KR20160112930A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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

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테츠오 야마모토
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슌 마츠이
šœ 마츠이
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

플라즈마를 사용해서 고품질의 막을 형성하는 기술을 제공한다. 기판이 적재되는 기판 적재대를 내포하는 처리실과, 처리실 내에 공급하는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성부를 포함하는 기판 처리 장치에 있어서, 플라즈마 생성부는, 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 플라즈마 발생 도체를 포함하고, 플라즈마 발생 도체는, 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 복수의 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 복수의 접속 도체부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 프로세스 처리를 행하는 기판 처리 장치가 사용된다. 기판 처리 장치가 행하는 프로세스 처리로서는, 예를 들어 교대 공급법에 의한 성막 처리가 있다. 교대 공급법에 의한 성막 처리에서는, 처리 대상이 되는 기판에 대하여, 원료 가스 공급 공정, 퍼지 공정, 반응 가스 공급 공정, 퍼지 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n 사이클) 반복함으로써, 기판 상에의 막 형성을 행한다.
이러한 성막 처리를 행하는 기판 처리 장치로서는, 처리 대상이 되는 기판에 대하여, 그 상방측으로부터 기판의 면 상에 각종 가스(원료 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스)를 순서대로 공급하여, 기판의 면 상에서 원료 가스와 반응 가스를 반응시켜서 기판 상에의 막 형성을 행한다. 그리고, 원료 가스와의 반응 효율을 높이기 위해서, 반응 가스를 공급할 때 당해 반응 가스를 플라즈마 상태로 하도록 구성된 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-222960호 공보
그런데, 이러한 장치 형태에서는, 플라즈마의 사용 효율을 보다 높여, 막질을 향상시키는 것이 요구되는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 플라즈마를 사용해서 고품질의 막을 형성하는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판이 적재되는 기판 적재대와,
상기 기판 적재대를 내포하는 처리실과,
상기 처리실 내에의 가스 공급을 행하는 가스 공급부와,
상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성부
를 포함하고,
상기 플라즈마 생성부는,
상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실과,
상기 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성되는 플라즈마 발생 도체
를 포함하고,
상기 플라즈마 발생 도체는,
상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와,
상기 복수의 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 복수의 접속 도체부
를 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 사용해서 고품질의 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 ICP 코일 및 그 비교예의 개략 구성을 도시하는 모식도로서, (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 개략 구성예를 도시하는 도면, (b)는 비교예에서의 개략 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 개략 구성예를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서 사용되는 가스 공급 유닛의 구성예를 도시하는 도면으로서, (a)는 그 사시도, (b)는 그 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 상세 구성예를 도시하는 도면으로서, 도 2의 A-A 단면을 나타내는 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 상세 구성예를 도시하는 도면으로서, 도 2의 B-B 단면을 나타내는 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 상세 구성예를 도시하는 도면으로서, 도 4의 C-C 단면을 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 다른 상세 구성예를 도시하는 도면으로서, 도 4의 C-C 단면을 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서의 가스 배관의 구성예를 모식적으로 도시하는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 구성예를 도시하는 도면으로서, (a)는 그 사시도, (b)는 그 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 도 10에서의 성막 공정에서 행하는 상대 위치 이동 처리 동작의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 도 10에서의 성막 공정에서 행하는 가스 공급 배기 처리 동작의 상세를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부의 다른 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부의 또 다른 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 구성예를 도시하는 모식도로서, (a)는 그 일례를 나타내는 도면, (b)는 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 나타내는 측단면도이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 본 발명의 제1 실시 형태의 개요
우선, 본 발명의 제1 실시 형태의 개요에 대해서, 종래 기술과 비교하면서 설명한다.
제1 실시 형태에서는, 낱장식의 기판 처리 장치를 사용해서 기판에 대한 처리를 행한다.
처리 대상이 되는 기판으로서는, 예를 들어, 반도체 장치(반도체 디바이스)가 내장되는 반도체 웨이퍼 기판(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함)을 들 수 있다.
또한, 기판에 대하여 행하는 처리로서는, 에칭, 애싱, 성막 처리 등을 들 수 있는데, 제1 실시 형태에서는 특히 교대 공급법에 의한 성막 처리를 행하는 것으로 한다.
교대 공급법에 의한 성막 처리에서는, 처리 대상이 되는 기판에 대하여, 그 상방측으로부터 기판의 면 상에 원료 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 순서대로 공급하여, 기판의 면 상에서 원료 가스와 반응 가스를 반응시켜서 기판 상에의 막 형성을 행함과 함께, 원료 가스와의 반응 효율을 높이기 위해서 반응 가스를 공급할 때 당해 반응 가스를 플라즈마 상태로 한다.
반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것은, 유전 결합 방식에 의해 행하는 것을 생각할 수 있다. 유전 결합 방식이라면, 용량 결합 방식에 비해, 고밀도 플라즈마를 얻는 것이 용이하게 실현 가능해지기 때문이다.
여기서, 비교예에서의 유전 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, 이하, 「ICP」라고 약기함)의 발생 형태에 대해서 설명한다.
도 1의 (b)는, 비교예에서의 ICP 코일의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도시한 예와 같이, 비교예에서는, 플라즈마 상태로 할 가스가 통과하는 플라즈마 생성실(410)의 주위에 나선 형상으로 코일(451)을 감고, 그 코일(451)에 고주파수의 대전류를 흘린다. 대전류를 흘림으로써 플라즈마 생성실(410)에 자계를 발생시키고, 이에 의해 ICP를 발생시킨다.
그런데, 낱장식의 기판 처리 장치에서는, 처리 대상이 되는 웨이퍼(W)에 대하여, 그 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 각종 가스(원료 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스)를 공급한다. 구체적으로는, 원료 가스의 공급 영역과 반응 가스의 공급 영역을 순서대로 통과하도록 웨이퍼(W)를 이동시킴과 함께, 원료 가스와 반응 가스와의 혼합을 방지하기 위해서, 원료 가스의 공급 영역과 반응 가스의 공급 영역과의 사이에 퍼지 가스의 공급 영역이 배치된다. 그리고, 각각의 가스 공급 영역에서, 웨이퍼(W)에 대하여 상방측으로부터 각종 가스를 공급한다. 이와 같은 구성의 기판 처리 장치에서는, 각종 가스의 공급 영역이 인접하게 되므로, 다른 가스 공급 영역과의 간섭을 피하기 위해, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 코일(451)에 대하여 상방측으로부터 전력을 부여하도록 구성된다.
그러나, 나선 형상의 코일(451)에 상방측으로부터 전력을 부여하는 경우에는, 코일(451)의 하단으로부터 상방측을 향해서 연장된 도체(452)가 필요하게 되는데, 그 도체(452)와 코일(451)과의 사이에 충분한 간격(S)을 확보해야만 한다. 충분한 간격(S)을 확보하지 않으면, 도체(452)에서 발생하는 자계에 의해 코일(451)에서 발생하는 자계가 상쇄되어버려, 그 결과로서 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마의 불균일화 등과 같은 악영향이 미치기 때문이다. 그 때문에, 비교예에서의 ICP 코일에서는, 높은 플라즈마 밀도를 유지하면서, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것을 공간 절약적으로 행하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
이 점에 대해서, 본원의 발명자는, 예의 검토를 거듭하여, 비교예에서의 것과는 상이한 신규의 구성의 ICP 코일에 상도하기에 이르렀다.
도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 ICP 코일의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도시한 예의 ICP 코일은, 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성부로서 기능하는 것으로, 플라즈마 상태로 할 반응 가스가 통과하는 유로가 되는 플라즈마 생성실(410)과, 그 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성되는 플라즈마 발생 도체(420)를 갖는다. 즉, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스는, 플라즈마 발생 도체(420)에 의해 형성되는 환상체의 환 내를 통과하게 된다.
플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부(421)와, 주도체부(421)끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부(422)를 갖는다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420)를 구성하는 도체에는, 주도체부(421)가 되는 도체 부분과, 접속 도체부(422)가 되는 도체 부분이 포함된다.
접속 도체부(422)는, 주도체부(421)의 하단끼리를 접속하는 위치에 배치되는 것과, 주도체부(421)의 상단끼리를 접속하는 위치에 배치되는 것이 있다. 이러한 주도체부(421) 및 접속 도체부(422)를 가짐으로써, 플라즈마 발생 도체(420)는, 도체가 플라즈마 생성실(410) 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되게 된다.
복수의 주도체부(421) 중, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 하나의 주도체부(421)에는, 플라즈마 발생 도체(420)에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체(431)가 접속되어 있다. 또한, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 다른 하나의 주도체부(421)에는, 플라즈마 발생 도체(420)에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체(432)가 접속되어 있다. 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)는, 도시하지 않은 정합기 및 고주파 전원에 접속되어 있다.
이와 같은 구성의 ICP 코일에서는, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스를 플라즈마 상태로 함에 있어서, 플라즈마 발생 도체(420)에 대하여 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 통해서 고주파수의 전류를 인가한다. 전류를 인가하면, 플라즈마 발생 도체(420)의 주위에는, 자계가 발생한다.
여기서, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치됨과 함께, 복수의 주도체부(421)를 가지고 구성되어 있다. 즉, 플라즈마 생성실(410)의 주위에는, 복수의 주도체부(421)가 나란히 배치되어 있다.
따라서, 플라즈마 발생 도체(420)에 전류를 인가하면, 플라즈마 생성실(410) 내에서는, 복수의 주도체부(421)가 배치된 영역의 범위 내에서, 각 주도체부(421)에 의한 자계가 합성된 합성 자계가 형성된다. 합성 자계가 형성된 플라즈마 생성실(410) 내를 반응 가스가 통과하면, 그 반응 가스는, 합성 자계에 의해 여기되어 플라즈마 상태로 된다.
이와 같이 하여, 제1 실시 형태에서의 ICP 코일은, 플라즈마 생성실(410) 내를 통과하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것이다.
그런데, 플라즈마 발생 도체(420)에 전류를 인가하기 위한 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)는, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 주도체부(421)에 접속되어 있다. 즉, 주도체부(421)로부터 그대로 상방측을 향해서, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 배치하는 것이 가능하다.
그 때문에, 제1 실시 형태에서의 ICP 코일에서는, 비교예(도 1의 (b)에 기재된 ICP 코일)와는 달리 코일(451)의 하단으로부터 상방측을 향해서 연장된 도체(452)와 코일(451)과의 간격(S)을 충분히 확보할 필요가 발생하지 않아, 그만큼 비교예의 구성보다도 공간 절약화를 실현할 수 있다. 또한, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 복수의 주도체부(421)를 균등하게 배치하면, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 경우도 없다. 나아가, 플라즈마 생성실(410) 내에 형성된 합성 자계를 이용한다는, 유전 결합 방식에 의해 반응 가스를 플라즈마 상태로 하게 되므로, 고밀도 플라즈마를 얻는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
즉, 제1 실시 형태에서의 ICP 코일에 의하면, 플라즈마 발생 도체(420)를 비교예의 것과는 상이한 신규의 구성으로 함으로써, 높은 플라즈마 밀도를 유지하면서, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것을 공간 절약적으로 행할 수 있게 된다.
(2) 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 구성
이어서, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 구체적인 구성에 대해서, 도 2 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 주요부의 개략 구성예를 나타내는 개념도이다. 도 3은, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서 사용되는 가스 공급 유닛의 구성예를 나타내는 개념도이다. 도 4는, 도 2의 A-A 단면을 나타내는 측단면도이다. 도 5는, 도 2의 B-B 단면을 나타내는 측단면도이다. 도 6은, 도 4의 C-C 단면을 도시하는 평면도이다. 도 7은, 도 4의 C-C 단면의 다른 구성예를 도시하는 평면도이다. 도 8은, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서의 가스 배관의 구성예를 모식적으로 도시하는 개념도이다. 도 9는, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 구성예를 나타내는 개념도이다.
(처리 용기)
제1 실시 형태에서 설명하는 기판 처리 장치는, 도시하지 않은 처리 용기를 구비하고 있다. 처리 용기는, 예를 들어 알루미늄(Al)이나 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 밀폐 용기로서 구성되어 있다. 또한, 처리 용기의 측면에는, 도시하지 않은 기판 반입출구가 형성되어 있고, 그 기판 반입출구를 통해서 웨이퍼가 반송되도록 되어 있다. 또한, 처리 용기에는, 도시하지 않은 진공 펌프나 압력 제어기 등의 가스 배기계가 접속되어 있고, 그 가스 배기계를 사용해서 처리 용기 내를 소정 압력으로 조정할 수 있도록 되어 있다.
