KR20160097109A - 기판 처리 장치, 가스 정류부, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

기판의 온도 분포가 불균일해져, 처리 균일성이 저하되는 것을 억제한다. 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 설치되고, 기판이 적재되는 기판 적재대와, 기판을 가열하는 가열부와, 기판에 처리 가스를 공급하는 가스 정류부와, 가스 정류부에 설치된 시일부와, 시일부와 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와, 단열부에 접속된 제1 압력 조정부를 갖는다.

Description

기판 처리 장치, 가스 정류부, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, GAS RECTIFYING PART, METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE, AND RECORDING MEDIUM}
본 개시는, 기판 처리 장치, 가스 정류부, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램이 기록된 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 처리 가스와 반응 가스를 공급하여, 기판에 막을 형성하는 처리 공정이 행하여지는 경우가 있다.
그러나, 기판의 온도 분포가 불균일해져, 처리 균일성이 저하되는 경우가 있다. 본 발명은, 기판의 처리 균일성을 향상시키는 기술을 제공한다.
일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 설치되고, 기판이 적재되는 기판 적재대와, 기판을 가열하는 가열부와, 기판에 처리 가스를 공급하는 가스 정류부와, 가스 정류부에 설치된 시일부와, 시일부와 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와, 단열부에 접속된 제1 압력 조정부를 갖는 기술이 제공된다.
본 개시에 관한 기판 처리 장치, 가스 정류부, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램이 기록된 기록 매체에 의하면, 적어도 기판의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한, 가스 공급부의 개략 구성도이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한, 가스 정류부의 가스 도입구의 횡단면도이다.
도 4는 다른 실시 형태에 관한 시일부의 횡단면도이다.
도 5는 일 실시 형태에 관한, 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
도 6은 일 실시 형태에 관한, 기판 처리 공정의 흐름도이다.
도 7은 일 실시 형태에 관한, 제1 단열부 내의 압력 제어 시퀀스도이다.
도 8은 일 실시 형태에 관한, 기판 처리 공정의 가스 공급·램프 ON/OFF 시퀀스도이다.
이하에 본 개시의 실시 형태에 대해서 설명한다.
<제1 실시 형태>
이하, 제1 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 처리 장치(100)에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(100)는, 절연막 또는 금속막 등을 형성하는 장치이며, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 낱장식 기판 처리 장치로서 구성되어 있다.
도 1에 도시하는 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 재료, 또는 석영 등에 의해 구성되어 있다. 처리 용기(202) 내에는, 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 공간(처리실)(201), 반송 공간(203)이 형성되어 있다.
처리 용기(202)는, 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)의 사이에는 구획판(204)이 설치된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)의 사이에는, 처리실(201)이나 반송 공간(203) 내의 압력을 유지하기 위한 제2 시일부로서의 처리 용기 시일부(260)가 설치되어 있다. 또한, 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)가 직접 접촉되는 것을 억제하고 또한 처리 용기 시일부(260)의 변형을 억제하기 위한 완충부(261)를 설치해도 된다. 처리 용기 시일부(260)와 완충부(261)는, 상부 용기(202a)나 하부 용기(202b)를 구성하는 재료보다도 내열성이 떨어지는 재료가 사용된다. 예를 들어, 불소 수지로서의 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylen: PTFE)이나, 탄소 원소와 불소 원소를 주성분으로 하는 불소 고무, 탄소와 불소와 산소 등을 주성분으로 하는 불소 고무 등의 재료가 사용된다. 또한, 구리(Cu), 스테인리스(SUS), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소 중 어느 하나를 포함하는 금속 재료로 구성된 시일 부재를 설치해도 된다. 또한, 처리 용기 시일부(260)는, O링이나 가스킷이라고 불리는 경우도 있다. 상부 용기(202a)에 둘러싸인 공간으로서, 구획판(204)보다도 상방의 공간을 처리실(201) 또는 반응 존(201)이라 칭하고, 하부 용기(202b)에 둘러싸인 공간으로서, 구획판보다도 하방의 공간을 반송 공간(203)이라 칭한다.
하부 용기(202b)의 측면에는, 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입 출구(206)가 형성되어 있고, 웨이퍼(200)는 기판 반입 출구(206)를 통해 도시하지 않은 반송실과의 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는, 리프트 핀(207)이 복수 설치되어 있다. 또한, 하부 용기(202b)는 접지 전위로 되어 있다.
처리 용기(202) 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 가열부로서의 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.
또한, 기판 적재대(212)의 측벽(212a)에는, 기판 적재대(212)의 직경 방향을 향해서 돌출된 돌출부(212b)를 갖는다. 이 돌출부(212b)는, 기판 적재대(212)의 저면측에 형성된다. 또한, 돌출부(212b)는, 구획판(204)과 접근 또는 접촉시켜, 처리실(201) 내의 분위기가 반송 공간(203) 내로 이동하는 것 및 반송 공간(203) 내의 분위기가 처리실(201) 내로 이동하는 것을 억제시킨다.
기판 적재대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는, 처리 용기(202)의 저부를 관통하고 있고, 나아가서는 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속되어 있다. 승강 기구(218)를 작동시켜 샤프트(217) 및 기판 적재대(212)를 승강시킴으로써, 적재면(211) 위에 적재되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 덮여 있어, 처리 공간(201) 내는 기밀하게 유지되어 있다.
기판 적재대(212)는, 웨이퍼(200)의 반송 시에는, 적재면(211)이 기판 반입 출구(206)의 위치(웨이퍼 반송 위치)로 되도록 기판 지지대까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(200)가 처리 공간(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
구체적으로는, 기판 적재대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는, 리프트 핀(207)의 상단부가 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 적재면(211)의 상면으로부터 매몰되어, 적재면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 되어 있다. 또한, 리프트 핀(207)은, 웨이퍼(200)와 직접 접촉하므로, 예를 들어 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
(배기부)
처리 공간(201)(상부 용기(202a))의 외주에는, 처리 공간(201)의 분위기를 배기하는 배기부로서의 배기로(225)가 설치되어 있다. 배기로(225)에는, 배기구(221)가 형성되어 있다. 배기구(221)에는 배기관(222)이 접속되어 있고, 배기관(222)에는, 처리 공간(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 등의 압력 조정기(223), 진공 펌프(224)가 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 주로, 배기로(225), 배기구(221), 배기관(222), 압력 조정기(223)에 의해 배기부(배기 라인)(220)가 구성된다. 또한, 배기로(225)는, 처리실(201)을 둘러싸도록 설치하여, 웨이퍼(200)의 전체 둘레로부터 가스를 배기 가능하게 구성해도 된다. 또한, 배기부의 구성에, 진공 펌프(224)를 추가하도록 해도 된다.
(가스 도입구)
처리 공간(201)의 상부에 설치되는 후술하는 가스 정류부(234)의 상면(천장벽)에는, 처리 공간(201) 내에 각종 가스를 공급하기 위한 가스 도입구(241)가 형성되어 있다.
