KR20180110601A - 성막 방법 및 종형 열처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 종형 열처리 장치에 의해 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 데 있어서, 파티클 오염을 저감할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 웨이퍼 보트(65)에 웨이퍼(W)를 탑재해서 반응 용기(10) 내에 반입하여, 실란계의 가스를 사용해서 폴리실리콘막의 성막을 행한다. 계속해서 웨이퍼 보트(65)를 반응 용기(10)로부터 반출하고, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(65)로부터 이동 탑재한 후, 빈 웨이퍼 보트(65)를 반응 용기(10) 내에 반입하여, 불소 가스로 클리닝을 행한다. 이때 덮개(6)에 설치된 히터에 의해 덮개(6)의 내면을 300 내지 350℃로 가열해 둔다. 계속해서 클리닝 시의 온도 분위기에서 아미노실란 가스 및 오존 가스를 사용해서 반응 용기(10) 내에 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막한다. 실리콘 산화막은 저온에서 성막할 수 있고, 덮개(6)의 내면에도 성막되어, 덮개(6)의 내면에 부착되어 있는 파티클(P1)을 고정화할 수 있다.

Description

성막 방법 및 종형 열처리 장치{FILM FORMING METHOD AND VERTICAL THERMAL PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 종형의 반응 용기 내에서 복수매의 피처리 기판에 대하여 일괄적으로 성막을 행하는 기술 분야에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서의 성막 처리를 행하는 장치의 하나로서, 복수매의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)를 일괄적으로 처리하는 종형 열처리 장치가 있다. 종형 열처리 장치는, 복수매의 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를, 주위에 가열부가 배치된 종형의 반응 용기 내에 하방의 개구부로부터 반입해서 당해 개구부를 덮개에 의해 막고, 처리 가스를 반응 용기 내에 공급해서 성막하는 장치이다.
이 장치는, 반응 용기 내의 저부, 특히 덮개의 내면에 파티클이 많이 부착된다. 그 요인으로서는, 반응 용기 내에서의 석영 부재가 많은 것, 파티클이 중력에 의해 하부로 떨어지는 것, 덮개를 개폐하는 기구가 반응 용기의 하부 부근에 배치되어 있는 것, 배기관 내에 부착되어 있는 부착물이 반응 용기 내로 되돌아오는 것 등을 생각할 수 있다.
예를 들어 기판에 대하여 성막 처리를 행할 때마다 클리닝 가스에 의해 반응 용기 내를 클리닝하는 장치에서는, 클리닝 시에 있어서의 클리닝 가스의 액화를 방지하기 위해서, 덮개에 히터가 설치되어 있는 것도 있다. 그러나, 덮개 및 그 부근의 온도는, 처리 분위기에서의 처리 온도보다도 상당히 낮으므로, 기판에 대하여 예를 들어 CVD(Chemical Vapor deposition) 등의 성막 처리를 행했을 때, 반응 용기 내의 저부에는 막이 생기지 않는다.
이 때문에 반응 용기 내의 저부에 부착된 파티클(이물)은 자유롭게 움직일 수 있는 상태로 되어 있어, 덮개를 열었을 때 반응 용기 내와 외부의 약간의 차압에 의해 발생하는 기류에 의해 파티클이 반응 용기 내로 날아올라, 웨이퍼의 오염의 요인이 된다. 종래에는, 작업자가 예를 들어 정기적으로 덮개의 내면을 청소하는 작업을 행하고 있어, 작업자의 부담이 크고, 장치의 가동률 저하의 한 요인이 되기도 했었다.
특허문헌 1에는, 종형 열처리 장치를 사용해서 웨이퍼에 대하여 에피택셜 성장을 행하기 전에, 프리코팅 막으로서 폴리실리콘막을 600℃에서 반응 용기 내에 성막하는 것이 기재되어 있지만, 프리코팅 막은, 자연 산화막 제거용 불화수소 가스로부터 석영 부재를 보호하기 위해서이며, 또한 저온인 반응 용기의 저부에는 성막되지 않는다. 따라서, 특허문헌 1은 본 발명을 시사하는 기술은 아니다.
