KR20210018147A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축하여, 생산성을 향상시킨다.
(a) 처리 용기 내의 기판에 대하여 제1 처리 가스를 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 공정과, (b) 처리 용기 내에 기판이 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 상기 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막을 형성하는 공정과, (c) 처리 용기 내에 기판이 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 형성한 제1 프리코팅 막 상에, 상기 막과 재질이 동일한 상기 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막을 형성하는 공정을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 처리하는 공정이 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2011/111498호 팸플릿
본 개시는, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축하여, 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 기판에 대하여 제1 처리 가스를 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정과,
(b) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 상기 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막을 형성하는 공정과,
(c) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 형성한 상기 제1 프리코팅 막 상에, 상기 막과 재질이 동일한 상기 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막을 형성하는 공정
을 행하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축하여, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 양태에서의 기판 처리 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 양태에서의 성막에서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 6의 (A)는 비교예에 따른 프리코팅 후의 반응관의 내벽을 도시하는 단면 모식도이며, 도 6의 (B)는 본 실시예에 따른 프리코팅 후의 반응관의 내벽을 도시하는 단면 모식도이다.
도 7은 비교예에 따른 프리코팅 막을 형성했을 때의 프리코팅 시간과, 본 실시예에 따른 프리코팅 막을 형성했을 때의 프리코팅 시간을 비교해서 도시하는 도면이다.
도 8의 (A)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP(상부), CEN(중앙부), BTM(하부) 각각에 배치된 기판 상에 형성된 막의 막 두께를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (B)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 기판 상에 형성된 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (C)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 기판 상에 형성된 막에 부착된 파티클수를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (D)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 기판 상에 형성된 막의 굴절률을, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (E)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, 기판 상에 형성된 막의 조성비를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (F)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, 기판 상에 형성된 막의 습식 에칭 레이트를 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다.
<본 개시의 일 양태>
이하, 본 개시의 일 양태에 대해서, 주로, 도 1 내지 도 5를 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는, 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원상으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스강(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 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 마찬가지로 수직으로 거치되어 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 공급부, 제2 공급부로서의 노즐(249a, 249b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b)을 각각, 제1 노즐, 제2 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a, 249b)은 각각, 석영 또는 SiC 등의 비금속 재료인 내열성 재료에 의해 구성되어 있다. 노즐(249a, 249b)은 각각, 복수 종의 가스의 공급에 사용되는 공용 노즐로서 구성되어 있다.
노즐(249a, 249b)에는, 제1 배관, 제2 배관으로서의 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)은 각각, 복수 종의 가스의 공급에 사용되는 공용 배관으로서 구성되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)에는, 가스류의 상류측부터 이 순으로 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, 232h)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c, 232e, 232h)에는, 가스류의 상류측부터 이 순으로 MFC(241c, 241e, 241h), 밸브(243c, 243e, 243h)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d, 232f, 232g, 232i)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232d, 232f, 232g, 232i)에는, 가스류의 상류측부터 이 순으로 MFC(241d, 241f, 241g, 241i), 밸브(243d, 243f, 243g, 243i)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232i)은, 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 포함하는 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232i)의 소재(재질)는, Fe, Ni 및 크롬(Cr)을 포함하고 있어도 되고, Fe, Ni, Cr 및 몰리브덴(Mo)을 포함하고 있어도 된다. 즉, 가스 공급관(232a 내지 232i)의 소재로서는, SUS 외에, 예를 들어 Ni에 Fe, Mo, 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. 또한, 상술한 매니폴드(209)의 소재나, 후술하는 시일 캡(219), 회전축(255), 배기관(231)의 소재도, 가스 공급관(232a 내지 232i)과 마찬가지의 소재로 할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a, 249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향해서 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 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 각각이, 평면으로 보아 웨이퍼(200)의 중심을 향해서 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 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 가스로서, 예를 들어 막을 구성하는 주 원소(소정 원소)로서의 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 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, 할로겐 원소를 포함하는 실란이다. 할로겐 원소에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등이 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, 상술한 처리 조건 하에서 그 단독으로 고체가 되는 원소(Si)를 포함하는 가스, 즉, 상술한 처리 조건 하에서 그 단독으로 막을 퇴적시킬 수 있는 가스이다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 반응 가스로서, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스는, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 반응 가스로서, 탄소(C) 함유 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 가스 공급관(232a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. C 함유 가스는, C 소스로서 작용한다. C 함유 가스로서는, 예를 들어 탄화수소계 가스인 프로필렌(C3H6) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d)으로부터는, 반응 가스로서, 질소(N) 및 수소(H) 함유 가스가, MFC(241d), 밸브(243d), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 및 H 함유 가스는, N 소스로서 작용한다. N 및 H 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232e, 232f)으로부터는, 클리닝 가스가, 각각 MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 클리닝 가스는, 후술하는 챔버 클리닝, 제1 노즐 클리닝 및 제2 노즐 클리닝 각각에 있어서, 클리닝 가스로서 작용한다. 