KR20190109484A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 Download PDF

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KR20190109484A
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    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
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Abstract

기판을 균일하게 처리할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다. 본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 마련되어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 처리실 내에 마련되어 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 처리실 내를 배기하는 배기부와, 처리실의 중심과 배기부를 통과하는 직선을 사이에 두고 배치되고, 반응 가스를 플라스마화함으로써 활성화시키는 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부를 구비하는 플라스마 생성부와, 원료 가스 공급부와 제1 플라스마 생성부 사이의 처리실의 내벽을 따라서 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제1 구획 부재와, 원료 가스 공급부와 제2 플라스마 생성부 사이의 처리실의 내벽을 따라서 기판의 외주부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제2 구획 부재를 구비하는 가스 정류 부재를 갖는 기술이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
본 발명은, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치 제조 공정의 하나로, 기판 처리 장치의 처리실 내에 수용한 기판에 대해서, 원료 가스나 반응 가스 등을 플라스마에 의해 활성화시켜 공급하고, 기판 위에 절연막이나 반도체막, 도체막 등의 각종 막을 형성하거나, 각종 막을 제거하거나 하는 기판 처리가 행해지는 경우가 있다. 플라스마는, 박막을 퇴적시킬 때 발생하는 화학 반응을 촉진시키거나, 박막으로부터 불순물을 제거하거나, 혹은 성막 원료의 화학 반응을 보조하기 위한 등에 사용된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허공개 제2015-92637호 공보
그러나, 복수의 고주파 전원을 사용하여 플라스마 생성하는 처리 장치에서는, 각각의 고주파 전원의 주파수의 차가 서로 간섭하는 노이즈가 되어버리기 때문에, 안정된 플라스마 생성을 행할 수 없는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 기판을 균일하게 처리할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 마련되어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 마련되어 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 처리실의 중심과 상기 배기부를 통과하는 직선을 사이에 두고 배치되고, 상기 반응 가스를 플라스마화시키는 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부를 구비하는 플라스마 생성부와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제1 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제1 구획 부재와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제2 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라 상기 기판의 외주부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제2 구획 부재를 구비하는 가스 정류 부재를 갖는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판을 균일하게 처리할 수 있는 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 가스 정류 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는, 도 3의 가스 정류 부재가 마련된 처리로 부분을 설명하기 위한 모식적인 도면이며, 도 1의 A-A선에 대응하는 단면도이다.
도 5는, 가스 정류 부재와 보트에 적재된 웨이퍼의 관계를 설명하기 위한 반응관 부분의 모식적인 종단면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 9a는, 비교예에 따른 웨이퍼의 표면 위의 원료 가스의 흐름을 나타내는 상면도이다.
도 9b는, 비교예에 따른 적재된 웨이퍼를 옆에서 본 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 9c는, 비교예에 따른 웨이퍼의 표면 위의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 상면도이다.
도 9d는, 비교예에 따른 적재된 웨이퍼를 옆에서 본 경우의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 10a는, 본 발명의 실시 형태에 따른 웨이퍼의 표면 위의 원료 가스의 흐름을 나타내는 상면도이다.
도 10b는, 본 발명의 실시 형태에 따른 적재된 웨이퍼를 옆에서 본 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 10c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 웨이퍼의 표면 위의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 상면도이다.
도 10d는, 본 발명의 실시 형태에 따른 적재된 웨이퍼를 옆에서 본 경우의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이다.
<본 발명의 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 8을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
(가열 장치)
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 기판을 수직 방향 다단으로 수용하는 것이 가능한, 소위 종형로이며, 가열 장치(가열 기구)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스로 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
(처리실)
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색하여 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있으며, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태로 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 내측인 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 복수 매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 또한, 처리 용기는 상기 구성으로 한정되지 않고, 반응관(203)만을 처리 용기라 칭하는 경우도 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(249a, 249b, 249c)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(249a)에는, 가스 공급관(232a)이 접속되어 있다. 노즐(249b, 249c)에는, 가스 공급관(232b)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 3개의 노즐(249a, 249b, 249c)과, 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 마련되어 있으며, 처리실(201) 내로 복수 종류의 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 도면의 간소화 및 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 1에는, 노즐(249c)의 도시는 생략되었다. 노즐(249c)에 대해서는, 도 2를 이용하여 상세히 설명한다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로 유량 제어기 (유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c, 232d)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로 MFC(241c, 241d) 및 밸브(243c, 243d)가 각각 마련되어 있다.
노즐(249a)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열(적재)되는 웨이퍼 배열 영역(적재 영역)의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a)은, 처리실(201) 내로 반입된 각 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직이 되는 방향으로 마련되어 있다. 노즐(249a)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있으며, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
가스 공급관(232b)의 선단부에는, 노즐(249b)이 접속되어 있다. 노즐(249b)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 마련되어 있다. 버퍼실(237)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 평면에서 볼 때 원환형의 공간에, 또한, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부에 걸친 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 마련되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르게 버퍼 구조(제1 버퍼 구조)(300)에 의해 형성되어 있다. 버퍼 구조(300)는, 석영 등의 절연물에 의해 구성되어 있으며, 버퍼 구조(300)의 원호형으로 형성된 벽면에는, 가스를 공급하는 가스 공급구(302, 304)가 형성되어 있다. 가스 공급구(302, 304)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 후술하는 막대형 전극(269, 270) 사이, 막대형 전극(270, 271) 사이의 플라스마 생성 영역(224a, 224b)에 대향하는 위치에 각각 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있으며, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급구(302, 304)는, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
노즐(249b)은, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 버퍼 구조(300)의 내측이며, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 처리실(201) 내로 반입된 웨이퍼(200)의 단부 의 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직이 되는 방향으로 마련되어 있다. 노즐(249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은, 버퍼 구조(300)의 원호형으로 형성된 벽면에 대해서 직경 방향으로 형성된 벽면을 향하도록 개구되어 있으며, 벽면을 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 반응 가스가 버퍼 구조(300) 내의 버퍼실(237) 내에서 분산되고, 막대형 전극(269 내지 271)에 직접 분사되지 않게 되어, 파티클의 발생이 억제된다. 가스 공급 구멍(250b)은, 가스 공급 구멍(250a)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다. 버퍼 구조(300)의 내측에는, 각각 전극 보호관(275)으로 덮인 막대형 전극(269, 270, 271) 및 노즐(249b)이 마련되어 있다.
