KR20190113554A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 원료를 기화하여 기화 가스로서 사용하여 기판에 막을 형성할 때 배기관 내에서의 기화 가스의 열분해 및 재액화를 억제하는 기술을 제공한다.
반응관 내에 수용된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 제1 공정과, 상기 반응관에 접속된 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 제2 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 제3 공정과, 상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 제4 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 적어도 상기 제1 및 제3 공정에서는 상기 반응관의 온도를 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 제1 온도로 설정하고, 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 제2 온도로 설정한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 처리실 내에 수용된 기판 상에 막을 형성하는 처리가 수행되는 경우가 있다. 형성되는 막으로서는 예컨대 티타늄산화막(TiO막) 등의 도전막을 들 수 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
1. 일본특허 제6023854호 공보
상기와 같은 도전막을 형성할 때 액체 원료를 기화하여 기화 가스로서 사용하는 경우가 있지만, 처리실 내에 기화 가스를 공급한 후에 배기할 때 배기관 내에서 열분해하여 배기관 내에 부생성물이 퇴적하거나 기화 가스가 재액화하여 배기관 내에 정체가 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 액체 원료를 기화하여 기화 가스로서 사용하여 기판에 막을 형성할 때 배기관 내에서의 기화 가스의 열분해 및 재액화를 억제하는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 반응관 내에 수용된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 제1 공정; 반응관에 접속된 배기관으로부터 반응관 내에 잔류하는 원료 가스를 배기하는 제2 공정; 기판에 대하여 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 제3 공정; 및 배기관으로부터 반응관 내에 잔류하는 반응 가스를 배기하는 제4 공정;을 순서대로 소정 횟수 수행하여 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 적어도 제1 및 제3 공정에서는 반응관의 온도를 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 제1 온도로 설정하고, 배기관의 온도를 제1 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 제2 온도로 설정하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 액체 원료를 기화하여 기화 가스로서 사용하여 기판에 막을 형성할 때 배기관 내에서의 기화 가스의 열분해 및 재액화를 억제하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 배관 관계를 도시하는 개략도.
도 4는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치가 포함하는 컨트롤러의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에서의 시퀀스를 도시하는 도면.
도 6은 TDMAT 가스의 증기압 곡선을 도시하는 도면이며, 본 실시 형태에서 적용하는 온도대를 도시하는 도면.
최근에는 성막 처리의 저온화가 요구되고 있지만, 액체 원료를 기화하여 기화 가스(원료 가스라고도 부른다.)로서 사용할 때, 처리실 내에 기화 가스를 공급한 후에 배기할 때 배기관 내에서 열분해하여 배기관 내에 부생성물이 퇴적하거나 기화 가스가 재액화하여 배기관 내에 정체가 발생하는 경우가 있다. 발명자들은 예의 연구하여 다음과 같이 그 요인을 발견했다.
성막 처리를 수행하는 경우, 통상적으로 배기관은 처리실의 온도보다 현저하게 높은 온도로, 예컨대 1.8배 내지 3배 정도의 온도로 한다. 하지만 액체 원료 중 특히 자기 분해 온도가 낮은 액체 원료인 유기계 원료(유기 화합물)를 기화하여 얻어진 기화 가스는 저온이어도 열분해하여 부생성물을 생성하기 쉽다. 그 부생성물은 현저하게 높은 배기관의 온도로 인해 열분해가 촉진되어 분화(粉化)하는 경우가 많다. 기화 가스의 열분해에 의해 발생하는 생성물은 일정 온도까지는 막으로서 배기관에 부착되지만, 일정 온도를 초과하면 분화하기 시작해 가루로서 배기관에 부착된다. 가루로서 부착되면 막으로서 부착되는 것보다 열대류가 발생하기 쉬워진다. 또한 액체 원료 중 특히 증기압이 낮은 액체 원료는 저온이 될수록 재액화하기 쉽다. 또한 배기관은 처리실보다 용적이 작기 때문에 기화 가스로 탈리한 리간드나 부생성물의 밀도가 높아질 것으로(압력이 높아질 것으로) 생각된다. 따라서 배기관 내는 처리실보다 재액화되기 쉽고, 재액화된 액체 원료는 배기관이나 후술하는 APC 밸브 등에서 정체의 원인이 되기 쉽다.
