KR20160128211A - 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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Abstract

본 발명은 파티클의 발생을 억제 가능한 기술을 제공한다.
기판을 처리하는 처리 용기; 처리 용기에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 처리 용기 내에 설치된 기판 재치대; 처리 용기에 접속되는 처리 용기측 배기부; 상단에서 상기 기판 재치대를 지지하는 샤프트; 샤프트를 지지하는 샤프트 지지부; 샤프트가 관통되는 처리 용기의 저벽에 설치된 개구공; 개구공과 샤프트 지지부 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로즈 벽을 포함하고, 벨로즈 벽의 내측 공간이 처리 용기의 공간과 연통하는 벨로즈; 및 벨로즈 벽의 내측 공간으로의 불활성 가스 공급과, 내측 공간의 분위기의 배기를 병행하여 수행하는 벨로즈측 가스 급배기부;를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다.
미세화된 패턴에서는 파티클의 영향이 보다 현저해지기 때문에 파티클의 발생을 억제하도록 요구되고 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 파티클의 발생을 억제 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리 용기; 상기 처리 용기에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 처리 용기 내에 설치된 기판 재치대; 상기 처리 용기에 접속되는 처리 용기측 배기부; 상기 기판 재치대를 지지하는 샤프트; 상기 샤프트를 지지하는 샤프트 지지부; 상기 샤프트가 관통되는 상기 처리 용기의 저벽에 설치된 개구공(開口孔); 상기 개구공과 상기 샤프트 지지부 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로즈 벽을 포함하고, 상기 벨로즈 벽의 내측 공간이 상기 처리 용기의 공간과 연통(連通) 하는 벨로즈; 및 상기 벨로즈 벽의 내측 공간으로의 불활성 가스의 공급과, 상기 내측 공간의 분위기의 배기를 병행하여 수행하는 벨로즈측 가스 급배기부;를 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면, 파티클의 발생을 억제 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 제1 분산 기구의 설명도.
도 3은 자성(磁性) 유체(流體) 씰을 이용하여 기판 재치대를 회전시키는 예를 도시하는 도면.
도 4는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 5는 도 4에 도시하는 성막 공정의 상세를 도시하는 플로우 차트.
도 6은 기판 재치대의 웨이퍼 반송 포지션을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명한다.
<장치 구성>
도 1에 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)의 구성을 도시된다. 기판 처리 장치(100)는 도 1에 도시되는 바와 같이 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치로서 구성된다.
(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) 사이에는 칸막이 판(204)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 도시되지 않는 반송실 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
게이트 밸브(205)는 밸브체(205a)와 구동체(205b)(驅動體)를 포함한다. 밸브체(205a)는 구동체(205b)의 일부에 고정된다. 게이트 밸브를 열 때는 구동체(205b)가 처리 용기(202)의 기판 반입출구(206)로부터 멀어지도록 작동하여, 밸브체(205a)를 처리 용기(202)의 측벽으로부터 이간시킨다. 게이트 밸브를 닫을 때는 구동체(205b)가 처리 용기(202)의 기판 반입출구(206)를 향하여 작동하여, 밸브체(205a)를 처리 용기(202)의 측벽에 압부(押付)하여 기판 반입출구(206)를 닫는다.
처리 공간(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 재치대(212)가 설치된다. 기판 재치대(212)는 웨이퍼(200)를 재치하는 재치면(211)과, 기판 재치대(212)에 내포된 가열원으로서의 히터(213)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 도면에서는 기판 재치대(212)는 샤프트(217)의 상단에서 지지되지만, 샤프트(217)가 기판 재치대(212)를 지지하면 좋고, 상단이 아니어도 좋다. 예컨대 기판 재치대(212)의 바닥에 구멍을 설치하는 것과 함께 샤프트(217)의 측면에 지지 기구를 설치하는 구조이어도 좋다. 이 경우, 그 구멍에 샤프트(217)를 삽입하는 것과 함께 샤프트(217)의 측면에 설치된 지지 기구에 의해 기판 재치대를 지지한다.
샤프트(217)의 주부(主部)는 처리 용기(202)의 저벽에 설치된 샤프트(217)의 지름보다 약간 큰 지름의 개구공(208)(開口孔)을 관통하고, 또한 지지판(216)을 개재하여 처리 용기(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 지지대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217)의 하방(下方)은 벨로즈(219)에 의해 피복된다. 처리 용기(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다. 또한 지지대(212)를 샤프트 지지부라고도 부른다. 샤프트 지지부에는 승강 기구(218)를 포함시켜도 좋다. 승강 기구(218)에는 샤프트의 승강을 제어하는 승강 제어부(171)가 설치된다. 승강 제어부(171)는 예컨대 엘리베이터다. 승강 제어부(171)는 샤프트(217)를 지지하는 승강 기구(218)를 승강시키는 작동부(171a)를 주로 포함한다. 작동부(171a)는 예컨대 승강을 실현하기 위한 모터를 포함하는 승강 기구(171b)를 포함한다. 또한 승강 제어부(171) 내에는 승강 제어부(171)의 일부로서 작동부(171a)에 회전 지시하기 위한 지시부(171c)를 설치해도 좋다. 지시부(171c)는 컨트롤러(280)에 전기적으로 접속된다. 지시부(171c)는 컨트롤러(280)의 지시에 기초하여 작동부(171a)를 제어한다.
