KR20200035210A - 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램 - Google Patents

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

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Abstract

처리 용기 내를 클리닝한 후, 생산성을 저하시키지 않고 다음의 기판 처리를 행한다.
(a) 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 공정과, (b) (a)를 행한 후의 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 처리 용기 내에 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 공정과, (c) (a)를 행한 후의 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 처리 용기 내에 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 공정을 행하도록 함으로써, 처리 용기 내를 클리닝한다.

Description

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램{METHOD OF CLEANING, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 발명은 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 하나의 공정으로서, 기판 위에 막을 형성하는 기판 처리를 행한 후의 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 가스를 공급하고, 처리 용기 내를 클리닝하는 처리가 행해지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 이 경우에, 클리닝한 후의 처리 용기 내에서, 다음의 기판 처리를 행하면, 생산성이 저하되어 버리는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제2012-311929호 공보
본 발명의 목적은, 처리 용기 내를 클리닝한 후, 생산성을 저하시키지 않고 다음의 기판 처리를 행하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
(a) 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 공정과,
(b) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 공정과,
(c) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 상기 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 공정
을 행하도록 함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 처리 용기 내를 클리닝한 후, 생산성을 저하시키지 않고 다음의 기판 처리를 행하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 일부의 개략 구성도이며, 처리로의 일부를 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 클리닝 처리의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시예 및 비교예에서, 처리 용기 내를 클리닝한 후에, 기판 처리, 즉, 복수매의 기판(웨이퍼)을 동시에 처리하는 뱃치 처리(BAT)를 반복하여 실시했을 때의, 기판 위에 형성된 막의 막 두께를 BAT별로 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 및 비교예에서, 처리 용기 내를 클리닝한 후, 제품 기판에 대한 기판 처리, 즉, 복수매의 제품 기판(제품 웨이퍼)을 동시에 처리하는 뱃치 처리(제품 BAT)를 개시할 때까지의 기간을 예시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시된 바와 같이, 처리로(202)는 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 고정 설치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합되어 있고, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 반응관(203)은 히터(207)와 동일하게 수직으로 고정 설치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 이 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행하여진다.
처리실(201) 내에는, 제1, 제2 공급부로서의 노즐(249a, 249b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b)을 제1, 제2노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a, 249b)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a, 249b)은 각각 상이한 노즐이다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 가스류의 상류 측으로부터 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)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232c, 232e)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d, 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c 내지 232f)에는, 가스류의 상류 측으로부터 순서대로 MFC(241c 내지 241f), 밸브(243c 내지 243f)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232f)은, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 노즐(249a, 249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 평면으로 볼 때 원환형의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부보다 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향하여 직립하도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a, 250b)이 각각 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 원료(원료 가스)로서, 예를 들어 막을 구성하는 소정 원소(주 원소)로서의 Si와, 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 할로실란이란, 할로겐기를 갖는 실란이다. 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란계 가스는, Si 소스로서 작용한다. 클로로실란계 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다. HCDS 가스는, 후술하는 처리 조건 하에서 그 단독으로 고체가 되는 원소(Si)를 포함하는 가스, 즉, 후술하는 처리 조건 하에서 그 단독으로 막을 퇴적시킬 수 있는 가스이다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 반응체(반응 가스)로서, 예를 들어 질소(N) 함유 가스인 질화 수소계 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. 질화 수소계 가스는, 질화 가스, 즉, N소스로서 작용한다. 질화 수소계 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다. NH3 가스는, 후술하는 처리 조건 하에서 그 단독으로는 고체가 되지 않는 원소(N)를 포함하는 가스, 즉, 후술하는 처리 조건 하에서 그 단독으로는 막을 퇴적시킬 수 없는 가스이다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 불소계 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 가스 공급관(232a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. 불소계 가스로서는, 예를 들어 불소(F2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d)으로부터는, 산화 질소계 가스가, MFC(241d), 밸브(243d), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. 산화 질소계 가스는, 그것 단체로는 클리닝 작용을 발휘하지 않지만, 불소계 가스와 반응함으로써, 예를 들어 불소 라디칼이나 불화 니트로실 화합물 등의 활성종을 생성하여, 불소계 가스의 클리닝 작용을 향상시키도록 작용한다. 산화 질소계 가스로서는, 예를 들어 일산화질소(NO) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232e, 232f)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 반응체 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 불소계 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해, 산화 질소계 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232e, 232f), MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
또한, 후술하는 스텝 A에서, 불소계 가스 공급계는, 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급계로서 기능한다. 스텝 A에서는, 제1 가스로서, 불소계 가스와 산화 질소계 가스를 처리 용기 내에서 혼합시켜 사용할 수도 있다. 그 때문에, 산화 질소계 가스 공급계를 제1 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 또한, 후술하는 스텝 B에서, 불활성 가스 공급계는, 후술하는 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급계로서 기능한다. 또한, 후술하는 스텝C에서, 산화 질소계 가스 공급계는, 후술하는 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 공급하는 제3 가스 공급계로서 기능한다.
상술한 각종 공급계 중, 어느 것, 또는 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243f)나 MFC(241a 내지 241f) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232f)의 각각에 대해 접속되고, 가스 공급관(232a 내지 232f) 내로의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241f)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 공급 시스템(248)은, 일체형, 또는 분할형 집적 유닛으로서 구성되어 있어, 가스 공급관(232a 내지 232f) 등에 대해 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽의 하부보다 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라서 마련되어 있어도 된다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 거쳐, 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 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해, 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함하여 생각해도 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, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되어, 원반형으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)을 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 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.