클리닝 가스로서는, 예를 들어 불소(F2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232g)으로부터는, 첨가 가스로서, 산화질소계 가스가, MFC(241g), 밸브(243g), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 산화질소계 가스는, 그 단체로는 클리닝 작용을 발휘하지 않지만, 후술하는 챔버 클리닝에 있어서 클리닝 가스와 반응함으로써, 예를 들어 불소 라디칼이나 할로겐화니트로실 화합물 등의 활성종을 생성하여, 클리닝 가스의 클리닝 작용을 향상시키도록 작용한다. 산화질소계 가스로서는, 예를 들어 일산화질소(NO) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232h, 232i)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241h, 241i), 밸브(243h, 243i), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)에 의해, 원료 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)에 의해, O 함유 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c), 가스 공급관(232a), 노즐(249a)에 의해, C 함유 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)에 의해, N 및 H 함유 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232e, 232f), MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f)에 의해, 클리닝 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 클리닝 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 주로, 가스 공급관(232g), MFC(241g), 밸브(243g), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)에 의해, 첨가 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232h, 232i), MFC(241h, 241i), 밸브(243h, 243i), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243i)나 MFC(241a 내지 241i) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232i) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232i) 내로의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243i)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241i)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 공급 시스템(248)은, 일체형, 혹은 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232i) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽 하부로부터 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 개재하여, 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 포함해서 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 구성되고, 원반상으로 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, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 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) 내외로 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, 원반상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 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)에의 통전 정도를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 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 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 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 성막 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피나, 후술하는 프리코팅 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프리코팅 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 성막 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 클리닝 레시피는, 후술하는 클리닝 처리에서의 각 수순을, 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 프리코팅 레시피는, 후술하는 프리코팅 처리에서의 각 수순을, 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피, 프리코팅 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 및 프리코팅 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에 있어서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241i), 밸브(243a 내지 243i), 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 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241i)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243i)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 매체라는 말을 사용한 경우에는, 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 사용해서 행해도 된다.
(2) 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 성막 시퀀스를 포함하는 일련의 처리 시퀀스 예에 대해서, 주로 도 4, 도 5를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 일련의 처리 시퀀스는,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 처리 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 막으로서 산탄질화막인 SiOCN막을 형성하는 공정과,
처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 퇴적된 퇴적물을 제거하는 공정과,
처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하여, 처리 용기 내에, 웨이퍼(200) 상에 형성된 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막으로서 산질화막인 SiON막을 형성하는 공정과,
처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 형성한 SiON막 상에, 웨이퍼(200) 상에 형성된 막과 재질이 동일한, 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막으로서 산탄질화막인 SiOCN막을 형성하는 공정
을 갖는다.
본 양태에서는, 제1 처리 가스로서, Si 소스인 HCDS 가스, C 소스인 C3H6 가스, O 소스인 O2 가스, N 소스인 NH3 가스를 사용한다. 또한, 제2 처리 가스로서, Si 소스인 HCDS 가스, O 소스인 O2 가스, N 소스인 NH3 가스를 사용한다. 또한, 제3 처리 가스로서, Si 소스인 HCDS 가스, C 소스인 C3H6 가스, O 소스인 O2 가스, N 소스인 NH3 가스를 사용한다.
본 양태에서의 성막 처리에서는, 도 5에 가스 공급 시퀀스를 나타내는 바와 같이,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 스텝 1과,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 C3H6 가스를 공급하는 스텝 2와,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급하는 스텝 3과,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝 4
를, 이 순으로 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성한다.
본 명세서에서는, 도 5에 도시하는 가스 공급 시퀀스, 즉, 성막 시퀀스를, 편의상 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 다른 양태의 설명에서도 마찬가지의 표기를 사용하는 것으로 한다.
(HCDS→C3H6→O2→NH3)×n ⇒ SiOCN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
이하, 도 4에 도시하는 일련의 처리 시퀀스에 대해서 상세하게 설명한다.
<성막 처리>
우선, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 성막 처리를 행한다. 이하, 성막 처리의 일련의 동작에 대해서 설명한다.