(기판 적재대)
처리 용기의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)가 적재되는 기판 적재대(10)가 설치되어 있다. 기판 적재대(10)는, 예를 들어 원판 형상으로 형성되고, 그 상면(기판 적재면)에 복수매의 웨이퍼(W)가 원주 방향으로 균등한 간격으로 적재되도록 구성되어 있다. 또한, 기판 적재대(10)는, 가열원으로서의 히터(11)를 내포하고 있고, 그 히터(11)를 사용해서 웨이퍼(W)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도시한 예에서는 5매의 웨이퍼(W)가 적재되도록 구성된 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 적재 매수는 적절히 설정된 것이면 된다. 예를 들어, 적재 매수가 많으면 처리 스루풋의 향상을 기대할 수 있고, 적재 매수가 적으면 기판 적재대(10)의 대형화를 억제할 수 있다. 기판 적재대(10)에 있어서의 기판 적재면은, 웨이퍼(W)와 직접 닿기 때문에, 예를 들어 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
기판 적재대(10)는, 복수매의 웨이퍼(W)가 적재된 상태에서 회전 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 기판 적재대(10)는, 원판 중심 부근을 회전축으로 하는 회전 구동 기구(12)에 연결되어 있고, 그 회전 구동 기구(12)에 의해 회전 구동되도록 되어 있다. 회전 구동 기구(12)는, 예를 들어 기판 적재대(10)를 회전 가능하게 지지하는 회전 베어링이나, 전동 모터로 대표되는 구동원 등을 구비해서 구성하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 여기에서는, 기판 적재대(10)가 회전 가능하게 구성되어 있는 경우를 예로 들고 있지만, 기판 적재대(10) 상의 각 웨이퍼(W)와 후술하는 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치를 이동시킬 수 있으면, 카트리지 헤드(20)를 회전시키도록 구성해도 상관없다. 기판 적재대(10)를 회전 가능하게 구성하면, 카트리지 헤드(20)를 회전시키는 경우와는 달리, 후술하는 가스 배관 등의 구성 복잡화를 억제할 수 있다. 이에 반해, 카트리지 헤드(20)를 회전시키도록 하면, 기판 적재대(10)를 회전시키는 경우에 비해, 웨이퍼(W)에 작용하는 관성 모멘트를 억제할 수 있어, 회전 속도를 크게 할 수 있다.
(카트리지 헤드)
또한, 처리 용기의 내부에 있어서, 기판 적재대(10)의 상방측에는, 카트리지 헤드(20)가 설치되어 있다. 카트리지 헤드(20)는, 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)에 대하여, 그 상방측으로부터 각종 가스(원료 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스)를 공급함과 함께, 공급한 각종 가스를 상방측으로 배기하기 위한 것이다.
각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 행하기 위해서, 카트리지 헤드(20)는, 원판 형상으로 형성된 천장부(21)와, 천장부(21)의 외주단 테두리 부분으로부터 하방측을 향해서 연장되는 원통 형상의 외통부(22)와, 외통부(22)의 내측에 배치된 원통 형상의 내통부(23)와, 기판 적재대(10)의 회전축에 대응해서 배치된 원통 형상의 중심 통부(24)와, 내통부(23)와 중심 통부(24)와의 사이에서의 천장부(21)의 하방측에 설치된 복수의 가스 공급 유닛(25)을 구비해서 구성되어 있다. 그리고, 외통부(22)에는, 당해 외통부(22)와 내통부(23)와의 사이에 형성되는 공간과 연통하는 배기용 포트(26)가 설치되어 있다. 카트리지 헤드(20)는 구성하는 천장부(21), 외통부(22), 내통부(23), 각 가스 공급 유닛(25) 및 배기용 포트(26)는, 모두, 예를 들어 알루미늄(Al)이나 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다.
또한, 도시한 예에서는 카트리지 헤드(20)에 12개의 가스 공급 유닛(25)이 설치되어 있는 경우를 예로 들고 있지만, 가스 공급 유닛(25)의 설치수는, 이것에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 가스종의 수나 처리 스루풋 등을 고려해서 적절히 설정된 것이면 된다. 예를 들어, 처리 대상이 되는 웨이퍼(W)에 대하여, 상세를 후술하는 바와 같이 원료 가스 공급 공정, 퍼지 공정, 반응 가스 공급 공정, 퍼지 공정을 1 사이클로 한 성막 처리를 행하는 경우라면, 각 공정에 대응해서 4의 배수에 상당하는 수의 가스 공급 유닛(25)이 설치되어 있으면 된다. 단, 처리 스루풋의 향상을 도모하기 위해서는 설치 총수가 많은 것이 더 바람직하다.
(가스 공급 유닛)
여기서, 카트리지 헤드(20)에서의 각 가스 공급 유닛(25)에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.
가스 공급 유닛(25)은, 웨이퍼(W)에 대하여 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 행할 때의 가스 유로를 형성하기 위한 것이다. 이를 위해, 가스 공급 유닛(25)은, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상으로 형성된 제1 부재(251)와, 판상으로 형성되며 제1 부재(251)의 하측에 착설되는 제2 부재(252)를 갖는다. 제2 부재(252)는, 제1 부재(251)의 평면 형상보다도 폭이 넓은 평면 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 예를 들어 평면 형상이 직사각 형상인 제1 부재(251)에 대하여, 제2 부재(252)의 평면 형상은, 제1 부재(251)의 길이 방향의 일단 테두리측이 좁고 타단 테두리측을 향해서 넓어지는 부채 형상 또는 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 이러한 제1 부재(251) 및 제2 부재(252)를 가짐으로써, 가스 공급 유닛(25)은, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 부재(251)의 길이 방향의 일단 테두리측에서 보았을 때, 제1 부재(251)와 제2 부재(252)의 사이에 코너부(251a)가 구성되며, 측면 형상이 상방을 향해서 돌출된 볼록 형상으로 된다.
또한, 가스 공급 유닛(25)은, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 평면 직사각 형상의 관통 구멍으로 이루어지는 가스 공급 경로(253)를 갖는다. 가스 공급 경로(253)는, 제1 부재(251) 및 제2 부재(252)를 관통하도록 뚫어 형성된 것으로, 웨이퍼(W)에 대하여 상방측으로부터 가스를 공급할 때의 가스 유로가 되는 것이다. 즉, 가스 공급 유닛(25)은, 가스 유로가 되는 가스 공급 경로(253)와, 그 가스 공급 경로(253)의 상방측 부분을 둘러싸도록 배치되는 제1 부재(251)와, 가스 공급 경로(253)의 하방측 부분을 둘러싸도록 배치되는 제2 부재(252)를 가지고 구성되어 있다. 또한, 제1 부재(251) 및 가스 공급 경로(253)는, 반드시 평면 직사각 형상일 필요는 없으며, 다른 평면 형상(예를 들어, 타원 형상이나 부채 형상)으로 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성된 가스 공급 유닛(25)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수개가 소정 간격을 두고 배열되도록, 카트리지 헤드(20)의 천장부(21)에 매달아 설치되어 사용된다. 복수의 가스 공급 유닛(25)은, 각각에 있어서의 제2 부재(252)의 하면이, 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)와 대향하고, 또한 그 기판 적재대(10)에 있어서의 웨이퍼(W)의 적재면과 평행해지도록 배치된다.
이와 같이 배치됨으로써, 인접하는 각 가스 공급 유닛(25)은, 각각에 있어서의 제2 부재(252)의 단부 테두리가, 웨이퍼(W)에 대하여 공급한 가스를 상방측을 향해서 배기하기 위한 가스 배기 구멍(254)의 일부를 구성하게 된다.
또한, 인접하는 각 가스 공급 유닛(25)은, 각각에 있어서의 제1 부재(251)의 벽면 및 제2 부재(252)의 광폭 부분의 상면이, 가스 배기 구멍(254)을 통과한 가스를 체류시키는 공간인 배기 버퍼실(255)의 일부를 구성하게 된다. 보다 상세하게는, 배기 버퍼실(255)의 천장면은, 카트리지 헤드(20)의 천장부(21)에 의해 구성된다. 배기 버퍼실(255)의 저면은, 인접하는 각 가스 공급 유닛(25)에서의 제2 부재(252)의 상면에 의해 구성된다. 배기 버퍼실(255)의 측벽면은, 인접하는 각 가스 공급 유닛(25)에서의 제1 부재(251)의 벽면과, 카트리지 헤드(20)의 내통부(23) 및 중심 통부(24)에 의해 구성된다.
또한, 배기 버퍼실(255)의 측벽면을 구성하는 내통부(23)의 부분에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 배기 버퍼실(255)을 외통부(22)와 내통부(23)와의 사이에 형성되는 공간과 연통시키는 배기 구멍(231)이, 각각의 배기 버퍼실(255)에 대응해서 형성되어 있는 것으로 한다.
그런데, 카트리지 헤드(20)의 천장부(21)는, 이미 설명한 바와 같이 원판 형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 천장부(21)에 매달아 설치되는 복수의 가스 공급 유닛(25)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 각각이 방사 형상으로 배치된다. 이러한 구성으로 함으로써, 각각이 기판 적재대(10)의 회전 둘레 방향을 따라 배열하게 된다.
각 가스 공급 유닛(25)이 방사 형상으로 배치되면, 각각에 있어서의 제1 부재(251)의 평면 형상이 직사각 형상이므로, 그 제1 부재(251)에 의해 측벽면이 규정되는 배기 버퍼실(255)은, 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 넓어지는 평면 형상을 갖게 된다. 즉, 배기 버퍼실(255)은, 기판 적재대(10)의 회전 둘레 방향에 있어서의 크기가, 내주측으로부터 외주측을 향해서 서서히 넓어지도록 형성되어 있다.
또한, 각 가스 공급 유닛(25)은, 부채 형상 또는 사다리꼴 형상의 제2 부재(252)가 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 넓어지도록 배치된다. 이에 따라, 제2 부재(252)의 단부 테두리를 포함하여 구성되는 가스 배기 구멍(254)에 대해서도, 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 넓어지는 평면 형상을 갖게 된다.
그런데, 가스 배기 구멍(254)은, 반드시 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 넓어지는 평면 형상이 아니라, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전 중심측으로부터 외주측으로 실질적으로 동일 폭의 슬릿 형상으로 형성된 것이어도 된다. 이러한 구조로 하면, 처리실의 중심으로부터 외주에 걸쳐서, 슬릿에서의 배기 컨덕턴스를 일정하게 할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 배기 효율을 설정할 때, 배기 구멍(254)의 컨덕턴스를 고려하지 않고, 배기 버퍼실(255)의 구조를 조정하는 것만으로 되기 때문에, 처리 공간 전체의 배기 효율을 조정하기 쉽다는 이점이 있다.
(가스 공급/ 배기계)
이상과 같은 가스 공급 유닛(25)을 구비해서 구성된 카트리지 헤드(20)에는, 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 행하기 위해서, 도 8에 도시한 바와 같이, 이하에 설명하는 가스 공급/배기계가 접속되어 있다.
(처리 가스 공급부)
카트리지 헤드(20)는 구성하는 복수의 가스 공급 유닛(25) 중 적어도 1개의 가스 공급 유닛(25a)에는, 그 가스 공급 유닛(25a)에서의 가스 공급 경로(253)에 원료 가스 공급관(311)이 접속되어 있다. 원료 가스 공급관(311)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 원료 가스 공급원(312), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(313), 및, 개폐 밸브인 밸브(314)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 원료 가스 공급관(311)이 접속된 가스 공급 유닛(25a)의 가스 공급 경로(253)는, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 원료 가스를 공급한다. 이 원료 가스 공급관(311)에 접속되는 가스 공급 유닛(25a)을, 「원료 가스 공급 유닛」이라고 한다. 즉, 원료 가스 공급 유닛(25a)은, 기판 적재대(10)의 상방에 배치되며, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 기판(W)의 면 상에 원료 가스를 공급한다.
원료 가스는, 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 처리 가스의 하나이며, 예를 들어 티타늄(Ti) 원소를 포함하는 금속 액체 원료인 TiCl4(Titanium Tetrachloride)를 기화시켜서 얻어지는 원료 가스(즉 TiCl4 가스)이다. 원료 가스는, 상온 상압에서 고체, 액체 또는 기체 중 어느 것이어도 된다. 원료 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는, 원료 가스 공급원(312)과 MFC(313)와의 사이에, 도시하지 않은 기화기를 설치하면 된다. 여기에서는 기체로서 설명한다.
또한, 원료 가스 공급관(311)에는, 원료 가스의 캐리어 가스로서 작용하는 불활성 가스를 공급하기 위한 도시하지 않은 가스 공급계가 접속되어 있어도 된다. 캐리어 가스로서 작용하는 불활성 가스는, 구체적으로는, 예를 들어 질소(N2) 가스를 사용할 수 있다. 또한, N2 가스 이외에, 예를 들어 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
또한, 원료 가스 공급관(311)이 접속된 가스 공급 유닛(25a)과 하나의 가스 공급 유닛(25c)을 사이에 두고 배열하는 다른 가스 공급 유닛(25b)에는, 그 가스 공급 유닛(25b)에서의 가스 공급 경로(253)에 반응 가스 공급관(321)이 접속되어 있다. 반응 가스 공급관(321)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 반응 가스 공급원(322), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(323), 및, 개폐 밸브인 밸브(324)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 반응 가스 공급관(321)이 접속된 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253)는, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 반응 가스를 공급한다. 이 반응 가스 공급관(321)에 접속되는 가스 공급 유닛(25b)을, 「반응 가스 공급 유닛」이라고 칭한다. 즉, 반응 가스 공급 유닛(25b)은, 기판 적재대(10)의 상방에 배치되며, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 기판(W)의 면 상에 반응 가스를 공급한다.
또한, 본 명세서에서는, 「원료 가스 공급 유닛」과 「반응 가스 공급 유닛」을 통합해서 「처리 가스 공급 유닛」이라고 칭해도 된다. 또한, 「원료 가스 공급 유닛」과 「반응 가스 공급 유닛」 중 어느 하나를 「처리 가스 공급 유닛」이라고 칭해도 된다.
반응 가스는, 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 처리 가스의 다른 하나이며, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스가 사용된다.