또한, 배기관(231), 매니폴드(209), 시일 캡(219), 회전축(255), 셔터(219s) 등을, 내열성이나 내식성이 우수한 합금에 의해 구성해도 된다. 합금으로서는, SUS 외에, 예를 들어 니켈(Ni)에 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 등을 첨가함으로써 내열성, 내식성을 높인 하스텔로이(등록 상표)나, Ni에 Fe, Cr, 니오븀(Nb), Mo 등을 첨가함으로써 내열성, 내식성을 높인 인코넬(등록 상표) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다. 온도 센서(263)는, 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 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 컴퓨터로 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 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 클리닝 레시피는, 후술하는 클리닝 처리에서의 각 수순을, 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히, 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를, 간단히, 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 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 보유되는 메모리 영역(워크에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241f), 밸브(243a 내지 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용에 따르도록, MFC(241a 내지 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 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 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 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는, 예를 들어 HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라고 하는 말을 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 위에 막을 형성하는 기판 처리 시퀀스예, 즉, 성막 시퀀스예에 대해 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대해 원료로서 HCDS 가스를 공급하는 스텝(1)과, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대해 반응체로서 NH3 가스를 공급하는 스텝(2)를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 막으로서, Si 및 N을 포함하는 막인 실리콘 질화막(SiN막)을 형성한다.
본 명세서에서는, 상술한 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예 등의 설명에서도, 동일한 표기를 사용한다.
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 위에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 위에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는, 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 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어서, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어 된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 모두, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속하여 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 다음의 스텝 1, 2를 순차 실행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대해 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급 스텝). 구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내로 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대해 HCDS 가스가 공급된다. 이 때, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내로 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 0.01 내지 2slm, 바람직하게는 0.1 내지 1slm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관 별로): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
가 예시된다.
또한, 본 명세서에서의 「250 내지 800℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「250 내지 800℃」란 「250℃ 이상 800℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 동일하다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 위에, 제1층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, HCDS가 물리 흡착하거나, HCDS의 일부가 분해된 물질(이하, SixCly)이 화학 흡착하거나, HCDS가 열 분해됨으로써 Si가 퇴적하거나 하는 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 SixCly의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si층(Si 퇴적층)이어도 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히, Si 함유층이라고도 칭한다.
제1층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내에서 배제한다(퍼지 스텝). 이 때, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
원료로서는, HCDS 가스 외에도, 모노클로로 실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 이들 가스는, HCDS 가스와 동일하게, 상술한 처리 조건 하에서 그 단독으로 막을 퇴적시킬 수 있는 가스이다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에도, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 스텝 2 및 클리닝 처리 공정에서도 동일하다.
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리 용기 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층에 대해 NH3 가스를 공급한다(NH3 가스 공급 스텝). 구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대해 NH3 가스가 공급된다. 이 때, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내로 N2 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관 별로): 0 내지 2slm
NH3 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉, SiN층이 형성된다. 제2층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스상 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제2층은, 제1층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
제2층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1의 퍼지 스텝과 동일한 처리 순서에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝).
반응체로서는, NH3 가스 외에, 예를 들어 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화 수소계 가스를 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
상술한 스텝 1, 2를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(m회, m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 사이클을 1회 행할 때에 형성되는 제2층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하고, 제2층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료된 후, 노즐(249a, 249b)의 각각으로부터 퍼지 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 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)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리 완료된 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통하여 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리 완료된 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 클리닝 처리 공정
상술한 기판 처리를 행하면, 처리 용기의 내부, 예를 들어 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등에, SiN막 등의 박막을 포함하는 퇴적물이 누적된다. 즉, 이 박막을 포함하는 퇴적물이, 성막 온도로 가열된 처리실(201) 내의 부재 표면 등에 부착되어 누적된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 처리 용기 내에 누적된 퇴적물의 양, 즉, 누적 막 두께가, 퇴적물에 박리나 낙하가 발생되기 전의 소정의 양(두께)에 도달했을 즈음에, 처리 용기 내를 클리닝한다.
본 실시 형태의 클리닝 처리에서는,
기판으로서의 웨이퍼(200)에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내에 부착된 물질, 즉, 상술한 퇴적물을 제거하는 스텝 A와,
스텝 A를 행한 후의 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 처리 용기 내에, 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 제1 유량 및 후술하는 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 B와,
스텝 A를 행한 후의 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 처리 용기 내에, 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 C,
를 행한다.
이하, 제1 가스로서 F2 가스 및 NO 가스(F2 가스+NO 가스)를, 제2 가스로서 N2 가스를, 제3 가스로서 NO 가스를 사용하는 클리닝 처리의 일례를, 도 4를 사용하여 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
(보트 로드)
셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어서, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 빈 보트(217), 즉, 웨이퍼(200)를 장전하고 있지 않은 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 제1 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내의 부재, 즉, 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등도, 제1 온도로 가열된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 개시한다. 진공 펌프(246)의 가동, 처리실(201) 내의 가열, 보트(217)의 회전은, 후술하는 스텝 A 내지 C가 완료될 때까지의 동안은 계속하여 행하여진다. 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(스텝 A: F2 가스+NO 가스 공급)
처리실(201) 내의 압력, 온도가 각각 안정된 후, 스텝 A를 개시한다. 본 스텝에서는, 제1 온도로 한 처리 용기 내에 F2 가스 및 NO 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기한다. 구체적으로는, 밸브(243c, 243d)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 F2 가스를, 가스 공급관(232d) 내에 NO 가스를, 각각 흘린다. F2 가스, NO 가스는, 각각 MFC(241c, 241d)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급해도 된다.
스텝 A에서의 처리 조건으로는,
F2 가스 공급 유량(제1 유량): 0.5 내지 10slm
NO 가스 공급 유량(제1 유량): 0.5 내지 10slm
N2 가스 공급 유량: 0.01 내지 20slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 60분, 바람직하게는 10 내지 20분
처리 온도(제1 온도): 100 내지 500℃, 바람직하게는 250 내지 350℃
처리 압력(제1 압력): 1333 내지 40000Pa, 바람직하게는 1333 내지 16665Pa
가 예시된다.
