, 여기에서의 설명은 생략한다.
또한, 샤워 헤드 퍼지 공정에서는, 간극(232b)에 체류한 암모니아 가스는 관통 구멍(235c), 배기관(237)을 통해 배기된다. 따라서, 간극(232b)의 잔류물을 현저하게 적게 할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 제1 가스 공급 공정을 실시했을 경우에, 공급하는 제1 가스와 암모니아 가스의 반응에 의한 부생성물의 발생을 억제할 수 있다.
(판정(S210))
컨트롤러(280)는, 상기 1 사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시했는지 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S210에서 "아니오"인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 퍼지 공정(S208)의 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S210으로 "예"인 경우), 도 5에 도시하는 처리를 종료한다.
이상, 본 발명의 다양한 전형적인 실시 형태로서 성막 기술에 대하여 설명해 왔지만, 본 발명은 그것들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기에서 예시한 박막 이외의 성막 처리나, 확산 처리, 산화 처리, 질화 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리를 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 어닐 처치 장치 외에, 박막 형성 장치, 에칭 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 도포 장치, 가열 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 첨가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4를 예로서 설명하고, 제1 원소로서 Ti를 예로서 설명했지만, 거기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 원소로서 Si나 Zr, Hf 등 다양한 원소이어도 된다. 또한, 제2 원소 함유 가스로서 NH3을 예로서 설명하고, 제2 원소로서 N을 예로서 설명했지만, 거기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 원소로서 O 등이어도 된다.
또한, 제1 분산 기구는, 기둥 형상이며, 측면에 관통 구멍을 형성하는 구성으로서 설명했지만, 거기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8에 기재된 바와 같이, 선단부의 하방에 복수의 분산 구멍(241d)을 형성하는 형상이어도 된다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
〔부기 1〕
관통 구멍이 형성된 샤워 헤드의 덮개와,
선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와,
하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 접속부를 갖는 가스 가이드와,
상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구와,
상기 덮개, 상기 제1 분산 기구, 상기 가스 가이드, 상기 제2 분산 기구를 갖는 샤워 헤드와,
상기 샤워 헤드의 하류에 마련된 처리 공간
을 갖는 기판 처리 장치.
〔부기 2〕
상기 제1 분산 기구와 상기 가스 가이드의 접속부는 간극을 개재하여 인접되도록 구성되는 부기 1에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 3〕
상기 제1 분산 기구에는 분산 구멍이 형성되고, 상기 분산 구멍의 상단부는, 상기 접속부의 하단부보다 하방에 설치되는 부기 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 4〕
상기 제1 분산 기구에 형성된 분산 구멍은, 상기 접속부에 형성된 구멍보다 하방에 형성된 부기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 5〕
상기 샤워 헤드에는 배기부에 접속되는 배기 구멍이 형성되는 부기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 6〕
상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 7〕
상기 제1 분산 기구에 형성된 구멍에는 배기관이 접속되고, 상기 배기관에는 개폐 밸브가 설치되어 있는 부기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 8〕
가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고,
선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고,
상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기 9〕
가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고,
선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 하나의 구멍이 형성되는 원기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와,
상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고, 상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하도록 실행시키는 프로그램.
〔부기 10〕
가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고,
선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와, 하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와, 상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고, 상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하도록 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
〔부기 11〕
관통 구멍이 형성된 샤워 헤드의 덮개와,
선단이 상기 관통 구멍에 삽입되고, 타단이 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와,
하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 판부와, 상기 판부와 상기 덮개의 사이에 설치되는 접속부를 갖는 가스 가이드와,
상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구와,
상기 덮개, 상기 제1 분산 기구, 상기 가스 가이드, 상기 제2 분산 기구를 갖는 샤워 헤드와,
상기 제1 분산 기구와 상기 가스 가이드의 사이의 공간과 상기 샤워 헤드에 설치된 샤워 헤드 배기부를 연통시키는 관통 구멍과,
상기 샤워 헤드의 하류에 마련된 처리 공간
을 갖는 기판 처리 장치.
100, 102 : 기판 처리 장치 200 : 웨이퍼(기판)
201 : 처리 공간 202 : 반응 용기
203 : 반송 공간 232 : 버퍼 공간
261, 262, 263, 264 : 배기관 265 : TMP(터보 분자 펌프)
272 : DP(드라이 펌프)

Claims (21)

  1. 관통 구멍이 형성된 샤워 헤드의 덮개와,
    선단이 상기 관통 구멍으로부터 돌출되고, 타단이 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와,
    하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 가이드부와, 상기 가이드부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 접속부를 포함하는 가스 가이드와,
    상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구와,
    상기 덮개, 상기 제1 분산 기구, 상기 가스 가이드, 상기 제2 분산 기구를 갖는 샤워 헤드와,
    상기 샤워 헤드의 하류에 마련된 처리 공간
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구와 상기 가스 가이드의 접속부는, 간극을 개재하여 인접되도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구에는 분산 구멍이 형성되고, 상기 분산 구멍의 상단은, 상기 접속부의 하단보다 하방에 설치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구에 형성된 분산 구멍은, 상기 접속부에 형성된 구멍보다 하방에 형성된, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 샤워 헤드에는 배기부에 접속되는 배기 구멍이 형성되는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 샤워 헤드에는 배기부에 접속되는 배기 구멍이 형성되는, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구에 형성된 구멍에는 배기관이 접속되고, 상기 배기관에는 개폐 밸브가 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구에 형성된 분산 구멍은, 상기 접속부에 형성된 구멍보다 하방에 형성된, 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드에는 배기부에 접속되는 배기 구멍이 형성되는, 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드에는 배기부에 접속되는 배기 구멍이 형성되는, 기판 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구는, 상기 덮개의 상방으로부터 삽입되는, 기판 처리 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산 기구에 형성된 구멍에는 배기관이 접속되고, 상기 배기관에는 개폐 밸브가 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  20. 가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고,
    선단이 상기 관통 구멍으로부터 돌출됨과 함께, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 기구와,
    하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 가이드부와, 상기 가이드부와 상기 덮개의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와,
    상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 기구를 갖고,
    상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 기구, 상기 제2 분산 기구를 통해 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 가스 공급부로부터 샤워 헤드를 통해 처리 공간에 가스를 공급하여, 상기 처리 공간에서 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 샤워 헤드의 덮개에는 관통 구멍이 형성되고,
    선단이 상기 관통 구멍으로부터 돌출됨과 함께, 타단이 상기 가스 공급부에 접속되는 제1 분산 구조와,
    하방을 향할수록 넓어지게 구성되는 가이드부와, 상기 가이드부와 상기 천장의 사이에 설치되고, 적어도 하나의 구멍이 형성되는 기둥 형상의 접속부를 갖는 가스 가이드와,
    상기 가스 가이드의 하류에 설치된 제2 분산 구조를 갖고,
    상기 처리 공간에 가스를 공급할 때에는, 상기 제1 분산 구조, 상기 제2 분산 구조를 통해 공급하도록 실행시키는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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