KR20200041962A - 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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Abstract

처리 가스가 플라스마 여기되는 플라스마 생성 공간과, 플라스마 생성 공간에 연통하는 기판 처리 공간을 구성하는 처리 용기와, 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 배치됨과 함께 처리 용기의 외주에 권회하도록 마련된 코일, 및 해당 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라스마 생성부와, 해당 플라스마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기의 외측에 마련되어, 해당 처리 용기의 온도를 검출하도록 구성되어 있는 온도 센서와, 기판을 처리하기 위한 처리 레시피의 실행 전에, 온도 센서에 의해 검출되는 처리 용기의 온도가 미리 설정되는 상한값 및 하한값에 의해 규정되는 목표 온도의 범위 내에 수렴되도록 제어하는 제어부를 갖는 구성이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
본 발명은, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
근년, 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향이 있다. 그것에 수반하여, 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이들 패턴을 형성할 때, 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 플라스마 여기한 처리 가스를 사용해서 기판 상에 형성된 패턴 표면을 개질 처리하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2014-75579호 공보
현 상황에서, 기판 처리의 전처리에 수매의 더미 기판 처리를 실행함으로써, 석영 돔의 온도를 상승시킨 후, 제품 로트(제품 기판군)를 처리하기 때문에, 생산성의 저하가 염려된다.
본 발명은, 제품 로트를 처리하기 전에 더미 기판을 사용하지 않는 전처리를 실행하는 레시피 실행 제어를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리 가스가 플라스마 여기되는 플라스마 생성 공간과, 플라스마 생성 공간에 연통하는 기판 처리 공간을 구성하는 처리 용기와, 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 배치됨과 함께 처리 용기의 외주에 권회하도록 마련된 코일, 및 해당 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라스마 생성부와, 해당 플라스마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기의 외측에 마련되어, 해당 처리 용기의 온도를 검출하도록 구성되어 있는 온도 센서와, 기판을 처리하기 위한 처리 레시피의 실행 전에, 온도 센서에 의해 검출되는 처리 용기의 온도가 미리 설정되는 상한값 및 하한값에 의해 규정되는 목표 온도의 범위 내에 수렴되도록 제어하는 제어부를 갖는 구성이 제공된다.
본 발명에 따르면, 제품 로트 처리용 처리 레시피 전의 전처리에 소비되는 시간을 단축함으로써, 생산성의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 구성도(상면도)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 제어부(제어 수단)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 시퀀스 레시피 편집 화면의 도시 예이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전처리 레시피의 흐름의 일 실시예이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전처리 레시피의 흐름의 일 실시예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전처리 레시피의 흐름의 일 실시예이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 대해서, 도 1을 사용해서 이하에 설명한다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치는, 감압 상태에서 기판(예를 들어 실리콘 등으로 이루어지는 웨이퍼(W))을 취급하는 진공측의 구성과, 대기압 상태에서 웨이퍼(W)를 취급하는 대기압측의 구성을 구비하고 있다. 진공측의 구성은, 주로, 진공 반송실(TM)과, 로드 로크실(LM1, LM2)과, 웨이퍼(W)를 처리하는 처리 모듈(처리 기구)(PM1 내지 PM4)을 구비한다. 대기압측의 구성은, 주로, 대기압 반송실(EFEM)과, 로드 포트(LP1 내지 LP3)를 구비한다. 로드 포트(LP1 내지 LP3)에는, 웨이퍼(W)를 수납한 캐리어(CA1 내지 CA3)가, 기판 처리 장치 외부로부터 반송되어 적재되고, 또한, 기판 처리 장치 외부로 반송된다. 이와 같은 구성에 의해, 예를 들어 로드 포트(LP1) 상의 캐리어(CA1)로부터 미처리의 웨이퍼(W)가 취출되어, 로드 로크실(LM1)을 거쳐서, 처리 모듈(PM1)에 반입되어 처리된 후, 처리 완료된 웨이퍼(W)는, 그 역의 수순으로, 로드 포트(LP1) 상의 캐리어(CA1)에 복귀된다.
(진공측의 구성)
진공 반송실(TM)은, 진공 상태 등의 대기압 미만의 부압(감압)에 견딜 수 있는 진공 기밀 가능한 구조로 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 진공 반송실(TM)의 하우징은, 평면으로 보아 오각형이며, 상하 양단이 폐색된 상자 형상으로 형성되어 있다. 로드 로크실(LM1, LM2), 처리 모듈(PM1 내지 PM4)은, 진공 반송실(TM)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 처리 모듈(PM1 내지 PM4)을 총칭 또는 대표할 경우는, 처리 모듈(PM)이라고 칭한다. 로드 로크실(LM1, LM2)을 총칭 또는 대표할 경우는, 로드 로크실(LM)이라고 칭한다. 그 밖의 구성(후술하는 진공 로봇(VR), 암(VRA) 등)에 대해서도 마찬가지의 룰로 한다.
진공 반송실(TM) 내에는, 감압 상태에서 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 수단으로서의 진공 로봇(VR)이 예를 들어 1대 마련되어 있다. 진공 로봇(VR)은, 웨이퍼(W)를 기판 적재부인 2조의 기판 지지 암(이하, 암)(VRA)에 얹음으로써, 로드 로크실(LM) 및 처리 모듈(PM)과의 사이에서, 웨이퍼(W)의 반송을 행한다. 진공 로봇(VR)은, 진공 반송실(TM)의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 구성된다. 또한, 2조의 암(VRA)은, 상하 방향으로 이격되어 마련되어, 각각 수평 방향으로 신축할 수 있고, 관련된 수평면 내에서 회전 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
처리 모듈(PM)은, 웨이퍼(W)가 적재되는 기판 적재부를 각각 구비하고, 예를 들어 웨이퍼(W)를 1매씩 감압 상태에서 처리하는 매엽식 처리실로서 구성되어 있다. 즉, 처리 모듈(PM)은, 각각이 예를 들어 플라스마 등을 사용한 에칭이나 애싱, 화학 반응에 의한 성막 등, 웨이퍼(W)에 부가 가치를 부여하는 처리실로서 기능한다.
처리 모듈(PM)은, 개폐 밸브로서의 게이트 밸브(PGV)에 의해 진공 반송실(TM)에 각각 연접되어 있다. 따라서, 게이트 밸브(PGV)를 개방함으로써, 진공 반송실(TM)과의 사이에서 감압 하에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 것이 가능하다. 또한, 게이트 밸브(PGV)를 폐쇄함으로써, 처리 모듈(PM) 내의 압력이나 처리 가스 분위기를 유지한 채, 웨이퍼(W)에 대하여 각종 기판 처리를 행하는 것이 가능하다.
로드 로크실(LM)은, 진공 반송실(TM) 내에 웨이퍼(W)를 반입하는 예비실로서, 혹은 진공 반송실(TM) 내로부터 웨이퍼(W)를 반출하는 예비실로서 기능한다. 로드 로크실(LM)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 반입 반출할 때, 웨이퍼(W)를 일시적으로 지지하는 기판 적재부로서의 버퍼 스테이지(도시하지 않음)가 각각 마련되어 있다. 버퍼 스테이지는, 복수매(예를 들어 2매)의 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 다단형 슬롯으로서 구성되어 있어도 된다.
또한, 로드 로크실(LM)은, 개폐 밸브로서의 게이트 밸브(LGV)에 의해 진공 반송실(TM)에 각각 연접되어 있고, 또한, 개폐 밸브로서의 게이트 밸브(LD)에 의해 후술하는 대기압 반송실(EFEM)에 각각 연접되어 있다. 따라서, 진공 반송실(TM)측의 게이트 밸브(LGV)를 폐쇄한 채, 대기압 반송실(EFEM)측의 게이트 밸브(LD)를 개방함으로써, 진공 반송실(TM) 내의 진공 기밀을 유지한 채, 로드 로크실(LM)과 대기압 반송실(EFEM)의 사이에서, 대기압 하에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 것이 가능하다.
