KR20160028335A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

배기 버퍼실을 이용하여 가스 배기를 수행하는 경우에도 양호한 특성의 막을 형성 가능한 기술을 제공한다.
기판 재치대의 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리하는 처리 공간; 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 처리 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급계; 적어도 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실; 및 가스류 차단벽에 설치된 제1 가열부;를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 공정에서는 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 프로세스 처리를 수행하는 기판 처리 장치가 이용된다. 기판 처리 장치로서는 기판의 대형화나 프로세스 처리의 고(高) 정밀도[精度]화 등에 따라 기판을 1장씩 처리하는 매엽식의 장치가 보급되고 있다.
매엽식 장치에 있어서는 가스의 사용 효율을 향상시키기 위해 예컨대 가스를 기판 처리면의 상방으로부터 공급하고 기판의 측방으로부터 가스를 배기하는 구성이다. 측방으로부터 배기할 때, 배기를 균일하게 하기 위한 버퍼실을 설치한다.
전술한 배기 버퍼실에는 잔류 가스 등이 공급되지만, 그 잔류 가스에 의해 버퍼실의 벽에 막이 부착될 우려가 있다. 이러한 막이 처리실 안으로 역류하여 기판의 막 특성 등에 악영향을 끼칠 우려가 있다.
그렇기 때문에 본 발명은 배기 버퍼실을 이용하여 가스 배기를 수행하는 경우에도 양호한 특성의 막을 형성 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 의하면,
기판 재치대의 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리하는 처리 공간; 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 처리 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급계; 적어도 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통(連通)하는 연통공(孔) 및 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실; 및 가스류 차단벽에 설치된 제1 가열부;를 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면 배기 버퍼실을 이용하여 가스 배기를 수행하는 경우에도 양호한 특성의 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 매엽식의 기판 처리 장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에서의 배기 버퍼실의 전체 형상의 일 구체예를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치에서의 배기 버퍼실의 단면(斷面) 형상의 일 구체예를 모식적으로 도시하는 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정 및 클리닝 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 5는 도 4에서의 성막 공정의 상세를 도시하는 플로우 차트.
도 6은 도 2의 배기 버퍼실의 전체 형상이 다른 실시 형태를 모식적으로 도시하는 사시도.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하에 본 개시의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 처리 대상이 되는 기판에 대하여 1장씩 처리를 수행하는 매엽식의 기판 처리 장치로서 구성된다. 처리 대상이 되는 기판으로서는 예컨대 반도체 장치(반도체 디바이스)가 제작되는 반도체 웨이퍼 기판(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 말한다.)을 예로 들 수 있다. 이러한 기판에 대해 수행하는 처리로서는 에칭, 애싱, 성막 처리 등을 예로 들 수 있지만, 본 실시 형태에서는 특히 성막 처리를 수행하는 것으로 한다. 성막 처리의 전형적인 예로서는 교대 공급 처리가 있다.
이하, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성에 대하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 매엽식의 기판 처리 장치의 개략 구성도이다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 공간(201)과, 웨이퍼(200)를 처리 공간(201)에 반송할 때에 웨이퍼(200)가 통과하는 반송 공간(203)이 형성된다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)의 사이에는 칸막이판(204)이 설치된다.
상부 용기(202a)의 내부의 외주 단연 근방에는 배기 버퍼실(209)이 설치된다. 배기 버퍼실(209)에는 배기 버퍼실을 가열하기 위한 히터(209a)가 설치된다. 배기 버퍼실(209)에 대해서는 그 상세를 후술한다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 도시되지 않은 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
(기판 지지부)
처리 공간(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 설치된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212)와, 기판 재치대(212)에 내포된 가열원(源)으로서의 히터(213)(제2 가열부)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(孔)(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능해진다. 또한 샤프트(217)의 하단부(端部)의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되어 처리 용기(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)에 대향하는 위치(웨이퍼 반송 위치)까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리 공간(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)가 될 때 까지 상승한다. 구체적으로는 기판 재치대(212)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 하방(下方)으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한 기판 재치대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는, 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 위해서 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
(샤워 헤드)
처리 공간(201)의 상부(가스 공급 방향 상류 측)에는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 가스 도입구(241)가 설치되고, 상기 가스 도입구(241)에는 후술하는 가스 공급계가 접속된다. 가스 도입구(241)로부터 도입되는 가스는 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)에 공급된다.
샤워 헤드(230)의 덮개(231)는 도전성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼 공간(232) 또는 처리 공간(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 이용된다. 덮개(231)와 상부 용기(202a)와의 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고 덮개(231)와 상부 용기(202a)의 사이를 절연한다.
샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)를 개재하여 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 구비한다. 이 분산판(234)의 상류 측이 버퍼 공간(232)이며 하류 측이 처리 공간(201)이다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다.
버퍼 공간(232)에는 공급된 가스의 흐름을 형성하는 가스 가이드(235)가 설치된다. 가스 가이드(235)는 가스 도입구(241)를 정점(頂点)으로 하여 분산판(234) 방향을 향함에 따라 지름이 커지는 원추 형상이다. 가스 가이드(235)는 그 하단이 분산판(234)의 가장 외주 측에 형성된 관통공(234a)보다도 더 외주 측에 위치하도록 형성된다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 정합기(251), 고주파 전원(252)이 접속된다. 그리고 고주파 전원(252), 정합기(251)로 임피던스를 조정하는 것에 의해 샤워 헤드(230), 처리 공간(201)에 플라즈마가 생성된다.
(가스 공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된 가스 도입공(241)에는 공통 가스 공급관(242)이 접속된다. 공통 가스 공급관(242)은 가스 도입공(241)으로의 접속에 의해 샤워 헤드(230) 내의 버퍼 공간(232)에 연통하게 된다. 또한 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(RPU)(244e)을 개재하여 공통 가스 공급관(242)에 접속된다.
이들 가운데 제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 원료 가스 공급계(243)로부터는 원료 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 반응 가스 공급계(244)로부터는 주로 반응 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 퍼지 가스 공급계(245)로부터는 웨이퍼(200)를 처리할 때에는 주로 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)나 처리 공간(201)을 클리닝할 때는 클리닝 가스가 주로 공급된다. 또한 가스 공급계로부터 공급되는 가스에 대해서는, 원료 가스를 제1 가스, 반응 가스를 제2 가스, 불활성 가스를 제3 가스, 클리닝 가스[처리 공간(201)용]를 제4 가스라고 부르는 경우도 있다.