일본 특허 공개 제2010-219494호 공보
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 종형 열처리 장치에 의해 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 데 있어서, 파티클 오염을 저감할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를, 주위에 가열부가 배치된 종형의 반응 용기 내에 하방의 개구부로부터 반입하여, 당해 개구부를 덮개에 의해 폐쇄한 상태에서 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 방법으로서,
상기 반응 용기 내에 처리 가스를 공급해서 상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 공정과,
계속해서, 상기 덮개를 개방하고, 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기로부터 반출하는 공정과,
그 후, 상기 개구부를 덮개에 의해 폐쇄하고, 상기 반응 용기 내에 상기 처리 가스와는 상이한 코팅용 가스를 공급해서 상기 덮개의 내면을 포함하는 반응 용기의 저부에 대하여 성막을 행하는 코팅 공정과,
다음으로 상기 덮개를 개방하고, 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 내에 반입하고, 상기 반응 용기 내에 처리 가스를 공급해서 상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 공정을 포함한다.
다른 발명은, 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를, 주위에 가열부가 배치된 종형의 반응 용기 내에 하방의 개구부로부터 반입하고, 당해 개구부를 덮개에 의해 폐쇄한 상태에서 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 종형 열처리 장치로서,
상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하기 위한 처리 가스를 반응 용기 내에 공급하는 처리 가스 공급로와,
상기 반응 용기 내에 코팅용 가스를 공급하는 코팅용 가스 공급로와,
상기 반응 용기 내를 진공 배기하기 위한 진공 배기 기구와,
상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 스텝과, 계속해서, 상기 덮개를 개방하고, 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기로부터 반출하는 스텝과, 그 후, 상기 개구부를 덮개에 의해 폐쇄하고, 상기 반응 용기 내에 코팅용 가스를 공급해서 적어도 상기 덮개의 내면에 대하여 성막을 행하는 코팅 스텝과, 다음으로 상기 덮개를 개방하고, 피처리 기판이 보유 지지된 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 내에 반입하여, 상기 피처리 기판에 성막 처리를 행하는 스텝을 실행하는 제어부를 포함한다.
본 발명은, 반응 용기 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서 반응 용기 내의 저부에 성막을 행하여, 덮개의 내면을 포함하는 저부의 파티클을 고정하도록 하고 있다. 따라서, 피처리 기판의 파티클 오염을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 상기 종형 열처리 장치에서의 매니폴드와 가스 공급관과의 위치 관계를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 3은 본 발명의 성막 방법의 실시 형태를 단계적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 성막 방법의 실시 형태를 단계적으로 도시하는 설명도이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이 원통형의 석영제의 내부관(11)과, 당해 내부관(11)을 둘러싸도록 설치된, 상면이 막힌 석영제의 외부관(12)으로 이루어지는 이중 구조의 반응관을 구비하고 있다. 외부관(12)의 주위에는, 원통의 외장체(13)가 설치되고, 외장체(13)의 내주면에는, 히터(14)가 설치되어 있다. 히터(14)는, 예를 들어 세로 방향으로 복수 분할되어, 분할된 각 높이 영역마다 독립해서 전력 제어되는데, 도 1에서는 약도로서 기재되어 있다.
내부관(11) 및 외부관(12)의 하부측에는 금속제의 매니폴드(15)가 설치되어, 내부관(11), 외부관(12) 및 매니폴드(15)에 의해 반응 용기(10)가 구성된다. 매니폴드(15)의 하측 부위에는, 내부관(11)의 저부 부근에 개구되는 가스 공급로인 가스 공급관이 설치되어 있다. 이 예에서는 가스 공급관으로서, 후술하는 웨이퍼(W)에 대하여 성막을 행하기 위한 가스 공급관(2)과, 반응 용기(10)의 저부의 코팅을 행하기 위한 가스 공급관(31, 32)과, 클리닝용 가스 공급관(4)과, 반응 용기(10) 내를 퍼지하기 위한 가스 공급관(5)이 준비되어 있다. 각 가스 공급관(2, 31, 32, 4, 5)은, 도 2에 도시한 바와 같이 매니폴드(15)의 둘레 방향을 따라 배치되어 있다.
이 예에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 폴리실리콘(Si)막을 성막하는 것으로 하고, 또한 실리콘 산화막(SiO2막)에 의해 반응 용기(10)의 저부를 코팅하는 것으로 하고 있다. 폴리실리콘막의 성막에 사용하는 가스로서는, 예를 들어 모노실란(SiH4) 가스 또는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스를 들 수 있고, 가스 공급관(2)의 기단측은 각각 모노실란 가스 공급원(2a)에 접속되어 있다. 또한, 실리콘 산화막에 의한 코팅에 사용하는 가스로서는, 예를 들어 아미노기를 갖는 실란 가스, 예를 들어 아미노실란 가스(SiH3(NH2))와 산화 가스, 예를 들어 오존(O3) 가스를 들 수 있고, 가스 공급관(31, 32)의 기단측은 각각 아미노실란 가스 공급원(31a) 및 오존(O3) 가스 공급원(32a)에 접속되어 있다.