또한, 로드 로크실(LM)은, 진공 상태 등의 대기압 미만의 감압에 견딜 수 있는 구조로 구성되어 있어, 그 내부를 각각 진공 배기하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 대기압 반송실(EFEM)측의 게이트 밸브(LD)를 폐쇄해서 로드 로크실(LM)의 내부를 진공 배기한 후에, 진공 반송실(TM)측의 게이트 밸브(LGV)를 개방함으로써, 진공 반송실(TM) 내의 진공 상태를 유지한 채, 로드 로크실(LM)과 진공 반송실(TM)의 사이에서, 감압 하에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하는 것이 가능하다. 이와 같이, 로드 로크실(LM)은, 대기압 상태와 감압 상태를 전환 가능하게 구성되어 있다.
(대기압측의 구성)
한편, 기판 처리 장치의 대기압측에는, 상술한 바와 같이, 로드 로크실(LM1, LM2)에 접속된 프론트 모듈인 대기압 반송실(EFEM)(Equipment Front End Module)과, 대기압 반송실(EFEM)에 접속되어, 예를 들어 1로트분, 25매의 웨이퍼(W)를 각각 수납한 웨이퍼 수납 용기로서의 캐리어(CA1 내지 CA3)를 적재하는 캐리어 적재부로서의 로드 포트(LP1 내지 LP3)가 마련되어 있다. 이러한 캐리어(CA1 내지 CA3)로서는, 예를 들어 FOUP(Front Opening Unified Pod)가 사용된다. 여기서, 로드 포트(LP1 내지 LP3)를 총칭 또는 대표할 경우는, 로드 포트(LP)라고 칭한다. 캐리어(CA1 내지 CA3)를 총칭 또는 대표할 경우는, 캐리어(CA)라고 칭한다. 진공측의 구성과 마찬가지로 대기압측의 구성(후술하는 캐리어 도어(CAH1 내지 CAH3), 캐리어 오프너(CP1 내지 CP3) 등)에 대해서도 마찬가지의 룰로 한다.
대기압 반송실(EFEM) 내에는, 반송 수단으로서의 대기압 로봇(AR)이 예를 들어 1대 마련되어 있다. 대기압 로봇(AR)은, 로드 로크실(LM1)과 로드 포트(LP1) 상의 캐리어(CA)의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다. 대기압 로봇(AR)도, 진공 로봇(VR)과 마찬가지로 기판 적재부인 2조의 암(ARA)을 갖는다.
캐리어(CA1)에는, 캐리어(CA)의 캡(덮개)인 캐리어 도어(CAH)가 마련되어 있다. 로드 포트(LP) 상에 적재된 캐리어(CA)의 도어(CAH)가 개방된 상태에서, 기판 반입 반출구(CAA1)를 통해서, 대기압 로봇(AR)에 의해 캐리어(CA) 내에 웨이퍼(W)가 수납되고, 또한, 캐리어(CA) 내의 웨이퍼(W)가 대기압 로봇(AR)에 의해 반출된다.
또한, 대기압 반송실(EFEM) 내에는, 각각 캐리어 도어(CAH)를 개폐하기 위한 캐리어 오프너(CP)가, 각각 로드 포트(LP)에 인접 설치되어 있다. 즉, 대기압 반송실(EFEM) 내는, 캐리어 오프너(CP)를 통해서 로드 포트(LP)에 인접해서 마련되어 있다.
캐리어 오프너(CP)는, 캐리어 도어(CAH)와 밀착 가능한 클로저와, 클로저를 수평 및 연직 방향으로 동작시키는 구동 기구를 갖는다. 캐리어 오프너(CP)는, 캐리어 도어(CAH)에 클로저를 밀착한 상태에서, 클로저를 캐리어 도어(CAH)와 함께 수평 및 연직 방향으로 움직이게 함으로써, 캐리어 도어(CAH)를 개폐한다.
또한, 대기압 반송실(EFEM) 내에는, 기판 위치 수정 장치로서, 웨이퍼(W)의 결정 방위의 위치 정렬 등을 행하는 기준면 맞춤 장치인 얼라이너(AU)가 마련되어 있다. 또한, 대기압 반송실(EFEM)에는, 대기압 반송실(EFEM)의 내부에 클린 에어를 공급하는 클린 에어 유닛(도시 생략)이 마련되어 있다.
로드 포트(LP)는, 로드 포트(LP) 상에, 복수매의 기판(W)을 수납한 캐리어(CA1 내지 CA3)를 각각 적재하도록 구성된다. 각각의 캐리어(CA) 내에는, 웨이퍼(W)를 각각 수납하는 수납부로서의 슬롯(도시하지 않음)이 예를 들어 1로트분, 25슬롯 마련되어 있다. 각 로드 포트(LP)는 캐리어(CA)가 적재되면, 캐리어(CA)에 부여되어, 캐리어(CA)를 식별하는 캐리어 ID를 나타내는 바코드 등을 판독해서 기억하도록 구성된다.
이어서, 기판 처리 장치를 통괄적으로 제어하는 제어부(10)는, 기판 처리 장치의 각 부를 제어하도록 구성된다. 제어부(10)는, 조작부로서의 장치 컨트롤러(11)와, 반송 제어부로서의 반송계 컨트롤러(31)와, 처리 제어부로서의 프로세스 컨트롤러(221)를 적어도 포함한다.
장치 컨트롤러(11)는, 도시하지 않은 조작 표시부와 함께, 조작원과의 인터페이스이며, 조작 표시부를 통해서 조작원에 의한 조작이나 지시를 접수하도록 구성된다. 조작 표시부에는, 조작 화면이나 각종 데이터 등의 정보가 표시된다. 조작 표시부에 표시되는 데이터는, 장치 컨트롤러(11)의 기억부에 기억된다.
반송계 컨트롤러(31)는, 진공 로봇(VR)이나 대기압 로봇(AR)을 제어하는 로봇 컨트롤러를 포함하여, 웨이퍼(W)의 반송 제어나 조작원으로부터 지시된 작업의 실행을 제어하도록 구성된다. 또한, 반송계 컨트롤러(13)는, 예를 들어 장치 컨트롤러(11)를 통해서 조작원에 의해 작성 또는 편집되어 작성된 반송 레시피에 기초하여, 웨이퍼(W)를 반송할 때의 제어 데이터(제어 지시)를, 진공 로봇(VR)이나 대기압 로봇(AR), 각종 밸브, 스위치 등에 대하여 출력하여, 기판 처리 장치 내에서의 웨이퍼(W)의 반송 제어를 행한다. 또한, 프로세스 컨트롤러(221)의 상세는 후술한다. 제어부(10)의 각 컨트롤러(11, 31, 222)의 하드웨어 구성도, 후술하는 프로세스 컨트롤러(222)와 마찬가지의 구성이기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
제어부(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이 기판 처리 장치 내에 마련할 뿐만 아니라, 기판 처리 장치 외부에 마련되어 있어도 된다. 또한, 장치 컨트롤러(11)나 반송계 컨트롤러(31)나 처리 모듈(PM)을 제어하는 처리 제어부로서의 프로세스 컨트롤러(221)는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등의 일반적인 범용 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 각종 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(USB 메모리, DVD 등)를 사용해서 범용 컴퓨터에 프로그램을 인스톨함으로써, 각 컨트롤러를 구성할 수 있다.
또한, 상술한 처리를 실행하는 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 임의로 선택할 수 있다. 상술한 바와 같이 소정의 기록 매체를 통해서 공급하는 것 외에, 예를 들어 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 통해서 공급할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 통신 네트워크의 게시판에 당해 프로그램을 게시하고, 이것을 네트워크를 통해서 반송파에 중첩해서 공급해도 된다. 그리고, 이와 같이 하여 제공된 프로그램을 기동하여, 기판 처리 장치의 OS(Operating System)의 제어 하에, 다른 애플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써, 상술한 처리를 실행할 수 있다.