(원료 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 원료 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 그리고 제1 가스 공급관(243a)으로부터는 원료 가스가 MFC(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
원료 가스는 처리 가스 중 하나이며, 예컨대 Si(실리콘) 원소를 포함하는 원료인 SiCl6(Disilicon hexachloride 또는 Hexachlorodisilane) 가스(즉 SiCl6가스)이다. 또한 원료 가스로서는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 좋다. 원료 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(243b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c)와의 사이에 도시되지 않은 기화기를 설치하면 좋다. 여기에서는 기체로서 설명한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d)에 의해 원료 가스 공급계(243)가 구성된다. 또한 원료 가스 공급계(243)는 원료 가스 공급원(243b), 후술하는 제1 불활성 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계(243)는 처리 가스 중 하나인 원료 가스를 공급하는 것으로부터 처리 가스 공급계 중 하나에 해당하게 된다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다도 하류 측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(246c) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다. 그리고 제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는 불활성 가스가 MFC(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스는 원료 가스의 캐리어 가스로서 작용하는 것으로, 원료와는 반응하지 않는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희(希)가스를 이용할 수 있다.
주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), MFC(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 제1 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급원(236b), 제1 가스 공급관(243a)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제1 불활성 가스 공급계는 원료 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(반응 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)에는 하류에 RPU(244e)가 설치된다. 상류에는 상류 방향으로부터 순서대로 반응 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(244c) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다. 그리고 제2 가스 공급관(244a)으로부터는 반응 가스가 MFC(244c), 밸브(244d), RPU(244e), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 반응 가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200)상에 조사(照射)된다.
반응 가스는 처리 가스 중 하나이며, 예컨대 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해 반응 가스 공급계(244)가 구성된다. 또한 반응 가스 공급계(244)는 반응 가스 공급원(244b), RPU(244e), 후술하는 제2 불활성 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 반응 가스 공급계(244)는 처리 가스 중 하나인 반응 가스를 공급하는 것으로부터 처리 가스 공급계 중 다른 하나에 해당하게 된다.
제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다도 하류 측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(247c) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다. 그리고 제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 MFC(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), RPU(244e)를 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스는 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 것이다. 구체적으로는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), MFC(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 제2 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a), RPU(244e)를 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제2 불활성 가스 공급계는 반응 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(퍼지 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 퍼지 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(245c) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다. 그리고 제3 가스 공급관(245a)으로부터는, 기판 처리 공정에서는 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한 처리 공간 클리닝 공정에서는 필요에 따라 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서의 불활성 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
퍼지 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 기판 처리 공정에서는 처리 용기(202)나 샤워 헤드(230) 내에 머무른 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 처리 공간 클리닝 공정에서는 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용해도 좋다. 구체적으로는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
주로 제3 가스 공급관(245a), MFC(245c), 밸브(245d)에 의해 퍼지 가스 공급계(245)가 구성된다. 또한 퍼지 가스 공급계(245)는 퍼지 가스 공급원(245b), 후술하는 처리 공간 클리닝 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다.
(처리 공간 클리닝 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다도 하류 측에는 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류단이 접속된다. 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(248c) 및 개폐 밸브인 밸브(248d)가 설치된다. 그리고 제3 가스 공급관(245a)은, 처리 공간 클리닝 공정에서는 클리닝 가스가 MFC(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는, 처리 공간 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230)나 처리 용기(202)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다. 구체적으로는 클리닝 가스로서 예컨대 3불화질소(NF3) 가스를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 또한 예컨대 불화수소(HF) 가스, 3불화염소가스(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 이용해도 좋으며 또한 이들을 조합시켜서 이용해도 좋다.
주로 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a), MFC(248c) 및 밸브(248d)에 의해 처리 공간 클리닝 가스 공급계가 구성된다. 또한 처리 공간 클리닝 가스 공급계는 처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 처리 공간 클리닝 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(가스 배기계)
처리 용기(202)의 분위기를 배기하는 배기계는 처리 용기(202)에 접속된 복수의 배기관을 포함한다. 구체적으로는 하부 용기(202b)의 반송 공간(203)에 접속된 제1 배기관(도시되지 않음)과, 상부 용기(202a)의 배기 버퍼실(209)에 접속된 제2 배기관(222)과, 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)에 접속된 제3 배기관(236)을 포함한다. 제2 배기관(222)에는 제3 가열부로서의 히터(225)와 제2 배기관(222)의 온도를 검출하는 온도 검출부로서의 열전대(226)가 설치된다. 히터(225)는 제2 배기관(222)을 흐르는 가스가 벽에 부착되지 않는 온도가 되도록 제어된다.
(제1 가스 배기계)
제1 배기관(도시되지 않음)은 반송 공간(203)의 측면에 접속된다. 제1 배기관에는 고(高) 진공 혹은 초(超) 고진공을 실현하는 진공 펌프로서 터보 분자 펌프(TMP:Turbo Molecular Pump, 도시되지 않음)가 설치된다. 또한 제1 배기관에 있어서 TMP의 상류 측에는 반송 공간용 제1 배기 밸브로서의 밸브가 설치된다. 또한 제1 배기관에 있어서 TMP의 하류 측에도 또한 밸브가 설치된다. 또한 제1 배기관에는 TMP에 더하여 도시되지 않은 드라이 펌프(DP:Dry Pump)가 설치되어 있어도 좋다. DP는 TMP가 동작할 때에 그 보조 펌프로서 기능한다. 즉 TMP 및 DP는 제1 배기관을 개재하여 반송 공간(203)의 분위기를 배기한다. 그리고 그 때 고진공(혹은 초 고진공) 펌프인 TMP는 대기압까지의 배기를 단독으로 수행하는 것은 곤란하기 때문에, 대기압까지의 배기를 수행하는 보조 펌프로서 DP가 이용된다.
주로 제1 배기관 및 밸브에 의해 제1 가스 배기계가 구성된다. 또한 TMP, DP를 제1 가스 배기계에 포함시켜도 좋다.