그래서 발명자들은 성막 처리의 저온화를 달성하면서 배기관에서의 부생성물의 퇴적이나 정체를 억제하기 위해서 처리실의 온도를 기화 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도로 설정하는 경우, 배기관의 온도를 처리실의 온도와 같거나 또는 조금 높은 온도, 예컨대 1배보다 높고 1.6배보다 낮은 온도로 설정하는 방법을 생각했다. 이러한 온도로 설정하는 것에 의해 기화 가스의 열분해가 억제되고, 가령 열분해해도 분화하지 않고 막으로서 배기관에 부착된다. 또한 응축 온도보다 높기 때문에 재액화가 억제된다. 본 기술에 대해서 이하에 상세를 설명한다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하에 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 4을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 장치의 일례로서 구성된다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 설치된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하방(下方)에는 반응관(203)과 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와, 반응관(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 반응관(203)은 히터(207)와 수직으로 설치된다. 주로 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)에는 가스 공급관(310, 320)이 각각 접속된다. 가스 공급관(310, 320)은 가스 공급 라인으로서 기능한다. 노즐(410, 420)을 가스 공급 라인에 포함시켜서 생각해도 좋다. 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 노즐 등의 개수는 필요에 따라 적절히 변경된다.
가스 공급관(310, 320)에는 상류 방향부터 순서대로 탱크(용기)(610, 620), 개폐 밸브인 밸브(314, 324)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320)의 밸브(314, 324)보다 하류측에는 가스 공급관(510, 520)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520)은 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 라인으로서 기능한다. 가스 공급관(510, 520)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(512, 522) 및 밸브(514, 516, 524, 526)가 각각 설치된다. 탱크(610, 620)에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(530, 540)이 접속된다. 가스 공급관(530, 540)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(532, 542) 및 밸브(534, 544)가 각각 설치된다.
노즐(410, 420)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 반응관(203)을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)의 수직부는 반응관(203)과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면시에서 원환 형상[圓環狀]의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방(上方)을 향하여 상승하고 연재되도록 각각 설치된다.
노즐(410, 420)의 측면의 웨이퍼(200)와 대응하는 높이[웨이퍼(200)의 장전(裝塡) 영역에 대응하는 높이]에는 가스를 공급하는 복수의 가스 공급공(410a, 420a)이 각각 설치된다. 가스 공급공(410a, 420a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(410a, 420a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(410a, 420a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 노즐(410, 420)의 하부(상류측)로부터 상부(하류측)를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스(원료 가스)로서 예컨대 금속 원소로서의 티타늄(Ti) 원소를 포함하고, 또한 C를 포함하는(C함유) 금속 원료, 즉 유기계 원료(유기 금속 화합물, 유기계 티타늄 원료)인 Ti 원료 가스로서의 TDMAT[테트라키스디메틸아미노티타늄, Ti(NMe2)4]이 밸브(314, 516), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. TDMAT는 탱크(610)에 액체 상태로 수용된다. 불활성 가스가 가스 공급관(530)으로부터 MFC(532) 및 밸브(534)를 개재하여 탱크(610) 내에 공급되는 것에 의해 기화된다. 그리고 기화 가스로서의 TDMAT 가스가 가스 공급관(310)에 흐른다. 본 명세서에서 「TDMAT」라는 단어를 사용한 경우는 「액체 상태인 TDMAT」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 TDMAT」를 의미하는 경우, 또는 그것들의 양방(兩方)을 의미하는 경우가 있다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스(반응 가스)로서 예컨대 산소(O) 함유 가스인 물(H2O)이 밸브(324, 526), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. H2O는 탱크(620)에 액체 상태로 수용된다. 불활성 가스가 가스 공급관(540)으로부터 MFC(542) 및 밸브(544)를 개재하여 탱크(620) 내에 공급되는 것에 의해 기화된다. 그리고 기화 가스로서의 H2O 가스가 가스 공급관(320)에 공급된다. 본 명세서에서 「H2O」라는 단어를 사용한 경우는 「액체 상태인 H2O」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 H2O」를 의미하는 경우, 또는 그것들의 양방을 의미하는 경우가 있다.