(처리실)
이어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 처리 기구로서의 처리 모듈(PM)에 대해서, 도 2를 사용해서 설명한다. 처리 기구(PM)는, 웨이퍼(W)를 플라스마 처리하는 처리로(202)를 구비하고 있다. 처리로(202)에는, 처리실(201)을 구성하는 처리 용기(203)가 마련되어 있다. 처리 용기(203)는, 제1 용기인 석영제의 돔형의 상측 용기(210)(이후, 석영 돔이라고도 함)와, 제2 용기인 사발형의 하측 용기(211)를 구비하고 있다. 상측 용기(210)가 하측 용기(211) 상에 덮임으로써, 처리실(201)이 형성된다. 또한, 상측 용기(210)에는 열전쌍 등의 온도 센서(280)가 마련되어, 상측 용기(210)의 온도를 검출할 수 있도록 구성되어 있다. 상측 용기(210)는, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3) 또는 석영(SiO2) 등의 비금속 재료로 형성되어 있고, 하측 용기(211)는, 예를 들어 알루미늄(Al)으로 형성되어 있다.
또한, 하측 용기(211)의 하부 측벽에는, 게이트 밸브(244)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(244)는, 개방되어 있을 때, 반송 기구(도시하지 않음)를 사용하여, 반입출구(245)를 통해서 처리실(201) 내에 웨이퍼(W)를 반입하거나, 처리실(201) 밖으로 웨이퍼(W)를 반출하거나 할 수 있도록 구성되어 있다. 게이트 밸브(244)는, 폐쇄되어 있을 때는, 처리실(201) 내의 기밀성을 유지하는 게이트 밸브가 되도록 구성되어 있다.
처리실(201)은, 주위에 코일(212)이 마련되어 있는 플라스마 생성 공간(201a)(도 2의 일점쇄선의 상측)과, 플라스마 생성 공간(201a)에 연통하고, 웨이퍼(W)가 처리되는 기판 처리 공간(201b)을 갖는다. 플라스마 생성 공간(201a)은 플라스마가 생성되는 공간이며, 처리실(201) 중, 코일(212)의 하단보다 상방이며, 또한 코일(212)의 상단보다 하방의 공간을 말한다. 한편, 기판 처리 공간(201b)(도 2의 일점쇄선의 하측)은, 기판이 플라스마를 사용해서 처리되는 공간이며, 코일(212)의 하단보다 하방의 공간을 말한다. 본 실시 형태에서는, 플라스마 생성 공간(201a)과 기판 처리 공간(201b)의 수평 방향의 직경은 대략 동일해지도록 구성되어 있다.
(서셉터)
처리실(201)의 바닥측 중앙에는, 웨이퍼(W)를 적재하는 기판 적재부로서의 서셉터(217)가 배치되어 있다. 서셉터(217)는 예를 들어 질화알루미늄(AlN), 세라믹스, 석영 등의 비금속 재료로 형성되어 있고, 웨이퍼(W) 상에 형성되는 막 등에 대한 금속 오염을 저감할 수 있도록 구성되어 있다.
서셉터(217)의 내부에는, 가열 기구로서의 히터(217b)가 일체적으로 매립되어 있다. 히터(217b)는, 전력이 공급되면, 웨이퍼(W) 표면을 예를 들어 25℃부터 750℃ 정도까지 가열할 수 있도록 구성되어 있다.
서셉터(217)는, 하측 용기(211)와는 전기적으로 절연되어 있다. 임피던스 조정 전극(217c)은, 서셉터(217)에 적재된 웨이퍼(W) 상에 생성되는 플라스마의 밀도의 균일성을 보다 향상시키기 위해서, 서셉터(217) 내부에 마련되어 있고, 임피던스 조정부로서의 임피던스 가변 기구(275)를 통해서 접지되어 있다. 임피던스 가변 기구(275)는 코일이나 가변 콘덴서로 구성되어 있어, 코일의 인덕턴스 및 저항 및 가변 콘덴서의 용량 값을 제어함으로써, 임피던스를 약 0Ω에서부터 처리실(201)의 기생 임피던스 값의 범위 내에서 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다.
서셉터(217)에는, 서셉터를 승강시키는 구동 기구를 구비하는 서셉터 승강 기구(268)가 마련되어 있다. 또한, 서셉터(217)에는 관통 구멍(217a)이 마련됨과 함께, 하측 용기(211)의 저면에는 웨이퍼 밀어올림 핀(266)이 마련되어 있다. 서셉터 승강 기구(268)에 의해 서셉터(217)가 하강되었을 때는, 웨이퍼 밀어올림 핀(266)이 서셉터(217)와는 비접촉의 상태에서, 관통 구멍(217a)을 뚫고 나가게 구성되어 있다.
주로, 서셉터(217) 및 히터(217b), 전극(217c)에 의해, 본 실시 형태에 관한 기판 적재부가 구성되어 있다.
(가스 공급부)
처리실(201)의 상방, 즉 상측 용기(210)의 상부에는, 가스 공급 헤드(236)가 마련되어 있다. 가스 공급 헤드(236)는, 캡 모양의 덮개(233)와, 가스 도입구(234)와, 버퍼실(237)과, 개구(238)와, 차폐 플레이트(240)와, 가스 분출구(239)를 구비하여, 반응 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 버퍼실(237)은, 가스 도입구(234)로부터 도입되는 반응 가스를 분산시키는 분산 공간으로서의 기능을 갖는다.
가스 도입구(234)에는, 산소 함유 가스로서의 산소(O2) 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급관(232a)의 하류단과, 수소 함유 가스로서의 수소(H2) 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급관(232b)의 하류단과, 불활성 가스로서의 아르곤(Ar) 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(232c)이 합류하도록 접속되어 있다. 산소 함유 가스 공급관(232a)에는, 상류측부터 순서대로 O2 가스 공급원(250a), 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(252a), 개폐 밸브로서의 밸브(253a)가 마련되어 있다. 수소 함유 가스 공급관(232b)에는, 상류측부터 순서대로 H2 가스 공급원(250b), MFC(252b), 밸브(253b)가 마련되어 있다. 불활성 가스 공급관(232c)에는, 상류측부터 순서대로 Ar 가스 공급원(250c), MFC(252c), 밸브(253c)가 마련되어 있다. 산소 함유 가스 공급관(232a)과 수소 함유 가스 공급관(232b)과 불활성 가스 공급관(232c)이 합류한 하류측에는, 밸브(243a)가 마련되고, 가스 도입구(234)의 상류단에 접속되어 있다. 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)를 개폐시킴으로써 MFC(252a, 252b, 252c)에 의해 각각의 가스의 유량을 조정하면서, 가스 공급관(232a, 232b, 232c)을 통해서, 산소 함유 가스, 수소 가스 함유 가스, 불활성 가스 등의 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
주로, 가스 공급 헤드(236)(덮개(233), 가스 도입구(234), 버퍼실(237), 개구(238), 차폐 플레이트(240), 가스 분출구(239)), 산소 함유 가스 공급관(232a), 수소 함유 가스 공급관(232b), 불활성 가스 공급관(232c), MFC(252a, 252b, 252c), 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)에 의해, 본 실시 형태에 관한 가스 공급부(가스 공급계)가 구성되어 있다.