(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 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(성막 압력)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도(성막 온도)로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 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 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막)
그 후, 다음의 스텝 1 내지 4를 순차 실행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급). 구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다. 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 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 공급관마다): 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
이 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 마찬가지이다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에 제1 층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에의, HCDS의 물리 흡착이나 화학 흡착, HCDS의 일부가 분해한 물질(이하, SixCly)의 화학 흡착, HCDS의 열분해에 의한 Si의 퇴적 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 SixCly의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층이어도 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히 Si 함유층이라고도 칭한다.
제1 층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫아, 처리실(201) 내로의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지). 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
원료 가스로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(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.
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리 용기 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층에 대하여 C3H6 가스를 공급한다(C3H6 가스 공급). 구체적으로는, 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 C3H6 가스를 흘린다. C3H6 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 C3H6 가스가 공급된다. 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
C3H6 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
C3H6 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 6000Pa, 바람직하게는 1 내지 5000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 C3H6 가스를 공급함으로써, 제1 층 상에 C 함유층이 형성됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 C를 포함하는 제2 층이 형성된다.
제2 층이 형성된 후, 밸브(243c)를 닫아, 처리실(201) 내로의 C3H6 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
반응 가스(C 함유 가스)로서는, C3H6 가스 외에, 아세틸렌(C2H2) 가스나 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
[스텝 3]
스텝 2가 종료된 후, 처리 용기 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층에 대하여 O2 가스를 공급한다(O2 가스 공급). 구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스가 공급된다. 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
O2 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 제2 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si, O 및 C를 포함하는 제3 층, 즉, 실리콘 산탄화층(SiOC층)이 형성된다. 제3 층을 형성할 때, 제2 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, O2 가스에 의한 제2 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제3 층은, 제1 층이나 제2 층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제3 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫아, 처리실(201) 내로의 O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
반응 가스(O 함유 가스)로서는, O2 가스 외에, 예를 들어 오존(O3) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화질소(NO) 가스, 아산화질소(N2O) 가스 등을 사용할 수 있다.
[스텝 4]
스텝 3이 종료된 후, 처리 용기 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제3 층에 대하여 NH3 가스를 공급한다(NH3 가스 공급). 구체적으로는, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d) 내에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(241d)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다. 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
NH3 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제3 층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제3 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si, O, C 및 N을 포함하는 제4 층, 즉, 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)이 형성된다. 제4 층을 형성할 때, 제3 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제3 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제4 층은, 제3 층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제4 층이 형성된 후, 밸브(243d)를 닫아, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
반응 가스(N 및 H 함유 가스)로서는, NH3 가스 외에, 예를 들어 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스를 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
상술한 스텝 1 내지 4를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 Si, O, C 및 N을 함유하는 막인 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막이 종료된 후, 노즐(249a, 249b) 각각으로부터 퍼지 가스로서 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 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, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
<클리닝 처리>
상술한 성막 처리를 행하면, 처리 용기 내, 즉, 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 외표면, 노즐(249a, 249b)의 내표면, 매니폴드(209)의 내표면, 보트(217)의 표면, 시일 캡(219)의 상면 등의 처리 용기 내의 부재의 표면에, SiOCN막 등의 박막을 포함하는 퇴적물이 부착되어 누적된다. 퇴적물의 양, 즉, 누적 막 두께가 너무 두꺼워지면, 퇴적물의 박리 등이 생겨서, 파티클의 발생량이 급격하게 증가하는 경우가 있다. 그래서, 누적 막 두께(퇴적물의 양)가, 퇴적물에 박리나 낙하가 생기기 전의 소정의 두께(소정의 양)에 달하기 전에, 처리 용기 내에 퇴적된 퇴적물을 제거하는 클리닝 처리를 행한다. 이하, 클리닝 처리의 일련의 동작에 대해서 설명한다.