(제2 가스 배기계)
제2 배기관(222)은 배기 버퍼실(209)의 상면 또는 측방에 설치된 배기공(穴)(221)을 개재하여 배기 버퍼실(209) 내에 접속된다. 제2 배기관(222)에는 배기 버퍼실(209)에 연통하는 처리 공간(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(223)가 설치된다. APC(223)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(도시되지 않음)를 포함하고, 후술하는 컨트롤러(260)로부터의 지시에 따라 제2 배기관(222)의 컨덕턴스를 조정한다. 제2 배기관(222)에 있어서 APC(223)의 하류 측에는 진공 펌프(224)가 설치된다. 진공 펌프(224)는 제2 배기관(222)을 개재하여 배기 버퍼실(209) 및 이에 연통하는 처리 공간(201)의 분위기를 배기한다. 또한 제2 배기관(222)에 있어서 APC(223)의 하류 혹은 상류 측 또는 이들의 양방에는 도시하지 않은 밸브가 설치된다.
주로 제2 배기관(222), APC(223) 및 도시하지 않은 밸브에 의해 제2 가스 배기계가 구성된다. 또한 진공 펌프(224)을 제2 가스 배기계에 포함시켜도 좋다. 또한 진공 펌프(224)는 제1 가스 배기계에서의 DP를 공용해도 상관없다.
(제3 가스 배기계)
제3 배기관(236)은 버퍼 공간(232)의 상면 또는 측면에 접속된다. 즉 제3 배기관(236)은 샤워 헤드(230)에 접속되고, 이에 의해 샤워 헤드(230) 내의 버퍼 공간(232)에 연통하게 된다. 제3 배기관(236)에는 밸브(237)가 설치된다. 또한 제3 배기관(236)에 있어서 밸브(237)의 하류 측에는 압력 조정기(238)가 설치된다. 또한 제3 배기관(236)에 있어서 압력 조정기(238)의 하류 측에는 진공 펌프(239)가 설치된다. 진공 펌프(239)는 제3 배기관(236)을 개재하여 버퍼 공간(232)의 분위기를 배기한다.
주로 제3 배기관(236), 밸브(237), 압력 조정기(238)에 의해 제3 가스 배기계가 구성된다. 또한 진공 펌프(239)를 제3 가스 배기계에 포함시켜도 좋다. 또한 진공 펌프(239)는 제1 가스 배기계에서의 DP를 공용해도 상관없다.
제1 배기관(263), 제2 배기관(222), 제3 배기관(236)의 하류에는 도시하지 않은 DP(Dry Pump. 드라이 펌프)가 설치된다. DP는 제1 배기관, 제2 배기관(222), 제3 배기관(236)의 각각을 개재하여 버퍼 공간(232), 처리 공간(201) 및 반송 공간(203)의 각각의 분위기를 배기한다. 또한 DP는 TMP가 동작할 때에 그 보조 펌프로서도 기능한다. 즉 고진공(혹은 초 고진공) 펌프인 TMP는 대기압까지의 배기를 단독으로 수행하는 것은 곤란하기 때문에, 대기압까지의 배기를 수행하는 보조 펌프로서 DP가 이용된다. 전술한 배기계의 각 밸브에는 예컨대 에어 밸브가 이용된다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 연산부(261) 및 기억부(262)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(260)는 전술한 각 구성에 접속되고, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(262)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라서 각 구성의 동작을 제어한다. 구체적으로는 컨트롤러(260)는 게이트 밸브(205), 승강 기구(218), 히터(213), 고주파 전원(252), 정합기(251), MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c), 밸브(243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d), APC(223), TMP, DP, 진공 펌프(224, 239), 밸브(237) 등의 동작을 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, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 그 외부 기억 장치를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(260)를 구성할 수 있다.
또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치를 개재하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 좋다. 또한 기억부(262)나 외부 기억 장치는 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 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 배기 버퍼실의 상세
여기서 처리 용기(202)의 상부 용기(202a) 내에 형성되는 배기 버퍼실(209)에 대하여 도 2∼도 3을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 배기 버퍼실의 전체 형상의 일 구체예를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 배기 버퍼실(209)의 단면 형상의 일 구체예를 모식적으로 도시하는 측단면도이다.
(전체 형상)
배기 버퍼실(209)은 처리 공간(201) 내의 가스를 측방 주위를 향해 배출할 때의 버퍼 공간으로서 기능하는 것이다. 그 때문에 배기 버퍼실(209)은 도 2에 도시하는 바와 같이 처리 공간(201)의 측방 외주를 둘러싸도록 설치된 공간을 가진다. 즉 배기 버퍼실(209)은 처리 공간(201)의 외주 측에 평면시(平面視) 링 형상(원환 형상)으로 형성된 공간을 가진다.
(단면 형상)
배기 버퍼실(209)이 가지는 공간은 도 3에 도시하는 바와 같이 상부 용기(202a)에 의해 공간의 천장면 및 양측 벽면이 형성되고, 칸막이판(204)에 의해 공간의 바닥면이 형성된다. 그리고 공간의 내주 측에는 처리 공간(201)과 연통하는 연통공(209c)이 설치되고, 그 연통공(209c)을 통해서 처리 공간(201) 내에 공급된 가스가 공간 내에 유입되도록 구성된다. 공간 내에 유입된 가스는 그 공간을 구성하는 외주 측의 측벽면(209b)에 의해 흐름이 가로막아져 그 측벽면(209b)에 충돌한다. 즉 공간을 구성하는 하나의 측벽(외주 측의 측벽)은 연통공(209c)을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽(209b)으로서 기능한다. 또한 가스류 차단벽(209b)과 대향하는 다른 측벽(내주 측의 측벽)에는 처리 공간(201)에 연통하는 연통공(209c)이 설치된다. 이와 같이 배기 버퍼실(209)은 적어도 처리 공간(201)의 측방에서 상기 처리 공간(201)에 연통하는 연통공(209c)과 연통공(209c)을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽(209b)을 포함하여 구성된다.