또한, 가스 공급 헤드(236), 산소 함유 가스 공급관(232a), MFC(252a), 밸브(253a, 243a)에 의해, 본 실시 형태에 관한 산소 함유 가스 공급계가 구성되어 있다. 또한, 가스 공급 헤드(236), 수소 함유 가스 공급관(232b), MFC(252b), 밸브(253b, 243a)에 의해, 본 실시 형태에 관한 수소 가스 공급계가 구성되어 있다. 또한, 가스 공급 헤드(236), 불활성 가스 공급관(232c), MFC(252c), 밸브(253c, 243a)에 의해, 본 실시 형태에 관한 불활성 가스 공급계가 구성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는, 산소 함유 가스 공급계로부터 산소 함유 가스로서의 O2 가스를 공급함으로써 산화 처리를 행하도록 구성되어 있지만, 산소 함유 가스 공급계 대신에, 질소 함유 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 질소 함유 가스 공급계를 마련할 수도 있다. 이렇게 구성된 기판 처리 장치에 의하면, 기판의 산화 처리 대신에 질화 처리를 행할 수 있다. 이 경우, O2 가스 공급원(250a) 대신에, 예를 들어 질소 함유 가스 공급원으로서의 N2 가스 공급원이 마련되고, 산소 함유 가스 공급관(232a)이 질소 함유 가스 공급관으로서 구성된다.
(배기부)
하측 용기(211)의 측벽에는, 처리실(201) 내로부터 반응 가스를 배기하는 가스 배기구(235)가 마련되어 있다. 가스 배기구(235)에는, 가스 배기관(231)의 상류단이 접속되어 있다. 가스 배기관(231)에는, 상류측부터 순서대로 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)(242), 개폐 밸브로서의 밸브(243b), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 마련되어 있다. 주로, 가스 배기구(235), 가스 배기관(231), APC(242), 밸브(243b)에 의해, 본 실시 형태에 관한 배기부가 구성되어 있다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기부에 포함해도 된다.
(플라스마 생성부)
처리실(201)의 외주부, 즉 상측 용기(210)의 측벽의 외측에는, 처리실(201)을 둘러싸도록, 제1 전극으로서의, 나선 형상의 공진 코일(212)이 마련되어 있다. 공진 코일(212)에는, RF 센서(272), 고주파 전원(273), 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력 주파수의 정합을 행하는 정합기(274)가 접속된다. 주로, 공진 코일(212), RF 센서(272), 정합기(274)에 의해, 본 실시 형태에 관한 플라스마 생성부가 구성되어 있다. 또한, 플라스마 생성부로서 고주파 전원(273)을 포함해도 된다.
고주파 전원(273)은, 공진 코일(212)에 고주파 전력(RF 전력)을 공급하는 것이다. RF 센서(272)는 고주파 전원(273)의 출력측에 마련되어, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터하는 것이다. RF 센서(272)에 의해 모니터된 반사파 전력은 정합기(274)에 입력되고, 정합기(274)는, RF 센서(272)로부터 입력된 반사파의 정보에 기초하여, 반사파가 최소로 되도록, 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력되는 고주파 전력의 주파수를 제어하는 것이다.
고주파 전원(273)은, 발진 주파수 및 출력을 규정하기 위한 고주파 발진 회로 및 프리앰프를 포함하는 전원 제어 수단(컨트롤 회로)과, 소정의 출력으로 증폭하기 위한 증폭기(출력 회로)를 구비하고 있다. 전원 제어 수단은, 조작 패널을 통해서 미리 설정된 주파수 및 전력에 관한 출력 조건에 기초하여 증폭기를 제어한다. 증폭기는, 공진 코일(212)에 전송 선로를 통해서 일정 고주파 전력을 공급한다.
공진 코일(212)은, 소정의 파장의 정재파를 형성하기 위해서, 일정 파장에서 공진하도록 권회 직경, 권회 피치, 권수가 설정된다. 즉, 공진 코일(212)의 전기적 길이는, 고주파 전원(273)으로부터 공급되는 고주파 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)에 상당하는 길이로 설정된다.
공진 코일(212)을 구성하는 소재로서는, 구리 파이프, 구리의 박판, 알루미늄 파이프, 알루미늄 박판, 폴리머 벨트에 구리 또는 알루미늄을 증착한 소재 등이 사용된다. 공진 코일(212)은, 절연성 재료로 평판 형상으로 형성되고, 또한 베이스 플레이트(248)의 상단부면에 연직으로 세워 설치된 복수의 서포트(도시하지 않음)에 의해 지지된다.
(제어부)
도 3에 도시한 바와 같이, 처리 제어부로서의 컨트롤러(221)는, 신호선 A를 통해서 APC(242), 밸브(243b) 및 진공 펌프(246)를, 신호선 B를 통해서 서셉터 승강 기구(268)를, 신호선 C를 통해서 히터 전력 조정 기구(276) 및 임피던스 가변 기구(275)를, 신호선 D를 통해서 게이트 밸브(244)를, 신호선 E를 통해서 RF 센서(272), 고주파 전원(273) 및 정합기(274)를, 신호선 F를 통해서 MFC(252a 내지252c) 및 밸브(253a 내지 253c, 243a)를, 각각 제어하도록 구성되어 있다.
처리 제어부인 컨트롤러(221)는, CPU(Central Processing Unit)(221a), RAM(Random Access Memory)(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)는, 내부 버스(221e)를 통해서, CPU(221a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(221)에는, 예를 들어 터치 패널이나 디스플레이 등으로서 구성된 입출력 장치(222)가 접속되어 있다.
기억 장치(221c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(221c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피(처리 레시피)나, 후술하는 전처리 레시피로서의 챔버 컨디션 레시피 등의 각종 프로그램 레시피는, 각 수순을 처리 제어부(221)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 프로그램 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(221b)은, CPU(221a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(221d)는, 상술한 MFC(252a 내지 252c), 밸브(253a 내지 253c, 243a, 243b), 게이트 밸브(244), APC 밸브(242), 진공 펌프(246), RF 센서(272), 고주파 전원(273), 정합기(274), 서셉터 승강 기구(268), 임피던스 가변 기구(275), 히터 전력 조정 기구(276) 등에 접속되어 있다.
CPU(221a)는, 기억 장치(221c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(221c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(221a)는, 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, I/O 포트(221d) 및 신호선 A를 통해서 APC 밸브(242)의 개방도 조정 동작, 밸브(243b)의 개폐 동작 및 진공 펌프(246)의 기동·정지를, 신호선 B를 통해서 서셉터 승강 기구(268)의 승강 동작을, 신호선 C를 통해서 히터 전력 조정 기구(276)에 의한 히터(217b)에 대한 공급 전력량 조정 동작(온도 조정 동작)이나, 임피던스 가변 기구(275)에 의한 임피던스값 조정 동작을, 신호선 D를 통해서 게이트 밸브(244)의 개폐 동작을, 신호선 E를 통해서 RF 센서(272), 정합기(274) 및 고주파 전원(273)의 동작을, 신호선 F를 통해서 MFC(252a 내지 252c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작 및 밸브(253a 내지 253c, 243a)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
처리 제어부(221)는, 외부 기억 장치(예를 들어, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(223)에 저장된 상술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(221c)나 외부 기억 장치(223)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서, 기록 매체라는 말을 사용한 경우는, 기억 장치(221c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(223) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(223)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
도 4는, 본 실시 형태에 관한 처리 레시피로서의 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다. 본 실시 형태에 관한 기판 처리 공정은, 예를 들어 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서, 상술한 처리 기구(PM)에 의해 실시된다. 이하의 설명에서, 처리 기구(PM)를 구성하는 각 부의 동작은, 처리 제어부(221)에 의해 제어된다.
(기판 반입 공정 S110)
먼저, 서셉터 승강 기구(268)가 웨이퍼(W)의 반송 위치까지 서셉터(217)를 하강시켜, 서셉터(217)의 관통 구멍(217a)에 웨이퍼 밀어올림 핀(266)을 관통시킨다. 그 결과, 웨이퍼 밀어올림 핀(266)이, 서셉터(217) 표면보다도 소정의 높이만큼 돌출된 상태가 된다.