또한, 반응 가스 공급관(321)에는, 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 불활성 가스를 공급하기 위한 도시하지 않은 가스 공급계가 접속되어 있어도 된다. 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 불활성 가스는, 구체적으로는, 예를 들어 N2 가스를 사용하는 것을 생각할 수 있지만, N2 가스 이외에, 예를 들어 He 가스, Ne 가스, Ar 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
또한, 반응 가스 공급관(321)이 접속되는 가스 공급 유닛(25b)에는, 상세를 후술하는 플라즈마 생성부(40)가 설치되어 있다. 플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 가스 공급 경로(253)를 통과하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 것이다.
주로, 원료 가스 공급관(311), 원료 가스 공급원(312), MFC(313), 밸브(314), 및, 원료 가스 공급관(311)이 접속되는 가스 공급 유닛(25a)의 가스 공급 경로(253), 및, 반응 가스 공급관(321), 반응 가스 공급원(322), MFC(323), 밸브(324), 및, 반응 가스 공급관(321)이 접속되는 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253)에 의해, 처리 가스 공급부가 구성된다.
(불활성 가스 공급부)
원료 가스 공급관(311)이 접속된 가스 공급 유닛(25a)과 반응 가스 공급관(321)이 접속된 가스 공급 유닛(25b)과의 사이에 개재하는 가스 공급 유닛(25c)에는, 그 가스 공급 유닛(25c)에서의 가스 공급 경로(253)에 불활성 가스 공급관(331)이 접속되어 있다. 불활성 가스 공급관(331)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 불활성 가스 공급원(332), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(333), 및, 개폐 밸브인 밸브(334)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 불활성 가스 공급관(331)이 접속된 가스 공급 유닛(25c)의 가스 공급 경로(253)는, 원료 가스 공급관(311)이 접속된 가스 공급 유닛(25a) 및 반응 가스 공급관(321)이 접속된 가스 공급 유닛(25b)의 각각의 측방에서, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 불활성 가스를 공급한다. 이 불활성 가스 공급관(331)에 접속되는 가스 공급 유닛(25c)을, 「불활성 가스 공급 유닛」이라고 칭한다. 즉, 불활성 가스 공급 유닛(25c)은, 원료 가스 공급 유닛(25a) 또는 반응 가스 공급 유닛(25b)의 측방에 배치되며, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 기판(W)의 면 상에 불활성 가스를 공급한다.
불활성 가스는, 원료 가스와 반응 가스가 웨이퍼(W)의 면 상에서 혼재하지 않도록, 웨이퍼(W)의 상면과 가스 공급 유닛(25c)의 하면과의 사이의 공간을 밀봉하는 에어 시일로서 작용하는 것이다. 구체적으로는, 예를 들어 N2 가스를 사용할 수 있다. 또한, N2 가스 이외에, 예를 들어 He 가스, Ne 가스, Ar 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
주로, 불활성 가스 공급관(331), 불활성 가스 공급원(332), MFC(333), 밸브(334), 및, 불활성 가스 공급관(331)이 접속되는 가스 공급 유닛(25c)의 가스 공급 경로(253)에 의해, 불활성 가스 공급부가 구성된다.
(가스 배기부)
카트리지 헤드(20)에 설치된 배기용 포트(26)에는, 가스 배기관(341)이 접속되어 있다. 가스 배기관(341)에는, 밸브(342)가 설치되어 있다. 또한, 가스 배기관(341)에 있어서, 밸브(342)의 하류측에는, 카트리지 헤드(20)의 외통부(22)의 내측 공간을 소정 압력으로 제어하는 압력 제어기(343)가 설치되어 있다. 또한, 가스 배기관(341)에 있어서, 압력 제어기(343)의 하류측에는, 진공 펌프(344)가 설치되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 카트리지 헤드(20)의 배기용 포트(26)로부터는, 외통부(22)의 내측 공간에 대한 배기가 행하여진다. 이때, 카트리지 헤드(20)의 내통부(23)에는 배기 구멍(231)이 형성되어 있고, 내통부(23)의 내측(즉, 배기 버퍼실 255)과 외측(즉, 외통부(22)와 내통부(23)의 사이에 형성되는 공간)이 연통하고 있다. 그 때문에, 배기용 포트(26)로부터의 배기가 행하여지면, 배기 버퍼실(255) 내에서는, 배기 구멍(231)이 형성된 측(즉, 기판 적재대(10)의 외주측)을 향한 가스류가 발생함과 함께, 가스 배기 구멍(254)으로부터 배기 버퍼실(255) 내를 향한(즉, 가스 배기 구멍(254)으로부터 상방측을 향한) 가스류가 발생한다. 이에 의해, 처리 가스 공급부 또는 불활성 가스 공급부에 의해 웨이퍼(W)의 면 상에 공급된 가스(즉, 원료 가스, 반응 가스 또는 불활성 가스)는, 각 가스 공급 유닛(25)의 사이에 형성된 가스 배기 구멍(254) 및 배기 버퍼실(255)을 통해서 웨이퍼(W)의 상방측으로 배기되고, 또한 배기 버퍼실(255) 내로부터 배기 구멍(231) 및 배기용 포트(26)를 통해서 카트리지 헤드(20)의 바깥쪽으로 배기되게 된다.
주로, 각 가스 공급 유닛(25)의 사이에 형성된 가스 배기 구멍(254) 및 배기 버퍼실(255), 및, 배기 구멍(231), 배기용 포트(26), 가스 배기관(341), 밸브(342), 압력 제어기(343), 진공 펌프(344)에 의해, 가스 배기부가 구성된다.
(플라즈마 생성부)
플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 가스 공급 경로(253)를 통과하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 ICP 코일로서 기능하는 것이다.
반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위해서, 플라즈마 생성부(40)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 가스 공급 유닛(25b)에서의 가스 공급 경로(253) 내에, 플라즈마 상태로 할 반응 가스가 통과하는 유로가 되는 플라즈마 생성실(410)을 가짐과 함께, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 외주에, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성되는 플라즈마 발생 도체(420)를 갖는다. 즉, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스는, 플라즈마 발생 도체(420)에 의해 형성되는 환상체의 환 내를 통과하게 된다. 플라즈마 발생 도체(420)가 분위기에 노출되지 않도록, 주위에 도시하지 않은 커버가 설치되어 있다. 여기에서는 설명의 편의상 생략한다.
플라즈마 발생 도체(420)는, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 도전 재료에 의해 형성되고, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 반응 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부(421)와, 주도체부(421)끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부(422)를 갖는다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420)를 구성하는 도체에는, 주도체부(421)가 되는 도체 부분과, 접속 도체부(422)가 되는 도체 부분이 포함된다.
복수의 주도체부(421)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)와 제2 부재(252)의 사이의 코너부(251a)를 구성하는 변이 연장되는 방향을 따라서, 각각이 나란히 배치되어 있다. 즉, 복수의 주도체부(421)는, 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서, 각각이 나란히 배치되게 된다. 또한, 이 주도체부(421)는, 각각이 대략 동일한 길이로 형성되어 있는 것으로 한다.
또한, 접속 도체부(422)는, 주도체부(421)의 하단끼리를 접속하는 위치에 배치되는 것과, 주도체부(421)의 상단끼리를 접속하는 위치에 배치되는 것이 있다.
이러한 주도체부(421) 및 접속 도체부(422)를 가짐으로써, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록, 도체가 플라즈마 생성실(410) 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되게 된다. 파형 형상의 파장(주기) 및 파고(진폭)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 크기나, 그 제1 부재(251)의 플라즈마 생성실(410) 내에 발생시키려고 하는 자계의 강도 등을 고려하여, 적절히 결정된 것이면 된다.
복수의 주도체부(421) 중, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 하나, 구체적으로는 예를 들어 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 외주측면에 배치된 하나의 주도체부(421)에는, 플라즈마 발생 도체(420)에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체(431)가 접속되어 있다.
또한, 복수의 주도체부(421) 중, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 다른 하나, 구체적으로는 예를 들어, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 외주측면에 배치된 다른 하나의 주도체부(421)에는, 플라즈마 발생 도체(420)에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체(432)가 접속되어 있다.
이와 같이, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)는, 플라즈마 발생 도체(420)를 구성하는 주도체부(421)에 직접 접속되어 있다. 그 때문에, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)에 대해서는, 주도체부(421)로부터 그대로 상방측을 향해서 배치하는 것, 즉 제1 부재(251)의 외주측면과의 간격을 확보하지 않고 당해 외주측면을 따르도록 배치하는 것이 가능하다.
이러한 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432) 중, 입력용 도체(431)에는, RF 센서(433), 고주파 전원(434) 및 주파수 정합기(435)가 접속되어 있다.
고주파 전원(434)은, 입력용 도체(431)를 통해서 플라즈마 발생 도체(420)에 고주파 전력을 공급하는 것이다.
RF 센서(433)는, 고주파 전원(434)의 출력측에 설치되어 있다. RF 센서(433)는, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터하는 것이다. RF 센서(433)에 의해 모니터된 반사파 전력은, 주파수 정합기(435)에 입력된다.
주파수 정합기(435)는, RF 센서(433)에서 모니터된 반사파의 정보에 기초하여, 반사파가 최소가 되도록, 고주파 전원(434)이 공급하는 고주파 전력의 주파수를 제어하는 것이다.
즉, RF 센서(433), 고주파 전원(434) 및 주파수 정합기(435)는, 플라즈마 발생 도체(420)에의 전력 공급을 행하는 급전부로서 기능한다.
또한, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)는, 각각의 단부 테두리가 전기적으로 접지되어 있다. 따라서, 플라즈마 발생 도체(420)는, 전기적으로 접지된 그라운드부를 양단에 구비하고, 또한 전력 공급을 행하는 급전부를 각 그라운드부의 사이에 구비하게 된다.
플라즈마 생성부(40)는, 주로, 플라즈마 생성실(410), 플라즈마 발생 도체(420), 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432), 및, RF 센서(433), 고주파 전원(434) 및 주파수 정합기(435)로 구성되는 급전부를 가지고 구성된다.
이상과 같은 구성의 플라즈마 생성부(40)에서는, 상세를 후술하는 바와 같이, 플라즈마 발생 도체(420)에 대하여 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 통해서 고주파수의 전류를 인가함으로써, 플라즈마 생성실(410) 내에 자계를 발생시키고, 이에 의해 플라즈마 생성실(410) 내를 통과하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하도록 되어 있다. 이에 의해, 가스 공급 유닛(25b)의 하방측 공간에는, 플라즈마 상태의 반응 가스가 공급되게 된다.
(컨트롤러)
또한 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는, 당해 기판 처리 장치의 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(50)를 갖고 있다. 컨트롤러(50)는, 연산부(501) 및 기억부(502)를 적어도 갖는다. 컨트롤러(50)는, 상술한 각 구성에 접속되며, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라서 기억부(502)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(50)는, 히터(11), 회전 구동 기구(12), RF 센서(433), 고주파 전원(434), 주파수 정합기(435), MFC(313 내지 333), 밸브(314 내지 334, 342), 압력 제어기(343), 진공 펌프(344) 등의 동작을 제어한다.
또한, 컨트롤러(50)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 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(51)를 준비하고, 그 외부 기억 장치(51)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨함으로써, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(50)를 구성할 수 있다.
또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(51)를 통해서 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(51)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억부(502)나 외부 기억 장치(51)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억부(502) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(51) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(3) 기판 처리 공정
이어서, 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서, 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(50)에 의해 제어된다.
여기에서는, 원료 가스(제1 처리 가스)로서 TiCl4를 기화시켜서 얻어지는 TiCl4 가스를 사용하고, 반응 가스(제2 처리 가스)로서 NH3 가스를 사용하며, 이들을 교대로 공급함으로써 웨이퍼(W) 상에 금속 박막으로서 TiN막을 형성하는 예에 대해 설명한다.
(기판 처리 공정에서의 기본적인 처리 동작)
우선, 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 기판 처리 공정에서의 기본적인 처리 동작에 대해 설명한다.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
(기판 반입 공정: S101)
제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에서는, 우선, 기판 반입 공정(S101)으로서, 처리 용기의 기판 반입출구를 개방하고, 도시하지 않은 웨이퍼 이동 탑재기를 사용해서 처리 용기 내에 복수매(예를 들어 5매)의 웨이퍼(W)를 반입하여, 기판 적재대(10) 상에 배열해서 적재한다. 그리고, 웨이퍼 이동 탑재기를 처리 용기의 밖으로 퇴피시키고, 기판 반입출구를 닫아 처리 용기 내를 밀폐한다.
(압력 온도 조정 공정: S102)
기판 반입 공정(S101)의 후에는, 이어서, 압력 온도 조정 공정(S102)을 행한다. 압력 온도 조정 공정(S102)에서는, 기판 반입 공정(S101)에서 처리 용기 내를 밀폐한 후에, 처리 용기에 접속되어 있는 도시하지 않은 가스 배기계를 작동시켜서, 처리 용기 내가 소정 압력이 되도록 제어한다. 소정 압력은, 후술하는 성막 공정(S103)에서 TiN막을 형성 가능한 처리 압력으로서, 예를 들어 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 원료 가스가 자기 분해하지 않을 정도의 처리 압력이다. 구체적으로는, 처리 압력은 50Pa 내지 5000Pa로 하는 것을 생각할 수 있다. 이 처리 압력은, 후술하는 성막 공정(S103)에서도 유지되게 된다.