반응 용기(10) 내를 클리닝하는 클리닝 가스로서는, 예를 들어 불소(F2) 가스가 사용되고, 가스 공급관(4)의 기단측은 불소 가스 공급원(4a)에 접속되어 있다. 또한, 퍼지 가스로서는 예를 들어 질소(N2) 가스가 사용되고, 가스 공급관(5)의 기단측은, 질소 가스 공급원(5a)에 접속되어 있다.
도 1에서의 각 가스 공급원(2a, 31a, 32a, 4a, 5a)은, 가스 봄베와, 밸브 및 유량계 등의 가스 공급 제어 기기를 포함하고 있고, 각 가스 공급 제어 기기는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)의 제어 신호에 의해 제어된다.
매니폴드(15)에서의 상부 영역에는, 외부관(12)의 외측 분위기에 개구되는 배기관(16)의 일단측이 접속되어 있고, 배기관(16)의 타단측은, 압력 조정 밸브(16a), 밸브(16b)를 통해서 진공 배기 기구인 진공 펌프(16c)에 접속되어 있다. 압력 조정 밸브(16a), 밸브(16b)는 제어부(100)에 의해 제어된다.
또한, 종형 열처리 장치는, 반응 용기(10)의 하단의 개구부(매니폴드(15)의 하단의 개구부)를 개폐하는 덮개(캡)(6)를 구비하고 있고, 덮개(6)는, 승강대인 보트 엘리베이터(61) 상에 고정해서 설치되어 있다. 덮개(6)에는, 도시하지 않은 가열부인 보조 히터가 설치되어 있다. 덮개(6)의 중심부에는 회전축(62)이 수직으로 설치되고, 회전축(62)은, 보트 엘리베이터(61)에 설치된 회전 기구(63)에 의해 연직축 주위로 회전한다. 회전축(62)의 정상부에는 회전 테이블(64)이 설치되고, 회전 테이블(64) 상에는, 복수매의 피처리 기판인 웨이퍼(W)가 선반 형상으로 보유 지지되는 기판 보유 지지구인 석영제의 웨이퍼 보트(65)가 적재되어 있다.
웨이퍼 보트(65)와 덮개(6)의 사이에는, 처리 분위기를 보온하기 위한 보온 유닛, 예를 들어 프레임체(66a)에 선반 형상으로 링 형상의 석영판(66b)을 적층 배치해서 구성된 보온 유닛(66)이 설치되어 있다. 보온 유닛(66)은, 처리 분위기와 외부를 단열하는 단열부라고 할 수도 있다.
제어부(100) 내의 도시하지 않은 프로그램 저장부에는, 종형 열처리 장치의 일련의 동작을 제어하기 위한 소프트웨어가 예를 들어 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크), 메모리 카드 등의 기억 매체를 통해서 인스톨된다.
다음으로 상술한 실시 형태에 대해서 설명한다. 지금, 도 1에 도시한 바와 같이 복수매, 예를 들어 100매의 웨이퍼(W)가 선반 형상으로 보유 지지된 웨이퍼 보트(65)가 보트 엘리베이터(61)의 상승에 의해 반응 용기(10) 내에 반입된 상태에 있는 것으로 한다. 우선, 진공 펌프(16c)에 의해 배기관(16)을 통해서 반응 용기(10) 내를 진공 배기함과 함께 히터(14)에 의해 반응 용기(10)의 처리 분위기(웨이퍼(W)가 배치되어 있는 영역의 분위기)의 온도를 처리 온도, 예를 들어 620℃까지 승온한다. 그리고 반응 용기(10) 내를, 압력 조정 밸브(16a)에 의해 예를 들어 266Pa의 압력으로 유지하면서, 가스 공급관(2)으로부터 처리 가스인 실란계의 가스 예를 들어 모노실란 가스를 반응 용기(10) 내에 공급한다.