(빈 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 올려져서 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내의 빈 보트(217)의 반입이 종료된 후, 처리실(201) 내가 원하는 압력(챔버 클리닝 압력)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도(챔버 클리닝 온도)로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내(처리 용기 내)의 부재의 표면, 즉, 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등도, 챔버 클리닝 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, 적어도 후술하는 노즐 클리닝이 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 또한, 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(챔버 클리닝)
처리실(201) 내의 압력, 온도가 각각 안정된 후, 처리실(201) 내에 F2 가스 및 NO 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내를 클리닝한다. 구체적으로는, 밸브(243e, 243g)를 개방하여, 가스 공급관(232e) 내에 F2 가스를, 가스 공급관(232g) 내에 NO 가스를 각각 흘린다. F2 가스, NO 가스는, 각각 MFC(241e, 241g)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
F2 가스 공급 유량: 0.5 내지 10slm
NO 가스 공급 유량: 0.5 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 60분, 바람직하게는 10 내지 20분
처리 온도(챔버 클리닝 온도): 100 내지 350℃, 바람직하게는 200 내지 300℃
처리 압력(챔버 클리닝 압력): 1333 내지 53329Pa, 바람직하게는 9000 내지 16665Pa
이 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 가능하게 된다. 이 반응에 의해, 처리실(201) 내에서, 예를 들어 불소 라디칼(F*)이나 불화니트로실(FNO) 등의 활성종(이하, 이들을 총칭해서 FNO 등이라고도 칭함)을 생성하는 것이 가능하게 된다. 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 부재의 표면, 예를 들어 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등에 접촉한다. 이때, 열화학 반응(에칭 반응)에 의해, 처리실(201) 내의 부재 표면의 부착물을 제거하는 것이 가능하게 된다. FNO 등은, F2 가스에 의한 에칭 반응을 촉진시켜, 부착물의 에칭 레이트를 증대시키도록, 즉, 에칭을 어시스트하도록 작용한다.
소정의 시간이 경과하여, 처리실(201) 내의 클리닝이 완료된 후, 밸브(243e, 243g)를 닫아, 처리실(201) 내로의 F2 가스, NO 가스의 공급을 각각 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지). 이때, 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
클리닝 가스로서는, F2 가스 외에, 불화수소(HF) 가스, 불화질소(NF3) 가스, 불화염소(ClF3) 가스, 혹은 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 노즐 클리닝에서도 마찬가지이다.
첨가 가스로서는, NO 가스 외에, 수소(H2) 가스, O2 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 이소프로필알코올((CH3)2CHOH, 약칭: IPA) 가스, 메탄올(CH3OH) 가스, 수증기(H2O 가스), HF 가스, 혹은 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
또한, 첨가 가스로서 HF 가스를 사용하는 경우에는, 클리닝 가스로서, F2 가스, ClF3 가스, NF3 가스, 혹은 이들의 혼합 가스의 어느 것의 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 클리닝 가스로서 HF 가스를, 첨가 가스로서 IPA 가스, 메탄올 가스, H2O 가스, 혹은 이들의 혼합 가스의 어느 것의 가스를 사용하는 경우에는, 상술한 처리 온도를, 예를 들어 30 내지 300℃, 바람직하게는 50 내지 200℃의 범위 내의 소정의 온도로 하는 것이 바람직하다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지이다.
(압력 조정 및 온도 조정)
챔버 클리닝이 종료된 후, 처리실(201) 내가 원하는 압력(노즐 클리닝 압력)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 또한, 노즐(249a, 249b) 내가 원하는 온도(노즐 클리닝 온도)로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다.
(제1 노즐 클리닝)
처리실(201) 내의 압력, 노즐(249a, 249b) 내의 온도가 각각 안정된 후, 노즐(249a) 내에 F2 가스를 공급함으로써, 노즐(249a) 내를 클리닝한다. 구체적으로는, 밸브(243e)를 개방하여, 가스 공급관(232e) 내에 F2 가스를 흘린다. F2 가스는, MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a)을 통해서 노즐(249a) 내에 공급되어, 처리실(201) 내에 흘러서, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
F2 가스 공급 유량: 0.5 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 60분, 바람직하게는 10 내지 20분
처리 온도(노즐 클리닝 온도): 400 내지 500℃, 바람직하게는 400 내지 450℃
처리 압력(노즐 클리닝 압력): 1333 내지 40000Pa, 바람직하게는 6666 내지 16665Pa
이 예시된다.
상술한 처리 조건 하에서 F2 가스를 노즐(249a) 내에 공급함으로써, 열화학 반응에 의해, 노즐(249a) 내의 부착물을 제거하는 것이 가능하게 된다. 소정의 시간이 경과하여, 노즐(249a) 내의 클리닝이 완료된 후, 밸브(243e)를 닫아, 노즐(249a) 내로의 F2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 상술한 챔버 클리닝에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내를 퍼지한다(퍼지).