가스 공급관(510, 520)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스가 각각 MFC(512, 522), 밸브(514, 516, 524, 526), 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
주로 가스 공급관(310), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋고, 탱크(610), 가스 공급관(530), MFC(532), 밸브(534)를 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 주로 가스 공급관(320), 밸브(324)에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다. 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋고, 탱크(620), 가스 공급관(540), MFC(542), 밸브(544)를 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 주로 가스 공급관(510, 520), MFC(512, 522), 밸브(514, 516, 524, 526)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 원료 가스 공급계, 반응 가스 공급계를 통틀어서 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 불활성 가스 공급계를 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
반응관(203)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기 유로로서의 배기관(231)이 설치된다. 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(243)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(231), APC 밸브(243), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되고, 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다. 또한 매니폴드(209)의 하방에는 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)을 강하시키는 동안에 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체로서의 셔터(219s)가 설치된다. 셔터(219s)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220c)이 설치된다. 셔터(219s)의 개폐 동작[승강 동작이나 회동(回動) 동작 등]은 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 장전(배열, 재치)하도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 미도시의 단열판이 다단으로 지지된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다. 온도 센서(263)는 노즐(410, 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 성막 처리에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 프로세스 레시피를 단순히 레시피라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(314, 324, 514, 516, 524, 526, 534, 544), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속된다.
CPU(121a)은 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)은 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(512, 522, 532, 542)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 514, 516, 524, 526, 534, 544)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(243)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 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정(성막 공정)
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 TiO2막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 설명한다. TiO2막을 형성하는 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함하여 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
이하, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
(웨이퍼 반입)
복수 매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)한다. 구체적으로는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력·온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 스텝)
그 후 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 이 순서대로 소정 횟수 수행한다.
(원료 가스 공급 스텝)
밸브(314, 516)를 열고 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 TDMAT 가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐른 TDMAT 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이에 의해 웨이퍼(200)에 대하여 TDMAT 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 TDMAT 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(420) 내로의 TDMAT 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 526)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,200Pa, 바람직하게는 10Pa 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 40Pa 내지 60Pa의 범위 내의(소정의) 압력으로 한다. 압력이 1,200Pa보다 높으면 후술하는 잔류 가스 제거가 충분히 수행되지 않는 경우가 있으며, 압력이 1Pa보다 낮으면 TDMAT 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다. 또한 본 명세서에서는 수치의 범위로서 예컨대 1Pa 내지 1,200Pa라고 기재한 경우는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미하고, 1Pa 이상 1,200Pa 이하를 의미한다. 압력뿐만 아니라 본 명세서에 기재된 그 외의 모든 수치에 대해서도 마찬가지이다.
MFC(312)로 제어하는 TDMAT 가스의 공급 유량은 예컨대 0.008slm 내지 0.1slm의 범위 내의(소정의) 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 40slm의 범위 내의(소정의) 유량으로 한다. TDMAT 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내의(소정의) 시간으로 한다.
이때의 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도 T1(제1 온도)이 예컨대 55℃ 내지 250℃, 바람직하게는 55℃ 내지 130℃, 보다 바람직하게는 90℃ 내지 100℃의 범위 내의(소정의) 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 온도가 130℃보다 높으면 TDMAT 가스가 열분해하여 분화하고, 분화된 부생성물이 막 중에 쉽게 취입될 가능성이 있으며, 다른 프로세스 조건과의 균형에 따라서는 온도가 250℃보다 높으면 액체 상태의 TDMAT이어도 분해할 가능성이 있다. 또한 TDMAT 가스의 응축 온도는 90℃ 미만이며, 특히 55℃ 부근부터 현저하게 액화가 진행되기 시작한다. 따라서 온도가 55℃보다 낮으면 TDMAT 가스가 재액화할 가능성이 있다. 도 6에 TDMAT 가스의 증기압 곡선을 도시한다. 굵은 선 내에서 TDMAT 가스의 공급을 수행한다. 히터(207)는 반응관(203)을 가열하고, 웨이퍼(200)의 온도 T1은 반응관(203)의 온도[또는 처리실(201) 내의 온도]라고도 할 수 있다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 TDMAT 가스와 N2 가스뿐이다. TDMAT 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200) 상에 Ti를 포함하는 Ti 함유층이 형성된다. TDMAT 가스를 이용하는 원료 가스 공급 스텝에서는 C, H, O 등 유기물 및 1가 알코올인 이소프로판올이 포함되는 경우가 있다. 따라서 Ti 함유층은 TDMAT의 흡착층인 TDMAT층이라고도 할 수 있다.