또한 배기 버퍼실(209)이 가지는 공간은 처리 공간(201)의 측방 외주를 둘러싸도록 연장하여 구성된다. 그렇기 때문에 공간의 내주 측 측벽에 설치된 연통공(209c)에 대해서도 처리 공간(201)의 측방 외주의 전주(全周)에 걸쳐 연장하도록 설치된다. 이 때 배기 버퍼실(209)이 가스 배기의 버퍼 공간으로서 기능하는 것을 고려하면, 연통공(209c)의 측단면 높이 방향의 크기는 배기 버퍼실(209)이 가지는 공간의 측단면 높이 방향의 크기(공간의 높이)보다도 작은 것이 바람직하다.
(배기계 접속)
배기 버퍼실(209)이 가지는 공간에는 도 2에 도시하는 바와 같이 제2 가스 배기계의 제2 배기관(222)이 접속된다. 이에 의해 배기 버퍼실(209)에는 처리 공간(201) 내에 공급된 가스가, 처리 공간(201)과 배기 버퍼실(209)과의 사이의 가스 유로가 되는 연통공(209c)을 통해서 유입되고(도면 중 화살표 참조), 그 유입된 가스가 제2 배기관(222)을 통해서 배기된다. 이러한 구조로 하는 것에 의해 처리 공간(201)의 가스를 신속하게 배기할 수 있다. 또한 웨이퍼로부터 외주 방향으로 균일하게 배기할 수 있다. 따라서 웨이퍼 표면에 대하여 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 그 결과 기판 면내(面內)를 균일하게 처리할 수 있다.
(버퍼실 가열부)
배기 버퍼실(209)의 외주에 따라 제1 가열부인 히터(209a)가 설치된다. 히터(209a)는 예컨대 가스 차단벽의 내부에 설치된다. 히터(209a)에는 전력 공급선을 개재하여 히터 제어부(249)가 접속된다. 히터 제어부(249)는 히터(209a)로의 전력 공급을 제어하는 것이며, 그로 인해 히터(209a)의 온도를 제어한다. 히터(209a)는 배기 가스가 가장 어택되는 가스류 차단벽(209b)의 내주면(209d)을 적어도 가열하는 구성이다. 연통공(209c)을 개재하여 배기되는 가스량이 많아 가스류 차단벽(209b)의 내주면(209d)에 가스가 부착될 가능성이 높기 때문이다. 도 6에는 배기 버퍼실(209)의 외주에 따라 히터(209a)를 설치한 예를 제시하고 있다.
보다 바람직하게는 버퍼실 상벽이나 저벽(底壁) 또는 양방에 히터가 설치된다. 이와 같은 경우 가스류 차단벽(209b), 상벽, 저벽마다 온도를 제어하도록 해도 좋다. 각각의 온도를 제어하는 것에 의해 각 벽에 부착되는 가스의 양에 따른 가열 제어가 가능해진다. 예컨대 상벽, 저벽을 가스가 자기(自己) 분해하는 온도 이상이며 또한 막을 형성할 수 있는 정도의 온도로 하고, 가스류 차단벽(209b)의 온도를 그것보다도 높은 온도로 하여도 좋다. 높은 온도로 하는 것에 의해 보다 치밀하고 막 응력이 균일한 막을 형성할 수 있으므로, 가스류 차단벽(209b)에 가스가 충돌했다 하더라도 물리적인 괴리를 억제할 수 있다. 또한 상벽, 저벽의 경우 대량의 가스가 충돌할 일이 없으므로 가스류 차단벽(209b)보다도 약한 응력이어도 좋고, 구체적으로는 가스류 차단벽보다도 소밀도의 막이이어도 좋다.
또한 가스류 차단벽에 충돌한 가스에 의해 벽의 온도가 저하했다 하더라도 막을 형성 가능하도록, 온도 저하를 보충하면서 막을 형성 가능한 정도의 온도로 제어해도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해 예컨대 가스류 차단벽에 충돌한 가스에 의해 가스류 차단벽의 온도가 떨어졌다 하더라도 막을 형성하는 온도로 유지할 수 있다.
히터(209a)는 기판 재치대(212)에 설치된 히터(213)보다도 높은 온도가 되도록 제어 가능한 구성으로 한다.
(3) 기판 처리 공정
다음으로 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 기판 처리 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(260)에 의해 제어된다.
여기서는 원료 가스(제1 처리 가스)로서 SiCl6가스를 이용하고, 반응 가스(제2 처리 가스)로서 NH3가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유막으로서 SiN(실리콘 질화)막을 교호(交互) 공급법에 의해 형성하는 예에 대하여 설명한다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정 및 클리닝 공정을 도시하는 플로우 차트이다. 도 5는 도 4의 성막 공정의 상세를 도시하는 플로우 차트이다.
[기판 반입 재치·가열 공정:(S102)]
기판 처리 장치(100)에서는 우선 기판 재치대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212)의 표면보다도 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 반송 공간(203)을 이재(移載)실(도시되지 않음)과 연통시킨다. 그리고 이 이재실로부터 웨이퍼 이재기(도시되지 않음)를 이용하여 웨이퍼(200)를 반송 공간(203)에 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202) 밖으로 퇴피시키고 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후, 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치시키고, 기판 재치대(212)를 더 상승시키는 것에 의해 전술한 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 웨이퍼(200)를 상승시킨다.
웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입할 때는 제1 가스 배기계에서의 밸브를 열린 상태로 하고(밸브를 열고), 반송 공간(203)과 TMP(265)와의 사이를 연통시킴과 함께 TMP(265)와 DP와의 사이를 연통시킨다. 한편 제1 가스 배기계에서의 밸브 이외의 배기계의 밸브는 닫힌 상태로 한다(밸브를 닫는다). 이에 의해 TMP(265) 및 DP에 의해 반송 공간(203)의 분위기가 배기되고, 처리 용기(202)를 고진공(초 고진공) 상태(예컨대 10-5Pa 이하)에 도달시킨다. 이 공정에서 처리 용기(202)를 고진공(초 고진공) 상태로 하는 것은, 마찬가지로 고진공(초 고진공) 상태(예컨대 10-6Pa 이하)로 유지된 이재실과의 압력 차이를 저감하기 위해서이다. 이 상태에서 게이트 밸브(205)를 열고, 웨이퍼(200)를 이재실로부터 반송 공간(203)에 반입한다. 또한 TMP 및 DP는 그들의 동작 상승에 따른 처리 공정의 지연을 초래하지 않도록 도 4 및 도 5에 도시하는 공정 중, 항상 동작한다.