(가스 정류부)
가스 도입구(241)와 처리 공간(201)의 사이에는, 가스 정류부(234)가 설치되어 있다. 가스 정류부(234)는, 가스가 빠져나가는 가스 분산 채널(234d)을 갖는다. 가스 정류부(234)는, 덮개(231)에 설치되어 있다. 가스 도입구(241)로부터 도입되는 가스는 가스 정류부(234)를 통해 웨이퍼(200)에 공급된다. 가스 정류부(234)는, 챔버 리드 어셈블리의 측벽으로 되도록 구성해도 된다. 또한, 가스 도입구(241)는, 가스 분산 채널로서도 기능하여, 공급되는 가스가, 기판의 전체 둘레에 분산되도록 구성해도 된다.
또한, 가스 정류부(234)에는, 제1 시일부로서의 리드 시일부(262)가 설치되어, 처리실(201) 내의 압력을 유지 가능하게 구성된다. 리드 시일부(262)는, 처리 용기 시일부(260)와 마찬가지의 재질로 구성된다.
(처리 가스 공급부)
가스 정류부(234)에 접속된 가스 도입구(241)에는, 공통 가스 공급관(242)이 접속되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 공통 가스 공급관(242)에는, 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a), 클리닝 가스 공급관(248a)이 접속되어 있다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급부(243)로부터는 제1 원소 함유 가스(제1 처리 가스)가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급부(244)로부터는 주로 제2 원소 함유 가스(제2 처리 가스)가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급부(245)로부터는 주로 퍼지 가스가 공급되고, 클리닝 가스 공급관(248a)을 포함하는 클리닝 가스 공급부(248)로부터는 클리닝 가스가 공급된다. 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부는, 제1 처리 가스 공급부와 제2 처리 가스 공급부 중 어느 하나 또는 양쪽으로 구성되며, 처리 가스는, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스 중 어느 하나 또는 양쪽으로 구성된다.
(제1 가스 공급부)
제1 가스 공급관(243a)에는, 상류 방향으로부터 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 공급원(243b)으로부터, 제1 원소를 함유하는 가스(제1 처리 가스)가 공급되고, 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 제1 가스 공급관(243a), 공통 가스 공급관(242)을 통해 가스 정류부(234)에 공급된다.
제1 처리 가스는, 원료 가스, 즉, 처리 가스의 하나이다.
여기서, 제1 원소는, 예를 들어 실리콘(Si)이다. 즉, 제1 처리 가스는, 예를 들어 실리콘 함유 가스이다. 실리콘 함유 가스로서는, 예를 들어 디클로로실란[Dichlorosilane(SiH2Cl2): DCS] 가스를 사용할 수 있다. 또한, 제1 처리 가스의 원료는, 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 된다.
제1 처리 가스의 원료가 상온 상압에서 액체인 경우에는, 제1 가스 공급원(243b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c)의 사이에, 도시하지 않은 기화기를 설치하면 된다. 여기에서는 원료는 기체로서 설명한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속되어 있다. 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 설치되어 있다.
여기서, 불활성 가스는, 예를 들어 질소(N2) 가스이다. 또한, 불활성 가스로서, N2 가스 외에, 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 원소 함유 가스 공급부(243)(실리콘 함유 가스 공급부라고도 함)가 구성된다.
또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을, 제1 불활성 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
나아가, 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급부를, 제1 원소 함유 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
(제2 가스 공급부)
제2 가스 공급관(244a)의 상류에는, 상류 방향으로부터 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 공급원(244b)으로부터, 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 처리 가스」)가 공급되고, 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 제2 가스 공급관(244a), 공통 가스 공급관(242)을 통해, 가스 정류부(234)에 공급된다.
제2 처리 가스는, 처리 가스의 하나이다. 또한, 제2 처리 가스는, 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 된다.
여기서, 제2 처리 가스는, 제1 원소와 상이한 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는, 예를 들어 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H) 중 1개 이상을 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제2 처리 가스는, 예를 들어 질소 함유 가스인 것으로 한다. 구체적으로는, 질소 함유 가스로서는, 암모니아(NH3) 가스가 사용된다.
주로, 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해, 제2 처리 가스 공급부(244)가 구성된다.
이것 외에도, 활성화부로서의 리모트 플라즈마 유닛(RPU)(244e)을 설치하여, 제2 처리 가스를 활성화 가능하게 구성해도 된다.
또한, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속되어 있다. 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 설치되어 있다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a)을 통해, 가스 정류부(234)에 공급된다. 불활성 가스는, 박막 형성 공정(후술하는 S203 내지 S207)에서는 캐리어 가스 혹은 희석 가스로서 작용한다.
주로, 제2 불활성 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한, 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(244a)을 제2 불활성 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
나아가, 제2 가스 공급원(244b), 제2 불활성 가스 공급부를, 제2 원소 함유 가스 공급부(244)에 포함해서 생각해도 된다.
(제3 가스 공급부)
제3 가스 공급관(245a)에는, 상류 방향으로부터 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 공급원(245b)으로부터, 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 공급되고, 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 제3 가스 공급관(245a), 공통 가스 공급관(242)을 통해 가스 정류부(234)에 공급된다.
여기서, 불활성 가스는, 예를 들어 질소(N2) 가스이다. 또한, 불활성 가스로서, N2 가스 외에, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
주로, 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해, 제3 가스 공급부(245)(퍼지 가스 공급부라고도 함)가 구성된다.
(클리닝 가스 공급부)
클리닝 가스 공급관(248a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 클리닝 가스원(248b), 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(248c), 밸브(248d), 리모트 플라즈마 유닛(RPU)(250)이 설치되어 있다.
클리닝 가스원(248b)으로부터, 클리닝 가스가 공급되고, MFC(248c), 밸브(248d), RPU(250), 클리닝 가스 공급관(248a), 공통 가스 공급관(242)을 통해 가스 정류부(234)에 공급된다.
클리닝 가스 공급관(248a)의 밸브(248d)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(249a)의 하류단이 접속되어 있다. 제4 불활성 가스 공급관(249a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 제4 불활성 가스 공급원(249b), MFC(249c), 밸브(249d)가 설치되어 있다.
또한, 주로, 클리닝 가스 공급관(248a), MFC(248c) 및 밸브(248d)에 의해 클리닝 가스 공급부가 구성된다. 또한, 클리닝 가스원(248b), 제4 불활성 가스 공급관(249a), RPU(250)를, 클리닝 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
또한, 제4 불활성 가스 공급원(249b)으로부터 공급되는 불활성 가스를, 클리닝 가스의 캐리어 가스 혹은 희석 가스로서 작용하도록 공급해도 된다.
클리닝 가스원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는, 클리닝 공정에서는 가스 정류부(234)나 처리실(201)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서, 클리닝 가스는, 예를 들어 3불화질소(NF3) 가스이다. 또한, 클리닝 가스로서, 예를 들어 불화수소(HF) 가스, 3불화염소가스(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 사용해도 되고, 또한 이들을 조합하여 사용해도 된다.