벨로즈(219)는 예컨대 스텐레스로 구성된다. 벨로즈(219)는 복수의 주 형상[周狀]의 스텐레스판을 용접하여 사복(蛇腹) 형상이 되도록 접속된 벨로즈 벽으로 구성된다. 벨로즈 벽은 신축 가능한 구성이다.
벨로즈(219)의 상단과 처리 용기(202)의 저벽(底壁) 사이에는 상압부(220)(上押部)가 설치된다. 상압부(220)에는 불활성 가스 공급부의 일부인 불활성 가스 공급관(221a)이 접속되고, 벨로즈(219)의 내측의 공간에 연통(連通)된다. 보다 구체적으로 상압부(220)는 불활성 가스 공급공(220h)을 구비한다. 불활성 가스 공급관(221a)은 불활성 가스 공급공(220h)에 접속된다.
불활성 가스 공급관(221a)에는 상류부터 순서대로 불활성 가스 공급원(221b), 밸브(221c), 매스 플로우 컨트롤러(221d), 압력 검출기(221e)가 설치된다. 불활성 가스 공급원(221b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 밸브(221c), 매스 플로우 컨트롤러(221d)를 개재하여 벨로즈(219)의 상단과 처리 용기(202)의 저벽 사이에 공급된다. 불활성 가스 공급부(221)는 주로 밸브(221c), 매스 플로우 컨트롤러(221d), 불활성 가스 공급관(221a)으로 구성된다. 불활성 가스 공급부(221)에는 불활성 가스 공급원(221b), 압력 검출기(221e)를 포함시켜도 좋다. 또한 불활성 가스 공급부(221)를 벨로즈측 불활성 가스 공급부 또는 제1 불활성 가스 공급부라고 불러도 좋다.
지지판(216)에는 벨로즈측 가스 배기부(222)의 일부인 배기관(222a)이 접속되고, 벨로즈(219)의 내측의 공간에 연통된다.
벨로즈측 배기관(222a)에는 상류부터 밸브(222b), 펌프(222c)가 설치된다. 밸브(222b)를 열림(開)으로 하여 펌프(222c)를 가동시키는 것에 의해 벨로즈(219)의 내측 공간의 분위기를 배기 가능하게 한다. 벨로즈측 가스 배기부(222)는 주로 밸브(222b), 벨로즈측 배기관(222a)으로 구성된다. 또한 벨로즈측 가스 배기부(222)에 펌프(222c)를 포함시켜도 좋다. 또한 제1 불활성 가스 공급부(221)와 벨로즈측 가스 배기부(222)를 총칭하여 벨로즈측 가스 급배기부라고 부른다.
또한 벨로즈(219)의 내측 공간이란 벨로즈 벽의 내측의 공간을 가리킨다. 여기서는 벨로즈(219)의 내측 공간이라고 부른다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200)의 반송 시에는 도 6에 도시하는 바와 같이 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)에 대향하는 위치(웨이퍼 반송 위치, 웨이퍼 반송 포지션)까지 하강하고, 웨이퍼(200)의 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리 공간(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치, 웨이퍼 처리 포지션)가 될 때까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여, 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 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 이루어진다. 또한 리프트 핀(207)은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
처리 용기(202)에는 압력 센서(221f)가 설치된다. 압력 센서(221f)는 반응 용기(202)의 압력을 검출한다. 압력 센서(221f)는 예컨대 처리 용기의 저벽이며 개구공(208)의 근방에 설치된다. 이러한 위치에 설치하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 구멍 주위의 압력을 검출한다.
처리 공간(201)의 상부(상류측)에는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 제1 분산 기구(241)가 삽입되는 가스 도입공(231a)이 설치된다. 제1 분산 기구(241)는 샤워 헤드 내에 삽입되는 선단부(241a)(先端部)와, 덮개(231)에 고정되는 플랜지(241b)를 포함한다.
도 2는 제1 분산 기구(241)의 선단부(241a)를 설명하는 설명도다. 점선 화살표는 가스의 공급 방향을 도시한다. 선단부(241a)는 기둥 형상이며, 예컨대 원주(圓柱) 형상으로 구성된다. 원주의 측면에는 분산공(241c)이 설치된다. 후술하는 가스 공급부(공급계)로부터 공급되는 가스는 선단부(241a) 및 분산공(241c)을 개재하여 버퍼 공간(232)에 공급된다.
샤워 헤드의 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) 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고, 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이를 절연한다.
샤워 헤드(230)는 가스를 분산시키기 위한 제2 분산 기구로서의 분산판(234)을 구비한다. 이 분산판(234)의 상류측이 버퍼 공간(232)이며, 하류측이 처리 공간(201)이다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다.
덮개(231)에는 샤워 헤드(230)를 가열하는 샤워 헤드 가열부(231b)가 설치된다. 샤워 헤드 가열부(231b)는 버퍼 공간(232)에 공급된 가스가 재액화하지 않는 온도로 가열한다. 예컨대 100℃ 정도로 가열하도록 제어된다.
분산판(234)은 예컨대 원반 형상으로 구성된다. 관통공(234a)은 분산판(234)의 모든 면에 걸쳐서 설치된다. 인접하는 관통공(234a)은 예컨대 등간격으로 배치되고, 최외주(最外周)에 배치된 관통공(234a)은 기판 재치대(212) 상에 재치된 웨이퍼의 외주보다 외측에 배치된다.