계속해서, 게이트 밸브(244)를 개방하여, 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실로부터, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)를 사용해서 처리실(201) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다. 반입된 웨이퍼(W)는, 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출된 웨이퍼 밀어올림 핀(266) 상에 수평 자세로 지지된다. 처리실(201) 내에 웨이퍼(W)를 반입하면, 웨이퍼 반송 기구를 처리실(201) 밖으로 퇴피시키고, 게이트 밸브(244)를 폐쇄해서 처리실(201) 내를 밀폐한다. 그리고, 서셉터 승강 기구(268)가 서셉터(217)를 상승시킴으로써, 웨이퍼(W)는 서셉터(217)의 상면에 지지된다.
(승온·진공 배기 공정 S120)
계속해서, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 승온을 행한다. 히터(217b)는 미리 가열되어 있어, 히터(217b)가 매립된 서셉터(217) 상에 웨이퍼(W)를 보유 지지함으로써, 예를 들어 150 내지 750℃의 범위 내의 소정값으로 웨이퍼(W)를 가열한다. 여기에서는, 웨이퍼(W)의 온도가 600℃로 되도록 가열한다. 또한, 웨이퍼(W)의 승온을 행하는 동안에, 진공 펌프(246)에 의해 가스 배기관(231)을 통해서 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 값으로 한다. 진공 펌프(246)는, 적어도 후술하는 기판 반출 공정 S160이 종료될 때까지 작동시켜 둔다.
(반응 가스 공급 공정 S130)
이어서, 반응 가스로서, 산소 함유 가스인 O2 가스와 수소 함유 가스인 H2 가스의 공급을 개시한다. 구체적으로는, 밸브(253a 및 253b)를 개방하여, MFC(252a 및 252b)로 유량 제어하면서, 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 개시한다. 이때, O2 가스의 유량을, 예를 들어 20 내지 2000sccm, 바람직하게는 20 내지 1000sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 또한, H2 가스의 유량을, 예를 들어 20 내지 1000sccm, 바람직하게는 20 내지 500sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 보다 적합한 예로서, O2 가스와 H2 가스의 합계 유량을 1000sccm으로 하고, 유량비는 O2/H2≥950/50으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 처리실(201) 내의 압력이, 예를 들어 1 내지 250Pa, 바람직하게는 50 내지 200Pa의 범위 내의 소정 압력, 보다 바람직하게는 약 150Pa이 되도록, APC(242)의 개방도를 조정해서 처리실(201) 내의 배기를 제어한다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 적절하게 배기하면서, 후술하는 플라스마 처리 공정 S140의 종료 시까지 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 계속한다.
(플라스마 처리 공정 S140)
처리실(201) 내의 압력이 안정되면, 공진 코일(212)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 RF 센서(272)를 통해서, 고주파 전력의 인가를 개시한다. 본 실시 형태에서는, 고주파 전원(273)으로부터 공진 코일(212)에 27.12MHz의 고주파 전력을 공급한다. 공진 코일(212)에 공급하는 고주파 전력은, 예를 들어 100 내지 5000W의 범위 내의 소정의 전력이며, 바람직하게는 100 내지 3500W이며, 보다 바람직하게는 약 3500W로 한다. 전력이 100W보다 낮은 경우, 플라스마 방전을 안정적으로 발생시키는 것이 어렵다.
이에 의해, O2 가스 및 H2 가스가 공급되고 있는 플라스마 생성 공간(201a) 내에 고주파 전계가 형성되고, 이러한 전계에 의해, 플라스마 생성 공간의 공진 코일(212)의 전기적 중점에 상당하는 높이 위치에, 가장 높은 플라스마 밀도를 갖는 도넛 형상의 유도 플라스마가 여기된다. 플라스마 상의 O2 가스 및 H2 가스는 해리하여, 산소를 포함하는 산소 라디칼(산소 활성종)이나 산소 이온, 수소를 포함하는 수소 라디칼(수소 활성종)이나 수소 이온 등의 반응종이 생성된다.
상술한 바와 같이, 공진 코일(212)의 전기적 길이가 고주파 전력의 파장과 동일한 경우, 플라스마 생성 공간(201a) 내에는, 공진 코일(212)의 전기적 중점의 근방에서, 처리실 벽이나 기판 적재대와의 용량 결합이 거의 없어, 전기적 포텐셜이 매우 낮은 도넛 형상의 유도 플라스마가 여기된다. 전기적 포텐셜이 매우 낮은 플라스마가 생성되므로, 플라스마 생성 공간(201a)의 벽이나, 서셉터(217) 상에 시스가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 플라스마 중의 이온은 가속되지 않는다.
기판 처리 공간(201b)에서 서셉터(217) 상에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)에는, 유도 플라스마에 의해 생성된 라디칼과 가속되지 않은 상태의 이온이 홈(301) 내에 균일하게 공급된다. 공급된 라디칼 및 이온은 측벽(301a 및 301b)과 균일하게 반응하여, 표면의 실리콘층을 스텝 커버리지가 양호한 실리콘 산화층으로 개질한다.
그 후, 소정의 처리 시간, 예를 들어 10 내지 300초가 경과하면, 고주파 전원(273)으로부터의 전력의 출력을 정지하고, 처리실(201) 내에서의 플라스마 방전을 정지한다. 또한, 밸브(253a 및 253b)를 폐쇄하여, O2 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 정지한다. 이상에 의해, 플라스마 처리 공정 S140이 종료된다.
(진공 배기 공정 S150)
O2 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하면, 가스 배기관(231)을 통해서 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내의 O2 가스나 H2 가스, 이들 가스의 반응에 의해 발생한 배기 가스 등을 처리실(201) 밖으로 배기한다. 그 후, APC(242)의 개방도를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실(웨이퍼(W)의 반출처. 도시하지 않음)과 동일한 압력(예를 들어 100Pa)으로 조정한다.
(기판 반출 공정 S160)
처리실(201) 내가 소정의 압력으로 되면, 서셉터(217)를 웨이퍼(W)의 반송 위치까지 하강시켜, 웨이퍼 밀어올림 핀(266) 상에 웨이퍼(W)를 지지시킨다. 그리고, 게이트 밸브(244)를 개방하여, 웨이퍼 반송 기구를 사용해서 웨이퍼(W)를 처리실(201) 밖으로 반출한다. 이상에 의해, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 공정을 종료한다.
이어서, 도 5 내지 도 7을 사용하여, 제어부(10)에 의한 전처리 레시피(챔버 컨디션 레시피)의 실행 제어에 대해서 설명한다.
우선, 전처리 레시피의 설정에 대해서 설명한다. 도 5에 도시하는 시퀀스 레시피 편집 화면에서, 전처리 레시피를 포함하는 각종 레시피를 지정할 수 있다.
시퀀스 레시피 편집 화면은, 시퀀스 레시피의 명칭을 기입하는 란, 처리 기구(PM)마다 전처리 레시피의 설정을 행하는 영역, 처리 장치마다 아이들 레시피로서의 웜업 레시피, 기판 처리 레시피로서의 프로세스 레시피, 후처리 레시피를 각각 처리 기구(PM)마다 설정하는 영역, 기판 처리 장치의 운용 종별을 선택하는 영역을 각각 포함하는 구성으로 되어 있다.
처리 기구(PM)마다 전처리 레시피의 설정을 행하는 영역에서는, 각각의 처리 기구(PM)마다 목표 온도를 설정하기 위한 전처리 레시피를 설정하는 란이 마련되어 있다. 또한, 프로세스 레시피 앞에 목표 온도를 확인하는 지정을 자동적으로 전체 처리 기구(PM)에 설정하는 란(자동 실행 설정란)이 마련되어, 이 란에 체크가 표시되어 있을 경우, 전체 처리 기구(PM)의 처리실(201)을 구성하는 상측 용기(210)의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지, 전처리 레시피는 계속된다. 또한, 전체 처리 기구(PM)가 목표 온도에 달하면, 전처리 레시피는 종료되도록 구성된다.