상술한 처리 조건 하에서 F2 가스 및 NO 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, F2 가스에 NO 가스를 첨가할 수 있어, 이들 가스를 처리실(201) 내에서 혼합시켜 반응시키는 것이 가능해진다. 이 반응에 의해, 처리실(201) 내에서, 예를 들어 불소 라디칼(F*)이나 불화 니트로실(FNO) 등의 활성종(이하, 이들을 총칭하여 FNO 등이라고도 칭함)을 생성하는 것이 가능해진다. 그 결과, 처리실(201) 내에는, F2 가스에 FNO 등이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스가 존재하게 된다. F2 가스에 FNO 등이 첨가되어 이루어지는 혼합 가스는, 처리실(201) 내의 부재, 예를 들어 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등에 접촉한다. 이 때, 열화학 반응(에칭 반응)에 의해, 처리실(201) 내의 부재에 부착되어 있던 퇴적물을 제거하는 것이 가능해진다. FNO 등은, F2 가스에 의한 에칭 반응을 촉진시켜, 퇴적물의 에칭 레이트를 증대시키도록, 즉, 에칭을 어시스트하도록 작용한다.
불소계 가스로서는, F2 가스 외에도, 불화 수소(HF) 가스, 불화질소(NF3) 가스, 불화 염소(ClF3), 또는 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 불소계 가스에 첨가하는 가스로서는, NO 가스 외에도, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 이소프로필알코올((CH3)2CHOH, 약칭: IPA) 가스, 메탄올(CH3OH) 가스, 수증기(H2O 가스)를 사용할 수 있다.
(퍼지 및 승온 스텝)
소정 시간이 경과하고, 처리 용기 내에서의 퇴적물의 제거가 완료된 후, 밸브(243c, 243d)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 F2 가스, NO 가스의 공급을 각각 정지한다. 그리고, 스텝 1의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내에서 배제한다(퍼지 스텝).
단, 이 퍼지 스텝을 장시간 실시해도, 처리 용기 내에서 불소를 완전히 제거하기는 곤란하다. 그도 그럴 것이, 스텝 A의 종료 시, 처리 용기 내의 부재의 표면에는, 불소가 물리 흡착하거나, 화학 흡착하거나 하고 있기 때문이다. 처리 용기 내의 부재의 표면에 흡착되어 있는 잔류 불소는, 상술한 스텝 1의 퍼지 스텝이나 애프터 퍼지와 마찬가지의 스텝을 제1 온도 하에 있어서 장시간(예를 들어 5 내지 10시간) 실시해도, 부재의 표면으로부터 탈리하지 않고, 처리 용기 내에 계속하여 잔류하는 경향이 있다. 처리 용기 내에 잔류한 불소는, 클리닝 처리 후에 실시하는 다음 기판 처리(뱃치 처리)의 생산성을 저하시키는 하나의 요인이 된다. 구체적으로는, 클리닝 처리 후에 상술한 기판 처리를 반복하여 실시할 때, 처리 용기 내의 잔류 불소의 영향에 의해, 적어도 처음부터 몇회분의 기판 처리에 있어서, 웨이퍼(200) 위에 형성되는 SiN막의 성막 레이트가 크게 저하되어 버리는 경우가 있다.
상술한 과제를 해소하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 스텝 A를 실시한 후, 후술하는 스텝 B, C를 각각 실시한다. 스텝 B를 행함으로써, 상술한 퍼지 스텝을 장시간 행해도 제거하는 것이 곤란했던 처리 용기 내의 잔류 불소를, 처리 용기 내의 부재의 표면으로부터 물리적으로 탈리시켜 처리 용기 내로부터 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 스텝 C를 행함으로써, 상술한 퍼지 스텝을 장시간 행해도 제거하기가 곤란했던 처리 용기 내의 잔류 불소를, 처리 용기 내의 부재의 표면으로부터 화학적으로 탈리시켜 처리 용기 내로부터 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 후술하는 바와 같이, 처리 용기 내의 잔류 불소를 효율적으로 제거하기 위해서는, 스텝 C를, 스텝 B를 행한 후에 행하는 것이 바람직하다. 즉, 스텝 A를 행한 후에 스텝 B를 행하고, 스텝 B를 행한 후에 스텝 C를 행하는 것이 바람직하다. 즉, 스텝 A, 스텝 B 및 스텝 C를, 이 순서대로 연속적으로 행하는 것이 바람직하다.
스텝 B에서 상술한 작용을 발휘시키기 위해서는, 처리 용기 내의 온도를, 상술한 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 할 필요가 있다. 또한, 스텝 C에서 상술한 작용을 발휘시키기 위해서는, 처리 용기 내의 온도를, 상술한 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 할 필요가 있다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 스텝 A, B, C를 이 순서대로 행하는 점에서, 여기서는, 히터(207)의 출력을 조정하여, 처리실(201) 내를, 먼저, 스텝 B를 적정하게 진행시키기 위하여 필요한 온도 조건, 즉, 상술한 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 하도록 승온시킨다(승온 스텝). 또한, 처리실(201) 내의 온도가 제2 온도에 도달하여 안정화된 후, 후술하는 스텝 B를 개시하는 것이 바람직하다. 처리실(201) 내의 온도가 제2 온도에서 안정화되는 것을 기다림으로써, 처리 용기 내의 전역을 균일하게 제2 온도로 가열하는 것이 가능해지고, 그 상태에서 후술하는 스텝 B를 행할 수 있는 점에서, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 후술하는 스텝 B의 작용을, 처리 용기 내의 전역에서 균일하게 얻을 수 있게 된다.