또한, 압력 온도 조정 공정(S102)에서는, 기판 적재대(10)의 내부에 매립된 히터(11)에 전력을 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면이 소정 온도가 되도록 제어한다. 이때, 히터(11)의 온도는, 도시하지 않은 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(11)에의 통전 상태를 제어함으로써 조정된다. 소정 온도는, 후술하는 성막 공정(S103)에서, TiN막을 형성 가능한 처리 온도로서, 예를 들어 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 원료 가스가 자기 분해하지 않을 정도의 처리 온도이다. 구체적으로는, 처리 온도는 실온 이상 500℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 400℃ 이하로 하는 것을 생각할 수 있다. 이 처리 온도는, 후술하는 성막 공정(S103)에서도 유지되게 된다.
(성막 공정: S103)
압력 온도 조정 공정(S102)의 후에는, 이어서, 성막 공정(S103)을 행한다. 성막 공정(S103)에서 행하는 처리 동작으로서는, 크게 구별하면, 상대 위치 이동 처리 동작과, 가스 공급 배기 처리 동작이 있다. 또한, 상대 위치 이동 처리 동작 및 가스 공급 배기 처리 동작에 대해서는, 상세를 후술한다.
(기판 반출 공정: S104)
이상과 같은 성막 공정(S103)의 후에는, 이어서, 기판 반출 공정(S104)을 행한다. 기판 반출 공정(S104)에서는, 이미 설명한 기판 반입 공정(S101)의 경우와 반대의 수순으로, 웨이퍼 이동 탑재기를 사용해서 처리 완료된 웨이퍼(W)를 처리 용기 밖으로 반출한다.
(처리 횟수 판정 공정: S105)
웨이퍼(W)의 반출 후, 컨트롤러(50)는, 기판 반입 공정(S101), 압력 온도 조정 공정(S102), 성막 공정(S103) 및 기판 반출 공정(S104)의 일련의 각 공정의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달했는지 여부를 판정한다(S105). 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판단하면, 다음으로 대기하고 있는 웨이퍼(W)의 처리를 개시하기 위해서, 기판 반입 공정(S101)으로 이행한다. 또한, 소정의 횟수에 도달했다고 판정하면, 필요에 따라 처리 용기 내 등에 대한 클리닝 공정을 행한 후에, 일련의 각 공정을 종료한다. 또한, 클리닝 공정에 대해서는, 공지 기술을 이용해서 행할 수 있기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
(상대 위치 이동 처리 동작)
이어서, 성막 공정(S103)에서 행하는 상대 위치 이동 처리 동작에 대해서 설명한다. 상대 위치 이동 처리 동작은, 기판 적재대(10)를 회전시켜서, 그 기판 적재대(10) 상에 적재된 각 웨이퍼(W)와 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치를 이동시키는 처리 동작이다.
도 11은, 도 10에서의 성막 공정에서 행하는 상대 위치 이동 처리 동작의 상세를 나타내는 흐름도이다.
성막 공정(S103)에서 행하는 상대 위치 이동 처리 동작에서는, 우선, 회전 구동 기구(12)에 의해 기판 적재대(10)를 회전 구동함으로써, 기판 적재대(10)와 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치 이동을 개시한다(S201). 이에 의해, 기판 적재대(10)에 적재된 각 웨이퍼(W)는, 카트리지 헤드(20)를 구성하는 각 가스 공급 유닛(25)의 하방측을 순서대로 통과하게 된다.
이때, 카트리지 헤드(20)에서는, 상세를 후술하는 가스 공급 배기 처리 동작이 개시되어 있다. 이에 의해, 어떤 가스 공급 유닛(25a)에서의 가스 공급 경로(253)로부터는 원료 가스(TiCl4 가스)가 공급되고, 그 가스 공급 유닛(25a)과 하나의 가스 공급 유닛(25c)을 사이에 두고 배열되는 다른 가스 공급 유닛(25b)에서의 가스 공급 경로(253)로부터는, 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)가 공급되게 된다. 이하, 원료 가스를 공급하는 가스 공급 경로(253)를 포함하여 구성되는 처리 가스 공급부를 「원료 가스 공급부」라고 칭하고, 반응 가스를 공급하는 가스 공급 경로(253)를 포함하여 구성되는 처리 가스 공급부를 「반응 가스 공급부」라고 칭한다.
여기서, 어느 하나의 웨이퍼(W)에 주목하면, 기판 적재대(10)가 회전을 개시하면, 그 웨이퍼(W)는, 원료 가스 공급부에서의 가스 공급 경로(253)의 하방을 통과한다(S202). 이때, 그 가스 공급 경로(253)로부터는, 웨이퍼(W)의 면 상에 대하여 원료 가스(TiCl4 가스)가 공급된다. 공급된 원료 가스는 웨이퍼(W) 상에 부착되어, 원료 가스 함유층을 형성한다. 또한, 원료 가스 공급부의 가스 공급 경로(253)의 하방을 웨이퍼(W)가 통과할 때의 통과 시간, 즉 원료 가스의 공급 시간은, 예를 들어 0.1초 내지 20초가 되도록 조정되어 있다.
원료 가스 공급부의 가스 공급 경로(253)의 하방을 통과하면, 웨이퍼(W)는, 불활성 가스(N2 가스)를 공급하는 가스 공급 유닛(25c)의 하방을 통과한 후에, 계속해서, 반응 가스 공급부에서의 가스 공급 경로(253)의 하방을 통과한다(S203). 이때, 그 가스 공급 경로(253)로부터는, 웨이퍼(W)의 면 상에 대하여 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)가 공급된다. 플라즈마 상태의 반응 가스는, 웨이퍼(W)의 면 상에 균일하게 공급되어, 웨이퍼(W) 상에 흡착되어 있는 원료 가스 함유층과 반응하여, 웨이퍼(W) 상에 TiN막을 생성한다. 또한, 반응 가스 공급부의 가스 공급 경로(253)의 하방을 웨이퍼(W)가 통과할 때의 통과 시간, 즉 반응 가스의 공급 시간은, 예를 들어 0.1초 내지 20초가 되도록 조정되어 있다.
이상과 같은 원료 가스 공급부의 가스 공급 경로(253)의 하방의 통과 동작 및 반응 가스 공급부의 가스 공급 경로(253)의 하방의 통과 동작을 1 사이클로 하고, 컨트롤러(50)는, 이 사이클을 소정 횟수(n 사이클) 실시했는지 여부를 판정한다(S204). 이 사이클을 소정 횟수 실시하면, 웨이퍼(W) 상에는, 원하는 막 두께의 질화티타늄(TiN)막이 형성된다. 즉, 성막 공정(S103)에서는, 상대 위치 이동 처리 동작을 행함으로써, 서로 다른 처리 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 교대로 공급하는 공정을 반복하는 사이클릭 처리 동작을 행한다. 또한, 성막 공정(S103)에서는, 기판 적재대(10)에 적재된 각 웨이퍼(W)의 각각에 사이클릭 처리 동작을 행함으로써, 각 웨이퍼(W)에 대하여 동시 병행적으로 TiN막을 형성한다.
그리고, 소정 횟수의 사이클릭 처리 동작을 종료하면, 컨트롤러(50)는, 회전 구동 기구(12)에 의한 기판 적재대(10)의 회전 구동을 종료하고, 기판 적재대(10)와 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치 이동을 정지한다(S205). 이에 의해, 상대 위치 이동 처리 동작이 종료하게 된다. 또한, 소정 횟수의 사이클릭 처리 동작을 종료하면, 가스 공급 배기 처리 동작에 대해서도 종료하게 된다.
(가스 공급 배기 처리 동작)
이어서, 성막 공정(S103)에서 행하는 가스 공급 배기 처리 동작에 대해서 설명한다. 가스 공급 배기 처리 동작은, 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)에 대하여 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 행하는 처리 동작이다.
도 12는, 도 10에서의 성막 공정에서 행하는 가스 공급 배기 처리 동작의 상세를 나타내는 흐름도이다.
성막 공정(S103)에서 행하는 가스 공급 배기 처리 동작에서는, 우선, 가스 배기 공정(S301)을 개시한다. 가스 배기 공정(S301)에서는, 진공 펌프(344)를 작동시키면서 밸브(342)를 개방 상태로 한다. 그리고, 압력 제어기(343)에 의해, 각 가스 공급 유닛(25)의 사이에 형성된 가스 배기 구멍(254)의 하방 공간의 압력이 소정 압력으로 되도록 제어한다. 소정 압력은, 각 가스 공급 유닛(25)의 하방 공간의 압력보다도 저압인 것으로 한다. 이에 의해, 가스 배기 공정(S301)에서는, 각 가스 공급 유닛(25)의 하방 공간의 가스를, 가스 배기 구멍(254), 배기 버퍼실(255), 배기 구멍(231), 내통부(23)와 외통부(22)와의 사이의 공간, 및, 배기용 포트(26)를 통해서, 카트리지 헤드(20)의 외측으로 배기하게 된다.
가스 배기 공정(S301)의 개시 후에는, 계속해서, 불활성 가스 공급 공정(S302)을 개시한다. 불활성 가스 공급 공정(S302)에서는, 불활성 가스 공급관(331)에서의 밸브(334)를 개방 상태로 함과 함께, 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(333)를 조정함으로써, 그 불활성 가스 공급관(331)이 접속된 가스 공급 유닛(25c)의 가스 공급 경로(253)를 통해서, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 불활성 가스(N2 가스)를 공급한다. 불활성 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 내지 10000sccm이다.
이러한 불활성 가스 공급 공정(S302)을 행하면, 가스 공급 유닛(25c)의 가스 공급 경로(253)로부터 분출된 불활성 가스(N2 가스)는, 가스 공급 유닛(25c)에서의 제2 부재(252)의 하면이 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)와 평행하므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 균등하게 퍼진다. 그리고, 이미 가스 배기 공정(S301)이 개시되어 있으므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 퍼진 불활성 가스(N2 가스)는, 그 제2 부재(252)의 단부 테두리에 위치하는 가스 배기 구멍(254)으로부터 웨이퍼(W)의 상방측을 향해서 배기된다. 이에 의해, 불활성 가스 공급관(331)이 접속된 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간에는, 불활성 가스에 의한 에어 커튼이 형성되게 된다.
불활성 가스 공급 공정(S302)의 개시 후에는, 계속해서, 원료 가스 공급 공정(S303) 및 반응 가스 공급 공정(S304)을 개시한다.
원료 가스 공급 공정(S303) 시에는, 원료(TiCl4)를 기화시켜서 원료 가스(즉, TiCl4 가스)를 생성(예비 기화)시켜 둔다. 원료 가스의 예비 기화는, 이미 설명한 기판 반입 공정(S101)이나 압력 온도 조정 공정(S102) 등과 병행해서 행해도 된다. 원료 가스를 안정되게 생성시키기 위해서는, 소정의 시간을 필요로 하기 때문이다.
그리고, 원료 가스를 생성하면, 원료 가스 공급 공정(S303)에서는, 원료 가스 공급관(311)에서의 밸브(314)를 개방 상태로 함과 함께, 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(313)를 조정함으로써, 그 원료 가스 공급관(311)이 접속된 가스 공급 유닛(25a)의 가스 공급 경로(253)를 통해서, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 원료 가스(TiCl4 가스)를 공급한다. 원료 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10sccm 내지 3000sccm이다.
이때, 원료 가스의 캐리어 가스로서, 불활성 가스(N2 가스)를 공급해도 된다. 그 경우의 불활성 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10sccm 내지 5000sccm이다.
이러한 원료 가스 공급 공정(S303)을 행하면, 가스 공급 유닛(25a)의 가스 공급 경로(253)로부터 분출된 원료 가스(TiCl4 가스)는, 가스 공급 유닛(25a)에서의 제2 부재(252)의 하면이 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)와 평행하므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 균등하게 퍼진다. 그리고, 이미 가스 배기 공정(S301)이 개시되어 있으므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 퍼진 원료 가스(TiCl4 가스)는, 그 제2 부재(252)의 단부 테두리에 위치하는 가스 배기 구멍(254)으로부터 웨이퍼(W)의 상방측을 향해서 배기된다. 또한, 이때, 인접하는 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간에는, 불활성 가스 공급 공정(S302)의 개시에 의해, 불활성 가스의 에어 커튼이 형성되어 있다. 그 때문에, 가스 공급 유닛(25a)의 하방 공간으로 퍼진 원료 가스는, 인접하는 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간으로 누출되어버리는 일이 없다.
또한, 원료 가스 공급 공정(S303)에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 공급한 원료 가스를 가스 배기 구멍(254)으로부터 상방측을 향해서 배기한다. 이때, 가스 배기 구멍(254)을 통과한 원료 가스는, 배기 버퍼실(255)에 유입되어, 그 배기 버퍼실(255) 내로 퍼진다. 즉, 웨이퍼(W) 상에 공급한 원료 가스는, 가스 배기 구멍(254) 및 배기 버퍼실(255)을 통해, 그 배기 버퍼실(255) 내에서의 체류를 거쳐서 배기되게 된다. 그 때문에, 가스 배기 구멍(254)의 평면 형상에 기인해서 원료 가스가 가스 배기 구멍(254)을 통과할 때의 유동 저항에 내외주에서 차가 발생한 경우에도, 배기 버퍼실(255) 내에 배기할 원료 가스를 일시적으로 체류시킴으로써, 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간에서는, 유동 저항의 차에 기인하는 내외주에서의 압력차를 완화할 수 있다. 즉, 내외주에서의 압력차에 기인하는 웨이퍼(W)에의 가스 폭로량의 내외주에서의 치우침을 억제할 수 있고, 그 결과로서 웨이퍼(W)의 면 내를 균일하게 처리할 수 있게 된다.