처리실(201)과 APC 밸브(243) 사이의 배기관(231)은 온도 T3(제2 온도)이 되도록 설정한다. 온도 T3은 온도 T1 내지 130℃, 바람직하게는 온도 T1보다 높고 110℃ 이하, 보다 바람직하게는 온도 T1보다 높고 100℃ 이하의 범위 내의(소정의) 온도로 설정한다. 또는 온도 T3은 예컨대 온도 T1의 1.0배 내지 1.6배, 바람직하게는 온도 T1의 1.0배 내지 1.4배, 보다 바람직하게는 온도 T1의 1.0배 내지 1.2배의 범위 내의(소정의) 온도로 설정한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
그 후 밸브(314)를 닫고 TDMAT 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 전술한 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TDMAT 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이때 밸브(514, 513, 524, 526)는 연 상태로 하여 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 전술한 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TDMAT 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 이때 후술하는 O 함유 공급 스텝까지 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 동시에 수행해도 좋고, 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 교호(交互)적으로(주기적으로) 소정 횟수씩 수행해도 좋다. 동시에 수행하는 경우에는 N2 가스의 공급에 의해 N2 가스 퍼지 시의 처리실(201) 내의 압력을 원료 가스 공급 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력보다 높아지도록 설정한다. 교호적으로 수행하는 경우에는 예컨대 진공 배기 시의 처리실(201) 내의 압력을 원료 가스 공급 스텝에서의 압력보다 낮은 값, 예컨대 1Pa 내지 100Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 30Pa가 되도록 설정하고, N2 가스 퍼지 시의 처리실(201) 내의 압력을 원료 가스 공급 스텝에서의 압력보다 높은 값, 예컨대 1Pa 내지 1,500Pa, 바람직하게는 80Pa 내지 110Pa가 되도록 설정한다. 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 교호적으로 수행하는 것에 의해 잔류 가스의 제거 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(반응 가스 공급 스텝)
밸브(324, 526)를 열고 가스 공급관(320) 내에 O 함유 가스인 H2O 가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐른 H2O 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정되어 H2O 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내로의 H2O 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 516)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(310), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
H2O 가스를 흘릴 때는 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,200Pa, 바람직하게는 10Pa 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 30Pa 내지 50Pa의 범위 내의(소정의) 압력으로 한다. 압력 1,200Pa보다 높으면 후술하는 잔류 가스 제거가 충분히 수행되지 않는 경우가 있으며, 압력이 1Pa보다 낮으면 충분한 성막 레이트를 얻지 못할 가능성이 있다.
MFC(322)로 제어하는 H2O 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 80slm, 바람직하게는 5slm 내지 40slm, 보다 바람직하게는 10slm 내지 30slm의 범위 내의(소정의) 유량으로 한다. 유량은 많을수록 원료 가스에 유래하는 불순물의 TiO막 중으로의 취입(取入)을 줄일 수 있어 바람직하지만, 40slm보다 많으면 후술하는 잔류 가스 제거가 충분히 수행되지 않는 경우가 있다.
MFC(512, 522. 542)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.2slm 내지 30slm의 범위 내의(소정의) 유량으로 한다. H2O 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내의(소정의) 시간으로 한다. 이때의 히터(207) 및 처리실(201)과 APC 밸브(243) 사이의 배기관(231)의 온도는 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 H2O 가스와 N2 가스뿐이다. H2O 가스는 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층과 반응하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 O를 포함하는 TiO2층(TiO층)이 형성된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiO2층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫고 H2O 가스의 공급을 정지한다. 그리고 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiO층 형성에 기여한 후의 H2O 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 동시에 수행해도 좋고, 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 교호적으로(주기적으로) 소정 횟수씩 수행해도 좋다는 점도 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지이다.