또한 바람직하게는, 상술한 각 가스 공급부에 설치된 유량 제어부로서는, 니들 밸브나 오리피스 등의, 가스 플로우의 응답성이 높은 가스가 좋다. 예를 들어, 가스의 펄스폭이 밀리 초 오더가 된 경우에는, MFC에서는 응답할 수 없는 경우가 있지만, 니들 밸브나 오리피스의 경우에는, 고속의 ON/OFF 밸브와 조합함으로써, 밀리 초 이하의 가스 펄스에 대응하는 것이 가능하게 된다.
(제어부)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는, 기판 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(121)를 갖고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)나, 외부 기억 장치(285)가 접속 가능하게 구성되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라 하는 말을 사용한 경우에는, 프로그램 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 게이트 밸브(205), 승강 기구(218), 압력 조정기(223), 진공 펌프(224), 리모트 플라즈마 유닛(244e, 250), MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c, 249c, 402a), 밸브(243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d, 249d, 401a), 히터(213) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터의 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 게이트 밸브(205)의 개폐 동작, 승강 기구(218)의 승강 동작, 압력 조정기(223)의 압력 조정 동작, 진공 펌프(224)의 온/오프 제어, 리모트 플라즈마 유닛(250)의 가스 여기 동작, MFC(243c, 244c, 245c, 246c, 247c, 248c, 249c, 402a)의 유량 조정 동작, 밸브(243d, 244d, 245d, 246d, 247d, 248d, 249d, 401a)의 가스의 온/오프 제어, 히터(213)의 온도 제어 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한정하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 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 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(285)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(285)를 사용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 관한 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(285)를 통해 공급하는 경우에 한정하지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(285)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(285)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(285) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
여기서, 발명자들은, 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급해서 처리하는 처리 장치에서, 처리 온도가 고온으로 되었을 경우에, 이하의 과제 중 어느 하나 또는 복수의 과제가 발생되는 것을 알아내었다. 여기서, 고온이란, 예를 들어 400 이상의 온도로 한다.
<과제 1>
예를 들어, 처리 온도가 고온으로 되었을 경우에, 처리실(201)의 처리 용기 시일부(260, 262)를 냉각할 필요가 있다. 처리 용기 시일부(260, 262)는, 고온으로 됨으로써, 재질이 변화되는 경우가 있다. 또한, 처리실(201) 내외에 존재하는 가스와 반응함으로써 재질이 변화된다. 예를 들어, 대기 중의 산소와 반응하여 시일성이 악화되는 경우가 있다.
이와 같은 시일부의 특성의 변화를 억제할 필요가 있다. 시일부의 특성 변화를 억제하기 위해서는, 예를 들어 냉각 유로(263)를 설치해서 냉각하는 방법이 있다. 그러나, 시일부(260, 262)를 냉각하면, 가스 정류부(234)의 표면이 냉각되어버리는 경우가 있다. 특히, 가스 정류부(234)의 상류측이 냉각되어, 가스 정류부(234)의 상류측 표면(234a)의 온도와 하류측 표면(234b)의 온도에 차가 발생하는 경우가 있다. 가스 정류부(234)의 표면 온도에 의해, 표면 부근을 흐르는 가스의 점도(점성)가 변화된다. 가스 점도가 변화된 경우, 가스의 흐름의 용이함이 변화됨으로써, 가스 정류부(234)의 주위, 또는 웨이퍼(200)의 면 상에서의 가스 농도 또는 가스 밀도에 차가 발생한다. 가스 농도의 차에 의해, 처리 균일성이 악화되는 과제가 발생하는 경우가 있다. 가스 농도의 차는, 예를 들어 웨이퍼(200)의 중심측과 외주측에서 상이하게 형성된다. 여기서, 상류측 표면(234a)은, 웨이퍼(200)와 대향하는 방향의 가스 흐름과 평행한 면을 말한다. 하류측 표면(234b)은, 웨이퍼(200)의 직경 방향의 가스 흐름과 평행한 면을 말한다. 가스의 흐름은, 웨이퍼(200)의 직경 방향을 향해서 흘려지는 경우와, 상류측 표면(234a)으로부터 하류측 표면(234b)을 향해서 나선 방향으로 흘려지는 경우가 있다. 나선 방향으로 흘려지는 경우에는, 가스의 유로(경로)가 실제보다도 길게 구성되기 때문에, 가스 정류부(234)의 표면의 온도를 강하게 받아, 더욱 가스의 점성이 변화되는 경우가 있다.
<과제 2>
또한, 가스 정류부(234)가 냉각됨으로써, 가스 정류부(234)와 웨이퍼 (200), 기판 적재대(212)와의 사이에 온도 구배가 발생한다. 이 온도 구배에 의해, 웨이퍼(200)나 기판 적재대(212)로부터 가스 정류부(234)로의 열 이동이 발생하여, 웨이퍼(200)나 기판 적재대(212)가 냉각되어버린다. 또한, 가스 정류부(234)는, 상술한 바와 같이 상류측 표면(234a)과 하류측 표면(234b)에서 온도 차를 발생시키고 있으므로, 웨이퍼(200)나 기판 적재대(212)도 온도 분포를 발생시키게 된다. 웨이퍼(200)나 기판 적재대(212)의 온도 분포는, 예를 들어 중심측과 외주측에서 온도가 상이하게 형성된다. 이 온도 분포에 의해, 웨이퍼(200) 면 내의 처리 균일성이 악화되는 과제가 발생되는 경우가 있다.
<과제 3>
또한, 가스 정류부(234)가 과도하게 냉각된 경우, 가스 정류부(234)의 표면에 가스가 흡착된다. 특히 냉각 유로(263)에 가까운, 상류측 표면(234a)이 과도하게 냉각되어, 상류측 표면(234a)에 가스가 흡착되는 경우가 있다. 예를 들어, 웨이퍼(200)에 처리 가스와 반응 가스를 순서대로 공급해서 처리하는 기판 처리 장치에서는, 상류측 표면(234a)에 반응 가스가 흡착된다. 반응 가스가 흡착된 상태에서 처리 가스를 흘림으로써, 상류측 표면(234a)에 흡착된 반응 가스와 반응하여, 상류측 표면(234a) 근방에서 상정 외의 반응을 발생시켜버리는 경우가 있다. 예를 들어, 상류측 표면(234a) 위에의 성막이 있다. 또한, 부생성물이 생성되고, 부생성물이 웨이퍼(200)에 공급되어, 웨이퍼(200)에 의도하지 않은 성막이 실시되어버리는 경우가 있다. 또한, 상류측 표면(234a) 위에 형성된 막이 박리됨으로써 발생하는 파티클이나, 부생성물에 의해 웨이퍼(200)에의 처리가 저해되는 경우도 있다.