반응관(203)의 내벽에, 또한 버퍼 구조(300)와 마찬가지의 구성인 버퍼 구조(제2 버퍼 구조)(400)가 마련되어 있다. 버퍼 구조(400)의 내측에는, 각각 전극 보호관(275)으로 덮인 막대형 전극(369, 370, 371) 및 노즐(249c)이 마련되어 있다. 막대형 전극(369, 370, 371) 중 양단에 배치되는 막대형 전극(369, 371)은, 정합기(372)를 통해 고주파 전원(373)에 접속되고, 막대형 전극(370)은, 기준 전위인 접지에 접속되고, 접지되어 있다. 노즐(249c)은, 가스 공급관(232b)에 접속되고, 노즐(249b)과 동일한 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 노즐(249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은, 버퍼 구조(400)의 원호 형상으로 형성된 벽면에 대해서 직경 방향으로 형성된 벽면을 향하도록 개구되어 있으며, 벽면을 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 버퍼 구조(400)의 원호 형상으로 형성된 벽면에는, 버퍼실(237) 내의 가스를 공급하는 가스 공급구(402, 404)가 마련되어 있다. 가스 공급구(402, 404)는, 막대형 전극(369, 370) 사이, 막대형 전극(370, 371) 사이의 플라스마 생성 영역(324a, 324b)에 대향하는 위치에 각각 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구하고, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
노즐(249c)은, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249c)은, 버퍼 구조(400)의 내측으로서, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다. 즉, 노즐(249c)은, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직이 되는 방향으로 마련되어 있다. 노즐(249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은, 버퍼 구조(400)의 원호형으로 형성된 벽면에 대해서 직경 방향으로 형성된 벽면을 향하도록 개구되어 있으며, 벽면을 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 반응 가스가 버퍼 구조(400) 내의 버퍼실(237) 내에서 분산되고, 막대형 전극(369 내지 371)에 직접 분사되지 않게 되어, 파티클의 발생이 억제된다. 가스 공급 구멍(250c)은, 가스 공급 구멍(250a)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때, 버퍼 구조(300)와 버퍼 구조(400)는, 배기관(배기부)(231)을 사이에 두고, 배기관(231)과 반응관(203)의 중심을 통과하는 직선에 대해서 선 대칭으로 마련되어 있다. 또한, 평면에서 볼 때, 노즐(249a)은, 반응관(203) 내에 있어서, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 배기관(231)과 대향하는 위치에 마련되어 있다. 또한, 노즐(249b)과 노즐(249c)은, 각각 버퍼실(237) 내의 배기관(231)으로부터 먼 위치에 마련되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 측벽의 내벽과, 반응관(203) 내에 배열된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 평면에서 볼 때 원환형의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통형의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b, 249c) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c), 가스 공급구(302, 304, 402, 404)로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향이라 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되며, 수직 방향으로 한정되는 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료로서, 예를 들어 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
원료 가스는, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압하에서 기체 상태인 원료 등이다. 본 명세서에 있어서 「원료」라는 용어를 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그들 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉, 할로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 할로실란 원료는, 할로겐기를 갖는 실란 원료를 의미한다. 할로겐 원소는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다. 즉, 할로실란 원료는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 할로겐기를 포함한다. 할로실란 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다.
할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 상술한 소정 원소와는 상이한 원소를 포함하는 리액턴트(반응체)로서, 예를 들어 반응 가스로서의 질소(N) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b, 249c)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화수소계 가스는, N 및 H의 2 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 질화가스, 즉, N 소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b, 249c)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 제1 가스 공급계로서의 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 제2 가스 공급계로서의 반응체 공급계(리액턴트 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 원료 공급계, 반응체 공급계 및 불활성 가스 공급계를 총칭하여 단순히 가스 공급계(가스 공급부)라고도 칭한다.
(플라스마 생성부)
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 도전체인 가늘고 긴 구조를 갖는 6개의 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 배치되어 있다. 막대형 전극(269, 270, 271)의 각각은, 노즐(249b)과 평행하게 마련되어 있다. 또한, 막대형 전극(369, 370, 371)의 각각은, 노즐(249c)과 평행하게 마련되어 있다.
막대형 전극(269, 270, 271)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되어 있다. 막대형 전극(269, 270, 271) 중 양단부에 배치되는 막대형 전극(269, 271)은, 정합기(272)를 통해 고주파 전원(273)에 접속되고, 막대형 전극(270)은, 기준 전위인 접지에 접속되고, 접지되어 있다. 즉, 고주파 전원(273)에 접속되는 막대형 전극과, 접지되는 막대형 전극이 교대로 배치되고, 고주파 전원(273)에 접속된 막대형 전극(269, 271)의 사이에 배치된 막대형 전극(270)은, 접지된 막대형 전극으로서, 막대형 전극(269, 271)에 대해서 공통적으로 사용되고 있다. 환언하면, 접지된 막대형 전극(270)은, 인접하는 고주파 전원(273)에 접속된 막대형 전극(269, 271)에 끼워지도록 배치되고, 막대형 전극(269)과 막대형 전극(270), 동일하게, 막대형 전극(271)과 막대형 전극(270)이 각각 쌍이 되도록 구성되어 플라스마를 생성한다. 즉, 접지된 막대형 전극(270)은, 막대형 전극(270)에 인접하는 2개의 고주파 전원(273)에 접속된 막대형 전극(269, 271)에 대해서 공통적으로 사용되고 있다. 그리고, 고주파 전원(273)으로부터 막대형 전극(269, 271)에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대형 전극(269, 270) 사이의 플라스마 생성 영역(224a), 막대형 전극(270, 271) 사이의 플라스마 생성 영역(224b)에 플라스마가 생성된다. 주로, 막대형 전극(269, 270, 271), 전극 보호관(275)에 의해 플라스마원으로서의 플라스마 생성부(제1 플라스마 생성부, 플라스마 생성 장치)가 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라스마원에 포함시켜 생각해도 된다. 플라스마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라스마 여기, 즉 플라스마 상태로 여기(활성화)시키는 플라스마 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