모노실란 가스는 반응 용기(10)의 저부 부근에 토출한 후, 승온하면서 상승하여, CVD 반응에 의해 웨이퍼(W) 상에 폴리실리콘이 성막된다. 성막 시에 있어서, 웨이퍼 보트(65)는 회전하고 있다. 폴리실리콘의 막 두께가 예를 들어 100nm에 상당하는 처리 시간이 경과한 후, 모노실란 가스의 공급을 멈춤과 함께 예를 들어 히터(14)에의 전력의 공급을 정지하고, 또한 질소 가스 공급관(5)으로부터 퍼지 가스로서 질소 가스를 반응 용기(10) 내에 공급한다. 또한, 실란계의 가스를 사용해서 폴리실리콘막을 성막하는 경우, 수소 가스를 동시에 첨가하도록 해도 된다.
반응 용기(10) 내의 압력이 대기압으로 복귀된 후, 보트 엘리베이터(61)에 의해 웨이퍼 보트(65)를 하강시켜 반응 용기(10)의 하단 개구부로부터 로딩 에어리어로 반출한다. 그리고, 로딩 에어리어에 설치된 이동 탑재 기구에 의해, 웨이퍼 보트(65)로부터 예를 들어 5매씩 웨이퍼(W)를 취출해서 보유 지지 선반에 이동 탑재한다.
그 후, 웨이퍼(W)가 탑재되지 않은(빈) 웨이퍼 보트(65)를 보트 엘리베이터(61)에 의해 상승시켜 반응 용기(10) 내에 반입하고, 덮개(6)에 의해 반응 용기(10)의 하단 개구부가 폐쇄된다. 계속해서 가스 공급관(4)으로부터 클리닝 가스인 (F2) 가스를 반응 용기(10) 내에 공급하여, 반응 용기(10)의 내벽, 웨이퍼 보트(65) 및 덮개(6)의 내면에 성막되어 있는 폴리실리콘막을 제거한다. 이때의 반응 용기(10) 내의 압력은 예를 들어 500 내지 1000Pa로 설정된다.
또한, 반응 용기(10) 내의 온도는 예를 들어 300 내지 350℃의 범위에서 선택된 온도로 설정된다. 그리고, 예를 들어 이미 설명한 바와 같이 덮개(6)에 설치된 도시하지 않은 보조 히터에 의해 덮개(6)의 내면을 예를 들어 300℃로 가열하여, 불소 가스의 액화를 방지하고 있다.
클리닝을 행하고 있을 때 덮개(6)의 내면에 파티클이 부착된다. 이 요인에 대해서는 [배경기술]의 항목의 부분에서 언급하였지만, 석영 부재로부터 미소한 석영분이 반응 용기(10) 내로 비산되거나, 또는 배기관(16) 내에 부착되어 있던 부착물이 역류하여, 이들 부유물이 중력에 의해 낙하한 것으로 추측된다.
도 3 및 도 4는, 종형 열처리 장치에 의해 행하여지는 각 공정에서, 장치의 상태와 덮개(6)의 내면의 상태와 반응 용기(10)의 하부 근처 부위의 내면의 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 덮개(6)의 내면의 온도는, 예를 들어 350℃이므로, 성막 공정에서는 도 3의 (a)의 중단에 도시하는 바와 같이 덮개(6)의 내면에는 폴리실리콘막은 성막되지 않는다. 반응 용기(10)의 하부 근처 부위, 예를 들어 웨이퍼 보트(65)의 최하단의 웨이퍼(W)에 가까운 매니폴드(15)의 내면에는, 약간 폴리실리콘막이 성막되어, 도 3의 (a)의 하단에서는, 이 모습을 도시하고 있다.
도 3 및 도 4의 설명에서는, 하단측의 부호 10a는, 상기 반응 용기(10)의 하부 근처 부위를 가리키고 있는 것으로 하고, 「저부 내면」이라는 용어를 사용한다. 도면 부호 70은 폴리실리콘막이다. 클리닝 공정에서는, 반응 용기(10)의 저부에 파티클이 부착되기 쉬워, 이 예에서는, 덮개(6)의 내면 및 저부 내면(10a)에 파티클(P1)이 부착되어 있는 것으로서 설명을 진행한다.
클리닝 공정이 종료된 후, 계속해서 가스 공급관(31, 32)으로부터 각각 코팅용 가스인, 아미노실란(SiH3(NH2)) 가스 및 산화 가스인 예를 들어 오존(O3) 가스를 사용해서 소위 ALD(Atomic Layer deposition)에 의해 반응 용기(10) 내에 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막하는, 코팅 공정을 행한다. 즉, 아미노실란 가스를 공급하는 공정, 반응 용기(10) 내에 퍼지 가스인 질소 가스를 공급함과 함께 반응 용기(10) 내를 진공 배기해서 분위기를 치환하는 공정, 오존 가스를 공급하는 공정, 상기 치환하는 공정을 복수회 반복한다.