(제2 노즐 클리닝)
노즐(249a) 내의 클리닝이 종료된 후, 가스 공급관(232b) 내에 F2 가스를 공급함으로써, 노즐(249b) 내를 클리닝한다. 구체적으로는, 밸브(243f)를 개방하여, 가스 공급관(232f) 내에 F2 가스를 흘린다. F2 가스는, MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b)을 통해서 노즐(249b) 내에 공급되어, 처리실(201) 내에 흘러서, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243h, 243i)를 개방하여, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건은, 상술한 제1 노즐 클리닝에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 처리 조건 하에서 F2 가스를 노즐(249b) 내에 공급함으로써, 열화학 반응에 의해, 노즐(249b) 내의 부착물을 제거하는 것이 가능하게 된다. 소정의 시간이 경과하여, 노즐(249b) 내의 클리닝이 완료된 후, 밸브(243f)를 닫아, 노즐(249b) 내로의 F2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 상술한 챔버 클리닝에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내를 퍼지한다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다(불활성 가스 치환).
이상의 일련의 동작에 의해, 클리닝 처리가 완료된다.
<프리코팅 처리>
클리닝 처리가 종료된 후, 보트 언로드를 행하기 전에, 즉, 처리 용기 내에 빈 보트를 반입한 채의 상태에서, 처리 용기 내, 즉, 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 외표면, 노즐(249a, 249b)의 내표면, 매니폴드(209)의 내표면, 보트(217)의 표면, 시일 캡(219)의 상면 등의 처리 용기 내의 부재의 표면에 대하여 프리코팅 처리를 행한다.
여기서, 클리닝 처리 후에, 처리 용기 내에 대하여, 프리코팅 처리를 행하지 않고 성막 처리를 행하면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 목표 막 두께보다도 얇아져버리는 막 두께 드롭 현상이 생겨버리는 경우가 있다. 이것은, 클리닝 처리 후의 처리 용기 내의 상태가, 성막 처리를 반복해서 행하는 경우에 있어서의 처리 용기 내의 상태와 달라, 성막 처리를 행할 때 처리 가스가 처리 용기 내의 부재의 표면에서 소비되어버려 웨이퍼(200)의 표면에 공급되는 처리 가스의 양이 부족해져버리는 것이 하나의 원인이라고 생각할 수 있다. 클리닝 처리 후, 성막 처리를 행하기 전에, 프리코팅 처리를 행함으로써, 막 두께 드롭 현상의 발생을 억제할 수 있어, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 안정화시키는 것이 가능하게 된다. 이하, 프리코팅 처리의 일련의 동작에 대해서 설명한다.
(제1 프리코팅)
처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 대하여 상술한 성막에서의 스텝 1, 스텝 3 및 스텝 4와 마찬가지의 스텝을, 이 순으로 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(x회, x는 1 이상의 정수) 행한다. 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 각 가스를, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 대신에 처리 용기 내에 대하여 공급하는 것 이외는, 상술한 성막에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 한다. 이에 의해, 처리 용기 내에, 즉, 처리 용기 내의 부재의 표면에, 제1 프리코팅 막으로서, Si, O 및 N을 함유하는 막, 즉, 실리콘 산질화막(SiON막)이 형성된다. 제1 프리코팅에서는, 처리 용기 내에, 제1 두께의 SiON막을 형성한다. 제1 프리코팅 막(SiON막)의 두께(제1 두께)는, 예를 들어 150Å 이상 350Å 이하, 바람직하게는 200Å 이상 300Å 이하의 범위 내의 두께로 하는 것이 바람직하다.
제1 프리코팅 막(SiON막)은 C 비함유막이며, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막(SiOCN막)과는 재질, 즉, 분자 구조가 다르다. 또한, 제1 프리코팅 막(SiON막)은, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막(SiOCN막)에 포함되는 원소(Si, O, C, N) 이외의 원소 비함유이다.
(제2 프리코팅)
제1 프리코팅에 의해, 처리 용기 내에, 즉, 처리 용기 내의 부재의 표면에, 제1 두께의 SiON막을 형성한 후, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태에서, 처리 용기 내에 대하여 상술한 성막에서의 스텝 1 내지 스텝 4와 마찬가지의 스텝을, 이 순으로 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(y회, y는 1 이상의 정수) 행한다. 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 각 가스를, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 대신에 처리 용기 내에 대하여 공급하는 것 이외는, 상술한 성막에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 한다. 이에 의해, 처리 용기 내에, 즉, 처리 용기 내의 부재의 표면에 형성된 제1 프리코팅 막(SiON막) 상에 제2 프리코팅 막으로서, Si, O, C 및 N을 함유하는 막인 SiOCN막이 형성된다. 제2 프리코팅에서는, 처리 용기 내에 형성된 SiON막 상에, SiON막의 두께(제1 두께)보다도 얇은 제2 두께의 SiOCN막을 형성한다.