(스텝 B: 대유량 N2 퍼지)
본 스텝에서는, 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 처리 용기 내에 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 N2 가스를 상술한 제1 유량 및 후술하는 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기한다. 구체적으로는, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 가스 공급관(232e, 232f) 내에 N2 가스를 각각 흘린다. N2 가스는, MFC(241e, 241f)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다(대유량 N2 퍼지). 또한, 여기에서 말하는 제2 유량이란, 처리 용기 내에 공급하는 N2 가스의 총 유량, 즉, 노즐(249a, 249b)을 통해 공급되는 N2 가스의 합계 유량이다.
스텝 B에서의 처리 조건으로서는,
N2 가스 공급 유량(제2 유량): 5 내지 50slm
N2 가스 공급 시간: 1 내지 300분, 바람직하게는 30 내지 120분
처리 온도(제2 온도): 500 내지 800℃
처리 압력(제2 압력): 13 내지 1333Pa
가 예시된다.
제1 온도보다도 높은 제2 온도 하에서, 또한, 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로, 처리 용기 내에 N2 가스를 공급함으로써, 처리 용기 내의 잔류 불소에 높은 열 에너지를 제공한 상태에서, 그 잔류 불소에, 대유량으로 공급한 N2 가스를 충돌시키는 것이 가능해진다. 즉, 높은 열 에너지를 가함으로써 흡착력이 저하된 잔류 불소에 대해, N2 가스의 분자를, 높은 유속으로, 또한, 높은 확률로 충돌시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 처리 용기 내에서 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 것을, 효율적이고 또한 효과적으로 행하는 것이 가능해진다. 탈리한 잔류 불소는, 배기구(231a)로부터 배출된다.
본 스텝을 행함으로써, 처리 용기 내의 부재의 표면에 물리 흡착하고 있던 잔류 불소의 대부분, 또는 모두를, 처리 용기 내로부터 물리적으로 탈리시켜 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 본 스텝에서는, 처리 용기 내의 부재의 표면에 물리 흡착하고 있던 잔류 불소뿐만 아니라, 이 부재의 표면에 화학 흡착하고 있던 잔류 불소의 일부를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 것도 가능하다. 단, 본 스텝을 장시간 실시해도, 처리 용기 내의 부재의 표면에 화학 흡착하고 있는 잔류 불소의 모두를 완전히 탈리시키는 것은 곤란하다. 그래서, 본 스텝을 소정 시간 실시한 후, 후술하는 스텝 C를 실시한다.
제2 가스로서는, N2 가스 외에도, He 가스, Ar 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(스텝 C: NO 퍼지)
본 스텝에서는, 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 처리 용기 내에, 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 NO 가스를 제3 유량으로 공급하고 배기한다. 구체적으로는, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d) 내에 NO 가스를 흘린다. NO 가스는, MFC(241d)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다(NO 퍼지).
스텝 C에서의 처리 조건으로서는,
NO 가스 공급 유량(제3 유량): 0.01 내지 10slm
NO 가스 공급 시간: 1 내지 120분, 바람직하게는 30 내지 60분
처리 온도(제3 온도): 500 내지 750℃
처리 압력(제3 압력): 13 내지 2000Pa
가 예시된다.
제1 온도보다도 높은 제3 온도 하에서 NO 가스를 공급함으로써, 처리 용기 내에 화학 흡착하고 있는 잔류 불소에 NO 가스를 공급해, 이들을 화학적으로 반응시킬 수 있다. 그 결과, 처리 용기 내의 잔류 불소의 화학적인 탈리를 재촉하는 것이 가능해진다. 탈리한 잔류 불소는, 배기구(231a)로부터 배출된다.
본 스텝을 행함으로써, 처리 용기 내의 부재의 표면에 화학 흡착하고 있던 잔류 불소의 대부분의, 또는 모두를, 처리 용기 내로부터 제거하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 스텝 C에서는, 스텝 B에서 완전히 제거하지 못했던 잔류 불소를, 화학적으로 탈리시켜 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 본 스텝에서는, 처리 용기 내의 부재의 표면에 화학 흡착하고 있던 잔류 불소를 탈리시킬 뿐만 아니라, 이 부재의 표면에 물리 흡착하고 있던 잔류 불소의 일부를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 것도 가능하다. 단, 처리 용기 내의 부재의 표면에 물리 흡착하고 있는 잔류 불소를 제거하기 위해서는, 스텝 C보다도, 상술한 스텝 B쪽이, 제거 효율이나 가스 비용을 생각하면 유리하다. 그 때문에, 본 실시 형태와 같이, 스텝 C보다도 먼저 스텝 B를 행하고, 스텝 C에서는, 스텝 B에서 전부 제거할 수 없었던 잔류 불소를 제거하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 B와, 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 C를 이 순서대로 행함으로써, 처리 용기 내의 잔류 불소를, 처리 용기 내로부터 효율적으로, 또한, 저비용으로 배출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 스텝에서의 처리 압력(제3 압력)은, 상술한 제2 압력보다도 큰 압력으로 설정하는 것이 바람직하다(제3 압력>제2 압력). 본 스텝에서의 처리 압력을 이와 같이 설정함으로써, 처리 용기 내에서의 잔류 불소와 NO 가스의 반응성을 높여, 이들 반응을 촉진시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 처리 용기 내에서의 잔류 불소의 화학적인 탈리를 더욱 촉진하여, 처리 용기 내의 잔류 불소를, 처리 용기 내로부터, 효율적이고 또한 효과적으로 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 본 스텝에서의 처리 압력(제3 압력)을 상술한 바와 같이 큰 압력으로 설정함으로써, 처리 용기 내에서의 NO 가스의 체재 시간을 연장시킬 수 있어, NO 가스를, 처리 용기 내의 구석구석까지 골고루 퍼지게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 잔류 불소를, 처리 용기 내의 전역으로부터 균일하게 제거하는 것이 가능해진다. 즉, 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 상술한 스텝 C의 작용을, 처리 용기 내의 전역에서 균일하게 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 스텝에서의 처리 온도(제3 온도)는, 스텝 B에서의 처리 온도(제2 온도)와 동일 온도로 하는 것이 바람직하다(제3 온도=제2 온도). 제3 온도를, 또한, 성막 온도(웨이퍼(200)에 대한 처리를 행할 때의 처리 온도)와 동일 온도로 할 수도 있다(제3 온도=제2 온도=성막 온도). 본 스텝에서의 처리 온도를 이와 같이 설정함으로써, 처리 용기 내의 온도를 변경하는 스텝을 마련할 필요가 없어, 처리 용기 내의 승강 온도에 요하는 시간을 생략할 수 있고, 그만큼, 처리 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축하는 것이 가능해진다. 또한, 제3 온도를 제2 온도보다도 크게 해도 되고(제3 온도>제2 온도), 이 경우, 스텝 C에서, 처리 용기 내에서의 잔류 불소와 NO 가스의 반응을 보다 촉진시킬 수 있어, 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 작용을 보다 높이는 것이 가능해진다. 또한, 제2 온도를 제3 온도보다도 크게 해도 되고(제2 온도>제3 온도), 이 경우, 스텝 B에서, 처리 용기 내에서의 잔류 불소를 보다 탈리시키기 쉬운 상태로 할 수 있어, 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 작용을 보다 높이는 것이 가능해진다.