막대형 전극(369, 370, 371)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되어 있다. 막대형 전극(369, 370, 371) 중 양단부에 배치되는 막대형 전극(369, 371)은, 정합기(372)를 통해 고주파 전원(373)에 접속되고, 막대형 전극(370)은, 기준 전위인 접지에 접속되고, 접지되어 있다. 즉, 고주파 전원(373)에 접속되는 막대형 전극과, 접지되는 막대형 전극이 교대로 배치되고, 고주파 전원(373)에 접속된 막대형 전극(369, 371)의 사이에 배치된 막대형 전극(370)은, 접지된 막대형 전극으로서, 막대형 전극(369, 371)에 대해서 공통으로 사용되고 있다. 환언하면, 접지된 막대형 전극(370)은, 인접하는 고주파 전원(373)에 접속된 막대형 전극(369, 371)에 끼워지도록 배치되고, 막대형 전극(369)과 막대형 전극(370), 동일하게, 막대형 전극(371)과 막대형 전극(370)이 각각 쌍이 되도록 구성되어 플라스마를 생성한다. 즉, 접지된 막대형 전극(370)은, 막대형 전극(370)에 인접하는 2개의 고주파 전원(373)에 접속된 막대형 전극(369, 371)에 대해서 공통적으로 사용되고 있다. 그리고, 고주파 전원(373)으로부터 막대형 전극(369, 371)에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대형 전극(369, 370) 사이의 플라스마 생성 영역(324a), 막대형 전극(370, 371) 사이의 플라스마 생성 영역(324b)에 플라스마가 생성된다. 주로, 막대형 전극(369, 370, 371), 전극 보호관(275)에 의해 플라스마원으로서의 플라스마 생성부(제2 플라스마 생성부, 플라스마 생성 장치)가 구성된다. 정합기(372), 고주파 전원(373)을 플라스마원에 포함시켜 생각해도 된다. 플라스마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라스마 여기, 즉, 플라스마 상태로 여기(활성화)시키는 플라스마 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 플라스마 생성부(269, 270, 271)와 제2 플라스마 생성부(369, 370, 371)는, 배기부를 구성하는 배기관(231)의 좌우에 마련된다. 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부는, 처리실(201)의 중심과 배기관(231)을 통과하는 직선을 사이에 두고 배치된다. 또한, 각 버퍼 구조(300, 400)가 각각 고주파 전원(273, 373) 및 정합기(272, 372)를 구비하고 있다. 각각의 고주파 전원(273, 373)은 각각 컨트롤러(121)에 접속되고, 버퍼 구조(300, 400)의 버퍼실(237)마다의 플라스마 제어가 가능해진다. 즉, 컨트롤러(121)는 각 버퍼실(237)마다 활성종량의 치우침이 발생하지 않도록, 각각의 플라스마 생성부의 임피던스를 감시하여 각각의 고주파 전원(273, 373)을 독립적으로 제어하고, 임피던스가 큰 경우에는, 고주파 전원의 전원이 높아지도록 제어한다. 이에 의해, 플라스마 생성부가 하나인 경우와 비교하여, 각 플라스마 생성부의 고주파 전력을 작게 해도 웨이퍼에 대해서 충분한 양의 활성종을 공급할 수 있어, 웨이퍼의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 2개의 플라스마 생성부에 대해서 하나의 고주파 전원에 의해 플라스마 제어를 행하는 것에 비하여, 플라스마 생성부마다 고주파 전원을 마련함으로써, 각 플라스마 생성부에 단선 등의 이상이 발생한 경우에 파악하기 쉬워진다. 또한, 고주파 전원과 각 전극 간의 거리를 조정하기 쉬워지기 때문에, 각 전극과 고주파 전원의 거리가 상이함으로써 발생하는 RF 전력 인가의 차이를 쉽게 억제할 수 있다. 또한, 플라스마 생성부는, 도 2로부터, 정합기(372)와 고주파 전원(373)을 삭제하고, 1조의 정합기(272)와 고주파 전원(373)에 의해, 6개의 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)을 제어하도록 해도 된다.
전극 보호관(275)은, 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리된 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도가 외기(대기)의 O2 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내로 각각 삽입된 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어버린다. 이 때문에, 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 O2 농도를 저감시켜, 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)의 산화를 방지할 수 있다.
(배기부)
반응관(203)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기부로서의 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 밸브(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸드 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해, 배기계(배기부)가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 배기관(231)은, 반응관(203)에 마련하는 경우에 한정되지 않고, 노즐(249a, 249b, 249c)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 마련해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반형으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
(기판 지지구)
도 1에 도시한 바와 같이 기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수 매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 정렬시킨 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉 소정의 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 반응관(203)의 내부에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 원하는 온도 분포로 한다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b, 249c)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
(가스 정류 부재)
도 3, 도 4 및 도 5를 이용하여, 반응관(203)의 내부에 설치되는 가스 정류 부재(50)의 구성을 설명한다. 도 3은, 가스 정류 부재(50)의 사시도이다. 도 4는, 도 3에 도시된 가스 정류 부재(50)가 반응관(203)에 설치된 상태를 설명하기 위한 모식적인 도면이며, 도 1의 A-A선에 대응하는 단면도이다. 도 5는, 가스 정류 부재(50)와 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)와의 관계를 설명하기 위한 반응관 부분의 모식적인 종단면도이다.
가스 정류 부재(50)는, 반응관(203) 내에 설치된 반응관 월 또는 정류 벽이라고 간주하는 것도 가능하다. 후술되는 성막 스텝(S3, S4, S5, S6)에 있어서, 가스 정류 부재(50)는, 반응관(203) 내에 있어서의 반응 가스 및 원료 가스의 흐름을 정류화하기 위해서, 반응관(203) 내에 마련된다.
가스 정류 부재(50)는, C자형 형상의 하측판 부재(51)와, 한 쌍의 구획 부재(구획판)(521, 522)와, 한 쌍의 구획 부재(521, 522)의 상단 및 하단을 연결하는 원호 형상의 한 쌍의 연결 부재(53a, 53b)를 구비하고 있으며, 이들은 모두 투명한 석영이 사용되어 형성되고 용접에 의해 연결되어 있다. 가스 정류 부재(50)를 석영에 의해 구성하면, 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 투명 부재이기 때문에, 열선(적외선 등의 높은 열을 갖는 광선)을 차단하지 않는다. 열팽창률이나 열전도율 등의 특성이 반응관(203) 등의 다른 구성물과 동일하기 때문에, 열에 의한 영향을 제어하기 쉬워 높은 내열성을 얻을 수 있다. 나아가, 구획 부재(521, 522)와, 반응관(203)의 사이에 공간(531, 532)을 마련함으로써, 구획 부재(521, 522)에서의 열선의 투과성을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 히터(207)로부터의 열선을 감쇠시키지 않고 기판(200)에 공급시키는 것이 가능해진다. 바람직하게는, 구획 부재(521, 522)의 두께는, 버퍼 구조(300)의 벽 두께와 동등하게 구성된다. 이러한 두께로 구성함으로써, 기판(200)의 둘레 방향으로부터의 열선의 공급량의 불균일화를 억제시키는 것이 가능해진다. 또한, 구획 부재(521)는 제1 구획 부재라 할 수 있고, 구획 부재(522)는 제2 구획 부재라 할 수 있다.