(소정 횟수 실시)
전술한 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 공급 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 즉 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 공급 스텝의 처리를 1사이클로 하여 이들의 처리를 n1 사이클(n1은 1 이상의 정수)만 실행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께(예컨대 0.05nm 내지 100nm)의 TiO막을 형성한다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(514, 516, 524, 526)를 열고 가스 공급관(510, 520)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
또한 배기관(231)의 온도 T3은 처리실(201)과의 접속부로부터 APC 밸브까지 일정한 온도로 설정해도 좋고, 처리실(201)로부터의 거리에 따라 서서히 변동시켜도 좋다. 처리실(201)과 가까운 위치에서 온도가 바뀌면 처리 가스가 역류하여 콜드 스팟이 될 가능성이 있다. 같은 온도의 경우에는 처리 가스가 역류해도 콜드 스팟은 되지 않는다. 배기관(231)의 온도 T3을 처리실(201)로부터의 거리에 따라 서서히 변동시키는 경우, 처리실(201)과의 접속부는 처리실(201)과 마찬가지의 온도로 설정하고, 하류측에 갈수록 온도를 높게 설정해도 좋다. 이와 같이 반응관과 배기관의 접속부로부터의 거리에 비례하여 변화하는 온도 변동률을 가지도록 설정해도 좋다.
또한 성막 스텝에서 배기관(231)의 온도 T3을 히터(207)의 온도[처리실(201)의 온도] T1보다 높게 설정하는 경우, 원료 가스 공급 스텝 및 반응 가스 공급 스텝과, 각 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝에서 배기관(231)의 온도 T3의 값을 유지해도 좋고 바꿔도 좋다. 예컨대 원료 가스 공급 스텝 및 반응 가스 공급 스텝에서는 온도 T3을 처리실(201)의 온도 T1과 마찬가지의 온도로 설정하고, 각 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝에서는 처리실(201)의 온도 T1보다 높게 설정해도 좋다. 원료 가스 공급 스텝 및 반응 가스 공급 스텝이 각 스텝후의 잔류 가스 제거 스텝보다 처리실(201) 내의 압력이 더 높다. 압력이 높으면 보다 액화하기 쉬워지기 때문에 각 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝에서 배기관(231) 내의 압력을 낮추는 것에 의해 액화 리스크가 저감된다. 이와 같이 원료 가스의 열분해 온도나 처리실(201) 내의 압력(액화 리스크)에 따라 적절히 배기관(231)의 온도를 마찬가지의 온도로 유지해도 좋고, 스텝마다 바꿔도 좋다.
또한 적어도 성막 스텝에서는 가스 공급관(310, 320, 510, 520), 탱크(610, 620)의 온도는 다음과 같이 설정한다.
가스 공급관(310, 320, 510, 520)은 각각 미도시의 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터에 의해 가열된다. 처리실(201)과 밸브(516) 사이의 가스 공급관(310) 및 처리실(201)과 밸브(526) 사이의 가스 공급관(320)은 히터(207)[처리실(201)]와 마찬가지의 온도 T1이 되도록 설정한다. 처리실(201)과 가까운 위치에서 온도가 바뀌면 처리 가스가 역류하여 콜드 스팟이 될 가능성이 있다. 같은 온도의 경우는 처리 가스가 역류해도 콜드 스팟은 되지 않는다.
밸브(516)와 밸브(514), 탱크(610) 사이의 가스 공급관(310, 510) 및 밸브(526)와 밸브(524), 탱크(620) 사이의 가스 공급관(320, 520)은 온도 T2이 되도록 설정한다. 온도 T2은 55℃ 내지 온도 T1, 바람직하게는 70℃ 내지 온도 T1, 보다 바람직하게는 80℃ 이상 온도 T1 미만의 범위 내의(소정의) 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 온도 T2은 기화 효율을 고려하여 온도 T1과 마찬가지의 온도로 해도 좋고, 후술하는 온도 T4과의 온도 차이를 작게 하기 위해서 온도 T1보다 낮은 온도로 해도 좋다.