제3 가스로서는, NO 가스 외에, N2O 가스, 이산화질소(NO2) 가스 등의 산화질소 가스를 사용할 수 있다. 또한, 제3 가스로서 H2 가스나 NH3 가스를 사용하는 경우에도, 잔류 불소와 제3 가스를 반응시켜, 처리 용기 내에서 잔류 가스를 제거하는 것은 가능하다. 단, 제3 가스로서 이들 가스를 사용하는 경우, 처리 용기 내의 잔류 불소와 제3 가스가 반응함으로써 HF 등이 발생하고, 발생된 HF 등에 의해 처리 용기 내의 부재(특히 석영 부재)가 에칭 손상을 받는 경우가 있다. 본 실시 형태와 같이, 제3 가스로서 수소를 포함하지 않는 산화 질소계 가스를 사용함으로써, 상술한 과제를 해소하는 것이 가능해진다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
스텝 A 내지 C가 종료된 후, 상술한 기판 처리 공정에서의 애프터 퍼지와 마찬가지의 처리 순서에 의해, 처리실(201) 내를 퍼지한다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 빈 보트(217)가, 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 이들 일련의 공정이 종료되면, 상술한 기판 처리 공정이 재개된다.
(프리코팅)
또한, 상술한 기판 처리 공정을 재개하기 전에, 스텝 C를 행한 후의 제4 온도로 한 처리 용기 내에, 웨이퍼(200)에 대한 처리, 즉, 상술한 기판 처리 공정의 성막 스텝과 마찬가지의 처리를 행하고, 처리 용기 내의 부재의 표면에, Si 및 N을 포함하는 프리코팅층(SiN층)을 형성하는 것이 바람직하다(프리코팅). 이 처리는, 클리닝 처리를 실시한 후의 빈 보트(217)를 처리 용기 내에 수용한 상태에서 행하는 것이 바람직하다.
제4 온도는, 제2 온도나 제3 온도와 동일 온도로 할 수 있다. 예를 들어, 제4 온도를, 제2 온도 및 제3 온도와 동일 온도로 할 수 있다(제4 온도=제3 온도=제2 온도). 또한, 제4 온도를, 또한, 성막 온도(웨이퍼(200)에 대한 처리를 행할 때의 처리 온도)와 동일 온도로 할 수도 있다(제4 온도=제3 온도=제2 온도=성막 온도). 제4 온도를 이와 같은 온도로 설정함으로써, 처리 용기 내의 온도를 변경하는 스텝을 마련할 필요가 없어, 처리 용기 내의 승강 온도에 요하는 시간을 생략할 수 있고, 그만큼, 처리 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축하는 것이 가능해진다. 또한, 프리코팅은, 스텝 C를 행한 후, 상술한 보트 언로드를 행하기 전의 기간 중에 행하는 것이 바람직하다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 스텝 A를 행한 후, 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 처리 용기 내에 N2 가스를 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하는 스텝 B를 행함으로써, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 것이 가능해진다.
또한, 스텝 A를 행한 후, 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 처리 용기 내에, NO 가스를 제3 유량으로 공급하고 배기하는 스텝 C를 행함으로써, 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 것이 가능해진다.
이들 스텝 B, C의 작용에 의해, 상술한 스텝 1의 퍼지 스텝이나 애프터 퍼지와 마찬가지의 스텝을 장시간 실시했다고 해도 처리 용기 내로부터 제거하기가 곤란했던 잔류 불소를, 처리 용기 내로부터 제거하는 것이 가능해진다. 처리 용기 내에서 잔류 불소를 제거함으로써, 클리닝 처리를 행한 후, 기판 처리의 생산성을 저하시키지 않고, 기판 처리를 재개하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축시키는 것이 가능해진다.
(b) 스텝 B를, 처리실(201) 내의 온도가 제2 온도에 도달하여 안정화된 후에 개시함으로써, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 B의 작용이, 처리 용기 내의 전역에서 균일하게 얻어지게 된다. 또한, 스텝 B를, 처리실(201) 내의 온도가 제2 온도에 도달하여 안정화되기 전에 개시하면, 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 스텝 B의 작용이, 처리 용기 내의 온도차에 따라 불균일하게 진행하는 경우가 있다.