도 5에 도시하는 시퀀스 레시피 편집 화면에 있어서, 전처리 레시피의 실행 설정이 있고, 자동 실행 설정이 없을 경우(자동 실행 설정란에 체크가 표시되어 있지 않을 경우), 아이들 레시피 종료 후, 각 처리 기구(PM)에서 전처리 레시피가 실행되고, 실행 지정된 처리 기구(PM)로부터 레시피 완료 보고가 행하여지면, 자동 운전 처리(프로세스 레시피의 실행)가 행하여진다. 이와 같이, 처리 기구(PM1)의 전처리 레시피가 종료되면 다음의 처리(기판 처리)로 이행함으로써 처리실(201)을 구성하는 상측 용기(210)의 온도보다, 스루풋을 우선하는 경우의 적응이 가능하게 된다.
이하, 전처리 레시피로서의 전처리 공정을 구성하는 각 공정을, 도 6a를 사용해서 설명한다. 또한, 전처리 공정은, 더미 기판으로서의 웨이퍼(W)를 서셉터(217) 상에 적재한 상태에서 행할 수도 있지만, 여기에서는 더미 기판을 사용하지 않는 예에 대해서 설명한다.
(진공 배기 공정 S410)
먼저, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201)을 진공 배기하여, 처리실(201)의 압력을 소정의 값으로 한다. 진공 펌프(246)는, 적어도 배기·압력 조절 공정 S440이 종료될 때까지 작동시켜 둔다. 또한, 히터(217b)도 마찬가지로 서셉터(217)를 가열하도록 제어되어 있다.
(방전 가스 공급 공정 S420)
이어서, 방전용 가스로서, 도 4에 도시하는 처리 레시피에서의 반응 가스와 동일하게, O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 구체적인 가스 공급 수순이나, 공급 가스 유량, 처리실(201)의 압력 등의 조건에 대해서는, 도 4에 도시하는 처리 레시피와 마찬가지이다.
또한, 후술하는 플라스마 방전 공정 S430에서의 플라스마 방전을 촉진시키는 등의 목적을 위해서, Ar 가스 등의 다른 가스를 공급해도 되고, O2 가스 및 H2 가스의 적어도 어느 것을 공급하지 않도록 해도 된다. 또한, 공급 가스 유량이나, 처리실(201)의 압력 등의 조건에 대해서 서로 다른 조건을 설정해도 된다. 단, 도 4에 도시하는 처리 레시피에서의 반응 가스와 동일한 방전용 가스를 사용하는 양태는, 상측 용기(210)를 가열하는 것 이외에도, 처리실(201)의 환경을 다음의 처리 레시피의 안정 상태에 접근시키는 효과가 있기 때문에, 바람직한 양태의 하나이다.
(플라스마 방전 공정 S430)
이어서, 공진 코일(212)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 고주파 전력의 인가를 개시한다. 공진 코일(212)에 공급하는 고주파 전력의 크기도 도 4에 도시하는 처리 레시피와 마찬가지이다. 단, 고주파 전력의 크기는, 플라스마 방전을 촉진시키기 위해서 도 4에 도시하는 처리 레시피보다 크게 해도 되고, 또한, 다른 처리 조건에 맞추어, 100 내지 5000W의 범위 내에서 상이하게 해도 된다.
이에 의해, 플라스마 생성 공간(201a) 내의, 특히 공진 코일(212)의 상단, 중점 및 하단의 각각의 높이 위치에 집중적으로 플라스마 방전이 발생한다. 발생한 플라스마 방전은 상측 용기(210)를 내측으로부터 가열한다. 특히, 집중적으로 플라스마 방전이 발생하는 상술한 높이 위치에 대응하는 상측 용기(210)의 부분 및 그 근방은 집중적으로 가열된다.
컨트롤러(221)는, 온도 센서(280)에 의해, 적어도 본 공정 동안에, 상측 용기(210)의 외주면의 온도(플라스마 생성 공간(201a)의 온도)를 측정(모니터)하고 있어, 이 측정 온도가 목표 온도(제1 온도) 이상으로 될 때까지, 공진 코일(212)에의 고주파 전력의 인가를 계속하여, 플라스마 방전을 유지한다. 이 측정 온도가 목표 온도 이상으로 된 것을 검지하면, 컨트롤러(221)는 고주파 전원(273)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지함과 함께, 방전용 가스의 처리실(201)에의 공급을 정지하고, 본 공정을 종료한다.
이와 같이, 온도 센서(280)의 측정 온도가 목표 온도 이상으로 될 때까지 플라스마 방전을 발생시켜, 상측 용기(210) 등을 가열함으로써, 본 공정에 이어지는 도 4에 도시하는 처리 레시피에서 형성되는 막의 두께를 소정의 편차 범위에 수렴시킬 수 있다. 여기서, 목표 온도로서, 미리 도 4에 도시하는 처리 레시피를 연속적으로 실행함으로써 그 때의 안정 온도의 값을 취득해 두는 것이 바람직하다. 요컨대, 그 안정 온도가 목표 온도로서 설정된다.
(배기·압력 조절 공정 S440)
처리실(201)의 가스를 처리실(201) 밖으로 배기한다. 그 후, APC 밸브(242)의 개방도를 조정하여, 처리실(201)의 압력을 진공 반송실과 동일한 압력으로 한다. 이에 의해, 전처리 공정을 종료하고, 계속해서 도 4에 도시하는 로트 처리가 실행된다.
이어서, 역치가 2점(상한값, 하한값)으로 목표 온도에 폭을 부여한 경우의 전처리 레시피의 플로우를 도 6b에 나타낸다. 로트 처리 개시 요구가 있으면, 컨트롤러(221)는, 도 6b에 도시하는 전처리 레시피가 개시되도록 구성되어 있다. 또한, 온도 센서(280)에서의 석영 돔(210)의 온도 검출도 개시된다. 그 후, 적어도 전처리 레시피가 종료될 때까지 온도 검출이 행하여진다.
(전준비 공정 S510)
우선, 플라스마를 생성하기 전의 전준비 공정이 실행된다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 진공 배기 공정 S410 및 방전 가스 공급 공정 S420이 실행된다. 따라서, 상세는 생략한다.
(비교 공정 S520)
온도 센서(280)의 온도(검출 온도)가 목표 온도의 상한값 이하인지 비교된다. 목표 온도의 상한값보다 낮은 온도인 경우, 고주파 전원(273)이 온으로 되어, 고주파 전력을 처리실(201)에 공급하여, 플라스마 처리가 행하여짐(S530)과 함께 다음의 스텝(S550)으로 이행한다. 플라스마 처리의 상세는, 플라스마 방전 공정 S430에서 이미 설명했으므로 상세는 생략한다. 이에 의해, 석영 돔(210)의 온도가 상승한다.
또한, 가령 목표 온도의 상한값을 초과하였으면, 고주파 전원(273)은 오프인 채로, 플라스마 처리를 행하지 않고, 그대로 다음의 스텝(S560)으로 이행된다.
도 6b는 일 실시 형태에 지나지 않으며, 온도 센서(280)의 온도(검출 온도)가 목표 온도의 하한값 이하이면, 고주파 전원(273)이 온으로 되어, 고주파 전력을 처리실(201)에 공급하여, 플라스마 처리가 행하여짐(S530)과 함께 다음의 스텝(S550)으로 이행하고, 목표 온도의 하한값보다 높은 경우는, 고주파 전원(273)을 오프인 채로 다음의 스텝(S560)으로 이행하도록 해도 된다.
(감시 공정 S550)
컨트롤러(221)는 온도 센서(280)의 검출 온도가 목표 온도의 상한값을 초과할 때까지 대기한다.
또한, 플라스마 처리(S530)에 의해 석영 돔(210)의 온도를 상승시키고 있을 경우, 검출 온도가 목표 온도의 상한값에 도달한 시점에서, 고주파 전원(273)을 오프로 하고, 다음의 스텝(S560)으로 이행한다. 또한, 도 6b에 도시되어 있지 않지만, 소정의 시간이 경과해도, 목표 온도의 상한값에 도달하지 않을 경우, 전처리 레시피를 정지하도록 해도 된다.