이에 의해, 아미노실란 가스가 반응 용기(10) 내에 흡착되고, 계속해서 오존 가스에 의해 산화되어 반응 생성물인 실리콘 산화물의 분자층이 형성되어, 이 분자층이 적층되어 간다. 코팅 공정에서의 원료 가스의 공급 시 및 산화 가스의 공급 시의 반응 용기(10) 내의 압력은 예를 들어 70Pa이다. 반응 용기(10) 내의 온도는, 예를 들어 250 내지 400℃에서 선택되는 온도로 설정되는데, 이 예에서는 덮개(6)에 설치된 보조 히터에 의해, 클리닝 공정 시와 동일한 온도(예를 들어 300℃)로 가열되어 있다.
코팅 공정에서의 실리콘 산화막의 성막은, 이렇게 저온에서 행해지므로, 반응 용기(10)의 저부 내면(10a) 및 덮개(6)의 내면에도 실리콘 산화막(71)이 코팅(성막)된다. 실리콘 산화막(71)의 막 두께는 예를 들어 10nm로 설정된다. 따라서, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 파티클(P1)이 실리콘 산화막(71)에 의해 고정되어 움직일 수 없는 상태가 된다.
그 후, 반응 용기(10) 내를 질소 가스에 의해 치환해서 대기압까지 복귀시키고, 계속해서 웨이퍼 보트(65)를 강하시켜 반응 용기(10)로부터 반출하고, 이동 탑재 기구에 의해 다음에 처리해야 할 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(65)에 이동 탑재한다. 그리고, 웨이퍼 보트(65)에의 웨이퍼(W)의 이동 탑재가 종료되면, 웨이퍼 보트(65)가 상승해서 반응 용기(10) 내에 반입되고, 이미 설명한 바와 같이 해서 폴리실리콘막의 성막이 행하여진다. 그 이후에는, 마찬가지의 공정이 반복된다.
도 4는, 도 3의 (c)의 공정에 이어지는 일련의 공정의 상태를 나타내고 있으며, 폴리실리콘막의 성막 공정에서는, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이 반응 용기(10)의 저부 내면(10a)의 실리콘 산화막(71) 상에 폴리실리콘막(70)이 성막된다. 그리고, 클리닝 공정에서는, 폴리실리콘막(70)이 제거되는데, 덮개(6)의 내면 및 저부 내면(10a)에 파티클이 부착된다. 도 4의 (e)에서는, 이들의 면에 편의상 파티클(P2)이 부착된 상태를 나타내고 있다. 또한, 실리콘 산화막의 성막(코팅)이 행하여져, 파티클(P1, P2) 상에 실리콘 산화막(72)이 코팅된다. 이 때문에 파티클(P2)이 실리콘 산화막(72)에 의해 고정된 상태가 된다.
이렇게 해서 덮개(6)의 내면 및 반응 용기(10)의 저부 내면(10a)에 순차 부착된 파티클은, 실리콘 산화막(72)에 의해 고정되어, 움직일 수 없는 상태가 된다. 이상 설명한 일련의 공정은, 제어부(100)의 메모리에 저장되어 있는, 프로세스 레시피를 포함하는 소프트웨어에 의해 실시된다.
상술한 실시 형태에 의하면, 반응 용기(10) 내에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 상태에서 반응 용기 내의 저부에 성막을 행하여, 덮개(6)의 내면을 포함하는 저부에 부착되어 있는 파티클을 실리콘 산화막에 의해 고정하도록 하고 있다. 따라서, 덮개(6)를 개방했을 때 반응 용기(10)의 내외의 차압에 의해 기류가 발생해도 파티클이 말려 올라가는 일이 일어나기 어렵기 때문에, 웨이퍼(W)에 대한 파티클 오염을 저감할 수 있다.
또한, 덮개(6)의 내면을 작업자가 청소해서 파티클을 제거하는 작업이 불필요 또는 작업의 빈도가 적어지므로, 작업자의 부담의 경감을 도모할 수 있고, 장치의 가동률의 저하가 억제된다.
그리고, 클리닝 공정과 코팅 공정은, 예를 들어 동일한 온도에서 행할 수 있으므로, 클리닝 공정 후, 반응 용기(10) 내의 온도 변경을 수반하지 않고 그대로 바로 코팅 공정을 실시할 수 있어, 코팅 공정을 추가한 것에 수반하는 스루풋의 저하가 억제된다.