한 쌍의 구획 부재(521, 522)는, C자형 형상의 하측판 부재(51)의 외주를 따르도록 마련되고, 길이가 보트(217)의 전체 높이와 대략 동등한 원호형의 만곡판 형상으로 각각 형성되어 있는 중앙 구획 부재(52a, 52b)를 갖는다. 한 쌍의 구획 부재(521, 522)는, 또한, 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)와 동심원형으로 마련된다. 구획 부재(521)의 중앙 구획 부재(52a)의 원주 방향의 양단에는, 제1 판 부재(55a)와 제2 판 부재(56a)가 중앙 구획 부재(52a)의 길이와 동일한 길이로 마련된다. 제1 판 부재(55a)와 제2 판 부재(56a)는, 가스 정류 부재(50)의 외측 방향(반응관(203)의 내벽 방향)으로 연장되고, 반응관(203)의 내벽에 접하지 않을 정도로, 반응관(203) 내에 위치하는 구성으로 된다. 접하지 않을 정도로 마련함으로써, 구획 부재(521)와 반응관(203)의 내벽의 사이에 간극(공간)을 형성할 수 있다. 구획 부재(521)와 반응관(203)의 내벽 사이의 공간에 각종 가스가 진입해 왔다고 해도, 이 간극으로부터 진입한 가스를 배기할 수 있어, 반응관(203) 내의 가스 체류를 억제시킬 수 있다. 반응관(203) 내에 있어서, 제1 판 부재(55a)는 노즐(249a)의 측에 마련되고, 제2 판 부재(56a)는 노즐(249b)의 측에 마련된다.
마찬가지로, 구획 부재(522)의 중앙 구획 부재(52b)의 원주 방향의 양단에는, 제1 판 부재(제3 판 부재라고도 함)(55b)와 제2 판 부재(제4 판 부재라고도 함)(56b)가 중앙 구획 부재(52b)의 길이와 동일한 길이로 마련된다. 제1 판 부재(55b)와 제2 판 부재(56b)는, 가스 정류 부재(50)의 외측 방향(반응관(203)의 내벽 방향)으로 연장되고, 반응관(203)의 내벽에 접하지 않을 정도로, 반응관(203) 내에 위치하는 동일한 구성으로 된다. 접하지 않을 정도로 마련함으로써, 구획 부재(522)와 반응관(203)의 내벽의 사이에 간극(공간)을 형성할 수 있다. 구획 부재(522)와 반응관(203)의 내벽 사이의 공간에 각종 가스가 진입해 왔다고 해도, 이 간극으로부터 진입한 가스를 배기할 수 있어, 반응관(203) 내의 가스 체류를 억제시킬 수 있다. 반응관(203) 내에 있어서, 제1 판 부재(55b)는 노즐(249a)의 측에 마련되고, 제2 판 부재(56b)는 노즐(249c)의 측에 마련된다.
또한, 제1 판 부재(55a)와 제2 판 부재(56a)는, 반응관(203)의 내벽에 접촉하도록 구성해도 무방하다. 또한, 마찬가지로, 제1 판 부재(55b)와 제2 판 부재(56b)는, 반응관(203)의 내벽에 접촉하도록 구성해도 무방하다. 접촉하도록 구성함으로써, 구획 부재(521, 522)와 반응관(203)의 사이에, 각종 가스가 진입하는 것을 억제시키는 것이 가능해진다.
중앙 구획 부재(52a, 52b)(또는, 제1 판 부재(55a, 55b))와 한 쌍의 연결 부재(53a, 53b)의 사이는 개구되어, 개구부(57)가 마련되어 있으며, 가스관(249a)은 개구부(57)의 사이에 위치하도록, 설치 가능하게 되어 있다. 또한, 중앙 구획 부재(52a, 52b)(또는, 제2 판 부재(56a, 56b))의 사이는 개구되어, 개구부(58)가 마련되어 있다. 개구부(58)는, 반응관(203) 내에 있어서, 개구부(57)에 대해서 배기관(231)측에 마련된다. 즉, 가스 정류 부재(50)는, 원료 가스 공급부인 노즐(249a)과, 반응 가스 공급부인 노즐(249b, 249c)이 마련되는 버퍼실(300, 400)이 배치되는 위치 이외의 반응관(203) 내에 마련된다.
개구부(57) 및 개구부(58)는, 노즐(249a)로부터의 원료 가스가 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)의 표면 위를 통과하고, 배기관(231)으로부터 효율적으로 배기되도록 마련된다. 또한, 개구부(57) 및 개구부(58)는, 노즐(249b, 249c)로부터의 반응 가스가 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)의 표면 위를 통과하고, 배기관(231)으로부터 효율적으로 배기되도록 마련된다.
가스 정류 부재(50)의 하단부(50a)와 상단부(50b)는, 모두, 개방된 구조로 되어 있으며, 원료 가스 및 반응 가스가 정체하지 않는 구조로 되어 있다. 구획 부재(521, 522)는, 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)가 존재하는 영역에 마련되어 있다. 가스 정류 부재(50)는, 원료 가스 공급부인 노즐(249a)과 반응 가스 공급부인 버퍼 구조(300, 400)(또는 버퍼실(237))가 배치되어 있는 위치 이외에 있어서, 보트(217)에 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 측면을 덮도록 마련된다. 즉, 가스 정류 부재(50)의 하단부(50a)에 위치하는 구획 부재(521, 522)의 하부는, 단열판(218)이 마련되는 영역의 상측에 있으며, 가스 정류 부재(50)의 상단부(50b)에 위치하는 구획 부재(521, 522)의 상부는, 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)의 상측에 위치한다. 또한, 가스 정류 부재(50)의 하단부(50a)에 위치하는 구획 부재(521, 522)의 하부는, 단열판(218)을 덮도록 구성해도 무방하다.
가스 정류 부재(50)는, 중앙 구획 부재(52a, 52b)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부(에지부 또는 측면부)의 간격(거리)이, 버퍼 구조(300, 400)의 내벽(웨이퍼(200)에 대향하는 벽면)과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격(거리)과, 대략 동일해지도록, 반응관(200) 내에 설치된다. 즉, 중앙 구획 부재(52a)와 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d1, 중앙 구획 부재(52b)와 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d2, 버퍼 구조(300)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d3, 버퍼 구조(400)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d4로 한 경우, 간격 d1, d2, d3, d4는 대략 동일한 값으로 되어 있다. 간격 d1, d2, d3, d4는 일정한 거리로 되어 있다.
즉, 제1 구획 부재(521)는, 원료 가스 공급부(249a)와 제1 플라스마 생성부 (269, 270, 271) 사이의 반응관(203)의 내벽을 따라서, 기판(200)의 에지부로부터 일정한 거리(d1)의 위치에 배치된다. 마찬가지로, 제2 구획 부재(522)는, 원료 가스 공급부(249a)와 제2 플라스마 생성부(369, 370, 371) 사이의 반응관(203)의 내벽을 따라서, 기판(200)의 외주부로부터 일정한 거리(d2)의 위치에 배치된다.