또한 제1 분산 기구(241)로부터 공급되는 가스를 분산판(234)까지 안내하는 가스 가이드(235)를 포함한다. 가스 가이드(235)는 분산판(234)을 향함에 따라 지름이 커지는 형상이며, 가스 가이드(235)의 내측은 추체(錐體) 형상(예컨대 원추 형상, 추 형상이라고도 부른다)으로 구성된다. 가스 가이드(235)는 그 하단이 분산판(234)의 최외주측에 형성되는 관통공(234a)보다 한층 더 외주측에 위치하도록 형성된다.
상부 용기(202a)는 절연 블록(233), 플랜지(233a)를 포함하고, 플랜지(233a) 상에 절연 블록(233)이 재치되고 고정된다. 플랜지(233a) 상에는 분산판(234)이 재치되고 고정된다. 또한 덮개(231)는 절연 블록(233)의 상면에 고정된다. 이러한 구조로 하는 것에 의해 상방으로부터 덮개(231), 분산판(234), 절연 블록(233)의 순서대로 취외(取外)하는 것이 가능해진다.
한편, 후술하는 성막 공정은 버퍼 공간(232)의 분위기를 배기하는 퍼지 공정을 포함한다. 이 성막 공정에서는 다른 가스를 교호(交互)적으로 공급하는 것과 함께, 다른 가스를 공급하는 동안에 잔류 가스를 제거하는 퍼지 공정을 수행한다. 이 교호 공급법은 원하는 막 두께에 이르기까지 여러 회 반복하므로 성막 시간이 소요된다는 문제가 있다. 그래서 이러한 교호 공급 프로세스를 수행할 때는 가능한 한 시간을 단축하는 것이 요구된다. 한편, 제품 비율의 향상을 위해서 기판 면내(面內)의 막 두께나 막질을 균일하게 하는 것이 요구된다.
그래서 본 실시 형태에서는 가스를 균일하게 분산하는 분산판을 포함하는 것과 함께, 분산 판 상류의 버퍼 공간의 용적이 적어지도록 구성한다. 예컨대 처리 공간(201)의 용적보다 작게 한다. 이와 같이 하는 것에 의해 버퍼 공간의 분위기를 배기하는 퍼지 공정을 단축하는 것이 가능해진다.
(공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된 가스 도입공(231a)에는 제1 분산 기구(241)가 접속된다. 제1 분산 기구(241)에는 공통 가스 공급관(242)이 접속된다. 제1 분산 기구(241)에는 플랜지가 설치되고, 나사 등에 의해 덮개(231)나 공통 가스 공급관(242)의 플랜지에 고정된다.
제1 분산 기구(241)와 공통 가스 공급관(242)은 관의 내부에서 연통되고, 공통 가스 공급관(242)으로부터 공급되는 가스는 제1 분산 기구(241), 가스 도입공(231a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다. 제2 가스 공급관(244a)은 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 공통 가스 공급관(242)에 접속된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 제1 원소 함유 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급계(244)로부터는 주로 제2 원소 함유 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급계(245)로부터는 웨이퍼를 처리할 때는 주로 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)나 처리 공간(201)을 클리닝할 때는 클리닝 가스가 주로 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(243c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 티타늄(Ti)이다. 즉 제1 원소 함유 가스는 예컨대 티타늄 함유 가스다. 또한 제1 원소 함유 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 및 기체 중 어느 것이어도 좋다. 제1 원소 함유 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 제1 가스 공급원(243b)과 매스 플로우 컨트롤러(243c) 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(246c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다.
여기서 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 원소 함유 가스 공급계(243)(티타늄 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(234b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급계를 제1 원소 함유 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
본 명세서에서는 제1 가스 공급계를 제1 가스 공급부 또는 원료 가스 공급부라고도 부른다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)에는 하류에 리모트 플라즈마 유닛(244e)이 설치된다. 상류에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(244c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제2 원소 함유 가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)에 의해 플라즈마 상태가 되어 웨이퍼(200) 상에 조사(照射)된다.
제2 원소 함유 가스는 처리 가스 중 하나다. 또한 제2 원소 함유 가스는 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 좋다.
여기서 제2 원소 함유 가스는 제1 원소와 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나다. 본 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스로 한다. 구체적으로는 질소 함유 가스로서 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), 매스 플로우 컨트롤러(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 원소 함유 가스 공급계(244)(질소 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다.
또한 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(247c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다.
제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 불활성 가스는 박막 형성 공정(S104))에서는 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용한다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a), 리모트 플라즈마 유닛(244e)을 제2 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제2 가스 공급원(244b), 리모트 플라즈마 유닛(244e), 제2 불활성 가스 공급계를 제2 원소 함유 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
본 명세서에서는 제2 가스 공급계를 제2 가스 공급부 또는 반응 가스 공급부라고도 부른다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(245c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
여기서 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 또한 불활성 가스로서 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다 하류측에는 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류단이 접속된다. 클리닝 가스 공급관(248a)에는 상류 방향부터 순서대로 클리닝 가스 공급원(248b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(248c)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(248d)가 설치된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급계(245)가 구성된다.
또한 주로 클리닝 가스 공급관(248a), 매스 플로우 컨트롤러(248c) 및 밸브(248d)에 의해 클리닝 가스 공급계가 구성된다. 또한 클리닝 가스 공급원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 클리닝 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제3 가스 공급원(245b), 클리닝 가스 공급계를 제3 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 기판 처리 공정에서는 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스가 매스 플로우 컨트롤러(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 처리 용기(202)나 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 클리닝 공정에서는 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용해도 좋다.
클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스는 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230)나 처리 용기(202)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다.
여기서 클리닝 가스는 예컨대 3불화질소(NF3) 가스다. 또한 클리닝 가스로서 예컨대 불화수소(HF) 가스, 3불화염소가스(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스 등을 이용해도 좋고, 또한 이들을 조합시켜서 이용해도 좋다.