웨이퍼(200)가 반송 공간(203)에 반입된 후 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 상승하면, 제1 가스 배기계에서의 밸브를 닫힌 상태로 한다. 이에 의해 반송 공간(203)과 TMP(265)의 사이가 차단되어 TMP(265)에 의한 반송 공간(203)의 배기가 종료된다. 또한 제2 가스 배기계에서의 밸브를 열고, 배기 버퍼실(209)과 APC(223)의 사이를 연통시킴과 함께 APC(223)와 진공 펌프(224)의 사이를 연통시킨다. APC(223)는 제2 배기관(222)의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해 진공 펌프(224)에 의한 배기 버퍼실(209)의 배기 유량을 제어하고, 배기 버퍼실(209)에 연통하는 처리 공간(201)을 소정의 압력으로 유지한다. 또한 다른 배기계의 밸브는 닫힌 상태를 유지한다. 또한 제1 가스 배기계에서의 밸브를 닫을 때는 TMP(265)의 상류 측에 위치하는 밸브를 닫힌 상태로 한 후, TMP(265)의 하류 측에 위치하는 밸브를 닫힌 상태로 하는 것에 의해 TMP(265)의 동작을 안정하게 유지한다.
또한 이 공정에 있어서 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 공급해도 좋다. 즉 TMP(265) 혹은 DP로 배기 버퍼실(209)을 개재하여 처리 용기(202) 내를 배기하면서 적어도 제3 가스 공급계의 밸브(245d)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 N2가스를 공급해도 좋다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 웨이퍼(200)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때는, 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하고, 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 처리 온도가 되도록 제어된다. 그와 병행하여 배기 버퍼실(209)의 히터(209a)에 전력을 공급하고, 배기 버퍼실(209)의 벽이 소정의 처리 온도가 되도록 제어된다. 이 때 히터(213)의 온도는 온도 센서(216)로 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 또한 히터(209a)의 온도는 온도 센서(250)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(209a)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 또한 히터(225)의 온도는 온도 센서(226)로 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(225)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
이와 같이 하여 기판 반입·재치 공정(S102)에서는 처리 공간(201) 내를 소정의 처리 압력이 되도록 제어함과 함께 웨이퍼(200)의 표면 온도가 소정의 처리 온도가 되도록 제어한다. 또한 제2 배기관(222)의 온도를 가스가 부착되지 않을 온도가 되도록 제어한다.
또한 보다 바람직하게는 버퍼실(209)의 벽의 온도가 기판 재치대(212)보다도 높아지도록 제어해도 좋다. 이와 같은 경우 히터(209a)가 기판 재치대(212)의 외주 측면을 가열하므로, 기판 재치대(212)의 외주 측면으로부터의 열의 노출을 막는 것이 가능해진다.
여기서 소정의 처리 온도, 처리 압력이란, 후술하는 성막 공정(S104)에 있어서 교대 공급법에 의해 SiN막을 형성 가능한 처리 온도, 처리 압력이다. 즉 제1 처리 가스(원료 가스) 공급 공정(S202)에서 공급하는 원료 가스가 자기 분해하지 않는 정도의 처리 온도, 처리 압력이다. 구체적으로는 처리 온도는 실온 이상 500℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 400℃ 이하, 처리 압력은 50 내지 5,000Pa로 하는 것을 생각할 수 있다. 이 처리 온도, 처리 압력은 후술하는 성막 공정(S104)에서도 유지하게 된다. 또한 버퍼실(209)의 온도는 원료 가스가 자기 분해하는 온도 이상으로 한다. 구체적으로는 400℃ 이상 700℃ 이하로 한다. 또한 제2 배기관(222)을 200℃ 이상 500℃ 이하로 한다. 극저온 산화막(ULTO:Ultra Low Temperature Oxide)에서는, 처리 공간(201)의 온도를 실온 상 300℃ 이하, 버퍼실을 100℃ 이상 400℃ 이하, 배기 배관을 100℃ 이상 300℃ 이하로 한다. TiN, TiO, AlO, AlN, HfO, ZrO에서는 처리 공간(201)의 온도를 실온 이상 400℃ 이하, 버퍼실 200℃ 이상 500℃ 이하, 배기 배관 200℃ 이상 400℃ 이하로 한다.
[성막 공정:(S104)]
기판 반입·재치 공정(S102) 후에 성막 공정(S104)을 수행한다. 이하 도 5를 참조하여 성막 공정(S104)에 대해 구체적으로 설명한다. 또한 성막 공정(S104)은 다른 처리 가스를 교호(交互)적으로 공급하는 공정을 반복하는 사이클링 처리이다.
[제1 처리 가스 공급 공정:(S202)]
성막 공정(S104)에서는 우선 제1 처리 가스(원료 가스) 공급 공정(S202)을 수행한다. 또한 제1 처리 가스가 예컨대 TiCl4 등의 액체 원료일 경우, 원료를 기화시켜서 원료 가스(즉 TiCl4 가스)를 생성(예비 기화)시켜 둔다. 원료 가스의 예비 기화는 전술한 기판 반입·재치 공정(S102)과 병행해도 좋다. 원료 가스를 안정적으로 생성시키기 위해서는 소정의 시간을 필요로 하기 때문이다.
제1 처리 가스를 공급할 때는 밸브(243d)를 여는 동시에 원료 가스의 유량이 소정 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정하는 것에 의해 처리 공간(201) 내로의 원료 가스(SiCl6 가스)의 공급을 개시한다. 원료 가스의 공급 유량은 예컨대 100 내지 500sccm이다. 원료 가스는 샤워 헤드(230)에 의해 분산되어서 처리 공간(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급된다.
이 때 제1 불활성 가스 공급계의 밸브(246d)를 열고, 제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터 불활성 가스(N2가스)를 공급한다. 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 500 내지 5,000sccm이다. 또한 퍼지 가스 공급계의 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스를 흘려도 좋다.