(c) 스텝 C에서의 처리 용기 내의 압력(제3 압력)을, 스텝 B에서의 처리 용기 내의 압력(제2 압력)보다도 크게 함으로써(제3 압력>제2 압력), 제3 압력≤제2 압력으로 하는 경우보다도, 스텝 C에서, 처리 용기 내의 잔류 불소의 화학적인 탈리를 촉진시키는 것이 가능해진다. 결과적으로, 상술한 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능해진다.
(d) 스텝 C를, 스텝 B를 행한 후에 행함으로써, 처리 용기 내에서 잔류 불소를 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 상술한 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능해진다. 또한, 처리 용기 내에서 잔류 불소를 제거할 때의 가스 비용의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
(e) 스텝 C에서의 처리 온도(제3 온도)를, 스텝 B에서의 처리 온도(제2 온도)와 동일 온도로 함으로써(제3 온도=제2 온도), 처리 용기 내의 온도를 변경하는 스텝을 마련할 필요가 없어, 처리 용기 내의 승강 온도에 요하는 시간을 생략할 수 있고, 그만큼, 처리 온도를 단축하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 상술한 다운 타임을 더욱 단축하는 것이 가능해진다.
(f) 스텝 C에서의 처리 온도(제3 온도)를, 스텝 B에서의 처리 온도(제2 온도)보다도 높은 온도로 함으로써(제3 온도>제2 온도), 제3 온도≤제2 온도로 하는 경우보다도, 스텝 C에서, 처리 용기 내의 잔류 불소의 화학적인 탈리를 촉진시키는 것이 가능해진다. 또한, 스텝 B에서의 처리 온도(제2 온도)를, 스텝 C에서의 처리 온도(제3 온도)보다도 높은 온도로 함으로써(제2 온도>제3 온도), 제2 온도≤제3 온도로 하는 경우보다도, 스텝 B에서, 처리 용기 내의 잔류 불소가 물리적인 탈리를 촉진시키는 것이 가능해진다.
(g) 스텝 C를 실시한 후, 기판 처리 공정을 실시하기 전에 프리코팅을 행함으로써, 다음 성막 처리를 실시했을 때 있어서의 성막 레이트나 기판 처리의 품질을 안정화시키는 것이 가능해진다.
(h) 스텝 A, B 및 C를 논 플라스마의 분위기 하에서 행함으로써, 즉, 이들 스텝을, 처리 용기 내의 분위기에, 플라스마 에너지를 부가하지 않고, 열 에너지를 부가하여 행함으로써, 처리 용기 내의 부재가 플라스마에 의해 손상을 받는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
(i) 상술한 효과는, 스텝 A에서, F2 가스+NO 가스 이외의 상술한 제1 가스를 사용하는 경우나, 스텝 B에서, N2 가스 이외의 상술한 제2 가스를 사용하는 경우나, 스텝 C에서, NO 가스 이외의 상술한 제3 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻는 것이 가능하다.
(5) 변형예
클리닝 처리는, 상술한 양태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다. 이들 변형예는 임의로 조합할 수 있다. 특히 설명이 없는 한, 각 변형예의 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은, 상술한 양태에 나타내는 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건과 동일하게 할 수 있다.
(변형예 1)
스텝 B에서는, 처리 용기 내에 N2 가스를 공급하는 스텝과, 처리 용기 내에의 N2 가스의 공급을 정지한 상태로, 처리 용기 내를 배기(진공 배기, 진공화)하는 스텝을 교대로 복수회 반복하도록 해도 된다. 즉, 스텝 B에서는, 처리 용기 내에 대유량의 N2 가스를 간헐적으로 공급하고, 처리 용기 내를 사이클 퍼지하게 해도 된다.
이 때의 스텝 B에서의 처리 조건으로서는,
N2 가스 공급 시간: 10 내지 300초/사이클, 바람직하게는 60 내지 120초/사이클
진공 배기 시간: 10 내지 300초/사이클, 바람직하게는 60 내지 120초/사이클
사이클수: 1 내지 300회, 바람직하게는 30 내지 120회
최소 압력: 13 내지 30Pa
최대 압력: 30 내지 1333Pa
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 상술한 양태의 스텝 B에서의 처리 조건과 동일하게 할 수 있다.
본 변형예에서도, 도 4를 사용하여 설명한 상술한 클리닝 처리와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 본 변형예에 의하면, 스텝 B에서, 처리 용기 내의 잔류 불소가 물리적인 탈리를 더욱 촉진하고, 처리 용기 내에서 잔류 불소를 더 효과적으로 제거하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 상술한 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능해진다.
(변형예 2)
스텝 B 및 스텝 C를 교대로 복수회 반복하도록 해도 된다. 본 변형예에서도, 도 4를 사용하여 설명한 상술한 클리닝 처리와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 본 변형예에 의하면, 처리 용기 내의 잔류 불소를 더 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 되어, 결과적으로, 상술한 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능해진다.
(변형예 3)
스텝 B 및 스텝 C를 교대로 복수회 반복하도록 하면서, 이들 스텝을 교대로 복수회 반복할 때에, 스텝 B의 실시 시간에 대한 스텝 C의 실시 시간의 비율을 변화시키도록 해도 된다. 예를 들어, 스텝 B 및 스텝C를 교대로 복수회 반복할 때에, 스텝 B의 실시 시간 TB에 대한 스텝 C의 실시 시간 TC의 비율(TC/TB)을 점차 증가시키도록 해도 된다. 즉, 스텝 B 및 스텝 C를 교대로 복수회 반복할 때에, 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 비율을 점차 증가시키도록 해도 된다.
본 변형예에서도, 도 4를 사용하여 설명한 상술한 클리닝 처리와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 본 변형예에 의하면, 스텝 B에서 전부 제거할 수 없었던 잔류 불소를 보다 효율적이고 또한 효과적으로 제거하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 상술한 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능해진다. 또한, 처리 용기 내의 잔류 불소의 탈리에 기여하지 않고 배기관(231)으로부터 배기되는 N2 가스의 양을 적정하게 감소시켜, 가스 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.