<과제 4>
처리 용기(202)가 편평하게 구성된 경우에, 상류측 표면(234a), 처리 공간(201), 기판 적재대(212), 리드 시일부(262) 각각의 구성의 거리가 짧아진다. 이 경우, 각각의 구성으로부터 발산되는 열이 서로 영향을 미치기 때문에, 각각의 구성의 온도를 소정 온도로 유지하는 것이 곤란해진다. 여기에서 편평한 구성이란, 예를 들어 기판 적재대(212)와 리드 시일부(262)의 거리가, 기판 적재대(212)의 직경보다도 짧아지는 구성이다.
발명자들은, 상기의 과제 중 어느 하나 또는 복수의 과제를 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 이하의 A) 내지 I)의 구성 중 어느 하나를 설치함으로써, 과제를 해결할 수 있음을 알아내었다. 또한, 이하의 구성을 복수 조합함으로써, 효과를 높일 수 있음을 알아내었다.
A) 리드 시일부(262)와, 가스 정류부(234)의 처리실(201)과 접하는 표면과의 사이에, 제1 단열부(270)를 설치한다. 이 제1 단열부(270)는, 도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 정류부(234)의 상류측에 홈 형상으로 구성된다. 홈의 깊이는, 적어도 가스 분산 채널(234d)의 상류측 표면(234a)을 둘러싸는 깊이로 구성된다. 또한, 제1 단열부(270)는, 상류측 표면(234a), 처리 공간(201), 기판 적재대(212), 리드 시일부(262) 등의 각각의 구성으로부터 발산되는 열의 상호 영향을 억제하기 위한 열 이동량(열전도 상태)을 조정하는 기구로서도 기능한다.
또한, 제1 단열부(270)에는, 열전도율이 낮은 부재를 삽입해도 된다. 예를 들어, 석영이나 세라믹스, 에어로 겔 등의 물질이어도 좋다.
B) 제1 단열부(270)에, 압력 조정부로서의 제1 압력 조정부(제2 배기부)를 접속하여, 제1 단열부(270) 내를 진공 배기 가능하게 구성한다. 이 경우, 제1 단열부(270)에 밀봉부(273)를 설치하여, 제1 단열부(270) 내의 압력을 유지 가능하게 구성한다. 제1 압력 조정부는, 배기관(271)과 밸브(272)로 구성된다. 배기관(271)은, 배기 펌프(도시하지 않음)와 접속된다. 밸브(272)는, 바람직하게는 개방도를 조정 가능한 밸브로 구성한다. 밸브(272)의 개방도를 제어함으로써, 제1 단열부(270) 내의 압력을 조정하여, 제1 단열부(270)의 열전도율을 조정하는 것이 가능해진다.
C) 시일부를 냉각하는 냉각 유로(263)에 냉각부를 접속하여, 냉각 유로(263)에의 냉매의 공급량을 제어하는 것이 바람직하다. 냉각부는, 공급관(264)과 밸브(265)로 구성된다. 냉매의 공급량을 제어함으로써, 리드 시일부(262)의 과냉각을 억제하는 것이 가능해진다.
D) 가스 정류부의 표면에, 제1 가스 가열부(280)를 설치하여, 가스 정류부(234)를 가열 가능하게 구성해도 된다. 가스 정류부(234)를 가열함으로써, 가스 정류부(234)의 온도 분포의 발생이나, 가스 흡착을 억제할 수 있다.
제1 가스 가열부(280)는, 적어도, 가스 분산 채널(234d)의 상류측 표면(234a)에 대응하도록 설치된다. 제1 가스 가열부(280)의 온도는, 제1 가스 가열부(280)에 접속된 제1 온도 조정기(281)에 의해 제어된다.
E) 상측 용기(202a)와 하측 용기(202b)의 사이에 설치된 처리 용기 시일부(260)와 배기로(225)의 사이에, 제2 단열부(274)를 설치해도 된다. 제2 단열부(274)를 설치함으로써, 가스 정류부(234)의 웨이퍼(200)의 직경 방향으로의 열 이동을 억제하여, 가스 정류부(234)의 온도 분포를 억제할 수 있다. 또한, 처리 용기 시일부(260) 또는 완충부(261)의 특성 변화를 억제할 수 있다.
제2 단열부(274)의 구성은, 제1 단열부(270)와 마찬가지로 구성된다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 홈 형상으로 구성된다.
F) 제2 단열부(274)에, 압력 조정부로서의 제2 압력 조정부(제3 배기부)를 접속하여, 제2 단열부(274)를 진공 배기 가능하게 구성한다. 이 경우, 제2 단열부(274)에 밀봉부(275)를 설치하여, 제2 단열부(274) 내의 압력을 유지 가능하게 구성한다. 제2 압력 조정부는, 배기관(276)과 밸브(277)로 구성된다. 바람직하게는, 밸브(277)는, 개방도를 조정 가능한 밸브로 구성한다. 밸브(272)의 개방도를 제어함으로써, 제2 단열부(274) 내의 압력을 조정하여, 제2 단열부(274)의 열전도율을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 제2 단열부(274)에 제1 압력 조정부를 접속해서 배기하도록 구성해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 배기계를 간소화할 수 있다. 제1 압력 조정부와 제2 압력 조정부를 설치함으로써, 제1 단열부(270)의 압력과 제2 단열부(274)의 압력을 각각 상이하게 제어할 수 있다.
G) 처리 용기 시일부(260)를 냉각하는 냉각 유로(263)를 설치해서 처리 용기 시일부(260)를 가열하도록 구성해도 된다.
또한, 냉각 유로(263)에 냉각부를 접속하여, 냉각 유로(263)에의 냉매 공급량을 조정 가능하게 구성해도 된다. 냉각 유로(263)에 접속되는 냉각부는 공급관(268)과 밸브(267)로 구성된다.
H) 또한, 배기로(225)의 상측 용기(202a)와 접하는 면으로서, 처리 용기 시일부(260)가 설치되는 면에 제2 가스 가열부(282)를 설치해도 된다.
제2 가스 가열부(282)의 온도는, 제2 가스 가열부(282)에 접속된 제2 온도 조정기(283)에 의해 제어된다.
I) 상기 B, C, D, F, G, H의 구성 중 어느 하나 또는 복수를 조합한 경우에, 제1 시일부와 제2 시일부 중 어느 하나 또는 양쪽의 온도를, 각 시일부의 특성이 열화되지 않는 온도로 유지하면서, 상류측 표면(234a)에 가스가 흡착되지 않는 온도로 유지하도록 온도 제어한다.
상술한 각 구성은, 컨트롤러(121)의 I/O 포트(121d)에 접속되고, 컨트롤러(121)는, 각각의 구성을 제어 가능하게 구성된다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 기판 처리 공정의 예에 대해, 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인, DCS 가스 및 NH3(암모니아) 가스를 사용해서 실리콘 질화(SixNy)막을 형성하는 예를 들어 설명한다.
도 6에 기판으로서의 웨이퍼(200) 위에 실리콘 질화(SixNy)막을 형성하는 경우의 기판 처리 공정의 플로우를 나타내고 있다.