한편, 원료 가스 공급 공정(S303)과 병행하는 반응 가스 공급 공정(S304)에서는, 반응 가스 공급관(321)에서의 밸브(324)를 개방 상태로 함과 함께, 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(323)를 조정한다. 이와 같이 함으로써, 그 반응 가스 공급관(321)이 접속된 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253)를 통해서, 기판 적재대(10)의 상방측으로부터 웨이퍼(W)의 면 상에 반응 가스(NH3 가스)를 공급한다. 반응 가스(NH3 가스)의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 10000sccm이다.
이때, 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서, 불활성 가스(N2 가스)를 공급해도 된다. 그 경우의 불활성 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 5000sccm이다.
또한, 반응 가스 공급 공정(S304)에서는, 가스 공급 경로(253)를 통해서 웨이퍼(W)의 면 상에 공급하는 반응 가스(NH3 가스)를 플라즈마 상태로 한다.
구체적으로는, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 통해서, 플라즈마 발생 도체(420)에 대하여 RF 센서(433)로 모니터하면서 고주파 전원(434) 및 주파수 정합기(435)로부터 고주파수의 전류를 인가한다. 전류를 인가하면, 플라즈마 발생 도체(420)의 주위에는 자계가 발생한다.
이때, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치됨과 함께, 복수의 주도체부(421)를 가지고 구성되어 있다. 즉, 플라즈마 생성실(410)의 주위에는, 복수의 주도체부(421)가 균등하게 나란히 배치되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 발생 도체(420)에 전류를 인가해서 그 주위에 자계를 발생시키면, 플라즈마 생성실(410) 내에서는, 복수의 주도체부(421)가 배치된 영역의 범위 내에서, 각 주도체부(421)에 의한 자계가 합성된 합성 자계가 형성된다.
합성 자계가 형성된 플라즈마 생성실(410) 내를 반응 가스가 통과하면, 그 반응 가스는, 합성 자계에 의해 여기되어 플라즈마 상태로 된다.
이와 같이 하여, 반응 가스 공급 공정(S304)에서는, 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253) 내에 형성된 플라즈마 생성실(410)을 통과하는 반응 가스(NH3 가스)를 플라즈마 상태로 한다. 이에 의해, 가스 공급 유닛(25b)의 하방측 공간에는, 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)가 공급되게 된다.
또한, 반응 가스 공급 공정(S304)에서는, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 균등하게 배열되는 복수의 주도체부(421)를 사용해서 반응 가스를 플라즈마 상태로 하므로, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 경우가 없다. 게다가, 플라즈마 생성실(410) 내에 형성된 합성 자계를 이용한다는, 유전 결합 방식에 의해 플라즈마 상태로 하게 되므로, 고밀도 플라즈마를 얻는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
이러한 반응 가스 공급 공정(S304)을 행하면, 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253)로부터 분출된 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제2 부재(252)의 하면이 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)와 평행하므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 균등하게 퍼진다. 그리고, 이미 가스 배기 공정(S301)이 개시되어 있으므로, 제2 부재(252)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이의 공간에 퍼진 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)는, 그 제2 부재(252)의 단부 테두리에 위치하는 가스 배기 구멍(254)으로부터 웨이퍼(W)의 상방측을 향해서 배기된다. 또한, 이때, 인접하는 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간에는, 불활성 가스 공급 공정(S302)의 개시에 의해, 불활성 가스의 에어 커튼이 형성되어 있다. 그 때문에, 가스 공급 유닛(25b)의 하방 공간으로 퍼진 플라즈마 상태의 반응 가스는, 인접하는 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간으로 누출되어버리는 경우가 없다.
또한, 반응 가스 공급 공정(S304)에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 공급한 플라즈마 상태의 반응 가스를 가스 배기 구멍(254)으로부터 상방측을 향해서 배기한다. 이때, 가스 배기 구멍(254)을 통과한 플라즈마 상태의 반응 가스는, 배기 버퍼실(255)에 유입되어, 그 배기 버퍼실(255) 내로 퍼진다. 즉, 웨이퍼(W) 상에 공급한 반응 가스는, 가스 배기 구멍(254) 및 배기 버퍼실(255)을 통해, 그 배기 버퍼실(255) 내에서의 체류를 거쳐서 배기되게 된다. 그 때문에, 가스 배기 구멍(254)의 평면 형상에 기인해서 반응 가스가 가스 배기 구멍(254)을 통과할 때의 유동 저항에 내외주에서 차가 발생한 경우에도, 배기 버퍼실(255) 내에 배기할 반응 가스를 일시적으로 체류시킴으로써, 가스 공급 유닛(25c)의 하방 공간에서는, 유동 저항의 차에 기인하는 내외주에서의 압력차를 완화할 수 있다. 즉, 내외주에서의 압력차에 기인하는 웨이퍼(W)에의 가스 폭로량의 내외주에서의 치우침을 억제할 수 있고, 그 결과로서 웨이퍼(W)의 면 내를 균일하게 처리할 수 있게 된다.
또한, 배기 버퍼실(255)이 있으면, 당해 배기 버퍼실(255)이 없는 경우에 비해 가스 배기 구멍(254)으로부터의 배기 효율을 높일 수 있다. 따라서, 가스 공급 유닛(25)의 하방 공간에서 생성되는 반응 저해물(예를 들어 염화 암모니아) 등의 부생성물이 효율적으로 배출되게 된다. 즉, 배기 버퍼실(255)을 설치한 경우라면, 반응 저해물 등이 효율적으로 배출되므로, 웨이퍼(W) 상에의 재부착 등을 억제할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성하는 막의 막질 개선이 도모된다.
상술한 각공정(S301 내지 S304)은, 성막 공정(S103) 동안에, 병행해서 행하는 것으로 한다. 단, 그 개시 타이밍은, 불활성 가스에 의한 시일성 향상을 위해서 상술한 순서로 행하는 것을 생각할 수 있지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니며, 각 공정(S301 내지 S304)을 동시에 개시해도 상관없다.
상술한 각 공정(S301 내지 S304)을 병행해서 행함으로써, 성막 공정(S103)에서는, 기판 적재대(10)에 적재된 각 웨이퍼(W)가, 원료 가스(TiCl4 가스)를 공급하는 가스 공급 유닛(25a)의 하방 공간과, 플라즈마 상태의 반응 가스(NH3 가스)를 공급하는 가스 공급 유닛(25b)의 하방 공간을, 각각 순서대로 통과하게 된다. 또한, 원료 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(25a)과 반응 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(25b)과의 사이에는 불활성 가스(N2 가스)를 공급하는 가스 공급 유닛(25c)이 개재되어 있으므로, 각 웨이퍼(W)에 대하여 공급한 원료 가스와 반응 가스가 혼재해버리는 경우도 없다.
가스 공급 배기 처리 동작을 종료할 때는, 우선, 원료 가스 공급 공정을 종료함과 함께(S305), 반응 가스 공급 공정을 종료한다(S306). 그리고, 불활성 가스 공급 공정을 종료한 후에(S307), 가스 배기 공정을 종료한다(S308). 단, 이들 각 공정(S305 내지 S308)의 종료 타이밍에 대해서도 상술한 개시 타이밍과 마찬가지이며, 각각을 서로 다른 타이밍에서 종료해도 되고, 동시에 종료해도 된다.
(4) 제1 실시 형태에서의 효과
제1 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 제1 실시 형태에 의하면, 가스 공급 유닛(25b)에 플라즈마 생성부(40)가 설치되어 있으므로, 반응 가스 공급 공정(S304)에서, 플라즈마 상태의 반응 가스를 웨이퍼(W)의 면 상에 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 성막 공정(S103)시에 있어서, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하지 않는 경우에 비해, 웨이퍼(W) 상에 흡착되어 있는 원료 가스 함유층에 대한 반응 가스의 반응 효율을 높일 수 있어, 그 웨이퍼(W)의 면 상에의 성막을 효율적으로 행할 수 있다.
(b) 또한, 제1 실시 형태에 의하면, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하기 위한 플라즈마 생성부(40)가, 반응 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치된 플라즈마 발생 도체(420)를 가지고 구성되어 있다. 그리고, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410) 내의 가스 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부(421)와, 주도체부(421)끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부(422)를 갖고 있다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치됨과 함께, 그 플라즈마 생성실(410)의 주위에 복수의 주도체부(421)가 나란히 배치되도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 생성부(40)라면, 플라즈마 발생 도체(420)의 도체단에 위치하게 되는 주도체부(421)로부터 그대로 상방측을 향해서 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 배치하고, 이 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 사용해서 플라즈마 발생 도체(420)에 고주파의 전력을 부여함으로써, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 제1 실시 형태에 의하면, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)의 배치에 있어서, 제1 부재(251)의 외주측면과의 간격을 확보할 필요가 없다. 즉, 비교예의 ICP 코일(도 1의 (b) 참조)을 사용하는 경우에 비해, 공간 절약화의 실현이 용이하게 가능해진다. 이것은, 특히, 원료 가스 공급 유닛(25a), 불활성 가스 공급 유닛(25c), 반응 가스 공급 유닛(25b) 및 불활성 가스 공급 유닛(25c)이 순서대로 인접하도록 배치된 낱장식의 기판 처리 장치에 있어서, 공간 절약적으로 플라즈마 생성부(40)를 배치할 수 있도록 하기 때문에 매우 유용하다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 플라즈마 발생 도체(420)에서의 주도체부(421)가 배치된 영역의 범위 내에서 형성된 합성 자계의 영향에 의해, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스가 플라즈마 상태로 된다. 즉, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스에 대하여 주도체부(421)의 길이 분에 상당하는 영역 범위 내에서는, 합성 자계의 영향이 미친다. 그 때문에, 예를 들어 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 도체가 배치되어 있는데, 주도체부(421)를 갖지 않고 단순한 환상으로 배치되어 있는 것에 불과한 구성의 경우에 비하면, 반응 가스에 대하여 확실하게 플라즈마 상태로 하는 것이 실현 가능해진다.
또한, 합성 자계를 형성하는 플라즈마 발생 도체(420)에 대해서, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 복수의 주도체부(421)를 균등하게 배치하면, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 경우도 없다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 플라즈마 생성실(410) 내에 형성된 합성 자계를 이용한다는, 유전 결합 방식에 의해 반응 가스를 플라즈마 상태로 하게 되므로, 고밀도 플라즈마를 얻는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에 의하면, 플라즈마 발생 도체(420)를 비교예의 구성과는 상이한 신규의 구성으로 함으로써, 높은 플라즈마 밀도를 유지하면서, 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 것을 공간 절약적으로 행할 수 있다.
(c) 또한, 제1 실시 형태에 의하면, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸는 플라즈마 발생 도체(420)가, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되어 있다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420)는, 플라즈마 생성실(410)의 전체 둘레에 걸쳐 파형 형상이 연속되도록 배치되어 있음과 함께, 제1 부재(251)의 외주측면에서 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432) 각각에 접속되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 플라즈마 발생 도체(420)를 배치하는 경우에도, 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)에 대해서는 제1 부재(251)의 외주측면에 하나씩 설치하면 되어, 플라즈마 생성부(40)의 구성이 복잡화되어버리는 것을 억제할 수 있다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 여기서는, 주로, 상술한 제1 실시 형태와의 상위점에 대해서 설명하고, 그 밖의 점에 관한 설명은 생략한다.
(제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성)
제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 플라즈마 생성부(40)의 구성이 제1 실시 형태의 경우와는 상이하다.
도 13은, 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다. 도시한 예는, 제2 실시 형태에서 ICP 코일로서 기능하는 플라즈마 생성부(40)의 개략 구성의 개요를, 도 1과 마찬가지로 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 설명을 간소화하기 위해서 모식적인 도면을 사용하고 있지만, 제2 실시 형태에서도, 기판 처리 장치를 구성하는 경우에는, 플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에 설치되어 사용된다(도 9 참조).
여기서 설명하는 플라즈마 생성부(40)는, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 제어하기 위해서, 당해 플라즈마 생성실(410) 내에 복수의 배플판(411)이 설치되어 있다. 각 배플판(411)은, 모두, 평면에서 보았을 때의 형상이, 예를 들어 반원 형상의 판상 부재에 의해 형성되어 있다. 그리고, 각 배플판(411)에 있어서의 원호 부분이 서로 다른 방향을 향함과 함께, 각 배플판(411)이 소정 간격으로 플라즈마 생성실(410) 내의 가스 주류 방향을 따라서 배열되도록, 당해 플라즈마 생성실(410) 내에 배치되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 생성부(40)에서는, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 반응 가스의 흐름이 배플판(411)에 의해 차단되어 사행된다. 이에 의해, 반응 가스는, 플라즈마 생성실(410)의 내벽면에 가까워지면서, 당해 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르게 된다. 이때, 플라즈마 생성실(410) 내에서는, 플라즈마 발생 도체(420)에 의해 자계가 형성되어 있다. 이 자계는, 플라즈마 발생 도체(420)가 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치되어 있으므로, 플라즈마 생성실(410)의 내벽면에 가까워질수록 강한 것이 된다. 따라서, 배플판(411)에 의해 흐름 방향이 제어되는 반응 가스는, 플라즈마 생성실(410) 내에서 비교적 자계가 강한 영역을 흐르면서 플라즈마 상태로 됨으로써, 그 결과로서 배플판(411)이 없는 경우에 비하면 플라즈마 밀도가 높아진다.