또한, 불소 가스에 의한 클리닝에서는, 폴리실리콘막과 실리콘 산화막의 선택비가 크므로, 코팅된 파티클이 다시 비산하는 상태가 발생하기 어렵다는 이점도 있다.
여기서 코팅 공정에 대해서 설명해 둔다. 코팅 공정은, 덮개(6)의 내면을 포함하는 반응 용기(10)의 저부에 박막이 형성(성막)되는 것이 필요하다. 반응 용기(10)의 저부에 상당하는 매니폴드(15)의 내면은, 덮개(6)에 보조 히터가 설치되어 있는 경우에도, 기껏해야 400℃ 정도이며, 덮개(6)의 내면은 더 낮아, 예를 들어 300 내지 350℃이다. 예를 들어 TEOS(테트라에톡시실란)를 원료로 해서 실리콘 산화막을 성막하는 경우, TEOS의 분해 온도가 550℃이므로, 반응 용기(10)의 저부에는 전혀 성막되지 않는다.
따라서, 코팅 공정에서는, 이러한 저온이어도 성막할 수 있는 처리인 것이 필요하다. 「성막할 수 있는 처리」란, 반응 용기(10) 내의 처리 분위기와 동일한 막 두께로 성막할 수 있는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 어떤 성막 처리를 반응 용기(10) 내에서 소정 시간 행한 경우에, 처리 분위기에 배치된 기판에 성막되는 박막의 막 두께를 TS, 덮개(6)의 내면에 성막되는 박막의 막 두께를 TB로 하면, 예를 들어 TB≥0.1TS가 되는 경우이다. 즉, 덮개(6)의 내면에 성막되는 박막의 막 두께(TB)가 처리 분위기에서 성막되는 박막의 막 두께(TS)의 10％ 이상이라는 것이다.
이 경우에는, 웨이퍼(W)에 대하여 행하여지는 성막 공정은, 웨이퍼(W)를 반응 용기(10) 내에 반입한 상태에서 행했을 때의 웨이퍼(W)에 성막되는 박막의 막 두께를 TS', 상기 덮개(6)의 내면에 성막되는 박막의 막 두께를 TB'라 하면, TB'<0.1TS'가 되는 공정일 경우에, 코팅 공정이 유효해진다.
이미 설명한 10％라는 수치는, 덮개(6)의 내면에 부착된 파티클을 유효하게 고정할 수 있고, 또한 코팅 공정의 시간이 너무 길어 스루풋의 저하가 현저해지지 않는 관점에서 상정되는 바람직한 값의 일례이다. 그러나, 본 발명은, 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리와는 상이한 처리인 코팅 공정을 행해서 파티클을 고정한다는 기술이므로, 상기 비율[(TB/TS)×100％]이 10％ 이상인 것에 한정되는 것은 아니다.
막 두께 TB에 대한 TS의 비율에 대해서는, 20％ 이상이면 보다 바람직하고, 30％ 이상이면 보다 한층 바람직하다. 상술한 아미노실란 가스 및 오존 가스를 사용한 실리콘 산화막의 경우에는, 대략 TB=0.6TS, 즉 상기의 비율이 60％ 정도이며, 매우 바람직한 프로세스이다. 상기 막 두께(TB)가 막 두께(TS)의 10％ 미만인 경우에도, 장치의 운용에 따라서는 코팅 공정이 유효한 경우도 있다. 이러한 코팅 공정으로서 예를 들어 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스와 암모니아 가스를 사용해서 ALD의 방법에 의해, 실리콘 나이트라이드(Si2N3)막을 성막하는 예를 들 수 있다. 이 경우에는, 대략 상기 비율이 4 내지 6％이다.
상술한 실시 형태에서는, 아미노실란 가스 및 오존 가스를 사용해서 ALD를 행하고 있지만, 이들 가스를 반응 용기(10) 내에 동시에 공급해서 CVD를 행하도록 해도 된다. 코팅하기 위해서 실리콘 산화막을 사용하는 경우에는, 원료 가스인 Si 함유 가스는, 아미노실란, 아미노디실란에 한하지 않고, 디클로로실란〔DCS〕, 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 헥사클로로디실란(Si2Cl6)[HCD], 헥사메틸디실라잔〔HMDS〕, 트리클로로실란(SiHCl3)[TCS], 디실릴아민〔DSA〕, 트리실릴아민〔TSA〕, 비스터셔리부틸아미노실란〔BTBAS〕, ((CH3)3SiH)[Trimethyl silane], ((CH3)3SiN3)[Trimethyl silylazide], (SiF4), (SiCl3F), (SiI4), (Si2F6) 등을 사용할 수 있다.