노즐(249a) 측에 마련되는 구획 부재(521)의 제1 판 부재(55a)와 구획 부재(522)의 제1 판 부재(55b)와의 개방도 θ(기판(200)의 중심과 구획 부재(521)의 제1 판 부재(55a)를 연결한 선분과, 기판(200)의 중심과 구획 부재(522)의 제1 판 부재(55b)를 연결한 선분이 이루는 각도)는, 10도 이상, 30도 이하로 구성된다. 개방도 θ가 30도를 초과하면, 가스가 기판(200)의 주위로 확산되어 버려, 기판(200)의 중앙에 대한 공급량이 적어지게 된다. 또한, 개방도 θ가 10도 미만이 되면, 기판(200)의 중앙에 대한 공급량이 증가해버려, 기판(200)의 주위에 대한 공급량이 적어지게 된다.
가스 정류 부재(50)를 반응관(203) 내에 마련함으로써, 반응 가스 및 원료 가스의 흐름이 정류화되어, 보트(217)에 적재된 웨이퍼(200)에 대한 반응 가스 및 원료 가스의 공급이 효율적으로 행해진다. 반응 가스 및 원료 가스의 흐름의 정류화에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.
또한, 반응관(203)은, 감압에 견디도록, 원통 형상으로 되어 있지만, 가스 정류 부재(50)를 반응관(203) 내에 마련함으로써, 반응관(203)을 구성하는 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료의 판 두께를, 얇게 하는 것이 가능하며, 반응관(203)을 경량으로 제작하기 쉬운 간이한 구성으로 하는 것이 가능하다.
(제어 장치)
다음에 제어 장치에 대하여 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 장치)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리 공정의 성막 처리 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 각종 처리(성막 처리)에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 단순히 레시피라고도 한다. 본 명세서에 있어서 프로그램이라는 용어를 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유 지지되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241d), 밸브(243a 내지 243d), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 정합기(272, 372), 고주파 전원(273, 373), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, 회전 기구(267)의 제어, MFC(241a 내지 241d)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243d)의 개폐 동작, 임피던스 감시에 기초하는 고주파 전원(273, 373)의 조정 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 정역회전, 회전 각도 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 하드디스크 등의 자기디스크, CD 등의 광디스크, MO 등의 광자기디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에 있어서 기록 매체라는 용어를 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에 대한 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 웨이퍼(200) 위에 박막을 형성하는 공정에 대하여, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
여기에서는, 원료 가스로서 DCS 가스를 공급하는 스텝과, 반응 가스로서 플라스마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시에, 즉 동기시키지 않고 소정 횟수 (1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 질화막(SiN막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한, 예를 들어 웨이퍼(200) 위에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
본 명세서에서는, 도 8에 도시한 성막 처리의 프로세스 플로우를, 편의상 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 다른 실시 형태의 설명에 있어서도, 마찬가지의 표기를 사용하기로 한다.
Figure pct00001
본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라는 용어를 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라는 용어를 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 위에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 위에 소정의 층을 형성한다」고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 위에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 위에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 「기판」이라는 용어를 사용한 경우에도, 「웨이퍼」라는 용어를 사용한 경우와 동의이다.
(반입 스텝: S1)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내로 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통해 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력·온도 조정 스텝:S2)
처리실(201)의 내부, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 단, 성막 스텝을 실온 이하의 온도 조건하에서 행하는 경우에는, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 행하지 않아도 된다. 또한, 이러한 온도하에서의 처리만을 행하는 경우에는, 히터(207)는 불필요하게 되어, 히터(207)를 기판 처리 장치에 설치하지 않아도 된다. 이 경우, 기판 처리 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행해진다.
(성막 스텝: S3, S4, S5, S6)
그 후, 스텝 S3, S4, S5, S6을 순차 실행함으로써 성막 스텝을 행한다.
(원료 가스 공급 스텝: S3, S4)
스텝 S3에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대해서 DCS 가스를 공급한다.
밸브(243a)를 개방하고, 가스 공급관(232a) 내로 DCS 가스를 흘린다. DCS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249a)을 통해 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243c)를 개방하고, 가스 공급관(232c) 내로 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되고, DCS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b, 249c) 내에 대한 DCS 가스의 침입을 억제하기 위해서, 밸브(243d)를 개방하고, 가스 공급관(232d) 내로 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b), 노즐(249b, 249c)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241a)로 제어하는 DCS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1sccm 이상, 6000sccm 이하, 바람직하게는 2000sccm 이상, 3000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 2666Pa 이하, 바람직하게는 665Pa 이상, 1333Pa의 범위 내의 압력으로 한다. DCS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들어 1초 이상, 10초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 3초 이하의 범위 내의 시간으로 한다.
히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 0℃ 이상 700℃ 이하, 바람직하게는 실온(25℃) 이상 550℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이상 500℃ 이하의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정한다. 본 실시 형태와 같이, 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하, 나아가 550℃ 이하, 나아가 500℃ 이하로 함으로써, 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감시킬 수 있어, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 행할 수 있다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대해서 DCS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 기초막) 위에 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층은 Si층 외에, Cl이나 H를 포함할 수 있다. Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, DCS가 물리 흡착되거나, DCS의 일부가 분해된 물질이 화학 흡착되거나, DCS가 열분해됨으로써 Si가 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉, Si 함유층은, DCS나 DCS의 일부가 분해된 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되며, Si의 퇴적층(Si층)이어도 된다.
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내에 대한 DCS 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(244)를 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Si 함유층의 형성에 기여한 후의 DCS 가스나 반응 부생성물 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S4). 또한, 밸브(243c, 243d)는 개방한 채로 하여, 처리실(201) 내에 대한 N2 가스의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한, 이 스텝 S4를 생략해도 된다.
원료 가스로서는, DCS 가스 외에, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]2H2, 약칭: BDMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS), 비스 tert-부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, 디메틸아미노실란(DMAS) 가스, 디에틸아미노실란(DEAS) 가스, 디프로필아미노실란(DPAS) 가스, 디이소프로필아미노실란(DIPAS) 가스, 부틸아미노실란(BAS) 가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS) 가스 등의 각종 아미노실란 원료 가스나, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 무기계 할로실란 원료 가스나, 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 가스, 디실란(Si2H6, 약칭: DS) 가스, 트리실란(Si3H8, 약칭: TS) 가스 등의 할로겐기 비함유의 무기계 실란 원료 가스를 적합하게 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(반응 가스 공급 스텝: S5, S6)
성막 처리가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대해서 반응 가스로서의 플라스마 여기시킨 NH3 가스를 공급한다(S5).