또한, 배플판(411)을 사행 구조라 칭해도 된다. 또한, 복수의 배플판(411)을 통합해서 사행부라고도 칭한다.
여기에서는, 배플판(411)이 반원 형상으로 형성되어 있는 경우를 예로 들었지만, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 반응 가스의 흐름 방향을 제어할 수 있는 것이라면, 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가스류와 대향하는 면이, 하류측을 향해서 비스듬하게 되는 구조이어도 된다. 이러한 구조로 하면, 플라즈마와 사행 구조와의 사이의 충돌 횟수를 적게 할 수 있으므로, 밀도가 높은 플라즈마를 보다 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 배플판(411)의 수에 대해서도, 완전히 마찬가지이며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
(제2 실시 형태에서의 효과)
제2 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
(d) 제2 실시 형태에 따르면, 플라즈마 생성실(410) 내에 배플판(411)을 가짐으로써, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스의 흐름 방향을 제어하여, 반응 가스를 플라즈마 발생 도체(420)에 근접시키면서 흘리는 것이 가능하게 된다. 따라서, 배플판(411)이 없는 경우에 비하면, 반응 가스의 플라즈마 밀도를 높게 하는 것이 실현 가능해진다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 여기에서도, 주로, 상술한 제1 실시 형태와의 상위점에 대해서 설명하고, 그 밖의 점에 관한 설명은 생략한다.
(제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성)
제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 플라즈마 생성부(40)에서의 플라즈마 발생 도체(420a)의 구성이 제1 실시 형태의 경우와는 상이하다.
(구성의 개요)
도 14는, 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 도시하는 모식도이다. 도시한 예는, 제3 실시 형태에서 ICP 코일로서 기능하는 플라즈마 생성부(40)의 개략 구성의 개요를, 도 1과 마찬가지로 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 설명을 간소화하기 위해서 모식적인 도면을 사용하고 있지만, 제3 실시 형태에서도, 기판 처리 장치를 구성하는 경우에는, 플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에 설치되어 사용된다(도 9 참조).
여기서 설명하는 플라즈마 발생 도체(420a)는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 플라즈마 생성실(410) 내의 가스 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되어 있지만, 제1 실시 형태의 경우와는 달리 각 주도체부(421)의 길이가 장소에 따라 상이하다. 즉, 제1 실시 형태의 경우에는 각 주도체부(421)가 대략 동일한 길이로 형성되어 있지만, 제3 실시 형태에서의 플라즈마 발생 도체(420a)는, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 A인 영역 부분(425)과, 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 B인 영역 부분(426)을 가지고 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 생성부(40)에서는, 플라즈마 생성실(410) 내를 반응 가스가 통과할 때의 당해 반응 가스에 대한 자계 폭로량(통과 시간이나 통과 거리 등)이, 주도체부(421)가 긴 영역 부분(425)의 근방과 주도체부(421)가 짧은 영역 부분(426)의 근방에서 상이하다. 그 때문에, 플라즈마 생성실(410) 내에서 플라즈마 상태로 된 반응 가스의 플라즈마 밀도에 대해서도, 주도체부(421)가 긴 영역 부분(425)의 근방을 통과하면 플라즈마 밀도가 높고, 주도체부(421)가 짧은 영역 부분(426)의 근방을 통과하면 플라즈마 밀도가 낮다는 차이가 발생하게 된다. 이것은, 환언하면, 각 주도체부(421)의 길이를 일률적이 아니라 장소에 따라 상이하게 함으로써, 반응 가스의 플라즈마 밀도의 고저를 장소별로 컨트롤할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 도 14의 (a)에 나타낸 예에서는, 플라즈마 발생 도체(420a)의 영역 부분(425)과 영역 부분(426)이 파형 형상의 하측을 기준으로 해서 배치되어 있는 경우, 즉 파형 형상의 하단측이 정렬되도록 각 영역 부분(425, 426)이 배치되어 있는 경우를 들고 있다. 이와 같이 플라즈마 발생 도체(420a)가 구성되어 있으면, 영역 부분(426)에 대해서도 웨이퍼(W)에 가까운 측에서 자계를 발생시키게 되므로, 웨이퍼(W)에 공급하는 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 데 있어서 바람직하다. 단, 플라즈마 발생 도체(420a)는, 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 각 영역 부분(425, 426)이 파형 형상의 상측을 기준으로 해서 배치된 것이어도 된다.
(구성의 구체예)
여기서, 제3 실시 형태에서의 플라즈마 발생 도체(420a)의 구성에 대해서, 더욱 구체적으로 설명한다.
제3 실시 형태에서도, 복수의 가스 공급 유닛(25)은, 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 방사 형상으로 배치된다. 그 중, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)에는, 플라즈마 발생 도체(420a)를 구성하는 복수의 주도체부(421)가 가스 공급 유닛(25b)의 코너부(251a)를 구성하는 변을 따라서 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 나란히 배치된다.
그런데, 가스 공급 유닛(25b)의 가스 공급 경로(253)는, 그 평면 형상이 특별히 한정되는 것은 아니며, 또한 가스 공급 경로(253)에 대한 반응 가스 공급관(321)의 접속 개소에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 때문에, 가스 공급 유닛(25b)에서는, 가스 공급 경로(253)의 평면 형상이나 반응 가스 공급관(321)의 접속 개소의 위치 등에 따라, 플라즈마 생성실(410) 내에 반응 가스가 모이기 쉬운 개소와 모이기 어려운 개소가 발생해버리는 경우가 있다. 이러한 반응 가스의 분포 편차는, 가스 공급 경로(253)의 평면 형상이나 반응 가스 공급관(321)의 접속 개소의 위치 등에 기초하여, 그 발생 형태를 예측하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 예를 들어 가스 공급 경로(253)의 평면 형상이 기판 적재대(10)의 외주측을 향해서 넓어지는 부채 형상이라면, 가스 컨덕턴스의 영향으로, 기판 적재대(10)의 회전 중심측은 반응 가스가 모이기 어렵고, 기판 적재대(10)의 외주측은 반응 가스가 모이기 쉽다는 경우가 생길 수 있다. 또한, 예를 들어 가스 공급 경로(253)의 평면 형상이 직사각 형상이어도, 가스 공급 경로(253)의 평면 형상의 중앙 부근은 반응 가스가 모이기 쉽고, 당해 평면 형상의 단부 테두리 부근(벽면 근방)은 반응 가스가 모이기 어렵다는 경우가 생길 수 있다.
이에 반해, 제3 실시 형태에서의 플라즈마 발생 도체(420a)라면, 플라즈마 생성실(410) 내에 반응 가스의 분포 편차가 발생해도, 예측한 편차의 발생 형태에 따라, 반응 가스가 모이기 쉬운 개소에 대응하도록 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 A인 영역 부분(425)을 배치하고, 반응 가스가 모이기 어려운 개소(예를 들어, 플라즈마 생성실(410)의 외주단 테두리)에 대응하도록 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 B인 영역 부분(426)을 배치한다는 것이 실현 가능해진다.
구체적으로는, 예를 들어 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로 반응 가스가 모이기 쉽고, 그 외주측은 반응 가스가 모이기 어려운 경우라면, 당해 회전 중심측에 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 A인 영역 부분(425)을 배치하고, 당해 외주측에 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 B인 영역 부분(426)을 배치한다. 즉, 주도체부(421)의 길이는, 기판 적재대(10)의 회전 중심측이 외주측보다도 짧게 구성된다. 이와 같이 각 영역 부분(425, 426)을 배치하면, 기판 적재대(10)의 회전 중심측에서의 플라즈마 밀도를 외주측의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하도록, 플라즈마 생성부(40)가 구성되게 된다.
또한, 예를 들어 가스 공급 경로(253)의 평면 형상의 중앙 부근은 반응 가스가 모이기 쉽고, 당해 평면 형상의 단부 테두리 부근(벽면 근방)은 반응 가스가 모이기 어려운 경우라면, 가스 공급 유닛(25b)의 코너부(251a)를 구성하는 변의 중점을 포함하는 영역 범위(즉, 플라즈마 생성실(410)의 중앙 근방)에 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 A인 영역 부분(425)을 배치하고, 당해 변의 단부 테두리를 포함하는 영역 범위(즉, 플라즈마 생성실(410)의 단부 테두리 근방)에 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 B인 영역 부분(426)을 배치한다. 즉, 주도체부(421)의 길이는, 플라즈마 생성실(410)의 중앙 근방이 단부 테두리측보다도 길게 구성된다. 이와 같이 각 영역 부분(425, 426)을 배치하면, 플라즈마 생성실(410)의 중앙 근방에서의 플라즈마 밀도를 단부 테두리측의 플라즈마 밀도보다도 높게 하도록, 플라즈마 생성부(40)가 구성되게 된다.
따라서, 제3 실시 형태에서의 플라즈마 생성부(40)에 의하면, 플라즈마 생성실(410) 내에 반응 가스의 분포 편차가 발생할 수 있는 경우에도, 반응 가스가 모이기 쉬운 개소의 플라즈마 밀도를 높게, 반응 가스가 모이기 어려운 개소의 플라즈마 밀도를 낮게 할 수 있으므로, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것이 억제되게 된다.
(다른 구성예)
이상의 설명에서는, 플라즈마 생성실(410) 내에서 반응 가스가 모이기 쉬운지 여부에 따라서 플라즈마 발생 도체(420a)의 각 영역 부분(425, 426)을 배치한 경우를 예로 들었지만, 각 영역 부분(425, 426)의 배치가 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 15는, 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부의 다른 구성예를 도시하는 모식도이다. 도시한 예는, 제3 실시 형태의 다른 구성예에서의 플라즈마 발생 도체(420b) 및 기판 적재대(10)에 대해서, 그 평면 형상을 모식적으로 도시하고 있다.
도시한 예의 플라즈마 발생 도체(420b)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 외주를 둘러싸도록, 기판 적재대(10)의 직경 방향으로 연장되는 타원 형상의 평면 형상을 갖고 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 발생 도체(420b)에서는, 타원 형상의 짧은 방향의 폭이 좁아지면, 타원 형상의 길이 방향의 양단 근방에 위치하는 원호 부분(도면 중에서의 C 부분)에 플라즈마가 집중되어버리는 경우가 있다. 양단 근방의 원호 부분에서 플라즈마 발생 도체(420b)가 급준하게 되접히기 때문이다.
이로부터, 평면 형상이 타원 형상인 경우, 플라즈마 발생 도체(420b)에 대해서는, 양단 근방의 원호 부분에 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 B인 영역 부분(426)을 배치하고, 그 이외의 부분(즉, 타원을 구성하는 직선 변의 부분)에 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 크기 A인 영역 부분(425)을 배치한다. 이와 같이 하면, 양단 근방의 원호 부분에서의 플라즈마 밀도를 낮게 함으로써, 당해 양단 근방에의 플라즈마 집중을 억제할 수 있고, 이에 의해 기판 적재대(10)의 직경 방향에서의 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 플라즈마 발생 도체(420b)의 평면 형상이 기판 적재대(10)의 직경 방향으로 연장되는 타원 형상인 경우에는, 그 타원 형상의 원호 부분(도면 중에서의 C 부분)의 하방을 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)가 통과하지 않도록, 플라즈마 발생 도체(420b)와 기판 적재대(10)와의 관계를 구축하는 것이 바람직하다. 가령 원호 부분(도면 중 C 부분)에서의 플라즈마 집중이 발생해도, 그 영향이 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)에 미치지 못하도록 하기 위해서이다.
(또 다른 구성예)
또한, 이상의 설명에서는, 플라즈마 발생 도체(420a, 420b)를 주도체부(421)가 긴 영역 부분(425)과 주도체부(421)가 짧은 영역 부분(426)의 2개로 구분한 경우를 예로 들었지만, 반응 가스의 플라즈마 밀도의 고저를 장소별로 컨트롤하기 위해서는 3개 이상의 영역 부분으로 구분되어 있어도 상관없다.
도 16은, 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부의 또 다른 구성예를 도시하는 모식도이다. 도시한 예는, 제3 실시 형태의 또 다른 구성예에서의 플라즈마 발생 도체(420c) 및 기판 적재대(10)에 대해서, 그 평면 형상을 모식적으로 도시하고 있다.
도시한 예의 플라즈마 발생 도체(420c)는, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 외주를 둘러싸도록, 원형의 평면 형상을 갖고 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 발생 도체(420c)에서는, 그 하방을 기판 적재대(10) 상의 웨이퍼(W)가 통과할 때, 원 형상의 플라즈마 발생 도체(420c)에서의 내주측과 외주측과 이들의 중간에서 웨이퍼(W)의 통과 거리에 차이가 발생해버린다. 이러한 통과 거리의 차이는, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리의 불균일함을 초래할 우려가 있다.
이로부터, 평면 형상이 원형인 경우, 플라즈마 발생 도체(420c)에 대해서는, 3개 이상의 영역 부분으로 구분하고, 내주측과 외주측과 이들의 중간과의 각각에 각 영역 부분을 할당하고, 이 각 영역 부분에서 주도체부(421)의 길이가 상이하도록 한다. 이와 같이 하면, 플라즈마 밀도를 내주측<중간<외주측으로 하는 것이 실현 가능하게 되고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 통과 거리의 차이에 관계없이, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있게 된다.