또한 제3 가스 공급계를 불활성 가스 공급부 또는 처리 공간측 불활성 가스 공급부라고도 부른다. 또한 제1 불활성 가스 공급부에 대하여 제2 불활성 가스 공급부라고도 부른다.
또한 제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계, 제3 가스 공급계를 가스 공급부라고 부른다.
(배기계)
처리 용기(202)의 분위기를 배기하는 배기계는 처리 용기(202)에 접속된 복수의 배기관을 포함한다. 구체적으로는 버퍼 공간(232)에 접속되는 배기관(263)(제1 배기관)과, 처리 공간(201)에 접속되는 배기관(262)(제2 배기관)과, 반송 공간(203)에 접속되는 배기관(261)(제3 배기관)을 포함한다. 또한 각 배기관(261, 262, 263)의 하류측에는 배기관(264)(제4 배기관)이 접속된다.
배기관(261)은 반송 공간(203)의 측면 또는 저면(底面)에 접속된다. 배기관(261)에는 고진공 또는 초고진공을 실현하는 진공 펌프로서 TMP(265)(Turbo Molecular Pump, 터보 분자 펌프, 제1 진공 펌프)가 설치된다. 배기관(261)에서 TMP(265)의 상류측에는 반송 공간용 제1 배기 밸브로서의 밸브(266)가 설치된다. 배기관(261), TMP(265)를 반송 공간 배기부라고 부른다.
배기관(262)은 처리 공간(201)의 측방에 접속된다. 배기관(262)에는 처리 공간(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(276)(AutoPressure Controller)가 설치된다. APC(276)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(도시되지 않음)를 포함하고, 후술하는 컨트롤러로부터의 지시에 따라 배기관(262)의 컨덕턴스를 조정한다. 또한 배기관(262)에서 APC(276)의 상류측에는 밸브(275)가 설치된다. 배기관(262)과 밸브(275), APC(276)를 처리 용기측 배기부라고 부른다.
배기관(263)은 처리 공간(201)과 접속되는 면과 다른 면에 접속된다. 높이 방향에서 관통공(234a)과 상기 가스 가이드(235)의 하단 사이에 접속된다. 배기관(263)에는 밸브(279)가 구비된다. 배기관(263), 밸브(279)를 샤워 헤드 배기부라고 부른다.
배기관(264)에는 DP(282)(Dry Pump, 드라이 펌프)가 설치된다. 도시와 같이 배기관(264)에는 그 상류측부터 배기관(263), 배기관(262), 배기관(261)이 접속되고, 또한 그것들의 하류에 DP(282)가 설치된다. DP(282)는 배기관(262), 배기관(263), 배기관(261) 각각을 개재하여 버퍼 공간(232), 처리 공간(201) 및 반송 공간(203) 각각의 분위기를 배기한다. 또한 DP(282)는 TMP(265)가 작동할 때에 그 보조 펌프로서도 기능한다. 즉 고진공(또는 초고진공) 펌프인 TMP(265)는 대기압까지의 배기를 단독으로 수행하는 것은 곤란하므로 대기압까지의 배기를 수행하는 보조 펌프로서 DP(282)가 이용된다. 전술한 배기계의 각 밸브에는 예컨대 에어 밸브가 이용된다.
배기관(262)에서 APC(276)와 배기관(264) 사이에는 밸브(278)가 설치된다. 밸브(278)는 배기관(264)을 통과하는 가스가 APC(276)에 유입되지 않도록 한다. 그렇기 때문에 배기관(264)으로부터 배기하는 공정 이외에서는 밸브(278)를 닫힘(閉)으로 하도록 제어한다. 또한 밸브(278)를 처리 용기측 배기부에 포함시켜도 좋다.
배기관(261)에서 TMP(265)와 배기관(264) 사이에는 밸브(267)가 설치된다. 밸브(267)는 배기관(264)을 통과하는 가스가 TMP(265)에 유입되지 않도록 한다. 그렇기 때문에 배기관(264)으로부터 배기하는 공정 이외에서는 밸브(267)를 닫힘으로 하도록 제어한다. 또한 밸브(267)를 반송 공간 배기부에 포함시켜도 좋다.
(컨트롤러)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다. 컨트롤러(280)는 연산부(281), 기억부(282), 송수신부(284), 비교부(285)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(280)는 전술한 각 구성에 접속되고, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(282)로부터 프로그램이나 레시피, 테이블을 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 테이블은 온도 정보와 제어 파라미터를 비교한 것이다. 또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(283)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리(USB Flash Drive)이나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 외부 기억 장치(283)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(283)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(283)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(282)나 외부 기억 장치(283)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억부(282) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 송수신부(284)는 다른 구성과의 정보를 주고받는다. 예컨대 온도 모니터(도시되지 않음)로부터 온도를 수신하거나 한다. 비교부(285)는 기억부(282)로부터 판독한 테이블 등의 정보와, 다른 구성으로부터 수신한 정보를 비교하여 제어하기 위한 파라미터 등을 추출한다. 예컨대 온도 모니터(도시되지 않음)로부터 수신한 정보와, 기억부에 기록되는 테이블을 비교하여 로봇(도시되지 않음)을 동작시키기 위한 파라미터를 추출한다.
<기판 처리 공정>
다음으로 기판 처리 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트다. 도 5는 도 4의 성막 공정의 상세를 도시하는 플로우 차트다.