또한 코팅 공정에 사용되는 성막 처리로서는, TMA(트리메틸알루미늄)와 오존 가스를 사용해서 산화알루미늄(Al2O3)막을 성막하는 처리여도 되고, 또는 TDMAH(테트라키스디메틸아미드하프늄)와 오존 가스를 사용해서 산화하프늄(HfO2)막을 성막하는 처리여도 된다. 산화알루미늄막은 예를 들어 실온 내지 500℃에서 성막할 수 있고, 산화하프늄막은 예를 들어 200 내지 300℃에서 성막할 수 있다. 산화알루미늄막 및 산화하프늄막에 대해서는, 상기 비율은 50％ 이상이다. 즉, 덮개(6)의 내면이 웨이퍼 상의 막 두께에 대하여 절반 이상의 막 두께로 성막된다.
상술한 예에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 CVD가 행하여져 폴리실리콘막을 성막하고 있지만, 웨이퍼(W)에 대하여 행하여지는 성막은, 원료 가스와 반응 가스를 교대로 반응 용기(10) 내에 공급하는 이미 설명한 ALD의 방법을 이용하는 공정이어도 된다.
또한, 웨이퍼(W)에 대하여 성막되는 박막은 폴리실리콘막에 한하지 않고, 예를 들어 실리콘 산화막 또는 실리콘 나이트라이드막 등이어도 된다. 실리콘 산화막의 예로서, 예를 들어 TEOS를 원료로 하고, 산화 가스인 산소 가스 또는 오존 가스를 반응 용기(10) 내에 공급해서 성막을 행하는 예를 들 수 있다. 이 경우, 산화 가스라는 점에서, 성막 공정과 코팅 공정에 사용되는 가스가 동일하다고 해도, 성막에 사용되는 가스의 조합이 상이하므로, 성막 공정과 코팅 공정에 사용되는 가스는 상이한 것이다.
상술한 예에서는, 클리닝 공정을 웨이퍼(W)의 성막 처리를 행할 때마다(매회) 행하고 있지만, 웨이퍼(W)의 성막 처리를 복수회 행한 후, 예를 들어 누적 막 두께가 설정 막 두께에 도달할 때까지 웨이퍼(W)의 성막 처리를 반복해서 행한 후에 클리닝 공정을 행해도 된다. 이 경우, 코팅 공정은, 클리닝 공정을 행할 때마다 행해도 되고, 또는 매회 행해도 된다.
본 발명은, 클리닝 공정을 행하지 않는 운용이어도 적용할 수 있다. 그 경우에는, 코팅 공정은, 웨이퍼 보트(65)가 반응 용기(10) 내에 존재하지 않는 상태에서 행해도 되고, 또는 상술한 실시 형태와 같이, 성막 처리 후의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(65)로부터 이동 탑재해서 비게 된 웨이퍼 보트(65)를 반응 용기(10) 내에 반입한 상태에서 행해도 된다.
웨이퍼(W)에 대하여 가스를 공급하는 구성으로서는, 상술한 실시 형태와 같이 반응 용기(10)의 저부에 가스 공급관이 개구되어 있는 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어 반응 용기(10)의 저부로부터 웨이퍼 보트(65)를 따라 상하 방향으로 가스 공급관을 배치하고, 가스 공급관에 상하 방향으로 복수 형성된 가스 토출 구멍, 예를 들어 웨이퍼 보트(65) 상의 각 웨이퍼(W)에 대응한 높이 위치에 각각 형성된 가스 토출 구멍으로부터 가스를 토출하는 구성이어도 된다. 이 예는, 분산 인젝터 등이라고 불리고 있는 가스 노즐을 사용하는 예이다. 그리고, 코팅을 행하기 위한 가스 공급에 대해서도, 반응 용기(10)의 저부에 가스 공급관이 개구되어 있는 구조에 한하지 않고 분산 인젝터를 사용해도 된다.
또한, 코팅 공정에서, 특히 반응 용기(10) 내의 처리 분위기에는 성막(코팅용 막의 성막)을 필요로 하지 않는 경우에는, 처리 분위기의 온도를 낮추어서 반응 용기(10)의 저부만을, 코팅을 행하기 위한 온도로 가열하도록 해도 된다.