탱크(610, 620)의 온도 T4은 25℃ 내지 40℃의 범위 내의(소정의) 온도로 설정한다. 이와 같이 가스 공급관(310, 320, 510, 520)의 온도를 처리실(201)로부터의 거리에 비례하여 낮아지도록 설정해도 좋다. 서서히 처리실(201)과 마찬가지의 온도로 변동시키는 것에 의해 각 가스를 안정적으로 공급하는 것이 가능해진다.
또한 성막 스텝 중에 배기관(231)의 온도 T3을 처리실(201)의 온도 T1보다 높게 설정한 경우, 대기압 복귀 시에는 온도 T3을 온도 T1까지 내려도 좋다. 처리실(201)과 배기관(231)의 온도가 다르면 배기관(231)이 대기압이 되었을 때 가스의 대류(역류)가 발생하는 경우가 있다. 따라서 대류 억제를 위해서 대기압 복귀 시에는 배기관(231)의 온도를 처리실(201)의 온도와 마찬가지의 온도로 바꿔도 좋다.
또한 1사이클의 스텝 내에서의 원료 가스 공급 스텝에서 TDMAT 가스의 공급과 제거를 교호적으로 복수 회 수행해도 좋다(분할 플로우). 1사이클 내에 공급하는 TDMAT 가스의 총량을 바꾸지 않고, 분할하여 공급하는 것에 의해 Ti 함유층에 취입되는 불순물의 양을 저감할 수 있다. 또한 1사이클의 스텝 내에서의 반응 가스 공급 스텝에서 H2O 가스의 공급과 제거를 교호적으로 복수 회 수행해도 좋다(분할 플로우). 1사이클 내에 공급하는 H2O 가스의 총량을 바꾸지 않고, 분할하여 공급하는 것에 의해 Ti 함유층과의 반응을 촉진하는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 처리실의 온도를 기화 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도로 설정하는 경우, 배기관의 온도는 처리실의 온도와 같거나 또는 조금 높은 온도이며, 기화 가스의 열분해는 억제되고, 가령 열분해도 분화하지 않고 막으로서 배기관에 부착시키는 것이 가능해지는 것과 함께 재액화를 억제하는 것이 가능해진다.
(b) 처리실의 온도를 기화 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도로 설정하는 경우, 배기관의 온도를 1배보다 높고 1.6배보다 낮은 온도로 설정하는 것에 의해 기화 가스의 열분해가 억제되고, 가령 열분해도 분화하지 않고 막으로서 배기관에 부착시키는 것이 가능해지는 것과 함께 재액화를 억제하는 것이 가능해진다.
(c) 잔류 가스 제거 스텝에서 진공 배기와 N2 가스 퍼지를 교호적으로 수행하는 것에 의해 잔류 가스의 제거 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(d) 배기관의 온도를 처리실 내의 온도와 마찬가지의 온도로 하는 것에 의해 처리 가스가 역류해도 콜드 스팟이 형성되지 않도록 하는 것이 가능해진다.
(e) 배기관의 온도를 처리실로부터의 거리에 따라 서서히 변동시키는 경우, 처리실과의 접속부는 처리실과 마찬가지의 온도로 설정하고, 하류측으로 갈수록 온도를 높게 설정하는 것에 의해 처리 가스가 역류해도 콜드 스팟이 형성되지 않도록 하는 것이 가능해진다.
(f) 배기관의 온도를 원료 가스 공급 스텝 및 반응 가스 공급 스텝과, 각 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝에서 바꾸는 것에 의해 처리실 내의 압력에 의한 액화 리스크를 저감하는 것이 가능해진다.
(g) 처리실보다 상류측의 가스 공급관의 처리실과의 접속부의 온도를 처리실의 온도와 마찬가지의 온도로 하는 것에 의해 처리 가스가 역류해도 콜드 스팟이 형성되지 않도록 하는 것이 가능해진다.
(h) 처리실보다 상류측의 각 가스 공급관의 온도를 처리실로부터의 거리에 비례해서 낮아지도록 설정하는 것에 의해 각 처리 가스를 안정적으로 공급하는 것이 가능해진다.