(기판 반입 공정 S201)
성막 처리 시에는, 우선, 웨이퍼(200)를 처리실(201)에 반입시킨다. 구체적으로는, 기판 지지부(210)를 승강 기구(218)에 의해 하강시키고, 리프트 핀(207)이, 관통 구멍(214)으로부터 기판 지지부(210)의 상면측으로 돌출시킨 상태로 한다. 또한, 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 압력 조절한 후, 게이트 밸브(205)를 개방하고, 게이트 밸브(205)로부터 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 적재시킨다. 웨이퍼(200)를 리프트 핀(207) 상에 적재시킨 후, 승강 기구(218)에 의해 기판 지지부(210)를 소정의 위치까지 상승시킴으로써, 웨이퍼(200)가, 리프트 핀(207)으로부터 기판 지지부(210)에 적재되게 된다.
이때, 제3 가스 공급부(245)로부터 불활성 가스를 공급하면서, 소정의 위치까지 상승시켜도 된다. 또한, 기판 적재대(212)의 돌출부(212b)와 구획판(204)은 접촉되는(맞닿는) 위치로 상승시켜도 된다.
이때, 기판 적재대(212)를 히터(213)에 의해 미리 가열하고 있어도 된다. 미리 가열해 둠으로써, 웨이퍼(200)의 가열 시간을 단축할 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)를 리프트 핀(207)으로부터 적재면(211)에 적재했을 때, 웨이퍼(200)가 튀어오르는 경우나, 웨이퍼(200)에 휨이 발생하는 경우 등에는, 웨이퍼(200)를 예비 가열해도 된다. 예비 가열은, 기판 처리 장치(100) 내에서 행해도 되고, 기판 처리 장치(100) 밖에서 행해도 된다. 예를 들어, 기판 처리 장치(100) 내에서 행하는 경우에는, 웨이퍼(200)를 리프트 핀(207)으로 지지한 상태에서, 기판 적재대(212)와 기판의 거리를 소정의 제1 거리로 하여, 소정 시간 대기시켜서 가열한다.
여기서 제1 거리는, 웨이퍼(200)가, 게이트 밸브(205)로부터 반송될 때의 반송 위치로 해도 된다. 또한, 반송 위치의 거리보다도 짧은 거리로 해도 된다. 기판 처리 장치(100) 내에서 예비 가열할 때의 승온 시간은, 웨이퍼(200)와 기판 적재대(212)의 거리에 따라 변화하며, 거리가 보다 짧은 것이 승온 시간을 단축시킬 수 있다. 구체적으로는, 기판 적재대를 미리 가열해 두고, 웨이퍼(200) 또는 서셉터의 온도 변화가 없어지고 나서 일정 시간 유지한다.
이때 히터(213)의 온도는, 웨이퍼(200)에의 원료 가스 공급시와 마찬가지로, 300 내지 850, 바람직하게는 300 내지 800, 보다 바람직하게는 300 내지 750의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 설정한다. 히터(213)에 의한 웨이퍼(200)의 가열 또는 기판 적재대(212)의 가열은, 예를 들어 반복 공정 S207까지 계속한다.
또한, 제1 단열부(270) 내의 배기는, 웨이퍼(200)가 처리실에(201) 내에 반입되기 전부터 행하여, 소정이 압력이 되도록 조정해도 된다. 이 경우, 상류측 표면(234a)으로부터 리드 시일부(262)에 전해지는 열량과, 가열된 기판 적재대(212)로부터 상류측 표면(234a)에 전해지는 열량이 밸런스를 이루어, 상류측 표면(234a)의 온도가 소정의 온도로 되는 압력(제1 압력)으로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)가 기판 적재대(212) 위에 적재되었을 때는, 제1 단열부(270) 내의 압력을 제1 압력보다도 낮은 제2 압력으로 해도 된다. 기판 적재대(212)로부터 상류측 표면(234a)에 전해지는 열은, 웨이퍼(200)에 의해 일시적으로 차단된다. 이때, 제1 압력을 유지했을 경우, 상류측 표면(234a)이 소정의 온도보다도 낮아지는 경우가 있는데, 제1 단열부 내의 압력을 제2 압력으로 함으로써, 상류측 표면(234a)으로부터 리드 시일부(262)에 전해지는 열량을 감소시켜, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정 온도로부터 변화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 단열부(274) 내의 압력은, 적어도, S203, S204, S205, S206, S207의 공정에서 진공 상태로 하고, S201로부터 진공 상태로 해도 된다. S201로부터 진공 상태로 함으로써, 기판 적재대(212)로부터 배기로(225) 방향으로의 열 이동을 억제하여, 기판 적재대(212)의 온도 조정 시간을 단축할 수 있다.
(감압·승온 공정 S202)
계속해서, 처리실(201) 내가 소정의 압력(진공도)으로 되도록, 배기관(222)을 통해 처리실(201) 내를 배기한다. 이때, 압력 센서가 측정한 압력값에 기초하여, 압력 조정기(223)로서의 APC 밸브의 밸브 개방도를 피드백 제어한다. 또한, 온도 센서(도시하지 않음)가 검출한 온도값에 기초하여, 처리실(201) 내가 소정의 온도로 되도록, 히터(213)에의 통전량을 피드백 제어한다. 웨이퍼(200)의 온도가 일정해질 때까지의 동안에, 처리실(201) 내에 잔류하고 있는 수분 또는 부재로부터의 탈가스 등을 진공 배기나 N2 가스의 공급에 의한 퍼지에 의해 제거하는 공정을 마련해도 좋다. 이것으로 성막 프로세스 전의 준비가 완료하게 된다. 또한, 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 배기할 때, 한번, 도달 가능한 진공도까지 진공 배기해도 좋다.
또한, 이때, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 단열부(270) 내의 압력을 제2 압력보다도 낮은 제3 압력으로 해도 된다. 기판 적재대(212)나 가열된 웨이퍼(200)로부터 상류측 표면(234a)으로의 열 이동은, 처리실(201) 내의 분위기를 통한 열전도와, 기판 적재대(212)나 웨이퍼(200)로부터의 열복사가 있다. 처리실(201) 내가 감압되었을 경우, 처리실(201)의 분위기를 통한 열전도가 감소되기 때문에, 제2 압력을 유지했을 경우, 상류측 표면(234a)이 소정의 온도보다도 낮아지는 경우가 있다. 제3 압력으로 함으로써, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다.