(온도 유지 공정 S560)
컨트롤러(221)는 검출 온도가 목표 온도의 상하한값의 범위 내를 유지하도록 제어를 행하고, 반송계 컨트롤러(31)에 온도 유지 공정 S560으로 이행한 것을 통지한다.
예를 들어, 플라스마 처리(S530)에 의해, 목표 온도의 상한값에 도달한 경우(S550), 플라스마 처리를 정지(고주파 전원(273)을 오프)한다. 한편, 고주파 전원(273)을 오프로 한 채, 석영 돔(210)의 온도를 저하시켜, 온도 센서(280)의 검출 온도가 목표 온도까지 저하되었을 때, S530에 나타내는 플라스마 처리를 행한다.
본 공정에서는 일정 주기마다 컨트롤러(221)가 검출 온도와 목표 온도의 상하한값의 비교를 행하여, 고주파 전원(273)의 온/오프를 행하고, 플라스마 검출 온도가 목표 온도의 하한값보다도 낮아진 경우, 플라스마 처리(S530)가 행하여지도록 구성되어 있다. 그 후에는 상술한 바와 같이 검출 온도가 목표 온도의 상하한값의 범위 내를 유지하기 위해서, 고주파 전원(273)의 온/오프가 행하여진다.
반송계 컨트롤러(31)는, 접속되어 있는 전체 처리 기구(PM)(PM1 내지 PM4)의 컨트롤러(221)로부터, 온도 유지 공정 S560의 처리로 이행한 통지를 받으면, 전체 처리 기구(PM)(PM1 내지 PM4)의 컨트롤러(221)에, 후처리 공정 S580의 처리로 이행하도록 지시한다. 한편, 전체 처리 기구(PM) 중 1개의 처리 기구(PM)에 대해서, 처리 기구(PM) 내의 석영 돔(210)의 온도가 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되어 있지 않으면, 전처리 레시피는 계속된다. 이 경우, 석영 돔(210)의 온도가 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되어 있는 처리 기구(PM)의 컨트롤러(221)는, 온도 유지 공정(S560)을 계속해서 실행하도록 구성된다. 여기서, 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되어 있는 처리 기구(PM)의 컨트롤러(221)는, 온도 유지 공정(S560)을 계속해서 실행하고, 다른 처리 기구(PM) 내의 석영 돔(210)의 온도가 목표 온도의 상하한값으로 될 때까지 기다리는 것을 간단히 대기한다고 하는 경우가 있다.
(후처리 공정 S580)
컨트롤러(221)는, 반송계 컨트롤러(31)로부터 후처리 공정 S580의 처리로 이행하도록 지시를 받으면 후처리를 행한다. 후처리의 내용은, 도 4에 도시하는 배기·압력 조절 공정 S440에서 이미 설명하였으므로 생략한다. 후처리가 종료됨으로써, 전처리 레시피가 종료된다. 그리고, 컨트롤러(221)는 전처리 레시피가 종료된 것을 반송계 컨트롤러(31)에 통지한다.
반송계 컨트롤러(31)는, 전체 PM(PM1 내지 PM4)의 전처리 레시피가 종료되면 로트 처리에서 처리되는 제품 웨이퍼를 처리실(201)에 반송하고, 그 후, 프로세스 레시피가 실시된다.
여기서, 프로세스 레시피가 개시될 때까지의 시간에 석영 돔(210)의 온도가 저하되고, 목표 온도에서 벗어나지 않도록, 컨트롤러(221)에서 자발적으로 석영 돔(210)의 온도를 감시하여, 자동으로 고주파 전원을 온/오프 제어하여, 방전 플라스마를 발생시켜, 석영 돔(210)의 온도가, 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되도록 일정 주기마다 감시하게 해도 된다.
이와 같이, 도 6b에 도시하는 전처리 레시피에 의하면, 온도 센서(280)의 측정 온도가 목표 온도 이상으로 될 때까지, 혹은 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴될 때까지 플라스마 방전을 발생시켜, 석영 돔(210) 등을 가열함으로써, 본 공정(전처리 레시피의 실행)에 이어지는 도 4에 도시하는 처리 레시피에서 형성되는 막의 두께를 소정의 편차 범위에 수렴시킬 수 있다.
또한, 더미 웨이퍼를 사용하지 않는 도 6에 도시하는 전처리 레시피에 의하면, 수매의 더미 처리를 실행해서 플라스마 처리에 의해 석영 돔 내의 온도를 상승시키고, 그 후 생산 처리하기 때문에, 생산성의 저하 및 더미 웨이퍼를 사용해야 한다는 사용상 불편함을 저감할 수 있다.
도 7에 기판 처리 장치 전체의 전처리 레시피의 흐름을 나타낸다. 도 7에서, 전처리 레시피의 실행 설정이 있고, 자동 실행 설정이 있을 경우, 아이들 레시피 종료 후, 각 처리 기구(PM)에서 목적 온도에 도달할 때까지 전처리 레시피가 실행되고, 실행 지정된 처리 기구(PM)로부터 해당 전처리 레시피 완료 보고가 행하여지면, 자동 운전 처리(프로세스 레시피의 실행)가 행하여진다.
여기서, 아이들 레시피는, 처리 기구(PM)의 상태가 아이들(대기) 상태에서 실행된다. 한편, 프로세스 레시피는, 처리 기구(PM)의 상태가 런(실행) 상태에서 실행된다. 아이들 레시피가 종료 후, 프로세스 레시피가 실행될 때까지, 처리 기구(PM)의 상태는, 대기 상태에서 준비 상태(스탠바이 상태)를 거쳐서 실행 상태로 되기 때문에, 아이들 레시피 종료 후에는 처리 기구(PM)의 처리실(201)의 분위기가 어느 정도 고온 상태이지만, 프로세스 레시피를 실행할 때 처리실(201)의 분위기가 고온 상태인지 불분명했다.
또한, 소정 시간 주기로 아이들 레시피를 실행하도록 하고 있었지만, 플라스마 생성 공간(201a)의 온도는 파악할 수 없었다. 본 실시 형태에서는, 프로세스 레시피 실행 직전에 전처리 레시피를 실행 가능하게 해서, 각 처리 기구(PM)의 플라스마 생성 공간(201a)의 온도를 목표 온도의 상하한값의 범위로 제어하도록 했다. 또한, 본 실시 형태에서는, 처리 기구(PM)의 상태가 런(실행) 상태에서 프로세스 레시피 실행 전에 전처리 레시피를 실행 가능하게 구성되어 있다.
각 처리 기구(PM)에서의 제어는, 상술한 도 6에 도시하는 바와 같다. 여기서, 처리 기구(PM1)를 제어하는 컨트롤러(221)를 PMC1이라고 기재하고, 처리 기구(PM2)는 PMC2, 처리 기구(PM3)는 PMC3, 처리 기구(PM4)는 PMC4라고 기재한다. 이때, 장치 컨트롤러(11)를 OU, 반송계 컨트롤러(31)를 CC라고 기재한다.
오퍼레이터의 조작에 의해 장치 컨트롤러(11), 또는 호스트 컴퓨터 등의 상위 컨트롤러로부터 로트 개시 요구를 수신한 CC는, 각 처리 기구(PM)를 제어하는 컨트롤러(221)에 웜업 레시피 등의 아이들 레시피의 종료를 확인한다. 또한, 아이들 레시피가 실행 중이라면 보류하고, 아이들 레시피 종료 후, 전처리 레시피의 실행 요구를 각 처리 기구(PM)에 요구한다. 도시 예에서는 상측 용기(210)의 온도가 각각 목표 온도보다 낮을 때를 나타낸다.