(제3 실시 형태에서의 효과)
제3 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
(e) 제3 실시 형태에 따르면, 플라즈마 생성실(410) 내의 가스 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치된 플라즈마 발생 도체(420a, 420b, 420c)에 대해서, 각 주도체부(421)의 길이가 장소에 따라 상이하다. 그 때문에, 예를 들어 반응 가스가 모이기 쉬운 개소에 주도체부(421)가 길고 파형 형상의 파고(진폭)가 큰 영역 부분(425)을 배치하고, 반응 가스가 모이기 어려운 개소에 주도체부(421)가 짧고 파형 형상의 파고(진폭)가 작은 영역 부분(426)을 배치한다는 것이 실현 가능하게 된다. 이에 의해 반응 가스의 플라즈마 밀도의 고저를 장소별로 컨트롤하여, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것을 억제할 수 있게 된다.
(f) 특히, 제3 실시 형태에 따르면, 가스 공급 유닛(25)이 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 방사 형상으로 배치된 다(多) 낱장식의 기판 처리 장치에 적용하기에 매우 유용하다. 왜냐하면, 웨이퍼(W)에 반응 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(25b)에 있어서, 예를 들어 기판 적재대(10)의 회전 중심측으로 반응 가스가 모이기 어렵고, 외주측으로 반응 가스가 모이기 쉬운 경우에도, 회전 중심의 측의 플라즈마 밀도를 외주측의 플라즈마 밀도보다도 낮게 할 수 있기 때문이다. 이에 의해 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것을 억제하여, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 여기에서도, 주로, 상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태와의 상위점에 대해서 설명하고, 그 밖의 점에 관한 설명은 생략한다.
(제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성)
제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 플라즈마 생성부(40)에서의 플라즈마 발생 도체(420d)의 구성이 제1 내지 제3 실시 형태의 경우와는 상이하다.
도 17은, 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 구성예를 도시하는 모식도이다. 도시한 예는, 제4 실시 형태에서 ICP 코일로서 기능하는 플라즈마 생성부(40)의 개략 구성의 개요를, 도 1과 마찬가지로 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 여기에서는 설명을 간소화하기 위해서 모식적인 도면을 사용하고 있지만, 제4 실시 형태에서도, 기판 처리 장치를 구성하는 경우에는, 플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에 설치되어 사용된다(도 9 참조).
도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 여기서 설명하는 플라즈마 발생 도체(420d)는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 복수의 주도체부(421)가 나란히 배치되어 플라즈마 발생 도체(420d)가 구성되어 있지만, 제1 실시 형태의 경우와는 달리 접속 도체부(422)가 주도체부(421)의 하단끼리를 접속하는 위치에만 배치되어 있다. 즉, 제4 실시 형태에서의 플라즈마 발생 도체(420d)는, 주도체부(421)의 상단끼리를 접속하는 위치에 접속 도체부(422)를 구비하고 있지 않고, 제1 실시 형태의 경우의 파형 형상을 복수의 U자형 형상 부분으로 분할한 구조, 즉 접속 도체부(422)에 의해 접속되는 주도체부(421)의 쌍을 복수 쌍 갖는 구조로 되어 있다. 또한, 각 U자형 형상 부분의 높이, 폭 및 배치 피치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 가스 공급 유닛(25b)에서의 제1 부재(251)의 크기나, 그 제1 부재(251)의 플라즈마 생성실(410) 내에 발생시키려고 하는 자계의 강도 등을 고려하여, 적절히 결정된 것이면 된다.
U자형 형상 부분을 구성하는 한 쌍의 주도체부(421) 중, 한쪽의 주도체부(421)에는, 전력을 부여하기 위한 입력용 도체(431)가 접속되어 있다.
또한, 다른 쪽의 주도체부(421)에는, 주어진 전력을 취출하기 위한 출력용 도체(432)가 접속되어 있다. 즉, 각 U자형 형상 부분에는, 입력용 도체(431)와 출력용 도체(432)가 각각 접속되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 발생 도체(420d)에서도, 각 U자형 형상 부분의 각각에 입력용 도체(431) 및 출력용 도체(432)를 통해서 전력을 부여하면, 플라즈마 생성실(410) 내에 자계가 발생하여, 그 플라즈마 생성실(410) 내를 통과하는 반응 가스가 플라즈마 상태로 된다.
이때, 플라즈마 발생 도체(420d)는, 복수의 U자형 형상 부분으로 분할된 구조이며, 각 U자형 형상 부분이 개별로 배치되는 것이기 때문에, 기판 적재대(10)까지의 거리를 각 U자형 형상 부분별로 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 또한, 플라즈마 발생 도체(420d)에 고장 등의 트러블이 발생한 경우에도, 트러블이 있는 U자형 형상 부분만을 교환해서 대응한다는 것도 가능하게 되므로, 유지 보수의 용이화도 도모된다.
또한, 플라즈마 발생 도체(420d)가 복수의 U자형 형상 부분으로 분할된 구조라면, 각 U자형 형상 부분의 각각에 서로 다른 전력 공급 계통 또는 전력 제어 계통을 접속함으로써, 각 U자형 형상 부분의 각각에 개별로 전력 공급을 행할 수 있게 된다. 즉, 각 U자형 형상 부분에 부여하는 전력을 개별로 제어함으로써, 플라즈마 발생 도체(420d)에서의 복수의 주도체부(421)의 길이가 일률적인 경우에도, 각 U자형 형상 부분의 근방에서의 플라즈마 밀도를 가변시킬 수 있다. 또한, 예를 들어 제3 실시 형태와 같이 주도체부(421)의 길이를 상이하게 하는 경우에 비하면, 플라즈마 밀도를 정밀하면서도 또한 유연하게 컨트롤하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
단, 플라즈마 발생 도체(420d)를 구성하는 각 주도체부(421)의 길이에 대해서는, 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, 각 U자형 형상 부분별로 상이하게 해도 상관없다. 이와 같이 하면, 제3 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 주도체부(421)의 길이에 의해 플라즈마 밀도를 컨트롤할 수 있게 된다. 또한, 주도체부(421)의 길이에 따라 플라즈마 밀도를 조정하므로, 반드시 각 U자형 형상 부분의 각각에 대하여 개별로 전력 공급을 행할 필요는 없으며, 각각에 일률적으로 전력을 공급해도 된다. 그 때문에, 각 U자형 형상 부분에 개별로 전력 공급을 행하는 경우에 비하면, 전력 공급 계통 또는 전력 제어 계통의 구성이 복잡화되어버리는 것을 억제할 수 있다.
(제4 실시 형태에서의 효과)
제4 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
(g) 제4 실시 형태에 따르면, 플라즈마 발생 도체(420d)에 대해서, 접속 도체부(422)가 주도체부(421)의 하단끼리를 접속하는 위치에만 배치되어 있고, 접속 도체부(422)에 의해 접속되는 주도체부(421)의 쌍을 복수 쌍 갖는 구조로 되어 있다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420d)가 복수의 U자형 형상 부분으로 분할된 구조로 되어 있다. 그 때문에, 각 U자형 형상 부분을 개별로 배치하는 것이 가능하게 되어, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 경우에 비하면, 플라즈마 발생 도체(420d)의 배치의 자유도를 높이는 것이 가능하고, 또한 유지 보수의 용이화도 도모된다. 나아가, 반응 가스의 플라즈마 밀도의 고저를 장소별로 컨트롤하는 것에도 용이하게 대응할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것을 억제하여, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 여기에서도, 주로, 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태와의 상위점에 대해서 설명하고, 그 밖의 점에 관한 설명은 생략한다.
(제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성)
제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 플라즈마 생성부(40)의 구성이 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 경우와는 상이하다.
도 18은, 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 플라즈마 생성부(ICP 코일)의 개략 구성예를 나타내는 측단면도이다. 또한, 여기에서는 설명을 간소화하기 위해서 플라즈마 생성부(40)의 측단면을 나타내는 모식적인 도를 사용하고 있지만, 제5 실시 형태에서도, 기판 처리 장치를 구성하는 경우에는, 플라즈마 생성부(40)는, 가스 공급 유닛(25b)에 설치되어 사용된다(도 9 참조).
도시한 예의 플라즈마 생성부(40)는, 반응 가스가 흐르는 플라즈마 생성실(410)을 둘러싸도록 배치된 플라즈마 발생 도체(420e)를 갖는다. 플라즈마 발생 도체(420e)는, 플라즈마 생성실(410) 내에서의 반응 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부(421)와, 주도체부(421)끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부(422)를 갖는다. 이 점은, 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.
단, 여기서 설명하는 플라즈마 발생 도체(420e)는, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 경우와는 달리, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 도전 재료에 의해 관 형상으로 형성되어 있고, 관 내에 냉각수가 흐르도록 구성되어 있다. 플라즈마 발생 도체(420e)의 관 내에 냉각수가 흐르면, 이에 의해 당해 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도가 조정되게 된다. 즉, 제5 실시 형태에서의 플라즈마 발생 도체(420e)는, 당해 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 조정하는 온도 조정부로서의 기능을 갖고 있다.
또한, 플라즈마 발생 도체(420e)는, 밀봉 공간(441) 내에 배치되어 있다. 그리고, 밀봉 공간(441) 내에는, 불활성 가스가 공급되도록 구성되어 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스를 사용하는 것을 생각할 수 있지만, He 가스, Ne 가스, Ar 가스 등을 사용해도 된다. 밀봉 공간(441) 내로부터의 불활성 가스의 배기 경로에는, 불활성 가스의 온도를 계측하는 온도 센서(442)가 설치되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 생성부(40)에서는, 플라즈마 생성실(410) 내를 흐르는 반응 가스를 플라즈마 상태로 함에 있어서, 밀봉 공간(441) 내로부터 배기되는 불활성 가스의 온도를 온도 센서(442)로 계측하여, 밀봉 공간(441) 내의 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 모니터링한다. 그리고, 모니터링의 결과를 기초로 플라즈마 발생 도체(420e)의 관 내에 냉각수를 흘려서 온도를 조정하여, 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도가 소정의 온도 범위 내로 되도록 한다. 즉, 제5 실시 형태에서의 플라즈마 생성부(40)에서는, 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도 모니터링의 결과에 기초하여 피드백 제어를 행하여, 당해 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 소정의 온도 범위 내로 유지하도록 하는 것이다.
피드백 제어를 행해서 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 소정의 온도 범위 내로 유지하도록 하면, 당해 플라즈마 발생 도체(420e)에서의 전기 저항의 변동을 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마 밀도의 변동에 대해서도 억제할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것을 억제하여, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 피드백 제어를 행하고 있는데, 예를 들어 웨이퍼(W) 상에 대한 성막 처리의 막 두께에 변동이 발생해버린 경우에는, 플라즈마 발생 도체(420e)에 어떠한 문제가 발생하고 있는 것으로 간주하여, 유지 보수 시기라고 판단한다는 것도 실현 가능하게 된다.
또한, 이상의 설명에서는, 플라즈마 발생 도체(420e)의 관 내에 냉각수를 흘려서 당해 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 조정하는 경우를 예로 들었지만, 온도 조정부가 이것에 한정되지 않고, 다른 구성에 의한 것이어도 된다. 다른 구성으로서는, 예를 들어 플라즈마 발생 도체(420e)의 주위를 흐르는 가스를 이용해서 온도 조정을 행하는 것을 들 수 있다.
플라즈마 발생 도체(420e)의 주위를 흐르는 가스에 대해서는, 상술한 바와 같이 불활성 가스를 사용하면, 플라즈마 발생 도체(420e)의 표면 상태의 변화(예를 들어 산화)를 억제할 수 있는 점에서 바람직하지만, 반드시 불활성 가스에 한정되지는 않으며, 다른 가스를 사용하도록 해도 상관없다.
또한, 이상의 설명에서는, 플라즈마 생성실(410) 내에서 플라즈마 상태로 한 반응 가스를 기판 적재대(10) 상의 기판(W)에 공급하도록 구성되어 있는 경우를 예로 들었지만, 예를 들어 플라즈마 생성실(410)의 출구 부분(443)에 플라즈마 차폐판(단, 도시하지 않음)을 설치하여, 소위 리모트 플라즈마와 같이 구성해도 된다. 이와 같이 구성하면, 중성의 라디칼이 공급 가능해진다.