이 스텝에서는, 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를, 스텝 S3에 있어서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. NH3 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249b, 249c)을 통해 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371) 사이에 고주파 전력을 공급한다. 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라스마 상태로 여기되어(플라스마화해서 활성화되어), 활성종(NH3 *)으로서 처리실(201) 내로 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하, 바람직하게는 1000sccm 이상, 2000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371)에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50W 이상, 600W 이하의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 500Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. 플라스마를 사용함으로써 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 낮은 압력대로 하여도, NH3 가스를 활성화시키는 것이 가능해진다. NH3 가스를 플라스마 여기함으로써 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대해서 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1초 이상, 180초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 60초 이하의 범위 내의 시간으로 한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 S3과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대해서 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 Si 함유층이 플라스마 질화된다. 이때, 플라스마 여기된 NH3 가스의 에너지에 의해, Si 함유층이 갖는 Si-Cl 결합, Si-H 결합이 절단된다. Si와의 결합이 분리된 Cl, H는, Si 함유층으로부터 탈리하게 된다. 그리고, Cl 등이 탈리함으로써 미결합 손(댕글링 본드)을 갖게 된 Si 함유층 중의 Si가, NH3 가스에 포함되는 N과 결합하고, Si-N 결합이 형성되게 된다. 이 반응이 진행됨으로써, Si 함유층은, Si 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화될 수 있다(개질된다).
또한, Si 함유층을 SiN층으로 개질시키기 위해서는, NH3 가스를 플라스마 여기시켜 공급할 필요가 있다. NH3 가스를 논 플라스마의 분위기하에서 공급하여도, 상술한 온도대에서는, Si 함유층을 질화시키는 데 필요한 에너지가 부족하며, Si 함유층으로부터 Cl이나 H를 충분히 탈리시키거나, Si 함유층을 충분히 질화시켜 Si-N 결합을 증가시키거나 하는 것은, 곤란하기 때문이다.
Si 함유층을 SiN층으로 변화시킨 후, 밸브(243b)를 폐쇄하고, NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대형 전극(269, 270, 271, 369, 370, 371) 사이에 대한 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 S4와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S6). 또한, 이 스텝 S6을 생략해도 된다.
질화제, 즉, 플라스마 여기시키는 NH3 함유 가스로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 사용해도 된다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 스텝 S4에서 예시한 각종 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시: S7)
상술한 S3, S4, S5, S6을 이 순서를 따라서 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 것을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 즉 1회 이상 행함(S7)으로써, 웨이퍼(200) 위에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하고, SiN층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 막 두께가 원하는 막 두께가 될 때까지, 상술한 사이클을 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(대기압 복귀 스텝: S8)
상술한 성막 처리가 완료되면, 가스 공급관(232c, 232d)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내로 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다(불활성 가스 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(S8).
(반출 스텝: S9)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다(S9). 보트 언로드의 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출되게 된다(웨이퍼 디스차지). 또한, 웨이퍼 디스차지의 후에는 처리실(201) 내로 빈 보트(217)를 반입하도록 해도 된다.
(가스 정류 부재(50)에 의한 원료 가스 및 반응 가스의 정류화)
이하, 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10d를 이용하여, 가스 정류 부재(50)에 의한 원료 가스 및 반응 가스의 정류화에 대하여 설명한다. 도 9a 내지 도 9d는, 비교예에 따른 반응관(203) 내의 가스의 흐름을 설명하는 개념적인 도면이며, 가스 정류 부재(50)가 반응관(203) 내에 마련되지 않는 경우의 반응관 내의 가스의 흐름을 설명하는 도면이다. 도 10a 내지 도 10d는, 본 실시 형태에 따른 가스 정류 부재(50)를 반응관(203) 내에 설치한 경우의 반응관 내의 가스의 흐름을 설명하는 개념적인 도면이다. 우선, 도 9a 내지 도 9d의 비교예의 가스의 흐름을 설명하고, 그후, 도 10a 내지 도 10d의 본 실시 형태의 가스의 흐름을 설명한다.
(비교예의 가스의 흐름)
도 9a 및 도 9b는, 원료 가스를 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 각 웨이퍼(200) 위로 공급한 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내고 있다. 도 9a는 웨이퍼(200)의 표면 위의 원료 가스의 흐름을 나타내는 상면도이며, 도 9b는, 적재된 웨이퍼(200)를 옆에서 본 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 원료 가스는, 웨이퍼(200)의 표면 위에 있어서, 점선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 중심 부분 부근의 가스 흐름(공급량)이, 실선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 좌우 방향의 가스의 흐름(공급량)보다, 적어지는 경우가 있다. 이것은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D가, 버퍼 구조(300)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d3이나 버퍼 구조(400)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d4와 비교하여 넓기 때문이다. 즉, 간격 D가, D>d3, d4이기 때문에, 원료 가스는, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D의 간극으로부터, 반응관(203)의 아랫쪽으로 흐르기 쉬워진다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 원료 가스는 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 각 웨이퍼(200)의 표면 위로 공급되어, 각 웨이퍼(200)의 표면 위를 통과하고, 그 후, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D의 간극으로부터, 도 9b에 하방 화살표로 나타낸 바와 같이, 반응관(203)의 하방으로 흐르고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
도 9c 및 도 9d는, 활성화한 반응 가스를 버퍼 구조(300 및 400)의 가스 공급구(302, 304, 402, 404)로부터 각 웨이퍼(200) 위로 공급한 경우의 반응 가스의 흐름을 나타내고 있다. 도 9c는 웨이퍼(200)의 표면 위의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 상면도이며, 도 9d는, 적재된 웨이퍼(200)를 옆에서 본 경우의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 활성화한 반응 가스는, 웨이퍼(200)의 표면 위에 있어서, 점선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 중심 부분 부근의 가스의 흐름(공급량)이, 실선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 좌우 방향의 가스의 흐름(공급량)보다, 적어지는 경우가 있다. 이것은, 상기 마찬가지로, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D가, 버퍼 구조(300)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d3이나 버퍼 구조(400)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d4와 비교하여 넓기 때문이다. 즉, 간격 D가, D>d3, d4이기 때문에, 활성화한 반응 가스는, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D의 간극으로부터, 반응관(203)의 아랫쪽으로 흐르기 쉬워진다. 또한, 도 9d에 도시한 바와 같이, 활성화한 반응 가스는 버퍼 구조(300 및 400)의 가스 공급구(302, 304, 402, 404)로부터 각 웨이퍼(200)의 표면 위로 공급되어, 각 웨이퍼(200)의 표면 위를 통과하고, 그 후, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 외주와의 간격(거리) D의 간극으로부터, 도 9d에 하방 화살표로 나타낸 바와 같이, 반응관(203)의 하방으로 흐르고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
따라서, 각 웨이퍼(200)의 중심 부근의 영역에 있어서, 원료 가스의 공급량 및 활성화한 반응 가스의 공급량이, 각 웨이퍼(200)의 외주 부근의 영역과 비교하여, 적어져버리기 때문에, 각 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 SiN막 등 막 두께가 불균일해지는 경우가 있다.