(변형예 4)
스텝 B를 스텝 C를 행한 후에 행하게 해도 된다. 즉, 스텝 A, C 및 B를 이 순서대로 연속적 행하도록 해도 된다. 본 변형예에서도, 도 4를 사용하여 설명한 상술한 클리닝 처리와 대략 동일한 효과가 얻어진다. 단, 상술한 바와 같이, 스텝 A, B 및 C를 이 순서대로 행하는 쪽이, 처리 용기 내에서의 잔류 불소의 제거 효율이 높고, 또한, 가스 비용의 증가를 억제하는 것이 가능하게 된다는 점에서, 유리하다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 처리 용기 내의 웨이퍼 위에 SiN막을 형성한 후에, 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상술한 클리닝 처리는, 처리 용기 내의 웨이퍼 위에 실리콘막(Si막), 실리콘 산화막(SiO막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘산탄화막(SiOC막), 실리콘산질화막(SiON막), 실리콘탄질화막(SiCN막), 실리콘붕탄질화막(SiBCN막), 실리콘붕질화막(SiBN막) 등을 형성한 후에, 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도, 적합하게 적용 가능하다. 또한, 성막 방법으로는, 웨이퍼(200)에 대해 원료와 반응체를 교대로 공급하는 방법에 한정되지 않고, 웨이퍼(200)에 대해 원료와 반응체를 동시에 또한 연속적으로 공급하는 방법이나, 원료와 반응체를 동시에 또한 간헐적으로 공급하는 방법을 사용해도 된다. 또한, 원료 및 반응체 중 한쪽을 연속적으로 공급하면서, 다른 쪽을 간헐적으로 공급하는 방법을 사용해도 된다. 이들 경우에도, 상술한 실시 형태와 동일한 효과가 얻어진다.
기판 처리나 클리닝 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통하여 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리나 클리닝 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서 기판 처리나 클리닝 처리의 내용에 따라, 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 처리 용기(처리실(201)) 내에 부착된 다양한 막을 포함하는 퇴적물에 따라, 적정한 클리닝 처리를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감시킬 수 있고, 조작 오류를 회피하면서, 처리를 신속히 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판처리 장치를 사용하여 막을 형성하고, 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 복수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하고, 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하고, 처리 용기 내를 클리닝하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 콜드월형 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하고, 처리 용기 내를 클리닝하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이들의 기판 처리 장치를 사용하는 경우에서도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 기판 처리나 클리닝 처리를 행할 수 있어, 상술한 실시 형태나 변형예와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 이 때의 처리 순서, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 처리 순서, 처리 조건과 동일하게 할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예 및 비교예를 도 5, 도 6을 사용하여 설명한다.
도 1에 도시되는 기판 처리 장치를 사용하여 웨이퍼 위에 SiN막을 형성하는 기판 처리, 즉, 복수매의 웨이퍼 위에 SiN막을 동시에 형성하는 뱃치 처리(BAT)를 소정 횟수 행한 후, 비교예로서, F2 가스+NO 가스를 사용하여 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하는 스텝(F2+NO_CLN)과, 처리 용기 내를 애프터 퍼지하는 스텝(After_PRG)을 이 순서대로 실시했다(클리닝 X). 그 후, 처리 용기 내의 프리코팅(Pre_CT)을 행하고 나서, BAT를 반복하여 실시했다. After_PRG, Pre_CT, 각 BAT의 실시 시간은, 순서대로, 2시간, 2시간, 4시간으로 했다. 다른 처리 조건은, 후술하는 실시예의 각 스텝에서의 처리 조건과 동일하게 했다.
클리닝 X 후에 상술한 BAT를 반복하여 실시한 후, 실시예로서, F2 가스+NO 가스를 사용하여 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하는 스텝(F2+NO_CLN)과, 승온 스텝(Ramp_Up)과, 대유량의 N2 가스를 사용하여 처리 용기 내를 사이클 퍼지하여 잔류 불소를 물리적으로 탈리시키는 스텝(N2_cycle_PRG)과, NO 가스를 사용하여 처리 용기 내를 퍼지하여 잔류 불소를 화학적으로 탈리시키는 스텝(NO_PRG)과, 처리 용기 내를 애프터 퍼지하는 스텝(After_PRG)을 이 순서대로 실시했다(클리닝 Y). 그 후, 처리 용기 내의 프리코팅(Pre_CT)을 행하고 나서, BAT를 반복하여 실시했다. Ramp_Up, N2_cycle_PRG, NO_PRG의 실시 시간은, 순서대로, 0.5시간, 1시간, 0.5시간으로 했다. After_PRG, Pre_CT, 각 BAT의 실시 시간은, 비교예의 그들과 마찬가지로, 순서대로, 2시간, 2시간, 4시간으로 했다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 했다.