(제5 실시 형태에서의 효과)
제5 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
(h) 제5 실시 형태에 따르면, 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 조정하는 온도 조정부로서의 기능을 갖고 있으므로, 당해 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도를 소정의 온도 범위 내로 유지하도록 할 수 있다. 따라서, 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도 변동에 기인하는 전기 저항의 변동을 억제할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 밀도의 변동에 대해서도 억제할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생 도체(420e)의 온도 변동을 억제함으로써, 플라즈마 생성실(410) 내에서 발생시키는 플라즈마가 불균일해져버리는 것을 억제하여, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 각 실시 형태에서는, 가스 공급 유닛(25b)에 플라즈마 생성부(40)가 설치되어 있고, 가스 공급 유닛(25b)이 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 반응 가스를 플라즈마 생성부(40)가 플라즈마 상태로 하는 경우를 예로 들었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명은 반응 가스에 한하지 않고 다른 가스이어도, 당해 가스를 플라즈마 상태로 하는 경우에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들어 상술한 각 실시 형태에서는, 기판 적재대(10) 또는 카트리지 헤드(20)를 회전시킴으로써, 기판 적재대(10) 상의 각 웨이퍼(W)와 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치를 이동시키는 경우를 예로 들었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명은 기판 적재대(10) 상의 각 웨이퍼(W)와 카트리지 헤드(20)와의 상대 위치를 이동시키는 것이라면, 반드시 각 실시 형태에서 설명한 회전 구동식의 것일 필요는 없다. 예를 들어 컨베이어 등을 이용한 직동식의 것이어도, 완전히 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들어 상술한 각 실시 형태에서는, 원료 가스 공급 유닛(25a)과 반응 가스 공급 유닛(25b)의 사이에 불활성 가스 공급 유닛(25c)을 설치하도록 구성하고 있었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 2개의 반응 가스 공급 유닛(25b)의 사이에 불활성 가스 공급 유닛(25c)을 설치해도 된다. 이 경우, 원료 가스 공급 유닛(25a) 대신에, 웨이퍼 상방 이외의 개소로부터 가스를 공급하는 공급 구조를 설치해서 원료 가스를 처리실에 공급해도 된다. 예를 들어, 처리실 중앙에 원료 가스 공급 구멍을 형성하여, 처리실 중앙으로부터 원료 가스를 공급해도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 각 실시 형태에서는, 원료 가스 공급 유닛(25a)과 반응 가스 공급 유닛(25b)의 사이에 불활성 가스 공급 유닛(25c)을 설치하도록 구성하고 있었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 2개의 원료 가스 공급 유닛(25a)의 사이에 불활성 가스 공급 유닛(25c)을 설치해도 된다. 이 경우, 반응 가스 공급 유닛(25b) 대신에, 웨이퍼 상방 이외의 개소로부터 가스를 공급하는 공급 구조를 설치해서 반응 가스를 처리실에 공급해도 된다. 예를 들어, 처리실 중앙에 반응 가스 공급 구멍을 형성하여, 처리실 중앙으로부터 반응 가스를 공급해도 된다.
또한, 예를 들어 상술한 각 실시 형태에서는, 기판 처리 장치가 행하는 성막 처리로서, 원료 가스(제1 처리 가스)로서 TiCl4 가스를 사용하고, 반응 가스(제2 처리 가스)로서 NH3 가스를 사용하여, 이들을 교대로 공급함으로써 웨이퍼(W) 상에 TiN막을 형성하는 경우를 예로 들었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 즉, 성막 처리에 사용하는 처리 가스는, TiCl4 가스나 NH3 가스 등에 한정되지 않고, 다른 종류의 가스를 사용해서 다른 종류의 박막을 형성해도 상관없다. 나아가, 3종류 이상의 처리 가스를 사용하는 경우이어도, 이들을 교대로 공급해서 성막 처리를 행하는 것이라면, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들어 상술한 각 실시 형태에서는, 기판 처리 장치가 행하는 처리로서 성막 처리를 예로 들었지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않는다. 즉, 성막 처리 외에, 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리이어도 된다. 또한, 기판 처리의 구체적 내용은 불문이며, 성막 처리뿐만 아니라, 어닐 처리, 산화 처리, 질화 처리, 확산 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리에도 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 다른 기판 처리 장치, 예를 들어 어닐 처리 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 노광 장치, 도포 장치, 건조 장치, 가열 장치, 플라즈마를 이용한 처리 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 이들 장치가 혼재하고 있어도 된다. 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.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
[부기 1]
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판이 적재되는 기판 적재대와,
상기 기판 적재대를 내포하는 처리실과,
상기 처리실 내에의 가스 공급을 행하는 가스 공급부와,
상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성부
를 포함하고,
상기 플라즈마 생성부는,
상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실과,
상기 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성되는 플라즈마 발생 도체
를 포함하고,
상기 플라즈마 발생 도체는,
상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와,
상기 복수의 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 복수의 접속 도체부
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 2]
바람직하게는,
상기 복수의 접속 도체부는, 적어도 상기 복수의 주도체부의 하단끼리를 접속하는 위치에 배치되는, 부기 1에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 3]
바람직하게는,
상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 복수의 주도체부 및 상기 접속 도체부들을 가짐으로써, 상기 플라즈마 발생 도체가 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되는, 부기 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 4]
바람직하게는,
상기 복수의 주도체부 중 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체가 접속되고,
상기 복수의 주도체부 중 다른 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체가 접속되는, 부기 3에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 5]
바람직하게는,
상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 접속 도체부들에 의해 접속되는 상기 복수의 주도체부의 쌍을 복수 쌍 갖는, 부기 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 6]
바람직하게는,
상기 복수의 주도체부의 상기 복수 쌍 중 하나의 쌍을 구성하는 한쪽의 주도체부에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체가 접속되고,
상기 복수의 주도체부의 상기 복수 쌍 중 하나의 쌍을 구성하는 다른 쪽의 주도체부에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체가 접속되는, 부기 5에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 7]
바람직하게는,
상기 복수 쌍에 접속되는 각각의 상기 입력용 도체가 개별적으로 전원에 접속되고,
상기 복수 쌍에 접속되는 각각의 상기 출력용 도체가 개별적으로 상기 전원에 접속되는, 부기 6에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 8]
바람직하게는,
상기 플라즈마 생성실은, 당해 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스의 흐름 방향을 제어하는 사행 구조를 갖는, 부기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 9]
바람직하게는,
상기 기판 적재대는, 복수의 기판이 원주 형상으로 나란히 적재된 상태에서 회전 가능하게 구성되고,
상기 처리실 및 상기 가스 공급부는, 회전하는 상기 기판 적재대 상의 기판들 각각에 대하여, 상기 플라즈마 생성부에서 플라즈마 상태로 한 가스가 순서대로 공급되도록 구성되고,
상기 플라즈마 생성부에서의 상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 기판 적재대의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서, 상기 복수의 주도체부가 배열되도록 배치되어 구성되는, 부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 10]
바람직하게는,
상기 기판 적재대의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 나란히 배치되는 상기 복수의 주도체부는, 상기 플라즈마 생성실 내의 가스 주류 방향을 따른 길이가 상기 복수의 주도체부의 배치 장소에 따라 상이한, 부기 9에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 11]
바람직하게는,
상기 플라즈마 생성부는, 상기 회전 중심측의 플라즈마 밀도를 상기 외주측의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하도록 구성되는, 부기 9 또는 10에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 12]
바람직하게는,
상기 복수의 주도체부의 길이는, 상기 회전 중심측이 상기 외주측보다도 짧게 구성되는, 부기 10 또는 11에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 13]
바람직하게는,
상기 플라즈마 발생 도체의 온도를 조정하는 온도 조정부를 더 포함하는, 부기 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기 14]
본 발명의 또 다른 일 형태에 의하면,
처리실에 내포된 기판 적재대 상에 기판을 적재하는 기판 적재 공정과,
상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성됨과 함께, 당해 도체로서, 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 상기 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부를 갖는 플라즈마 발생 도체를 사용하여, 상기 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 공정과,
상기 기판 적재대 상의 상기 기판에 대하여, 상기 플라즈마 발생 도체를 사용해서 플라즈마 상태로 한 가스를 공급하는 가스 공급 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
[부기 15]
본 발명의 또 다른 일 형태에 의하면,
처리실에 내포된 기판 적재대 상에 기판을 적재하는 기판 적재 공정과,
상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성됨과 함께, 당해 도체로서, 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 상기 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부를 갖는 플라즈마 발생 도체를 사용하여, 상기 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 공정과,
상기 기판 적재대 상의 상기 기판에 대하여, 상기 플라즈마 발생 도체를 사용해서 플라즈마 상태로 한 가스를 공급하는 가스 공급 공정
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
[부기 16]
본 발명의 또 다른 일 형태에 의하면,
바람직하게는,
처리실에 내포된 기판 적재대 상에 기판을 적재하는 기판 적재 공정과,
상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성됨과 함께, 당해 도체로서, 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 상기 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부를 갖는 플라즈마 발생 도체를 사용하여, 상기 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 공정과,
상기 기판 적재대 상의 상기 기판에 대하여 상기 플라즈마 발생 도체를 사용해서 플라즈마 상태로 한 가스를 공급하는 가스 공급 공정
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 기록 매체가 제공된다.
10 : 기판 적재대 20 : 카트리지 헤드
25, 25a, 25b, 25c : 가스 공급 유닛
40 : 플라즈마 생성부 251 : 제1 부재
252 : 제2 부재 253 : 가스 공급 경로
254 : 가스 배기 구멍 255 : 배기 버퍼실
410 : 플라즈마 생성실 411 : 배플판
420, 420a, 420b, 420c, 420d, 420e : 플라즈마 발생 도체
421 : 주도체부 422 : 접속 도체부
425, 426 : 영역 부분 431 : 입력용 도체
432 : 출력용 도체 W : 웨이퍼(기판)

Claims (22)

  1. 기판이 적재되는 기판 적재대와,
    상기 기판 적재대를 내포하는 처리실과,
    상기 처리실 내에의 가스 공급을 행하는 가스 공급부와,
    상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성부
    를 포함하고,
    상기 플라즈마 생성부는,
    상기 가스 공급부가 상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실과,
    상기 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성되는 플라즈마 발생 도체
    를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 도체는,
    상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와,
    상기 복수의 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 복수의 접속 도체부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 접속 도체부는, 적어도 상기 복수의 주도체부의 하단끼리를 접속하는 위치에 배치되는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 복수의 주도체부 및 상기 접속 도체부들을 가짐으로써, 상기 플라즈마 발생 도체가 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 주도체부 중 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체가 접속되고,
    상기 복수의 주도체부 중 다른 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체가 접속되는, 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 접속 도체부들에 의해 접속되는 상기 복수의 주도체부의 쌍을 복수 쌍 갖는, 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체의 온도를 조정하는 온도 조정부를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 복수의 주도체부 및 상기 접속 도체부들을 가짐으로써, 상기 플라즈마 발생 도체가 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향으로 흔들리는 파형 형상으로 배치되는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 주도체부 중 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체가 접속되고,
    상기 복수의 주도체부 중 다른 하나에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체가 접속되는, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 접속 도체부들에 의해 접속되는 상기 복수의 주도체부의 쌍을 복수 쌍 갖는, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 주도체부의 상기 복수 쌍 중 하나의 쌍을 구성하는 한쪽의 주도체부에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 전력을 부여하기 위한 입력용 도체가 접속되고,
    상기 복수의 주도체부의 상기 복수 쌍 중 하나의 쌍을 구성하는 다른 쪽의 주도체부에는, 상기 플라즈마 발생 도체에 부여된 전력을 취출하기 위한 출력용 도체가 접속되는, 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 쌍에 접속되는 각각의 상기 입력용 도체가 개별적으로 전원에 접속되고,
    상기 복수 쌍에 접속되는 각각의 상기 출력용 도체가 개별적으로 상기 전원에 접속되는, 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체의 온도를 조정하는 온도 조정부를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판 적재대는, 복수의 기판이 원주 형상으로 나란히 적재된 상태에서 회전 가능하게 구성되고,
    상기 처리실 및 상기 가스 공급부는, 회전하는 상기 기판 적재대 상의 기판들 각각에 대하여 상기 플라즈마 생성부에서 플라즈마 상태로 한 가스가 순서대로 공급되도록 구성되고,
    상기 플라즈마 생성부에서의 상기 플라즈마 발생 도체는, 상기 기판 적재대의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서, 상기 복수의 주도체부가 나란히 배치되어 구성되는, 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판 적재대의 회전 중심측으로부터 외주측을 향해서 나란히 배치되는 상기 복수의 주도체부는, 상기 플라즈마 생성실 내의 가스 주류 방향을 따른 길이가 상기 복수의 주도체부의 배치 장소에 따라 상이한, 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부는, 상기 회전 중심측의 플라즈마 밀도를 상기 외주측의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 주도체부의 길이는, 상기 회전 중심측이 상기 외주측보다도 짧게 구성되는, 기판 처리 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실은, 당해 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스의 흐름 방향을 제어하는 사행 구조를 갖는, 기판 처리 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부는, 상기 회전 중심측의 플라즈마 밀도를 상기 외주측의 플라즈마 밀도보다도 낮게 하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 주도체부의 길이는, 상기 회전 중심측이 상기 외주측보다도 짧게 구성되는, 기판 처리 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 도체의 온도를 조정하는 온도 조정부를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  21. 처리실에 내포된 기판 적재대 상에 기판을 적재하는 기판 적재 공정과,
    상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성됨과 함께, 당해 도체로서, 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 상기 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부를 갖는 플라즈마 발생 도체를 사용하여, 상기 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 공정과,
    상기 기판 적재대 상의 상기 기판에 대하여 상기 플라즈마 발생 도체를 사용해서 플라즈마 상태로 한 가스를 공급하는 가스 공급 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  22. 처리실에 내포된 기판 적재대 상에 기판을 적재하는 기판 적재 공정과,
    상기 처리실 내에 공급하는 가스의 유로가 되는 플라즈마 생성실을 둘러싸도록 배치된 도체에 의해 구성됨과 함께, 당해 도체로서, 상기 플라즈마 생성실 내에서의 가스의 주류 방향을 따라서 연장되는 복수의 주도체부와, 상기 주도체부끼리를 전기적으로 접속하는 접속 도체부를 갖는 플라즈마 발생 도체를 사용하여, 상기 플라즈마 생성실 내를 흐르는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 공정과,
    상기 기판 적재대 상의 상기 기판에 대하여 상기 플라즈마 발생 도체를 사용해서 플라즈마 상태로 한 가스를 공급하는 가스 공급 공정
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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