이하, 제1 처리 가스로서 TiCl4가스를 이용하고, 제2 처리 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하여, 웨이퍼(200) 상에 박막으로서 질화티타늄막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
〔기판 반입·재치 공정(S102)〕
처리 장치(100)에서는 기판 재치대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치(반송 포지션: 도 6 참조)까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 반송 공간(203)을 이재실(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.
불활성 가스 공급관(221a)으로부터 개구공(208) 및 샤프트(217)를 향하여의 불활성 가스 공급을 시작한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기의 배기를 시작한다.
한편 기판 재치대(212)가 상하 이동할 때마다 벨로즈(219)의 판의 접속 부분이 삐걱거리기 때문에 그것을 반복하면 접속 부분이 열화된다. 벨로즈의 판은 용접 등으로 접속하기 때문에 열화되면 벨로즈(219)의 내측 공간에 미세한 금속편이 발생한다. 발생한 금속편은 샤프트의 상하 이동에 의해 올려져서(卷上), 처리 용기(202) 내에 확산될 우려가 있다.
또한 도 3에 도시하는 바와 같이 자성 유체 씰(290)을 설치하고, 기판 재치대(212)를 회전시키는 회전축(291)을 기밀하게 밀봉하면서 회전 가능하도록 지지하는 장치 형태가 존재한다. 이 경우, 자성 유체 씰(290)의 경년(經年) 열화나, 열원(熱源)이 근처에 있는 경우에는 자성 유체 씰(290)이 건조되는 등에 의해서 자성 입자가 잔재하고, 샤프트(217)의 상하 이동에 의해 자성 입자가 자성 유체 씰(290)로부터 벨로즈(219)의 내측에 침입한다.
또한 게이트 밸브(205)를 열었을 때에 파티클이 벨로즈(219)의 내측에 침입하는 경우가 있다. 이는 게이트 밸브(205)의 개방과 동시에 기판 반입출구(206)와 게이트 밸브(205) 사이나 그 접촉면, 극간(隙間) 등에 부착된 막이 박리되기 때문이다. 기판 반입출구(206)와 게이트 밸브(205)에 부착된 막은 후술하는 제1 가스 공급 공정(S202)이나 제2 가스 공급 공정(S206)에서 형성된다. 박리된 막의 일부는 TMP(265) 등에 의해 처리 용기로부터 배출되고, 다른 막은 샤프트(217)에 부딪쳐 그것이 벨로즈(219)의 내측 공간에 침입한다.
벨로즈(219) 내의 공간에 금속편이나 파티클, 자성 입자 등의 더스트가 침입한 경우, TMP(265)로 배기하는 것이 곤란하다. 따라서 성막 처리에서 압력이 변동했을 때 등에 벨로즈(219)로부터 처리 용기(202) 내에 올려져서, 그 결과 더스트가 기판에 부착되어 악영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 기판 반입출 공정에서도 벨로즈(219) 내에 더스트를 침입시키지 않는 것이 바람직하다
그래서 본 실시 형태에서는 기판 반입출 공정 동안, 벨로즈(219) 내에 침입하지 않도록 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 불활성 가스를 공급한다.
또한 벨로즈(219)나 자성 유체 씰(290)로부터 발생한 이물질이 처리 공간에 침입하지 않도록 벨로즈(219) 내의 분위기를 벨로즈측 배기공(222h)으로부터 배기하여 금속편을 처리 용기(202) 내에 들이지 않도록 한다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202) 외로 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, 또한 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 전술한 처리 공간(201) 내의 처리 위치(기판 처리 포지션)까지 웨이퍼(200)를 상승시킨다.
웨이퍼(200)가 반송 공간(203)에 반입된 후, 처리 공간(201) 내의 처리 위치까지 상승하면, 밸브(266)와 밸브(267)를 닫힘으로 한다. 이에 의해 반송 공간(203)과 TMP(265) 사이 및 TMP(265)과 배기관(264) 사이가 차단되어, TMP(265)에 의한 반송 공간(203)의 배기가 종료된다. 한편, 밸브(278)와 밸브(275)를 열고 처리 공간(201)과 APC(276) 사이를 연통시키는 것과 함께 APC(276)와 DP(282) 사이를 연통시킨다. APC(276)는 배기관(262)의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해 DP(282)에 의한 처리 공간(201)의 배기 유량을 제어하여 처리 공간(201)을 소정의 압력(예컨대 10-5Pa 내지 10-1Pa의 고진공)으로 유지한다.
그 동안, 즉 기판 재치대(212)가 처리 위치에 있는 동안, 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208)을 구성하는 벽 사이에 불활성 가스를 공급한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기를 배기한다. 이와 같이 하는 것에 의해 샤프트(217) 하방에 권회(卷回)하는 가스가 벨로즈(219) 내에 침입하는 것을 방지하는 것과 함께 벨로즈(219)나 자성 유체 씰(290)로부터 발생하는 불순물을 처리 용기에 들이지 않도록 한다. 샤프트(217)와 저벽에 설치된 개구공(208)의 측벽 사이의 컨덕턴스가 상기 벨로즈측 배기공(222h)의 컨덕턴스보다 높아지도록 벨로즈측 불활성 가스 공급부와 벨로즈측 가스 배기부(222)를 제어한다.
또한 이 공정에서 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 공급해도 좋다. 즉 TMP(265) 또는 DP(282)로 처리 용기(202) 내를 배기하면서 적어도 제3 가스 공급계의 밸브(245d)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 N2가스를 공급해도 좋다.