여분의 원료 가스는 처리 공간(201) 내로부터 배기 버퍼실(209)로 균일하게 유입되고, 제2 가스 배기계의 제2 배기관(222) 내를 흘러서 배기된다. 구체적으로는 제2 가스 배기계에서의 밸브가 열린 상태가 되고, APC(223)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 또한 제2 가스 배기계에서의 밸브 이외의 배기계의 밸브는 모두 닫는다.
이 때의 처리 공간(201) 내의 처리 온도, 처리 압력은, 원료 가스가 자기 분해하지 않는 정도의 처리 온도, 처리 압력이다. 그렇기 때문에 웨이퍼(200) 상에는 원료 가스의 가스 분자가 흡착하게 된다.
배기 버퍼실(209)에 있어서는, 원료 가스가 자기 분해하고 처리실벽에 원료 함유막이 형성된다.
원료 가스의 공급을 시작하고 나서 소정 시간 경과 후, 밸브(243d)를 닫고 원료 가스의 공급을 정지한다. 원료 가스 및 캐리어 가스의 공급 시간은 예컨대 2 내지 20초이다.
[제1 샤워 헤드 배기 공정:(S204)]
원료 가스의 공급을 정지한 후에는, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스(N2가스)를 공급하고 샤워 헤드(230)의 퍼지를 수행한다. 이 때의 가스 배기계의 밸브는, 제2 가스 배기계에서의 밸브가 닫힌 상태가 되는 한편 제3 가스 배기계에서의 밸브(237)가 열린 상태가 된다. 다른 가스 배기계의 밸브는 닫힌 상태 그대로이다. 즉 샤워 헤드(230)의 퍼지를 수행할 때는, 배기 버퍼실(209)과 APC(223)의 사이를 차단하고 APC(223)에 의한 압력 제어를 정지하는 한편, 버퍼 공간(232)과 진공 펌프(239)와의 사이를 연통한다. 이에 의해 샤워 헤드(230)[버퍼 공간(232)] 내에 잔류한 원료 가스는, 제3 배기관(236)을 개재하여 진공 펌프(239)에 의해 샤워 헤드(230)로부터 배기된다. 또한 이 때 APC(223)의 하류 측의 밸브는 열어두어도 좋다.
제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)에서의 불활성 가스(N2가스)의 공급 유량은 예컨대 1,000 내지 10,000sccm이다. 또한 불활성 가스의 공급 시간은 예컨대 2 내지 10초이다.
[제1 처리 공간 배기 공정:(S206)]
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료되면 계속해서 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스(N2가스)를 공급하고 처리 공간(201)의 퍼지를 수행한다. 이 때 제2 가스 배기계에서의 밸브는 열린 상태가 되고 APC(223)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 또한 제2 가스 배기계에서의 밸브 이외의 가스 배기계의 밸브는 모두 닫힌 상태가 된다. 이에 의해 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 흡착될 수 없었던 원료 가스는, 제2 가스 배기계에서의 진공 펌프(224)에 의해 제2 배기관(222) 및 배기 버퍼실(209)을 개재하여 처리 공간(201)으로부터 제거된다.
제1 처리 공간 배기 공정(S206)에서의 불활성 가스(N2가스)의 공급 유량은 예컨대 1,000 내지 10,000sccm이다. 또한 불활성 가스의 공급 시간은 예컨대 2 내지 10초이다.
또한 여기에서는 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204) 후에 제1 처리 공간 배기 공정(S206)을 수행하도록 했지만, 이들의 공정을 수행하는 순서는 반대여도 좋다. 또한 이들의 공정을 동시에 수행하도록 해도 좋다
[제2 처리 가스 공급 공정:(S208)]
샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지가 완료되면 계속해서 제2 처리 가스(반응 가스) 공급 공정(S208)을 수행한다. 제2 처리 가스 공급 공정(S208)에서는, 밸브(244d)를 열고 리모트 플라즈마 유닛(244e), 샤워 헤드(230)를 개재하여 처리 공간(201) 내로의 반응 가스(NH3가스)의 공급을 개시한다. 이 때 반응 가스의 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(244c)를 조정한다. 반응 가스의 공급 유량은 예컨대 1,000 내지 10,000sccm이다.
플라즈마 상태의 반응 가스는 샤워 헤드(230)에 의해 분산되어서 처리 공간(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급되고, 웨이퍼(200) 상에 흡착되어 있는 원료 가스 함유막과 반응하여 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 생성한다.
이 때 제2 불활성 가스 공급계의 밸브(247d)를 열고, 제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터 불활성 가스(N2가스)를 공급한다. 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 500 내지 5,000sccm이다. 또한 퍼지 가스 공급계의 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스를 흘려도 좋다.
여분의 반응 가스나 반응 부생성물은 처리 공간(201) 내로부터 배기 버퍼실(209)로 유입하고, 제2 가스 배기계의 제2 배기관(222) 내를 흘러서 배기된다. 구체적으로는 제2 가스 배기계에서의 밸브가 열린 상태가 되고, APC(223)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 또한 제2 가스 배기계에서의 밸브 이외의 배기계의 밸브는 모두 닫힌 상태가 된다.
그러나 배기 버퍼실(209)은 원료 가스의 분해 온도보다도 높은 온도, 예컨대 반응 가스와 원료 가스가 반응하는 온도로 가열되어 있으므로, 여분의 반응 가스의 대부분은 배기 버퍼실의 벽에 부착된 원료 가스 함유막과 반응하여 치밀한 SiN막이 형성된다. 형성된 치밀한 막은 막 응력이 균일한 막이기 때문에 벗겨지기 어렵다. 따라서 벗겨진 막이 처리실에 역류하는 일이 없다. 또한 버퍼실(209) 내의 여분 가스는 제2 배기관(222)을 개재하여 배기된다. 제2 배기관(222)은 버퍼실과 달리 가스가 부착되지 않는 온도로 제어되어 있으므로, 제2 배기관(222)의 내벽에 부착되는 일 없이 배기된다. 또한 버퍼실(209)을 제2 배기관(222)보다도 고온으로 하고 있는 것으로부터 연통하는 배기공(221)에 근방에서는 버퍼실(209)의 압력이 제2 배기관(222)의 압력보다도 높아진다. 따라서 버퍼실(209)로부터 제2 배기관(222)으로의 가스 흐름이 형성되고, 배기 효율이 높아진다. 배기 효율이 높아지는 것에 의해 여분의 가스가 처리실에 역류하는 것을 억제한다.