(i) 대기압 복귀 시에 배기관의 온도를 처리실의 온도와 마찬가지의 온도로 설정하는 것에 의해 가스의 대류를 억제하는 것이 가능해진다.
(j) 1사이클의 스텝 내에서의 원료 가스 공급 스텝에서 원료 가스의 공급과 제거를 교호적으로 복수 회 수행하는 것에 의해, 형성되는 층에 취입되는 불순물의 양을 저감하는 것이 가능해진다.
(k) 1사이클의 스텝 내에서의 반응 가스 공급 스텝에서 반응 가스의 공급과 제거를 교호적으로 복수 회 수행하는 것에 의해, 원료 가스의 공급에 의해 형성된 층과의 반응을 촉진하는 것이 가능해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
전술한 각 실시 형태는 적절히 조합하여 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 금속 원소로서 Ti를 이용하여 TiO막을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 유기계 원료를 사용하여 형성하는 막이라면 다른 막에도 적용 가능하다. 예컨대 지르코늄산화막(ZrO2), 하프늄산화막(HfO2), 알루미늄산화막(Al2O3), 텅스텐산화막(WO3), 탄탈산화막(Ta2O5) 등을 들 수 있다.
유기계 원료 가스로서는 예컨대 클로로트리(N-에틸메틸아미노)티타늄{Ti[N(CH3)CH2CH3]3Cl, 약칭: TIA}, 테트라키스디에틸아미노티타늄{Ti[N(CH2CH3)2]4, 약칭: TDEAT}, 테트라키스디메틸아미노티타늄{Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT}, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄{Zr[N(CH3)CH2CH3]4, 약칭: TEMAZ}, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄{Hf[N(CH3)CH2CH3]4, 약칭: TEMAH}, 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al, 약칭: TMA], 비스(터셔리부틸이미노)비스(터셔리부틸아미노)텅스텐[(C4H9NH)2W(C4H9N)2], 텅스텐헥사카보닐[W(CO)6], 펜타에톡시탄탈[Ta(OC2H5)5, 약칭: PET], 트리스에틸메틸아미노터셔리부틸이미노탄탈{Ta[NC(CH3)3][N(C2H5)CH3]3, 약칭: TBTEMT} 등을 이용하는 것도 가능하다.
반응 가스로서는 예컨대 O3 외에 플라즈마 여기(勵起)한 산소(O2), 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2), 아산화질소(N2O), 플라즈마 여기한 O2+H2의 혼합 가스 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 불활성 가스로서 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
또한 TiO막 등의 막을 형성하는 하지막으로서는 적절히 선택 가능하지만, 예컨대 알루미늄(Al)막 등을 들 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 종형(縱型) 장치인 기판 처리 장치로서, 1개의 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 노즐이 입설(立設)되고, 반응관의 하부에 배기구가 설치된 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 다른 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 예컨대 동심원 형상의 단면을 포함하는 2개의 반응관(외측의 반응관을 아우터 튜브, 내측의 반응관을 이너 튜브라고 부른다.)을 포함하고, 이너 튜브내에 입설된 노즐로부터 아우터 튜브의 측벽이자 기판을 개재하여 노즐과 대향하는 위치(선대칭의 위치)에 개구되는 배기구에 처리 가스가 흐르는 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 처리 가스는 이너 튜브내에 입설된 노즐로부터 공급하지 않고, 이너 튜브의 측벽에 개구되는 가스 공급구로부터 공급해도 좋다. 이때 아우터 튜브에 개구되는 배기구는 처리실 내에 적층하여 수용된 복수 매의 기판이 존재하는 높이에 따라 개구되어도 좋다. 또한 배기구의 형상은 구멍 형상이어도 좋고, 슬릿 형상이어도 좋다.
성막 처리나 클리닝 처리에 이용되는 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 처리 내용(형성, 또는 제거하는 막의 종류, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서 처리 조건 등)에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 개재하여 기억 장치(121c) 내에 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 처리를 시작할 때 CPU(121a)이 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 레시피 중에서 처리 내용에 따라 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있고, 각각의 경우에 적절한 처리를 수행할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 처리를 신속하게 시작할 수 있다.