제2 프리코팅 막(SiOCN막)은 C 함유막이며, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막(SiOCN막)과 재질이 동일하다. 즉, 제2 프리코팅 막(SiOCN막)은, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막(SiOCN막)에 포함되는 원소(Si, O, C, N) 이외의 원소 비함유이다.
즉, 제1 프리코팅 막(SiON막) 및 제2 프리코팅 막(SiOCN막)은, 모두 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막(SiOCN막)에 포함되는 원소 이외의 원소 비함유이다. 이에 의해, 성막 처리에서의 처리 가스를, 각각의 프리코팅에 있어서 사용할 수 있어, 프리코팅을 행하기 위한 가스 공급계의 추가가 불필요해서, 기판 처리 장치의 비용 절감이 가능하게 된다. 이하, 제1 프리코팅 막 상에 제2 프리코팅 막이 적층되어 이루어지는 막을, 프리코팅 막이라고도 칭한다.
프리코팅 막의 최표면이 되는 제2 프리코팅 막의 재질은, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 재질과 동일하게 할 필요가 있다. 이것은, 프리코팅 후에, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 장입하여, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성할 때, 처리 용기 내에 형성된 프리코팅 막의 최표면이 SiON막일 경우, 웨이퍼(200) 상에의 SiOCN막 형성 시에, 프리코팅 막이, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막에 도입되는 C를 흡수하는 경우가 있어, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 조성에 변동이 생겨버리는 경우가 있기 때문이다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 조성을 안정화시키기 위해서는, 프리코팅 막의 최표면이 되는 제2 프리코팅 막을, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막과 재질이 동일한 막에 의해 구성할 필요가 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 제2 프리코팅 막을, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막과 조성(특히 C 농도)이 동일한 막에 의해 구성하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 조성(특히 C 농도)을 보다 안정화시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제2 프리코팅 막(SiOCN막)의 두께(제2 두께)는, 제2 프리코팅 막이 핀 홀 프리가 되는 두께로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제2 두께는, 25Å 초과이며, 예를 들어 25Å 초과 150Å 이하, 바람직하게는 30Å 이상 100Å 이하, 보다 바람직하게는 30Å 이상 50Å 이하의 범위 내의 두께로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 프리코팅에서의 Si 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서, 및 제2 프리코팅에서의 Si 소스, C 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서를, 성막에서의 Si 소스, C 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서와 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 처리 용기 내의 표면에 형성되는 프리코팅 막의 조성을, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 조성에 근접시킬 수 있어, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 C 농도, 즉, 막 조성을 보다 안정화시키는 것이 가능하게 된다.
제1 프리코팅 및 제2 프리코팅이 종료된 후, 상술한 챔버 클리닝에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내를 퍼지한다. 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다.
이상의 일련의 동작에 의해, 프리코팅 처리가 완료된다. 상술한 프리코팅 처리에 의해, 성막 시에 막 두께 드롭 현상이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 프리코팅 처리에 의해, 다음의 성막 처리 전의 처리 용기 내의 환경, 상태를 정돈하는 것이 가능하게 된다.
(빈 보트 언로드)
프리코팅 처리가 종료된 후, 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). 보트 언로드의 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈).
(3) 본 양태에 의한 효과
본 양태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하는 기판 처리 장치(이하, 장치라고도 칭함)의 처리 용기 내에, 제1 프리코팅 막으로서 SiON막을 형성하고, 그 위에 제2 프리코팅 막으로서 SiOCN막을 형성하여, 이렇게 2단계로 프리코팅 막을 형성함으로써, 프리코팅 시간을 단축시킬 수 있어, 장치의 다운 타임을 단축시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 장치의 가동률을 높여서, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
왜냐하면, 상술한 SiOCN막은, 다원계 막이기 때문에, 성막 시간이 길어지는 경향이 있다. 예를 들어, SiN막 등의 2원계 막의 성막이라면, 1사이클당 공정은, Si 소스를 공급하는 공정, N 소스를 공급하는 공정의 2공정인 것에 반해, SiOCN막 등의 4원계 막의 성막에서는, 1사이클당 공정은, Si 소스를 공급하는 공정, C 소스를 공급하는 공정, O 소스를 공급하는 공정, N 소스를 공급하는 공정의 4공정이 되어, 4원계 막쪽이, 2원계 막보다도, 1사이클당 공정이 2공정 많은 만큼, 성막 시간이 길어진다. 특히, SiOCN막을 형성할 때의 C 소스의 공급 시간(본 양태에서는 C3H6 가스의 공급 시간)은, 다른 처리 가스의 공급 시간보다도 길어지는 경향이 있다. 이 C 소스의 공급 시간은, 웨이퍼 상에 형성하는 SiOCN막의 막 두께가, 예를 들어 50 내지 80Å과 같이 비교적 얇은 경우에는, 실질적인 스루풋에 크게 영향을 미치지 않는다. 그러나, 이 경우에도, 프리코팅 막의 막 두께를, 예를 들어 200Å 이상 400Å 이하, 바람직하게는 250Å 이상 350Å 이하의 범위 내의 두께로 할 필요가 생기는 경우가 있어, 이 경우에 있어서는, C 소스의 공급 시간이 프리코팅 시간에 크게 영향을 미치고, 이것이 기판 처리 장치의 다운 타임을 증가시키는 원인이 된다. 또한, 프리코팅 막의 두께를 상술한 범위 내의 두께 미만으로 하면, 막 두께 드롭 현상이나 파티클이 발생해버리는 경우가 있다. 막 두께 드롭 현상 및 파티클의 발생 양쪽을 방지하기 위해서는 적어도 200 내지 400Å 정도, 바람직하게는 250 내지 350Å 정도의 두께의 프리코팅 막의 형성이 필요해지는 경우가 있다.