또한 웨이퍼(200)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 웨이퍼(200)의 온도는 예컨대 실온 이상 500℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 400℃ 이하다. 이때 히터(213)의 온도는 도시되지 않는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
〔성막 공정(S104)〕
다음으로 박막 형성 공정(S104)을 수행한다. 이하, 도 5를 참조하여 성막 공정(S104)에 대하여 상세히 설명한다. 또한 성막 공정(S104)은 다른 처리 가스를 교호적으로 공급하는 공정을 반복하는 교호 공급 처리다.
〔제1 처리 가스 공급 공정(S202)〕
웨이퍼(200)를 가열하여 원하는 온도에 달하면, 밸브(243d)를 여는 것과 함께 TiCl4가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한 TiCl4가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 이때 제3 가스 공급계의 밸브(245d)를 열고 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2가스를 공급한다. 또한 제1 불활성 가스 공급계로부터 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 이 공정에 앞서 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2가스의 공급을 시작해도 좋다.
또한 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208)을 구성하는 측벽 사이의 공간으로의 불활성 가스 공급을 시작한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기의 배기를 시작한다. 이때 불활성 가스의 공급량을 후술하는 퍼지 공정(S208)보다 많게 한다. 많게 하는 것에 의해 보다 확실하게 벨로즈(219) 내의 공간으로의 제1 원소 함유 가스의 침입을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
보다 바람직하게는 처리 용기(202) 내의 개구공(208) 근방의 압력이 샤프트(217)와 개구공(208)을 구성하는 측벽 사이의 공간보다 낮아지도록 불활성 가스 공급이 제어된다. 이와 같이 하는 것에 의해 처리 용기(202)의 분위기가 벨로즈(219)의 내측 공간에 침입하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
제1 분산 기구(241)를 개재하여 처리 공간(201)에 공급된 TiCl4가스는 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 웨이퍼(200)의 표면에는 TiCl4가스가 웨이퍼(200) 상에 접촉하는 것에 의해 「제1 원소 함유층」으로서의 티타늄 함유층이 형성된다. 한편, 제1 분산 기구(241)로부터 공급된 TiCl4가스는 극간(232b)에도 체류한다.
티타늄 함유층은 예컨대 처리 용기(202) 내의 압력, TiCl4가스의 유량, 기판 재치대(212)의 온도, 처리 공간(201)의 통과에 소요되는 시간 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다. 또한 웨이퍼(200) 상에는 미리 소정의 막이 형성되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어도 좋다.
TiCl4가스의 공급을 시작하고 나서 소정 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 전술한 공정(S202)의 공정에서는 도 4에 도시하는 바와 같이 밸브(275) 및 밸브(278)가 열림이 되고, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 공정(S202)에서 밸브(275) 및 밸브(278), 밸브(222b) 이외의 배기계의 밸브는 모두 닫힘이 된다.
〔퍼지 공정(S204)〕
이어서 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2가스를 공급하여 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지를 수행한다. 이때도 밸브(275) 및 밸브(278)는 열림이 되고 APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 한편, 밸브(275) 및 밸브(278) 이외의 배기계의 밸브는 모두 닫힘이 된다. 이에 의해 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합하지 못한 TiCl4가스는 DP(282)에 의해 배기관(262)을 개재하여 처리 공간(201)으로부터 제거된다.
이어서 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2가스를 공급하여 샤워 헤드(230)의 퍼지를 수행한다. 이때 밸브(275) 및 밸브(278)가 닫힘이 되는 한편, 밸브(279)가 열림이 된다. 다른 배기계의 밸브는 닫힘 상태다. 즉 샤워 헤드(230)의 퍼지를 수행할 때는 처리 공간(201)과 APC(276) 사이를 차단하는 것과 함께 APC(276)와 배기관(264) 사이를 차단하여 APC(276)에 의한 압력 제어를 정지하는 한편, 버퍼 공간(232)과 DP(282) 사이를 연통한다. 이에 의해 샤워 헤드(230)[버퍼 공간(232)] 내에 잔류한 TiCl4가스는 배기관(262)을 개재하여 DP(282)에 의해 샤워 헤드(230)로부터 배기된다.
또한 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에 이어서 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208) 사이의 공간으로 불활성 가스를 공급한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기를 배기한다. 이때 불활성 가스의 공급량을 제1 가스 공급 공정(S202)보다 적게 한다. 적게 하는 것에 의해 가스를 효율적으로 사용할 수 있다.
샤워 헤드(230)의 퍼지가 종료되면, 밸브(278) 및 밸브(275)를 열림으로 하여 APC(276)에 의한 압력 제어를 다시 시작하는 것과 함께 밸브(279)를 닫힘으로 하여 샤워 헤드(230)와 배기관(264) 사이를 차단한다. 다른 배기계의 밸브는 닫힘 상태다. 이때도 제3 가스 공급관(245a)으로부터의 N2가스의 공급은 계속되어, 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(201)의 퍼지가 계속된다. 또한 퍼지 공정(S204)에서 배기관(262)을 개재한 퍼지의 전후에 배기관(263)을 개재한 퍼지를 수행했지만, 배기관(262)을 개재한 퍼지만이어도 좋다. 또한 배기관(262)을 개재한 퍼지와 배기관(263)을 개재한 퍼지를 동시에 수행해도 좋다.
〔제2 처리 가스 공급 공정(S206)〕
퍼지 공정(S204) 후, 밸브(244d)를 열고 리모트 플라즈마 유닛(244e), 샤워 헤드(230)를 개재하여 처리 공간(201) 내에 플라즈마 상태의 암모니아 가스의 공급을 시작한다.