전술한 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 한 번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 실시 형태에서는 핫 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이러한 경우에도 처리 순서 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건으로 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 예컨대 반도체 장치의 제조 방법, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치 등에 이용할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 121: 컨트롤러
200: 웨이퍼 201: 처리실
202: 처리로

Claims (18)

  1. 반응관 내에 수용된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 제1 공정;
    상기 반응관에 접속된 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 제2 공정;
    상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 제3 공정; 및
    상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 제4 공정;
    을 순서대로 소정 횟수 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고,
    적어도 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정에서는 상기 반응관의 온도를 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 제1 온도로 설정하고, 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 제2 온도로 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 250℃ 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 130℃ 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높게 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 공정 내지 상기 제4 공정에서는 상기 반응관 내를 감압하고,
    상기 기판 상에 막을 형성한 후, 상기 배기관의 온도를 상기 제2 온도로부터 상기 제1 온도까지 낮춘 상태에서 상기 배기관 내의 압력을 대기압으로 하는 제5 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제4 공정에서는 상기 배기관의 온도를 상기 제2 온도로 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정 내지 상기 제4 공정에서는 각 공정에서의 상기 반응관 내의 압력의 값에 따라 상기 배기관의 온도를 조정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정 내지 상기 제4 공정에서는 상기 배기관의 온도를 상기 제2 온도로 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 상기 반응관 내에 공급하는 원료 가스 공급관의 상기 반응관과의 접속부의 온도와, 상기 반응 가스를 상기 반응관 내에 공급하는 반응 가스 공급관의 상기 반응관과의 접속부의 온도를 상기 제1 온도로 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급관과 상기 반응 가스 공급관의 온도를, 상기 반응관과의 접속부로부터의 거리와 비례해서 낮아지도록 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정 및 상기 제3 공정에서는 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도와 마찬가지의 온도로 설정하고,
    상기 제2 공정 및 상기 제4 공정에서는 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도보다 높은 온도로 설정하여 상기 배기관의 압력을 낮추는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 반응관 내에 수용된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 제1 공정;
    상기 반응관에 접속된 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 제2 공정;
    상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 제3 공정; 및
    상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 제4 공정;
    을 순서대로 소정 횟수 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 적어도 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정에서는 상기 반응관의 온도를 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 온도로 설정하고, 상기 배기관의 온도를 상기 반응관의 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 온도이자, 상기 반응관과 상기 배기관과의 접속부로부터의 거리에 비례해서 변화하는 온도 변동률을 가지는 온도로 설정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 수용하는 반응관;
    상기 반응관을 가열하는 가열계;
    상기 반응관 내에 원료 가스 및 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 가스 공급계;
    상기 반응관에 접속된 배기관을 포함하고, 상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계; 및
    상기 반응관 내에 수용된 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 제1 처리와, 상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 제2 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 제3 처리와, 상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 제4 처리를 순서대로 소정 횟수 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성할 때, 적어도 상기 제1 처리 및 상기 제3 처리에서는 상기 반응관의 온도를 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 제1 온도로 설정하고, 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 제2 온도로 설정하도록 상기 가열계, 상기 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 250℃ 이하인 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 130℃ 이하인 기판 처리 장치.
  16. 기판 처리 장치의 반응관 내에 수용된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 제1 순서;
    상기 반응관에 접속된 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 제2 순서;
    상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 제3 순서; 및
    상기 배기관으로부터 상기 반응관 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 제4 순서;
    를 순서대로 소정 횟수 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 순서와, 적어도 상기 제1 순서 및 상기 제3 순서에서는 상기 반응관의 온도를 상기 원료 가스의 열분해 온도 미만이자 응축 온도보다 높은 온도인 제1 온도로 설정하고, 상기 배기관의 온도를 상기 제1 온도의 1.0배 이상 1.6배 이하인 제2 온도로 설정하는 순서를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 기록 매체에 기록된 프로그램.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 250℃ 이하인 기록 매체에 기록된 프로그램.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 온도는 55℃ 이상 130℃ 이하인 기록 매체에 기록된 프로그램.
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