이에 반해 본 양태에서는, 막 두께 드롭 현상 및 파티클의 발생을 억제하기 위해서, 처리 용기 내에 예를 들어 총 200 내지 400Å 정도, 바람직하게는 250 내지 350Å 정도의 두께의 프리코팅 막을 형성한다. 그리고, 그 때, 처리 용기 내에 제1 프리코팅 막으로서 SiON막을 형성하고, 그 위에 제2 프리코팅 막으로서 SiOCN막을 형성하여, 이렇게 2단계로 총 200 내지 400Å 정도, 바람직하게는 250 내지 350Å 정도의 두께의 프리코팅 막을 형성한다. 이와 같이, 프리코팅 막을 2단계로 형성하고, 제1 프리코팅 막으로서, C 비함유막인 SiON막을 형성함으로써, 제1 프리코팅 막을 형성하는 공정에서, 공급 시간이 길어지는 경향이 있는 C 소스를 공급하는 공정을 생략할 수 있어, 그만큼, 성막 레이트를 높이고, 프리코팅 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
여기서, 제1 프리코팅 막으로서 SiN막을 형성하는 것도 생각할 수 있지만, SiN막의 막 스트레스는, SiON막의 막 스트레스보다도 크고, SiON막의 막 스트레스는, SiOCN막의 막 스트레스보다도 크다. 즉, SiN막은, SiON막, SiOCN막과 비교해서 막 스트레스가 크고, 그 때문에, 막에 크랙이 발생해서 박리되기 쉬워, 파티클이 발생하기 쉽다. 그래서, 막 스트레스가, SiN막의 막 스트레스보다도 작고, SiOCN막의 막 스트레스에 가까운 SiON막을, 제1 프리코팅 막으로서 사용함으로써, 프리코팅 막에의 크랙의 발생, 프리코팅 막의 박리를 억제하면서, 프리코팅 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
또한 본 양태에서는, 비교적 높은 성막 레이트로 형성 가능한 제1 프리코팅 막의 두께(제1 두께)를, 비교적 낮은 성막 레이트로 형성하게 되는 제2 프리코팅 막의 두께(제2 두께)보다도 두껍게 함으로써, 바꿔 말하면, 비교적 낮은 성막 레이트로 형성하게 되는 제2 프리코팅 막의 두께(제2 두께)를, 비교적 높은 성막 레이트로 형성 가능한 제1 프리코팅 막의 두께(제1 두께)보다도 얇게 함으로써, 프리코팅 시간을 더욱 단축시킬 수 있어, 장치의 다운 타임을 더욱 단축시키는 것이 가능하게 된다.
(b) 제2 프리코팅 막의 두께(제2 두께)를, 제2 프리코팅 막이 핀 홀 프리가 되는 두께인 25Å 초과의 두께로 함으로써, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막의 C 농도, 즉, 막 조성에 변동이 생겨버리는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 성막 처리의 질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
여기서, 제2 프리코팅 막(SiOCN막)의 두께가 너무 얇으면, 구체적으로는, 제2 프리코팅 막의 두께가 25Å 이하로 되면, 제2 프리코팅 막에 핀 홀이 발생하는 경우가 있다. 제2 프리코팅 막에 핀 홀이 발생한 상태에서, 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하는 처리를 행하면, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막의 조성이, 제2 프리코팅 막의 하지인 제1 프리코팅 막(SiON막)의 영향을 받아버리는 경우가 있다. 구체적으로는, 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성할 때, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막에 원래 도입되어야 할 C가, 제2 프리코팅 막의 핀 홀을 통해서(투과해서), 제1 프리코팅 막에 도달하여, 제1 프리코팅 막에 흡수되어버리는 경우가 있다. 이 경우, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막의 C 농도가 저하되어버린다.