(제1 처리 가스 공급 공정 S203)
계속해서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 처리 가스 공급부로부터 처리실(201) 내에 제1 처리 가스(원료 가스)로서의 DCS 가스를 공급한다. 또한, 배기부에 의한 처리실(201) 내의 배기를 계속하고 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력(제1 압력)으로 되도록 제어한다. 구체적으로는, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d), 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 밸브(246d)를 개방하고, 제1 가스 공급관(243a)에 DCS 가스, 제1 불활성 가스 공급관(246a)에 N2 가스를 흘린다. DCS 가스는, 제1 가스 공급관(243a)으로부터 흐르고, MFC(243c)에 의해 소정의 유량으로 조정된다. N2 가스는, 제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터 흐르고, MFC(246c)에 의해 소정의 유량으로 조정된다. 유량 조정된 DCS 가스는, 유량 조정된 N2 가스와 제1 가스 공급관(243a) 내에서 혼합되어, 가스 정류부(234)로부터, 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(222)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대해 DCS 가스가 공급되게 된다[원료 가스(DCS) 공급 공정]. DCS 가스는, 소정의 압력 범위(제1 압력: 예를 들어 100㎩ 이상 10000㎩ 이하)로 처리실(201) 내에 공급한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(200)에 DCS를 공급한다. DCS가 공급됨으로써, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층이라 함은, 실리콘(Si) 또는, 실리콘과 염소(Cl)를 포함하는 층을 말한다.
(잔류 가스 제거 공정 S204)
웨이퍼(200) 위에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)를 폐쇄하고, DCS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(222)의 APC 밸브(223)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(224)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 DCS 가스, 미반응의 DCS 가스, 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 DCS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 밸브(246d)는 개방된 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지해도 된다. 밸브(246a)로부터 계속해서 공급되는 N2 가스는, 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 제1 가스 공급관(243a), 공통 가스 공급관(242), 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 DCS 가스를 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내나, 가스 정류부(234) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제[처리실(201) 내를 완전히 퍼지]하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 공정에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 처리실(201)의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 다음 공정에 있어서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
이때의 히터(213)의 온도는, 웨이퍼(200)에의 원료 가스 공급 시와 마찬가지로 설정한다. 각 불활성 가스 공급부로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100~20000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
(제2 처리 가스 공급 공정 S205)
처리실(201) 내의 DCS 잔류 가스를 제거한 후, 퍼지 가스의 공급을 정지하고, 반응 가스로서의 NH3 가스를 공급한다. 구체적으로는, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)를 개방하고, 제2 가스 공급관(244a) 내에 NH3 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(244a) 내를 흐르는 NH3 가스는, MFC(244c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는 공통 가스 공급관(242)·가스 정류부(234)를 통해, 웨이퍼(200)에 공급된다. 웨이퍼(200) 상에 공급된 NH3 가스는, 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층과 반응하여, 실리콘을 질화시킴과 함께, 수소, 염소, 염화수소 등의 불순물이 배출된다.
이때의 히터(213)의 온도는, 웨이퍼(200)에의 원료 가스 공급시와 마찬가지로 한다.
(잔류 가스 제거 공정 S206)
제2 처리 가스 공급 공정 후, 반응 가스의 공급을 멈추고, 잔류 가스 제거 공정 S204와 마찬가지의 처리를 행한다. 잔류 가스 제거 공정을 행함으로써, 제2 가스 공급관(244a), 공통 가스 공급관(242), 처리실(201) 내 등에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘의 질화에 기여한 후의 NH3 가스를 배제시킬 수 있다. 잔류 가스를 제거함으로써, 잔류 가스에 의한 예기치 않은 막 형성을 억제할 수 있다.
(반복 공정 S207)
이상의 제1 처리 가스 공급 공정 S203, 잔류 가스 제거 공정 S204, 제2 처리 가스 공급 공정 S205, 잔류 가스 제거 공정 S206 각각을 1공정씩 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정의 두께의 실리콘 질화(SixNy)층이 퇴적된다. 이 공정을 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위의 실리콘 질화막의 막 두께를 제어할 수 있다.
소정 막 두께가 될 때까지, 소정 횟수 반복하도록 제어된다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, S203, S204, S205, S206의 각 공정에서는, 제1 단열부(270) 내의 압력은, 제3 압력보다도 낮은 제4 압력으로 한다. S203, S204, S205, S206의 각 공정에서, 상류측 표면(234a)은, 공급되는 가스에 의해 냉각되는 경우가 있다. 상류측 표면(234a)이 냉각되었을 경우, 상류측 표면(234a)의 근방을 흐르는 가스의 점성이 저하된다. 가스의 점성이 저하되면, 상류측 표면(234a)에 가스가 흡착되고, 상류측 표면(234a)에 성막되어, 파티클 발생의 원인이 되는 경우가 있다. 제4 압력으로 함으로써, 상류측 표면(234a)으로부터 리드 시일부(262)로의 열 이동을 억제하여, 상류측 표면(234a)의 온도 저하를 억제할 수 있다.
또한, S203, S204, S205, S206의 각 공정을 n 사이클 반복한 후나, 복수매의 웨이퍼(200)를 처리한 후에는, 상류측 표면(234a) 위에 막이 퇴적되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 상류측 표면(234a)은, 퇴적된 막에 의한 요철이 형성되어 있는 경우가 있어, 기판 적재대(212)나 웨이퍼(200)로부터 복사되는 열을 흡수하기 쉽게 되어 있다. 이러한 경우에는, 제1 단열부(270) 내의 압력을 제4 압력보다도 높은 제5 압력으로 함으로써, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정의 온도로 할 수 있다.
(기판 반출 공정 S208)
반복 공정 S207에서 소정 횟수 실시된 후, 기판 반출 공정 S208이 행하여져, 웨이퍼(200)가 처리실(201)로부터 반출된다. 구체적으로는, 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하여, 반송 가능한 압력으로 압력 조절된다. 압력 조절 후, 기판 지지부(210)가 승강 기구(218)에 의해 강하되고, 리프트 핀(207)이, 관통 구멍(214)으로부터 돌출되어, 웨이퍼(200)가 리프트 핀(207) 위에 적재된다. 웨이퍼(200)가 리프트 핀(207) 위에 적재된 후, 게이트 밸브(205)가 개방되고, 웨이퍼(200)가 처리실(201)로부터 반출된다. 또한, 반출 전에, 웨이퍼(200)가 반출 가능 온도까지 강온시키도록 해도 좋다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하 a) 내지 h)에 기재한 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 제1 단열부(270)를 설치함으로써, 냉각 유로(263)와 상류측 표면(234a)의 사이의 열전도를 억제하여, 제1 시일부(262)와 상류측 표면(234a)의 표면의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있어, 시일 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 상류측 표면(234a) 부근을 흐르는 가스의 점성 변화를 억제할 수 있어, 상류측 표면(234a) 부근을 흐르는 가스 점성과, 하류측 표면(234b) 부근을 흐르는 가스 점성의 차를 적게 할 수 있어, 기판의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상류측 표면(234a)에의 가스 흡착을 억제할 수 있다.