CC는, 처리실(201)을 구성하는 상측 용기(210)의 온도가 목표 온도에 도달하는 온도 도달 대기가 된다. 각 PMC는, 도 5에서 지정된 레시피명에 따라서 처리를 실시(전처리 레시피를 실행)한다. 또한, 각 처리 기구(PM)는, 전처리 레시피 실행 중에 상측 용기(210)의 온도가 목표 온도에 달하면 CC에 이벤트 보고하고, 해당 스텝을 일시 정지한다.
CC는, 모든 처리 기구(PM) 내의 상측 용기(210)의 온도가 목표 온도에 도달한 온도 도달 이벤트를 수신하면, 각 PMC에 다음의 스텝 처리로 이행할 것을 요구한다. 각 PMC는 전처리를 재개한다. CC는, 모든 PMC로부터 전처리 레시피의 종료 이벤트를 수신하면, 로트 처리를 개시하도록 처리 제어부에 처리 레시피를 실행시킨다.
본 실시 형태에 따르면, 프로세스 레시피가 개시될 때까지의 시간에 석영 돔(210)의 온도가 저하되고, 목표 온도에서 벗어나지 않도록, 컨트롤러(221)에서 자발적으로 석영 돔(210)의 온도를 감시하여, 자동으로 고주파 전원을 온/오프 제어하여, 방전 플라스마를 발생시켜, 석영 돔(210)의 온도가, 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되도록 일정 주기마다 감시하도록 하고 있으므로, 처리 레시피에서 형성되는 막의 두께를 소정의 편차 범위에 수렴시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 전체 처리 기구(PM)에 있어서, 석영 돔(210)의 온도가 목표 온도의 상하한값의 범위 내에 수렴되도록 제어하고 있으므로, 다음의 공정(처리 레시피 실행)에서, 각 처리 기구(PM)에 형성되는 처리실(201)에서 처리되는 기판(W)의 처리 결과에 처리 기구(PM)(처리실(201)의 분위기에 의한 차이가 발생하지 않는다. 따라서, 기판(W)의 처리 결과의 품질을 향상시킬 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
상술한 실시 형태에서는, 플라스마를 사용해서 기판 표면에 대하여 산화 처리나 질화 처리를 행하는 예에 대해서 설명했지만, 이들 처리에 한하지 않고, 플라스마를 사용해서 기판에 대하여 처리를 실시하는 모든 기술에 적용할 수 있다. 예를 들어, 플라스마를 사용해서 행하는 기판 표면에 형성된 막에 대한 개질 처리나 도핑 처리, 산화막의 환원 처리, 당해 막에 대한 에칭 처리, 레지스트의 애싱 처리 등에 적용할 수 있다.
이 출원은, 2017년 9월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2017-179484호를 기초로 해서 우선권의 이익을 주장하는 것이며, 그 개시 모두를 인용에 의해 여기에 도입한다.
본 발명은, 플라스마를 사용해서 기판에 대하여 처리를 실시하는 처리 장치에 적용할 수 있다.
W: 웨이퍼(기판)
10: 제어부
201: 처리실
221: 프로세스 컨트롤러(처리 제어부)

Claims (14)

  1. 처리 가스가 플라스마 여기되는 플라스마 생성 공간과, 상기 플라스마 생성 공간에 연통하는 기판 처리 공간을 구성하는 처리 용기와, 상기 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 배치됨과 함께 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 마련된 코일, 및 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라스마 생성부와, 상기 플라스마 생성 공간에 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 용기의 외측에 마련되어, 상기 처리 용기의 온도를 검출하도록 구성되어 있는 온도 센서와, 기판을 처리하기 위한 처리 레시피의 실행 전에, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 상기 처리 용기의 온도가, 미리 설정되는 상한값 및 하한값에 의해 규정되는 목표 온도의 범위 내에 수렴되도록, 상기 플라스마 생성부 및 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는, 상측 용기와 하측 용기를 구성하고, 상기 온도 센서는, 상기 상측 용기에 마련되도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 처리 레시피 전에 전처리 레시피를 실행하도록 구성되어 있고, 상기 전처리 레시피는, 상기 처리 가스를 플라스마 여기하는 고주파 전력을 상기 코일에 공급하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전처리 레시피는, 상기 기판의 반송을 행하지 않도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가, 상기 목표 온도의 하한값보다도 낮은 경우, 상기 처리 용기의 온도를 상승시키도록 상기 고주파 전력을 상기 코일에 공급하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가, 상기 목표 온도의 상한값보다도 높은 경우, 상기 고주파 전력을 상기 코일에 공급하지 않도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가, 상기 목표 온도의 하한값보다도 낮은 경우, 상기 처리 용기의 온도를 상승시키도록 상기 고주파 전원을 온으로 해서 상기 고주파 전력을 상기 코일에 공급하면서도, 상기 목표 온도의 상한값을 초과한 경우에 상기 고주파 전원을 오프로 하여, 상기 처리 용기의 온도를 저하시키도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도가, 상기 목표 온도의 하한값보다도 높고, 상기 목표 온도의 상한값보다도 낮은 경우, 상기 전처리 레시피를 종료시키도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  9. 제3항에 있어서, 추가로, 상기 처리 용기를 복수 갖고, 상기 제어부는, 상기 처리 용기에 각각 마련된 온도 센서에 의해 검출되는 각각의 온도가, 상기 목표 온도의 하한값보다도 높고, 상기 목표 온도의 상한값보다도 낮은 경우, 상기 전처리 레시피를 종료시키도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 처리 용기에 형성되는 각각의 기판 처리실에 상기 기판을 배분해서 반송하여, 각각 상기 처리 레시피를 실행하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  11. 제3항에 있어서, 추가로, 상기 처리 용기를 복수 갖고, 상기 제어부는, 상기 처리 용기에 각각 마련된 온도 센서 중 적어도 하나의 온도 센서에 의해 검출되는 온도가, 상기 목표 온도의 상한값보다도 높은 경우, 혹은 상기 목표 온도의 하한값보다도 낮은 경우, 상기 전처리 레시피를 계속하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서, 추가로, 상기 제어부는 아이들 레시피를 실행하도록 구성되어 있고, 상기 전처리 레시피는 상기 아이들 레시피 후에 실행되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  13. 처리 가스가 플라스마 여기되는 플라스마 생성 공간과, 해당 플라스마 생성 공간에 연통하는 기판 처리 공간을 갖는 처리 용기의 온도를 검출하는 공정과, 상기 처리 가스를 상기 플라스마 생성 공간에 공급하는 공정과, 상기 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 배치됨과 함께 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 마련된 코일에 고주파 전력을 공급해서 상기 플라스마 생성 공간에 공급된 상기 처리 가스를 플라스마 여기하는 공정을 갖는 전처리 레시피를 실행하는 공정과, 처리 레시피를 실행함으로써, 상기 플라스마 생성 공간을 통해서 상기 기판 처리 공간에 배치된 기판에 상기 처리 가스를 공급하면서, 상기 기판을 처리하는 공정을 갖고, 상기 전처리 레시피를 실행하는 공정에서는, 상기 처리 용기의 온도가 미리 설정되는 상한값 및 하한값에 의해 규정되는 목표 온도의 범위 내에 수렴되도록 제어하는 공정을 더 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 처리 가스가 플라스마 여기되는 플라스마 생성 공간과, 상기 플라스마 생성 공간에 연통하는 기판 처리 공간을 구성하는 처리 용기의 온도를 검출하는 수순과, 상기 처리 가스를 상기 플라스마 생성 공간에 공급하는 수순과, 상기 플라스마 생성 공간을 둘러싸도록 배치됨과 함께 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 마련된 코일에 고주파 전력을 공급해서 상기 플라스마 생성 공간에 공급된 상기 처리 가스를 플라스마 여기하는 수순과, 상기 처리 용기의 온도가 미리 설정되는 상한값 및 하한값에 의해 규정되는 목표 온도의 범위 내에 수렴되도록 하는 수순을 갖는 전처리 레시피를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램.
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