반응 가스의 공급을 시작하고 나서 소정 시간 경과 후, 밸브(244d)를 닫고 반응 가스의 공급을 정지한다. 반응 가스 및 캐리어 가스의 공급 시간은 예컨대 2 내지 20초이다.
[제2 샤워 헤드 배기 공정:(S210)]
반응 가스의 공급을 정지한 후에는 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)을 수행하여 샤워 헤드(230)에 잔류하고 있는 반응 가스나 반응 부생성물을 제거한다. 이 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210)은 이미 설명한 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204)과 마찬가지로 수행하면 되므로 여기에서의 설명은 생략한다.
[제2 처리 공간 배기 공정:(S212)]
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료된 후에는 계속해서 제2 처리 공간 배기 공정(S212)을 수행하여 처리 공간(201)에 잔류하고 있는 반응 가스나 반응 부생성물을 제거한다. 이 제2 처리 공간 배기 공정(S212)에 대해서도 이미 설명한 제1 처리 공간 배기 공정(S206)과 마찬가지로 수행하면 되므로 여기에서의 설명은 생략한다.
[판정 공정:(S214)]
이상의 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 제1 샤워 헤드 배기 공정(S204), 제1 처리 공간 배기 공정(S206), 제2 처리 가스 공급 공정(S208), 제2 샤워 헤드 배기 공정(S210), 제2 처리 공간 배기 공정(S212)을 1사이클로 하고, 컨트롤러(260)는 이 사이클을 소정 횟수(n사이클) 실시했는지의 여부를 판정한다(S214). 사이클을 소정 횟수 실시하면 웨이퍼(200) 상에는 원하는 막 두께의 실리콘 질화(SiN)막이 형성된다.
[처리 매수 판정 공정:(S106)]
이상의 각 공정(S202∼S214)으로부터 이루어지는 성막 공정(S104) 후에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 다음으로 성막 공정(S104)에서 처리한 웨이퍼(200)가 소정의 매수에 도달했는지의 여부를 판정한다(S106).
성막 공정(S104)에서 처리한 웨이퍼(200)가 소정의 매수에 도달하지 않았다면, 그 후에는 처리 완료된 웨이퍼(200)를 취출하고, 다음으로 대기하고 있는 새로운 웨이퍼(200)의 처리를 개시하기 위해 기판 반출입 공정(S108)으로 이행한다. 또한 소정의 매수의 웨이퍼(200)에 대하여 성막 공정(S104)을 실시한 경우에는, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 취출하고 처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태로 하기 위해 기판 반출 공정(S110)으로 이행한다.
[기판 반출입 공정:(S108)]
기판 반출입 공정(S108)에서는 기판 재치대(212)를 하강시키고, 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 처리 위치로부터 반송 위치가 된다. 그 후 게이트 밸브(205)을 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)의 밖으로 반출한다. 이 때 밸브(245d)를 닫고 제3 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
기판 반출입 공정(S108)에 있어서 웨이퍼(200)가 처리 위치로부터 반송 위치까지 이동하는 사이에는, 제2 가스 배기계에서의 밸브를 닫힌 상태로 하고 APC(223)에 의한 압력 제어를 정지한다. 한편 제1 가스 배기계에 서의 밸브를 열린 상태로 하고, TMP 및 DP에 의해 반송 공간(203)의 분위기를 배기하는 것에 의해 처리 용기(202)를 고진공(초 고진공) 상태(예컨대 10-5Pa 이하)로 유지하고, 마찬가지로 고진공(초 고진공) 상태(예컨대 10-6Pa 이하)로 유지된 이재실과의 압력 차이를 저감한다. 이 상태에서 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)로부터 이재실로 반출한다.
그 후 기판 반출입 공정(S108)에서는 전술한 기판 반입·재치 공정(S102)의 경우와 같은 순서로, 다음으로 대기하고 있는 새로운 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)에 반입하고 그 웨이퍼(200)를 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 상승시킴과 함께 처리 공간(201) 내를 소정의 처리 온도, 처리 압력으로 하여 다음 성막 공정(S104)을 개시 가능한 상태로 만든다. 그리고 처리 공간(201) 내의 새로운 웨이퍼(200)에 대하여 성막 공정(S104) 및 처리 매수 판정 공정(S106)을 수행한다.
[기판 반출 공정:(S110)]
기판 반출 공정(S110)에서는 전술한 기판 반출입 공정(S108)의 경우와 같은 순서로, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내로부터 취출하고 이재실로 반출한다. 단 기판 반출입 공정(S108)의 경우와는 달리 기판 반출 공정(S110)에서는, 다음으로 대기하고 있는 새로운 웨이퍼(200)의 처리 용기(202) 내로의 반입은 수행하지 않고 처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태인 채로 한다.
기판 반출 공정(S110)이 종료되면, 그 후는 클리닝 공정으로 이행한다.
(4) 클리닝 공정
다음으로 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서, 기판 처리 장치(100)의 처리 용기(202) 내에 대한 클리닝 처리를 수행하는 공정에 대하여 계속해서 도 4를 참조하면서 설명한다.
[클리닝 공정:(S112)]
기판 처리 장치(100)에서는 기판 반출 공정(S110)이 종료할 때마다 즉 소정의 매수의 웨이퍼(200)에 대한 성막 공정(S104)을 실시하고, 그 후 처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태가 될 때마다 클리닝 공정(S112)을 수행한다.
여기에서는 기판이 없는 상태에서 밸브(248d)를 열고 버퍼 공간(232)이나 처리 공간(201), 배기 버퍼실(209)에 클리닝 가스를 공급한다. 공급된 클리닝 가스는 버퍼 공간(232)을 형성하는 벽이나 처리 공간(201)을 형성하는 벽 또는 배기 버퍼실(209)의 벽에 부착된 막을 제거하고, 그 후 제2 배기관(222)을 개재하여 배기된다.