클리닝 X, Y의 실시 후, 상술한 BAT를 행할 때마다, 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 웨이퍼 면 내 평균 막 두께(이하, 면 내 평균 막 두께)를 측정했다. 도 5에, SiN막의 면 내 평균 막 두께의 측정 결과를 나타낸다. 도 5의 횡축은, 클리닝 X, Y 후의 기판 처리 횟수, 즉, 뱃치 처리 횟수(BAT 횟수)를, 도 5의 종축은, 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 면 내 평균 막 두께(Å)를 각각 나타내고 있다. 도면 중에서의 백색의 바는, 웨이퍼 배열 영역의 상부(Top)에 배치된 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 면 내 평균 막 두께를, 해칭 표시의 바는, 웨이퍼 배열 영역의 하부(Btm)에 배치된 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 면 내 평균 막 두께를, 각각 나타내고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 클리닝X를 실시한 후의 BAT(1 내지 3회째)에서는, 그 후의 BAT(4회째 이후)에 비하여, 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 면 내 평균 막 두께가 얇아져 있고, 클리닝 처리 후의 BAT에서, 성막 레이트가 일시적으로 저하되어 있었다. 이에 반하여, 클리닝 Y를 실시한 후의 BAT에서는, 직후의 BAT(1회째)와 그 후의 BAT(2회째 이후)로, 웨이퍼 위에 형성된 SiN막의 면 내 평균 막 두께에 차는 없고, 클리닝 처리 후의 BAT에서, 일시적인 성막 레이트의 저하는 발생되지 않았다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, F2+NO_CLN 이후, 제품 웨이퍼에 대한 기판 처리, 즉, 복수매의 제품 웨이퍼 위에 SiN막을 동시에 형성하는 뱃치 처리(제품 BAT)를 개시할 수 있게 될 때까지, 성막 레이트가 작고 불안정한 테스트 BAT를 3회 실시할 필요가 있어, 16시간 정도의 다운 타임이 발생했다. 이에 반하여, 실시예에서는, F2+NO_CLN 이후, 1회째에 행하는 BAT를 성막 레이트가 크고 안정된 제품 BAT로 할 수 있고(테스트 BAT가 불필요하게 되어), 결과적으로, 다운 타임을 6시간 정도로 억제할 수 있었다. 이와 같이, 실시예에서는, 처리 용기 내를 클리닝한 후, 생산성을 저하시키지 않고 다음의 기판 처리를 행하는 것이 가능해지고, 기판 처리 장치의 다운 타임을 대폭 단축시키는 것이 가능하게 되었다.

Claims (20)

  1. (a) 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 공정과,
    (b) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 공정과,
    (c) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 상기 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 공정
    을 갖는 상기 처리 용기 내의, 클리닝 방법.
  2. 제1항에서, (c)에 있어서의 상기 처리 용기 내의 압력을, (b)에 있어서의 상기 처리 용기 내의 압력보다도 크게 하는, 클리닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, (c)를, (b)를 행한 후에 행하는, 클리닝 방법.
  4. 제3항에 있어서, (c)를, 상기 처리 용기 내의 온도가 상기 제3 온도로 안정화된 후에 행하는 클리닝 방법.
  5. 제1항에 있어서, (c)에서는, (b)에서 완전히 제거할 수 없었던 잔류 불소를 탈리시켜 제거하는, 클리닝 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도와 상기 제3 온도를 동일 온도로 하는, 클리닝 방법.
  7. 제1항에 있어서, (d) (c)를 행한 후의 제4 온도로 한 상기 처리 용기 내에 대해, 상기 기판에 대한 처리와 마찬가지의 처리를 행하는 공정을 더 갖고, 상기 제2 온도와 상기 제3 온도와 상기 제4 온도를 동일 온도로 하는, 클리닝 방법.
  8. 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 처리 용기 내에 상기 제2 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내를 배기하는 공정을 교대로 복수회 반복하는, 클리닝 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 가스는 불활성 가스를 포함하고, 상기 제3 가스는 산화 질소계 가스를 포함하는, 클리닝 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 가스는 산화 질소계 가스를 더 포함하는, 클리닝 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 산화 질소계 가스는, 일산화질소 가스를 포함하는, 클리닝 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 산화 질소계 가스는, 일산화질소 가스를 포함하는, 클리닝 방법.
  13. 제1항에 있어서, (b) 및 (c)를 교대로 복수회 반복하는, 클리닝 방법.
  14. 제13항에 있어서, (b)의 실시 시간에 대한 (c)의 실시 시간의 비율을 변화시키는 클리닝 방법.
  15. 제13항에 있어서, (b)의 실시 시간에 대한 (c)의 실시 시간의 비율을 점차 증가시키는, 클리닝 방법.
  16. 제1항에 있어서, (a), (b) 및 (c)를, 논 플라스마의 분위기 하에서 행하는, 클리닝 방법.
  17. 제1항에 있어서, (a), (b) 및 (c)를, 상기 처리 용기 내의 분위기에, 플라스마 에너지를 부가하지 않고, 열 에너지를 부가함으로써 행하는, 클리닝 방법.
  18. 처리 용기 내에서 기판에 대한 처리를 행하는 공정과,
    상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정
    을 갖고, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정은,
    (a) 상기 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 공정과,
    (b) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 공정과,
    (c) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 상기 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 공정
    을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판이 처리되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와,
    상기 처리 용기 내에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 제3 가스를 공급하는 제3 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와,
    (a) 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 상기 처리 용기 내에 불소계 가스를 포함하는 상기 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 처리와, (b) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 상기 제2 가스를 상기 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 처리와, (c) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 상기 제3 가스를 상기 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 처리를 행하도록 함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하도록, 상기 히터, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계, 상기 제3 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 갖는, 기판 처리 장치.
  20. (a) 기판에 대한 처리를 행한 후의 제1 온도로 한 기판 처리 장치의 처리 용기 내에, 불소계 가스를 포함하는 제1 가스를 제1 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 물질을 제거하는 수순과,
    (b) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제2 온도 하에서는 불소와 화학적으로 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제1 유량 및 제3 유량의 각각보다도 높은 제2 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 물리적으로 탈리시켜 제거하는 수순과,
    (c) (a)를 행한 후의 상기 제1 온도보다도 높은 제3 온도로 한 상기 처리 용기 내에 상기 제3 온도 하에서 불소와 화학적으로 반응하는 제3 가스를 상기 제3 유량으로 공급하고 배기하여, 상기 처리 용기 내의 잔류 불소를 화학적으로 탈리시켜 제거하는 수순
    을 행하도록 함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된, 프로그램.
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