(본 실시 형태의 가스의 흐름)
도 10a 및 도 10b는, 원료 가스를 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 각 웨이퍼(200) 위로 공급한 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내고 있다. 도 10a는 웨이퍼(200)의 표면 위의 원료 가스의 흐름을 나타내는 상면도이며, 도 10b는, 적재된 웨이퍼(200)를 옆에서 본 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 원료 가스는, 웨이퍼(200)의 표면 위에 있어서, 점선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 좌우 방향의 가스의 흐름(공급량)이, 실선 화살표로 나타내어진 웨이퍼(200)의 중심 부근의 가스의 흐름(공급량)보다, 적어진다. 이것은, 도 4에서 설명된 바와 같이, 중앙 구획 부재(52a)와 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d1, 중앙 구획 부재(52b)와 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d2, 버퍼 구조(300)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d3, 버퍼 구조(400)의 내벽과 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)의 외주부와의 간격 d4가 대략 동일한 값으로 되어 있기 때문이다.
이 때문에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)은, 개구부(57)를 통하여, 각 웨이퍼(200)의 표면 위로 공급된다. 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 각 웨이퍼(200)의 표면 위로 공급된 원료 가스는, 각 웨이퍼(200)의 중심 부근의 표면 위를 통과하고, 노즐(249a)에 대향하는 반응관(203)의 내벽 영역, 즉, 버퍼 구조(300)와 버퍼 구조(400) 사이의 영역까지 도달하고, 그 후의 반응관(203)의 하방으로 흐르고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
도 10c 및 도 10d는, 활성화한 반응 가스를 버퍼 구조(300 및 400)의 가스 공급구(302, 304, 402, 404)로부터 각 웨이퍼(200) 위로 공급한 경우의 반응 가스의 흐름을 나타내고 있다. 도 10c는 웨이퍼(200)의 표면 위의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 상면도이며, 도 10d는, 적재된 웨이퍼(200)를 옆에서 본 경우의 활성화한 반응 가스의 흐름을 나타내는 부분적인 종단면도이다.
도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 활성화한 반응 가스는, 웨이퍼(200)의 표면 위에 있어서, 가스 공급구(302, 304, 402, 404)로부터 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(200)의 중심 부분 부근으로 흘러, 웨이퍼(200)의 외주 영역에 도달하고, 그 후, 구획 부재(521, 522)의 사이인 개구부(57)의 근방까지 흐른다. 활성화한 반응 가스는, 그 후, 개구부(57)의 근방으로부터, 반응관(203)의 하방으로 흘러, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이것은, 도 4에서 설명된 바와 같이, 간격 d1, d2, d3, d4가 대략 동일한 값으로 되어 있기 때문이다.
따라서, 원료 가스 및 활성화한 반응 가스가 각 웨이퍼(200)의 중심 부근의 영역에 정류화되어 흐르기 때문에, 각 웨이퍼(200)의 중심 부근의 영역의 원료 가스의 공급량 및 활성화한 반응 가스의 공급량이, 부족한 경우가 없이 충분히 공급된다. 이에 의해, 각 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 SiN막 등의 막 두께가 균일화된다. 또한, 각 웨이퍼(200) 위에 발생한 반응 부생성물도, 효율적으로 배기관(231)으로부터 배기하는 것이 가능하다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
1) 반응관(203) 내에, 가스 정류 부재(50)를 마련함으로써, 원료 가스 및 활성화한 반응 가스의 흐름이 정류화될 수 있다. 이에 의해, 원료 가스 및 활성화한 반응 가스가 각 웨이퍼(200) 위에 효율적으로 공급된다.
2) 상기 1에 의해, 각 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 막의 막 두께가 균일화된다.
3) 가스 정류 부재(50)는, 원료 가스 공급부인 노즐(249a)과, 반응 가스 공급부인 버퍼 구조(300, 400)(또는 버퍼실(237))가 배치되는 위치 이외의 공간에 배치된다. 이에 의해, 원료 가스 및 반응 가스를 효율적으로 배기하는 것이 가능하다. 또한, 각 웨이퍼(200) 위에 발생한 반응 부생성물도, 효율적으로 배기관(231)으로부터 배기하는 것이 가능하다.
4) 반응 가스 공급부인 버퍼 구조(300, 400)(또는 버퍼실(237))는, 반응 가스를 균일하게 공급하기 위한 버퍼실(237)을 갖고 있으며, 가스 정류 부재(50)는, 기판(200)의 외주와 가스 정류 부재(50)의 내벽과의 간극(d1, d2)이, 기판(200)과 버퍼실(371)의 간극(d3, d4)과 대략 동일해지도록 배치된다. 이 때문에, 기판(200) 위에 있어서의 원료 가스 및 활성화한 반응 가스의 흐름이 정류화될 수 있다. 또한, 원료 가스 및 활성화한 반응 가스가 각 웨이퍼(200) 위에 효율적으로 공급될 수 있다.
5) 원료 가스 공급부인 노즐(249a)과 반응 가스 공급부인 버퍼 구조(300, 400)(또는 버퍼실(237))는, 처리실(201)의 중심을 통과하는 중심선에 대해서 반대측에 위치하도록 마련된다. 가스 정류 부재(50)는, 원료 가스 공급부와 반응 가스 공급부가 배치되어 있는 위치 이외의 기판(200)의 측면을 덮는 구성으로 하였다. 이에 의해, 기판(200) 위에 있어서의 원료 가스 및 반응 가스의 흐름이 정류화된다. 또한, 원료 가스 및 반응 가스가 효율적으로 배기될 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 도 11을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 상술한 실시 형태와 상이한 부분만 이하에 설명하고, 동일한 부분은 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 개질 가스로서, 예를 들어 수소(H2) 가스가, 노즐(249c)로부터 처리실(201) 내에 공급되도록 구성이 변경되어 있다. 즉, 노즐(249c)은, 도 2에 도시된 가스 공급관(232b)에 접속되는 것이 아니라, 수소(H2) 가스를 공급하는 다른 가스 공급관에 다른 MFC, 및 다른 밸브를 통해 접속되는 구성으로 변경된다.