이때 암모니아 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(244c)를 조정한다. 또한 암모니아 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 5,000sccm 이하다. 또한 암모니아 가스와 함께, 제2 불활성 가스 공급계로부터 캐리어 가스로서 N2가스를 흘려도 좋다. 또한 이 공정에서도 제3 가스 공급계의 밸브(245d)는 열림이 되고, 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2가스가 공급된다.
제1 분산 기구(241)를 개재하여 처리 용기(202)에 공급된 플라즈마 상태의 암모니아 가스는 웨이퍼(200) 상에 공급된다. 이미 형성된 티타늄 함유층이 암모니아 가스의 플라즈마에 의해 개질되는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에는 예컨대 티타늄 원소 및 질소 원소를 함유하는 층이 형성된다.
개질층은 예컨대 처리 용기(203) 내의 압력, 질소 함유 가스의 유량, 기판 재치대(212)의 온도, 리모트 플라즈마 유닛(244e)의 전력 공급 상태 등에 따라 소정의 두께, 소정의 분포, 티타늄 함유층에 대한 소정의 질소 성분 등의 침입 깊이로 형성된다.
소정의 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 질소 함유 가스의 공급을 정지한다.
공정(S206)에서도 전술한 공정(S202)과 마찬가지로 밸브(275) 및 밸브(278)가 열림이 되고, APC(276)에 의해 처리 공간(201)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다. 또한 밸브(275) 및 밸브(278), 밸브(222b) 이외의 배기계의 밸브는 모두 닫힘이 된다.
퍼지 공정(S204)에 이어서 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208)의 측벽 사이의 공간에 불활성 가스를 공급한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기를 배기한다. 이때 불활성 가스의 공급량을 퍼지 가스 공급 공정(S204)보다 많게 한다. 많게 하는 것에 의해 보다 확실하게 제2 원소 함유 가스의 침입을 방지하는 것이 가능해진다.
〔퍼지 공정(S208)〕
이어서 공정(S204)과 마찬가지의 퍼지 공정을 실행한다. 각 부의 동작은 공정(S204)과 마찬가지이므로 설명은 생략한다.
〔판정(S210)〕
컨트롤러(280)는 공정들(S202, S204, S206, S208)을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때[공정(S210)에서 No인 경우], 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 퍼지 공정(S208) 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때[공정(S210)에서 Yes인 경우], 도 5에 도시하는 처리를 종료한다.
또한 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 제1 처리 가스가 기판 재치대(212)와 칸막이 판(204) 사이로부터 누설되어 반송 공간(203)에 공급되고, 또한 기판 반입출구(206)에 침입하는 경우가 있다. 제2 처리 가스 공급 공정도 마찬가지로 제2 처리 가스가 기판 재치대(212)와 칸막이 판(204) 사이로부터 누설되어 반송 공간(203)에 공급되고, 또한 기판 반입출구(206)에 침입하는 경우가 있다. 퍼지 공정(S204, S206)에서는 기판 재치대(212)와 칸막이 판(204)에 의해 구획되기 때문에 반송실(203)의 분위기를 배기하는 것은 곤란하다. 그렇기 때문에 기판 반입출구(206)에 침입한 가스끼리가 반응하여 기판 반입출구(206)의 내측 표면이나 밸브체(205a)의 반송실(203)과 대향하는 면에 막이 형성된다. 형성된 막은 전술과 같이 기판 반입·재치 공정(S102)에서 더스트가 된다. 그래서 기판 반입·재치 공정(S102)에 기재한 바와 같이 기판 반입·재치 공정(S102) 동안에 적어도 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208) 사이에 불활성 가스를 공급한다.
도 4의 설명에 돌아가, 이어서 기판 반출 공정(S106)을 실행한다.
〔기판 반출 공정(S106)〕
기판 반출 공정(S106)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 위치부터 반송 위치가 된다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 이때 밸브(245d)를 닫고 제3 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
이어서 웨이퍼(200)가 반송 위치까지 이동하면, 밸브(262)를 닫힘으로 하여 반송 공간(203)과 배기관(264) 사이를 차단한다. 한편, 밸브(266)와 밸브(267)를 열림으로 하여 TMP(265)[및 DP(282)]에 의해 반송 공간(203)의 분위기를 배기하는 것에 의해 처리 용기(202)를 고진공(초고진공) 상태(예컨대 10-5Pa 이하)로 유지하고, 마찬가지로 고진공(초고진공) 상태(예컨대 10-6Pa 이하)로 유지되는 이재실과의 압력 차이를 저감한다. 그 동안, 벨로즈(219) 내에 파티클이 침입하지 않도록 불활성 가스 공급관(221a)으로부터 샤프트(217)와 개구공(208) 사이로의 불활성 가스 공급을 시작한다. 이와 병행하여 벨로즈측 배기관(222a)으로부터 벨로즈(219)의 내측 분위기의 배기를 시작한다. 이 상태에서 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼(200)를 처리 용기(202)로부터 이재실에 반출한다.
〔(미처리 기판의 처리)〕
대기중인 미처리 웨이퍼(200)에 대해서 공정(S102, S104, S106)을 수행할 수 있다.
이상, 본 발명의 각종 전형적인 실시 형태로서 성막 기술에 대하여 설명했지만, 본 발명은 그와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 상기에서 예시한 박막 이외의 성막 처리나, 확산 처리, 산화 처리, 질화 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리를 수행하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 어닐링 처치 장치 외에 박막 형성 장치, 에칭 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 도포 장치, 가열 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.