본 실시 형태에 있어서는 배기 버퍼실(209)의 벽에 치밀한 막을 부착시키고 있다. 그렇기 때문에 클리닝 가스가 배기 버퍼실(209)을 통과했다 하더라도 배기 버퍼실(209)의 벽을 오버 에칭하는 일이 없다.
또한 처리 공간(201)을 형성하는 벽의 부착물은 배기 버퍼실(209) 내의 물건보다도 벗겨지기 어려운 막이다. 그 이유는 배기 버퍼실(209)의 내벽에 부착된 막은 온도 조건이 제어되어 있는 것에 지나지 않고, 처리실과 같은 압력이나 온도를 제어하여 제막한 경우보다도 막 두께나 막 밀도 등이 안정되어 있지 않다. 한편 처리 공간(201) 내의 부착물은 온도, 압력이 성막 조건과 동일 조건 하에서 부착된 것이기 때문에 막 두께나 막 밀도 등이 안정된 막으로 되어 있다.
그렇기 때문에 처리 공간(201)을 형성하는 벽의 부착물을 클리닝하는 고 에너지의 클리닝 가스를 공급하는 경우에, 버퍼실의 내벽이 오버 에칭되어버리는 경우를 생각할 수 있다. 하지만 버퍼 공간(232), 처리 공간(201)을 개재하여 배기 버퍼실(209)에 공급된 클리닝 가스는, 그 과정에서 처리 용기(202), 가스 가이드(235), 분산판(234), 기판 재치대(212) 등의 표면 또는 벽의 에칭을 수행하기 위해 서서히 클리닝의 에너지가 실활(失活)된다. 그렇기 때문에 버퍼실(209)에서 오버 에칭되는 일이 없다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하에 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
〔부기1〕
기판 재치대의 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리하는 처리 공간;
상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급계;
적어도 상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실; 및
상기 배기 버퍼실을 가열하는 제1 가열부;
를 포함하는 기판 처리 장치.
〔부기2〕
상기 배기 버퍼실에는 배기 버퍼실의 분위기를 배기하는 배기계가 접속된 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기3〕
상기 버퍼실은 상기 가스류 차단벽을 하나의 측벽으로 하는 공간을 가지고, 상기 하나의 측벽과 대향하는 다른 측벽에 상기 연통공이 형성되고, 상기 공간이 상기 처리 공간의 측방 외주를 둘러싸도록 연장하여 구성된 부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기4〕
상기 제1 가열부는 적어도 상기 가스류 차단벽에 설치된 부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기5〕
상기 기판 재치대는 제2 가열부를 포함하고,
상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 사이, 상기 제1 가열부와 상기 제2 가열부를 가열하도록 제어하는 부기1 내지 부기4 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기6〕
상기 제1 가열부는 상기 제2 가열부보다도 높은 온도로 제어되는 부기5에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기7〕
상기 제2 가열부의 온도는 가스가 분해되지 않는 온도인 부기6에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기8〕
상기 배기계는 제3 가열부를 포함하는 배기 배관을 포함하고, 상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 사이, 상기 제1 가열부는 상기 제3 가열부보다도 높은 온도로 제어되는 부기2 내지 부기7 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기9〕
처리 공간에 내포된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실을 가열하면서 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기10〕
처리 공간에 내포된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실을 가열하면서 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;을 실행시키는 프로그램.
〔부기11〕
처리 공간에 내포된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실을 가열하면서 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;을 실행시키는 프로그램이 격납된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
100: 반도체 제조 장치 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리 공간 209: 배기 버퍼실
209a: 히터 209b: 가스류 차단벽
209c: 연통공 211: 기판 재치면
222: 제2 배기관 230: 샤워 헤드
242: 공통 가스 공급관 249: 히터 제어부

Claims (11)

  1. 기판 재치대의 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리하는 처리 공간;
    상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급계;
    적어도 상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통(連通)하는 연통공(孔) 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실; 및
    상기 가스류 차단벽에 설치된 제1 가열부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 재치대에 설치된 제2 가열부; 및
    상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 사이, 상기 제1 가열부와 상기 제2 가열부를 가열하도록 상기 가스 공급계와 상기 제1 가열부와 상기 제2 가열부를 제어하도록 구성된 제어부;
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 재치대에 설치된 제2 가열부; 및
    상기 제1 가열부가 상기 제2 가열부보다도 높은 온도로 가열되도록 상기 제1 가열부와 상기 제2 가열부를 제어하도록 구성된 제어부;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2 가열부의 온도가 상기 처리 가스가 분해되지 않는 온도가 되도록 상기 제2 가열부를 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 가열부의 온도가 상기 처리 가스가 분해되는 온도가 되도록 상기 제1 가열부를 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 가열부의 온도가 상기 처리 가스가 분해되는 온도가 되도록 상기 제1 가열부를 제어하는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 배기 버퍼실의 분위기를 배기하는 배기계가 접속되고,
    상기 배기계는 제3 가열부를 포함하는 배기 배관을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 사이, 상기 제1 가열부를 상기 제3 가열부보다도 높은 온도로 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 배기 버퍼실의 분위기를 배기하는 배기계가 접속되고,
    상기 배기계는 제3 가열부를 포함하는 배기 배관을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 사이, 상기 배기 배관 속을 흐르는 가스가 상기 배기 배관 내에 부착되지 않는 온도가 되도록 상기 제3 가열부를 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 처리 공간에 내포된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
    상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실을 가열하면서 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 기판 재치대의 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리하는 처리 공간과, 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 적어도 상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실과, 상기 버퍼실을 가열하는 제1 가열부로 구성되는 기판 처리 장치를 공급하는 공정;
    상기 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
    상기 배기 버퍼실을 가열하면서 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;
    으로부터 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 처리 공간에 내포된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정; 및
    상기 처리 공간의 측방에서 상기 처리 공간에 연통하는 연통공 및 상기 연통공을 통하는 가스의 흐름을 가로막는 방향으로 연장하는 가스류 차단벽을 포함하여 구성되는 배기 버퍼실을 가열하면서 상기 기판 재치면과 대향하는 측으로부터 상기 처리 공간 내에 가스를 공급하는 공정;을 실행시키는 프로그램이 격납된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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