그리고, 도 11에 도시한 바와 같이, 원료 가스로서 DCS 가스를 공급하는 스텝과, 반응 가스로서 플라스마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 개질 가스로서 플라스마 여기시킨 H2 가스를 비동시에, 즉 동기시키지 않고 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 질화막(SiN막)을 형성한다.
Figure pct00002
이상과 같이, 노즐(249b)로부터 반응 가스로서 NH3 가스를 플라스마 여기하여 웨이퍼에 공급한 후에 H2 가스를 플라스마 여기하여 공급하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있어, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 버퍼 구조가 2개인 경우를 설명하였지만, 버퍼 구조가 1개인 경우나, 버퍼 구조가 3개인 경우 등, 버퍼 구조가 복수가 되는 경우에도 적용할 수 있어, 상술한 실시 형태 및 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 플라스마 생성부로서 3개의 전극을 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않고, 2개나, 5개나 7개 등의 3개 이상의 홀수 개의 전극을 사용하는 경우에 적용할 수도 있다. 예를 들어 5개의 전극을 사용하여 플라스마 생성부를 구성하는 경우, 최외 위치에 배치되는 2개의 전극과, 중앙 위치에 배치되는 1개의 전극의 합계 3개의 전극을 고주파 전원에 접속하고, 고주파 전원에 끼워지는 형태로 배치되는 2개의 전극을 접지하도록 접속함으로써 구성할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 고주파 전원측의 전극의 개수를 접지측의 전극의 개수보다도 많게 하여, 접지측의 전극을 고주파 전원측의 전극에 대해서 공통으로 하는 예에 대하여 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않고, 접지측의 전극의 개수를 고주파 전원측의 전극의 개수보다도 많게 하여, 고주파 전원측의 전극을 접지측의 전극에 대해서 공통으로 하도록 해도 된다. 단, 접지측의 전극의 개수를 고주파 전원측의 전극의 개수보다 많게 하면, 고주파 전원측의 전극에 인가하는 전력을 크게 할 필요가 생겨, 파티클이 많이 발생되어버린다. 이 때문에, 고주파 전원측의 전극의 개수를 접지측의 전극의 개수보다 많아지도록 설정하는 쪽이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 원료를 공급한 후에 반응 가스를 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 이러한 양태에 한정되지 않으며, 원료, 반응 가스의 공급 순서는 반대여도 된다. 즉, 반응 가스를 공급한 후에 원료를 공급하도록 해도 된다. 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판을 균일하게 처리할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
200: 웨이퍼
201: 처리실
237: 버퍼실
249: 노즐
300, 400: 버퍼 구조
302, 304, 402, 404: 가스 공급구
50: 가스 정류 부재

Claims (11)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 마련되어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와,
    상기 처리실 내에 마련되어 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기부와,
    상기 처리실의 중심과 상기 배기부를 통과하는 직선을 사이에 두고 배치되고, 상기 반응 가스를 플라스마화함으로써 활성화시키는 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부를 구비하는 플라스마 생성부와,
    상기 원료 가스 공급부와 상기 제1 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제1 구획 부재와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제2 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 외주부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제2 구획 부재를 구비하는 가스 정류 부재
    를 갖는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 평면에서 볼 때 상기 원료 가스 공급부와 상기 배기부는 대향하는 위치에 마련되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구획 부재와 상기 제2 구획 부재는, 각각 상기 처리실의 내벽과의 사이에 공간을 갖는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구획 부재의 양단에, 상기 처리실의 내벽 방향으로 제1 판 부재와 제2 판 부재가, 상기 처리실의 내벽과 간극을 형성하도록 마련되고,
    상기 제2 구획 부재의 양단에, 상기 처리실의 내벽 방향으로 제3 판 부재와 제4 판 부재가, 상기 처리실의 내벽과 간극을 형성하도록 마련되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구획 부재의 상기 제1 판 부재와 상기 제2 구획 부재의 상기 제3 판 부재는 상기 원료 가스 공급부측에 마련되고, 상기 제1 판 부재와 상기 기판의 중심을 연결하는 선분과, 상기 제3 판 부재와 상기 기판의 중심을 연결하는 선분이 이루는 각도는 10도 이상 30도 이하인 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구획 부재와 상기 제2 구획 부재의 사이에는, 개구부가 마련되고, 상기 원료 가스는, 상기 개구부를 통해 상기 기판에 대해서 공급되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응 가스는, 상기 개구부를 통해 상기 배기부로부터 배기되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라스마 생성부는 제1 버퍼 구조 내에 마련되고, 상기 제2 플라스마 생성부는 제2 버퍼 구조 내에 마련되고, 상기 기판의 에지부와 상기 제1 버퍼 구조의 내벽의 간격과, 상기 기판의 에지부와 상기 제2 버퍼 구조의 내벽의 간격이 동일한 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 에지부와 상기 제1 구획 부재의 간격과, 상기 기판의 에지부와 상기 제2 구획 부재의 간격과, 상기 기판의 에지부와 상기 제1 버퍼 구조의 내벽의 간격과, 상기 기판의 에지부와 상기 제2 버퍼 구조의 내벽의 간격이 동일한 기판 처리 장치.
  10. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 마련되어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 마련되어 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 처리실의 중심과 상기 배기부를 통과하는 직선을 사이에 두고 배치되고, 반응 가스를 플라스마화함으로써 활성화시키는 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부를 구비하는 플라스마 생성부와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제1 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제1 구획 부재와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제2 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제2 구획 부재를 구비하는 가스 정류 부재를 갖는 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내의 기판에 대해서 상기 원료 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 기판에 대해서 상기 제1 플라스마 생성부 및 상기 제2 플라스마 생성부에 의해 플라스마화된 상기 반응 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내로부터 상기 기판을 반출하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 마련되어 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 마련되어 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기부와, 상기 처리실의 중심과 상기 배기부를 통과하는 직선을 사이에 두고 배치되고, 반응 가스를 플라스마화함으로써 활성화시키는 제1 플라스마 생성부와 제2 플라스마 생성부를 구비하는 플라스마 생성부와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제1 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제1 구획 부재와, 상기 원료 가스 공급부와 상기 제2 플라스마 생성부 사이의 상기 처리실의 내벽을 따라서 상기 기판의 에지부로부터 일정한 거리의 위치에 배치되는 제2 구획 부재를 구비하는 가스 정류 부재를 갖는 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 기판을 반입하는 수순과,
    상기 처리실 내의 기판에 대해서 상기 원료 가스를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 기판에 대해서 상기 제1 플라스마 생성부 및 상기 제2 플라스마 생성부에 의해 플라스마화된 상기 반응 가스를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내로부터 상기 기판을 반출하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램.
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