(b) 압력과 열전도율은 비례 관계에 있으므로, 제1 단열부(270) 내의 압력(진공도)을 조정 가능하게 구성함으로써, 제1 단열부(270)의 열전도율을 가변할 수 있다. 예를 들어, 제1 단열부(270) 내의 압력을 낮게 함으로써 열전도율을 낮출 수 있고, 제1 단열부(270) 내의 압력을 높게 함으로써 열전도율을 높게 할 수 있다. 제1 단열부(270) 내를 소정의 압력으로 조정함으로써, 상류측 표면(234a)이 흡수하는, 기판 적재대(212)로부터 방사되는 열의 흡수량과, 냉각 유로(263)에 의한 냉각량을 밸런스를 이루게 할 수 있어, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있다. 또한, 제1 시일부(262)의 온도를 시일 특성이 악화되지 않는 온도로 유지할 수 있다.
(c) 또한, 상류측 표면(234a)에 막이 퇴적되었을 때나, 먼지가 부착되었을 때, 기판 적재대(212)로부터 방사되는 열의 흡수량이나 반사량이 저하되어도, 제1 단열부(270) 내의 진공도를 조정함으로써, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정 온도로 유지하여, 상류측 표면(234a)에의 가스 흡착을 억제할 수 있다. 또한, 상류측 표면(234a) 부근을 흐르는 가스 점도를 소정의 점도로 유지할 수 있다.
(d) 냉각부를 설치하여, 냉각 유로(263)에 공급하는 냉매 유량을 조정 가능하게 구성함으로써, 과도한 냉각에 의한, 상류측 표면(234a)의 온도 저하를 억제할 수 있다.
(e) 제1 가스 가열부(280)를 설치해서 상류측 표면(234a)을 가열 가능하게 구성함으로써, 상류측 표면(234a)의 온도를 소정의 온도로 유지하는 것이나, 가스 분산 채널(234d)를 흐르는 가스의 온도 저하에 의한 가스 점도의 변화를 억제할 수 있다.
(f) 제2 단열부(274)를 설치함으로써, 가스 정류부(234)의 웨이퍼(200)의 직경 방향으로의 열 이동을 억제하여, 가스 정류부(234)의 온도 분포를 억제할 수 있다. 또한, 처리 용기 시일부(260) 또는 완충부(261)의 특성 변화를 억제할 수 있다. 또한, 배기로(225)의 벽이 냉각됨으로 인한, 배기로(225)의 벽에의 부생성물의 흡착을 억제할 수 있다.
(g) 제2 단열부(274) 내의 진공도를 조정 가능하게 구성함으로써, 제2 단열부(274)의 열전도율을 조정할 수 있다.
(h) 냉각 유로(263)에 공급하는 냉매의 유량을 조정 가능하게 구성함으로써, 과도한 냉각에 의한 배기로(225)의 온도 저하를 억제하여, 배기로(225) 내에의 막 부착, 파티클의 퇴적을 억제할 수 있다. 또한, 배기로(225) 내의 파티클 수를 저감할 수 있기 때문에, 배기로(225)로부터 처리실(201)로의 파티클의 침입을 억제할 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 제1 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 개시에 기재된 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
이상, 본 개시의 다른 형태를 설명했지만, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 가스 정류부(234)를 투명한 재질로 구성하고, 제1 가스 가열부(280)를 램프 히터로 구성하여, 제1 가스 공급시와 제2 가스 공급 시 중 어느 한쪽 또는 양쪽에서, 램프 히터를 ON으로 해서, 상류측 표면(234a)을 흐르는 가스의 점성을 조정해도 된다. 또한, 상류측 표면(234a)에의 가스 흡착을 억제하도록 온도 조정해도 된다. 예로서, 도 8에 제1 가스 공급 시에, 상류측 표면(234a)을 가열할 때의 가스 공급과 램프 ON/OFF의 시퀀스를 나타낸다.
또한, 상술에서는, 제1 가스(원료 가스)와 제2 가스(반응 가스)를 교대로 공급해서 성막하는 방법에 대해 기재했지만, 다른 방법에도 적용 가능하다. 예를 들어, 원료 가스와 반응 가스의 공급 타이밍이 겹치도록 공급해도 된다.
또한, 원료 가스와 반응 가스를 공급해서 CVD 성막이 되도록 해도 된다.
또한, 상술에서는, 성막 처리에 대해서 기재했지만, 다른 처리에도 적용 가능하다. 예를 들어, 원료 가스와 반응 가스 중 어느 하나 또는 양쪽을 사용한, 확산 처리, 산화 처리, 질화 처리, 산질화 처리, 환원 처리, 산화 환원 처리, 에칭 처리, 가열 처리 등이 있다. 예를 들어, 반응 가스만을 사용하여, 기판 표면이나 기판에 형성된 막을 플라즈마 산화 처리나, 플라즈마 질화 처리할 때에도 본 개시를 적용할 수 있다. 또한, 반응 가스만을 사용한 플라즈마 어닐 처리에도 적용할 수 있다.
또한, 상술에서는, 반도체 장치의 제조 공정에 대해서 기재했지만, 실시 형태에 따른 개시는, 반도체 장치의 제조 공정 이외에도 적용 가능하다. 예를 들어, 액정 디바이스의 제조 공정이나, 세라믹 기판에의 처리 등이 있다.
또한, 상술에서는, 질화 실리콘막을 형성하는 예를 나타냈지만, 다른 가스를 사용한 성막에도 적용 가능하다. 예를 들어, 산소 함유막, 질소 함유막, 탄소 함유막, 붕소 함유막, 금속 함유막과 이들 원소가 복수 함유된 막 등이 있다. 또한, 이들 막으로서는, 예를 들어 SiO막, TiN막, AlO막, ZrO막, HfO막, HfAlO막, ZrAlO막, SiC막, SiCN막, SiBN막, TiAlN막, TiC막, TiAlC막 등이 있다. 또한, 여기에 나타낸 금속 원소를 다른 전이 금속이나, 다른 금속 원소로 치환한 막이어도 좋다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
<부기 1>
일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 적재되는 기판 적재대와,
상기 기판을 가열하는 가열부와,
상기 기판에 처리 가스를 공급하는 가스 정류부와,
상기 가스 정류부에 설치된 시일부와,
상기 시일부와 상기 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와,
상기 단열부에 접속된 제1 압력 조정부
를 갖는 기판 처리 장치, 또는 반도체 장치의 제조 장치가 제공된다.
<부기 2>
부기 1에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 단열부 내를 제1 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부를 제어하도록 구성된 제어부
를 더 갖는다.
<부기 3>
부기 2에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로와,
상기 냉각 유로에 냉매를 공급하는 냉각부
를 더 갖고,
상기 제어부는,
상기 상류측 표면을 소정 온도로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부와 상기 냉각부를 제어하도록 구성된다.
<부기 4>
부기 1 내지 부기 3 중 어느 한 항에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 가스 정류부는, 상기 기판의 외주측을 향해서 서서히 직경이 넓어지도록 구성되고, 상기 가스가 통과하는 가스 채널을 갖고,
상기 상류측 표면은, 상기 가스 채널의 상류측에 설치된다.
<부기 5>
부기 4에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 단열부는, 상기 가스 채널의 상류측을 둘러싸도록 설치된다.