또한 상기 실시예에서는 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4을 예로 들어 설명하고, 제1 원소로서 Ti를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 제1 원소로서 Si나 Zr, Hf 등 다양한 원소이어도 좋다. 또한 제2 원소 함유 가스로서 NH3을 예로 들어 설명하고, 제2 원소로서 N을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 제2 원소로서 O 등이어도 좋다.
100: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리 공간 202: 반응 용기
203: 반송 공간 208: 개구공
217: 샤프트 219: 벨로즈
221a: 불활성 가스 공급관 222a: 배기관
232: 버퍼 공간

Claims (18)

  1. 기판을 처리하는 처리 용기;
    상기 처리 용기에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리 용기 내에 설치된 기판 재치대;
    상기 처리 용기에 접속되는 처리 용기측 배기부;
    상기 기판 재치대를 지지하는 샤프트;
    상기 샤프트를 지지하는 샤프트 지지부;
    상기 샤프트가 관통되는 상기 처리 용기의 저벽(底壁)에 설치된 개구공(開口孔);
    상기 개구공과 상기 샤프트 지지부 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로즈 벽을 포함하고, 상기 벨로즈 벽의 내측 공간이 상기 처리 용기의 공간과 연통(連通)하는 벨로즈; 및
    상기 벨로즈 벽의 내측 공간으로의 불활성 가스의 공급과, 상기 내측 공간의 분위기의 배기를 병행하여 수행하는 벨로즈측 가스 급배기부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는,
    상기 벨로즈 벽의 상단과 상기 처리 용기의 저벽 사이에 설치되는 불활성 가스 공급공에 접속되고, 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 제1 불활성 가스 공급부; 및
    상기 불활성 가스 공급공보다 하방(下方)으로 설치되고, 상기 내측 공간의 분위기를 배기하는 벨로즈측 배기공을 개재하여 상기 벨로즈 벽의 내측 공간과 연통하는 벨로즈측 가스 배기부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벨로즈측 배기공은 상기 벨로즈 벽의 하단보다 하방에 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판 재치대는 기판을 반송하는 동안은 반송 위치에 설정되고, 기판을 처리하는 동안은 처리 위치에 설정되고,
    상기 기판 재치대가 처리 위치에 설정되는 동안, 상기 불활성 가스 공급공으로부터 불활성 가스를 공급하는 것과 함께, 상기 벨로즈측 배기공으로부터 상기 내측 공간의 분위기를 배기하는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 벨로즈측 배기공은 상기 샤프트의 외주에 배치되는 자성(磁性) 유체(流體) 씰보다 높은 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 원료 가스 공급부가 상기 처리 용기에 원료 가스를 공급하는 동안, 제1 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제1 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 반응 가스 공급부가 상기 처리 용기에 반응 가스를 공급하는 동안, 제2 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제2 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기판 재치대는 기판을 반송하는 동안은 반송 위치에 설정되어, 기판을 처리하는 동안은 처리 위치에 설정되고,
    상기 기판 재치대가 처리 위치에 설정되는 동안, 상기 불활성 가스 공급공으로부터 불활성 가스를 공급하는 것과 함께, 상기 벨로즈측 배기공으로부터 상기 내측 공간의 분위기를 배기하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 벨로즈측 배기공은 상기 샤프트의 외주에 배치되는 자성 유체 씰보다 높은 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 원료 가스 공급부가 상기 처리 용기에 원료 가스를 공급하는 동안, 제1 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제1 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 반응 가스 공급부가 상기 처리 용기에 반응 가스를 공급하는 동안, 제2 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제2 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 샤프트와 상기 개구공의 측벽 사이의 컨덕턴스가 상기 벨로즈측 배기공의 컨덕턴스보다 높아지도록 상기 제1 불활성 가스 공급부와 상기 벨로즈측 가스 배기부를 제어하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 벨로즈측 배기공은 상기 샤프트의 외주에 배치되는 자성 유체 씰보다 높은 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 벨로즈측 배기공은 상기 샤프트의 외주에 배치되는 자성 유체 씰보다 높은 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 원료 가스 공급부가 상기 처리 용기에 원료 가스를 공급하는 동안, 제1 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제1 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 벨로즈측 가스 급배기부는 상기 반응 가스 공급부가 상기 처리 용기에 반응 가스를 공급하는 동안, 제2 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기에 불활성 가스를 공급하는 동안, 상기 제2 공급량보다 적은 공급량으로 상기 내측 공간에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  17. 처리 용기 내에서 샤프트에 지지된 기판 재치대에 기판을 재치하는 공정; 및
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 공정;
    을 포함하고,
    상기 처리 가스를 공급하는 공정에서는 상기 샤프트가 관통되는 상기 처리 용기의 바닥에 설치된 개구공과 상기 샤프트를 지지하는 샤프트 지지부 사이에 설치된 벨로즈 벽의 내측 공간에 불활성 가스의 공급과 분위기의 배기를 병행하여 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 처리 용기 내에서 샤프트에 지지된 기판 재치대에 기판을 재치하는 단계; 및
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 처리 가스를 공급하는 단계에서는 상기 샤프트가 관통되는 상기 처리 용기의 바닥에 설치된 개구공과 상기 샤프트를 지지하는 샤프트 지지부 사이에 설치된 벨로즈 벽의 내측 공간에 불활성 가스의 공급과 분위기의 배기를 병행하여 수행하도록 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 격납하는 기록 매체.
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