10 : 반응 용기 10a : 반응 용기의 저부 내면
14 : 히터 15 : 매니폴드
16 : 배기관 2, 31, 32, 4, 5 : 가스 공급관
6 : 덮개 61 : 보트 엘리베이터
65 : 웨이퍼 보트 70 : 폴리실리콘막
71, 72 : 실리콘 산화막 P1, P2 : 파티클
W : 반도체 웨이퍼

Claims (9)

  1. 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를, 주위에 가열부가 배치된 종형의 반응 용기 내에 하방의 개구부로부터 반입하여, 당해 개구부를 덮개에 의해 폐쇄한 상태에서 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 방법에 있어서,
    상기 반응 용기 내에 처리 가스를 공급해서 상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 공정과, 계속해서, 상기 덮개를 개방하고, 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기로부터 반출하는 공정과,
    그 후, 상기 개구부를 덮개에 의해 폐쇄하고, 상기 반응 용기 내에 상기 처리 가스와는 상이한 코팅용 가스를 공급해서 상기 덮개의 내면을 포함하는 반응 용기의 저부에 대하여 성막을 행하는 코팅 공정과,
    다음으로 상기 덮개를 개방하고, 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 내에 반입하고, 상기 반응 용기 내에 처리 가스를 공급해서 상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 공정,
    을 포함하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 공정은, 피처리 기판을 반응 용기 내에 반입한 상태에서 행했을 때의 피처리 기판에 성막되는 박막의 막 두께를 TS, 상기 덮개의 내면에 성막되는 박막의 막 두께를 TB라 하면, TB≥0.1TS가 되는 공정인 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성막 공정에서 성막된 피처리 기판을 반응 용기로부터 반출한 후, 피처리 기판이 보유 지지되어 있지 않은 기판 보유 지지구를 반응 용기 내에 반입하여, 클리닝 가스에 의해 상기 반응 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하고, 계속해서 상기 코팅 공정을 더 행하는 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성막 공정은, 피처리 기판을 반응 용기 내에 반입한 상태에서 행했을 때의 피처리 기판에 성막되는 박막의 막 두께를 TS', 상기 덮개의 내면에 성막되는 박막의 막 두께를 TB'라 하면, TB'<0.1TS'가 되는 공정인 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 공정은, 덮개의 내면의 온도가 350℃ 이하에서 행하여지는 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 공정은, 아미노기를 포함하는 실란 가스인 원료 가스와, 산화 가스를 사용해서 실리콘 산화막을 성막하는 공정인 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 공정은, 원료 가스를 반응 용기 내에 공급해서 반응 용기 내에 흡착시키고, 계속해서 당해 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 반응 용기 내에 공급하는 공정을 복수회 행하여 반응 생성물을 퇴적하는 공정인 성막 방법.
  8. 복수매의 피처리 기판이 선반 형상으로 보유 지지된 기판 보유 지지구를, 주위에 가열부가 배치된 종형의 반응 용기 내에 하방의 개구부로부터 반입하고, 당해 개구부를 덮개에 의해 폐쇄한 상태에서 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 종형 열처리 장치에 있어서,
    상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하기 위한 처리 가스를 반응 용기 내에 공급하는 처리 가스 공급로와,
    상기 반응 용기 내에 코팅용 가스를 공급하는 코팅용 가스 공급로와,
    상기 반응 용기 내를 진공 배기하기 위한 진공 배기 기구와,
    상기 피처리 기판에 대하여 성막을 행하는 성막 스텝과, 계속해서, 상기 덮개를 개방하고, 상기 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기로부터 반출하는 스텝과, 그 후, 상기 개구부를 덮개에 의해 폐쇄하고, 상기 반응 용기 내에 코팅용 가스를 공급해서 적어도 상기 덮개의 내면에 대하여 성막을 행하는 코팅 스텝과, 다음으로 상기 덮개를 개방하고, 피처리 기판이 보유 지지된 기판 보유 지지구를 상기 반응 용기 내에 반입하여, 상기 피처리 기판에 성막 처리를 행하는 스텝을 실행하는 제어부,
    를 포함하는 종형 열처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코팅 스텝은, 피처리 기판을 반응 용기 내에 반입한 상태에서 행했을 때의 피처리 기판에 성막되는 박막의 막 두께를 TS, 상기 덮개의 내면에 성막되는 박막의 막 두께를 TB라 하면, TB≥0.1TS가 되는 스텝인 종형 열처리 장치.
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