<부기 6>
부기 1에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 가스 정류부의 외주에 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부가 설치되고, 상기 배기부의 외주에 제2 단열부를 갖는다.
<부기 7>
부기 6에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 제2 단열부에, 제2 압력 조정부가 접속되고,
상기 제어부는, 상기 제2 단열부 내를 제2 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제2 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
<부기 8>
부기 6에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 제2 단열부와 상기 배기부의 사이에 제2 가열부가 설치되고,
상기 제어부는, 상기 제2 단열부가 소정의 온도로 유지되도록 제2 가열부와 상기 제2 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
<부기 9>
부기 1 내지 부기 8 중 어느 한 항에 기재된 장치로서, 바람직하게는
상기 가스 정류부에 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 갖고,
상기 제어부는,
상기 가스 공급부가 상기 기판에 처리 가스와 반응 가스를 순서대로 공급시키도록 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성된다.
<부기 10>
다른 형태에 의하면,
기판 적재대에 적재된 기판에 가스를 공급하는 가스 정류부로서,
상기 기판을 가열하는 가열부와,
상기 가스 정류부에 설치된 시일부와,
상기 시일부와 상기 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와,
상기 단열부에 접속된 제1 압력 조정부
를 갖는 가스 정류부가 제공된다.
<부기 11>
부기 10에 기재된 가스 정류부로서, 바람직하게는
상기 단열부 내를 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부를 제어하도록 구성된 제어부
를 더 갖는다.
<부기 12>
부기 11에 기재된 가스 정류부로서, 바람직하게는
상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로와,
상기 냉각 유로에 냉매를 공급하는 냉각부
를 더 갖고,
상기 제어부는,
상기 상류측 표면을 소정 온도로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부와 상기 냉각부를 제어하도록 구성된다.
<부기 13>
부기 10 내지 부기 12 중 어느 한 항에 기재된 가스 정류부로서, 바람직하게는
상기 기판의 외주측을 향해서 서서히 직경이 넓어지도록 구성되고, 상기 가스가 통과하는 가스 채널을 갖고,
상기 상류측 표면은, 상기 가스 채널의 상류측에 설치되도록 구성된다.
<부기 14>
부기 13에 기재된 가스 정류부로서, 바람직하게는
상기 단열부는, 상기 가스 채널의 상류측을 둘러싸도록 설치된다.
<부기 15>
또 다른 형태에 의하면,
기판 적재대에 적재된 기판을 가열하는 공정과,
상기 기판에 가스 정류부를 통해서 가스를 공급하는 공정과,
상기 가스 정류부에 설치된 시일부와 당해 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부 내의 압력을 소정 압력으로 유지하는 공정
을 갖는 반도체 장치의 제조 방법, 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
<부기 16>
부기 15에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로를 갖고,
상기 시일부를 소정의 온도로 냉각하는 공정
을 갖는다.
<부기 17>
또 다른 형태에 의하면,
기판 적재대에 적재된 기판을 가열시키는 수순과,
상기 기판에 가스 정류부를 통해서 가스를 공급시키는 수순과,
상기 가스 정류부에 설치된 시일부와 당해 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부 내의 압력을 소정 압력으로 유지시키는 수순
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 또는 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
200 : 웨이퍼(기판) 201 : 처리실
202 : 처리 용기 204 : 구획판
212 : 기판 적재대 213 : 히터
221 : 배기구(제1 배기부) 234 : 가스 정류부
234a : 상류측 표면 234b : 하류측 표면
231 : 덮개
250 : 리모트 플라즈마 유닛(여기부)

Claims (18)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판이 적재되는 기판 적재대와,
    상기 기판을 가열하는 가열부와,
    상기 기판에 처리 가스를 공급하는 가스 정류부와,
    상기 가스 정류부에 설치된 시일부와,
    상기 시일부와 상기 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와,
    상기 단열부에 접속된 제1 압력 조정부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열부 내를 제1 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부를 제어하도록 구성된 제어부를 더 갖는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로와,
    상기 냉각 유로에 냉매를 공급하는 냉각부
    를 더 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 상류측 표면을 소정 온도로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부와 상기 냉각부를 제어하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 정류부는, 상기 기판의 외주측을 향해서 서서히 직경이 넓어지도록 구성되고, 상기 가스가 통과하는 가스 채널을 갖고,
    상기 상류측 표면은, 상기 가스 채널의 상류측에 설치되는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단열부는, 상기 가스 채널의 상류측을 둘러싸도록 설치되는, 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가스 정류부의 외주에 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부가 설치되고, 상기 배기부의 외주에 제2 단열부를 갖는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 단열부에 제2 압력 조정부가 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 제2 단열부 내를 제2 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제2 압력 조정부를 제어하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단열부와 상기 배기부의 사이에 제2 가열부가 설치되고,
    상기 제어부는, 상기 제2 단열부가 소정의 온도로 유지되도록 제2 가열부와 상기 제2 압력 조정부를 제어하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 가스 정류부에 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 가스 공급부가 상기 기판에 처리 가스와 반응 가스를 순서대로 공급시키도록 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  10. 기판 적재대에 적재된 기판에 가스를 공급하는 가스 정류부로서,
    상기 기판을 가열하는 가열부와,
    상기 가스 정류부에 설치된 시일부와,
    상기 시일부와 상기 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부와,
    상기 단열부에 접속된 제1 압력 조정부
    를 갖는 가스 정류부.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단열부 내를 소정의 압력으로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부를 제어하도록 구성된 제어부를 더 갖는, 가스 정류부.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로와,
    상기 냉각 유로에 냉매를 공급하는 냉각부
    를 더 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 상류측 표면을 소정 온도로 유지하도록 상기 제1 압력 조정부와 상기 냉각부를 제어하도록 구성되는, 가스 정류부.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 외주측을 향해서 서서히 직경이 넓어지도록 구성되고, 상기 가스가 통과하는 가스 채널을 갖고,
    상기 상류측 표면은, 상기 가스 채널의 상류측에 설치되도록 구성되는, 가스 정류부.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단열부는, 상기 가스 채널의 상류측을 둘러싸도록 설치되는, 가스 정류부.
  15. 기판 적재대에 적재된 기판을 가열하는 공정과,
    상기 기판에 가스 정류부를 통해서 가스를 공급하는 공정과,
    상기 가스 정류부에 설치된 시일부와 당해 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부 내의 압력을 소정 압력으로 유지하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로를 갖고,
    상기 시일부를 소정의 온도로 냉각하는 공정을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 기판 적재대에 적재된 기판을 가열시키는 수순과,
    상기 기판에 가스 정류부를 통해서 가스를 공급시키는 수순과,
    상기 가스 정류부에 설치된 시일부와 당해 가스 정류부의 상류측 표면과의 사이에 설치된 단열부 내의 압력을 소정 압력으로 유지시키는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시일부를 냉각하는 냉각 유로를 갖고,
    상기 시일부를 소정의 온도로 냉각시키는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된, 기록 매체.
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