또한, 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하는 처리를 반복하면, 제2 프리코팅 막 상에 더욱 SiOCN막이 퇴적되어 가므로, 제2 프리코팅 막의 핀 홀에 의한 영향은 점차 저감하게 된다. 그러나, 이것은, 제1 프리코팅 막에 의한 C 흡수 정도가, 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하는 처리를 반복할 때마다 변화하는 것을 의미하고, 이에 의해, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막의 C 농도, 즉, 막 조성에 변동이 생겨버리게 된다.
제2 프리코팅 막의 두께를, 제2 프리코팅 막이 핀 홀 프리가 되는 두께로 함으로써, 즉, 제2 프리코팅 막의 두께를, 25Å을 초과하는 두께로 함으로써, 이 과제를 해소하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제2 프리코팅 막의 두께를 30Å 이상으로 함으로써, 그 과제를 해소하는 것이 확실하게 가능하게 된다.
(c) 제2 프리코팅 막의 두께(제2 두께)를 150Å 이하로 함으로써, 실용적인 프리코팅 시간 단축 효과를 확보할 수 있어, 실용적인 다운 타임 단축 효과를 얻는 것이 가능하게 된다. 제2 프리코팅 막의 두께를 너무 두껍게 하면, 구체적으로는, 제2 프리코팅 막의 두께를 150Å 초과로 하면, 프리코팅 시간 단축 효과가 낮아지는 경우가 있어, 다운 타임 단축 효과가 저하되는 경우가 있다. 제2 프리코팅 막의 두께를 150Å 이하로 함으로써, 그 과제를 해소하는 것이 가능하게 된다. 제2 프리코팅 막의 두께를 100Å 이하로 함으로써, 그 과제를 해소하는 것이 확실하게 가능하게 된다. 제2 프리코팅 막의 두께를 50Å 이하로 함으로써, 그 과제를 해소하는 것이 보다 확실하게 가능하게 된다. 또한, 이들은, 예를 들어 총 200 내지 400Å 정도, 바람직하게는 250 내지 350Å 정도의 두께의 프리코팅 막을 형성하는 경우에, 특히 유효해진다.
(d) 제1 프리코팅 막(SiON막) 및 제2 프리코팅 막(SiOCN막)을 모두 웨이퍼 상에 형성되는 막(SiOCN막)에 포함되는 원소 이외의 원소 비함유로 함으로써, 성막 처리에서의 처리 가스를, 각각의 프리코팅에 있어서 사용할 수 있어, 프리코팅을 행하기 위한 가스 공급계의 추가가 불필요하게 되어, 장치의 비용 절감이 가능하게 된다.
(e) 제1 프리코팅에서의 Si 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서, 및 제2 프리코팅에서의 Si 소스, C 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서를, 성막에서의 Si 소스, C 소스, O 소스 및 N 소스의 공급 순서와 동등하게 함으로써, 처리 용기 내에 형성되는 프리코팅 막의 조성을, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 조성에 근접시킬 수 있어, 웨이퍼 상에 형성되는 SiOCN막의 C 농도, 즉, 막 조성을 보다 안정화시킬 수 있다.
(f) 클리닝 처리를 행한 후에, 프리코팅 처리를 행하고, 프리코팅 처리를 행한 후에, 성막 처리를 행함으로써, 성막 전의 처리 용기 내의 환경, 상황을 정돈하는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리 용기 내에서의 파티클의 발생이나 막 두께 드롭 현상의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 처리 용기 내에서 행하여지는 성막 처리의 질을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리 용기 내에, 빈 보트를 반입한 상태에서, 클리닝 처리 및 프리코팅 처리를 행함으로써, 보트의 표면도 클리닝 처리 및 프리코팅 처리되어, 상술과 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.
(g) 본 양태의 효과는, HCDS 가스 이외의 원료 가스를 사용하는 경우나, C3H6 가스 이외의 C 함유 가스를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 O 함유 가스를 사용하는 경우나, NH3 가스 이외의 N 및 H 함유 가스를 사용하는 경우나, F2 가스 이외의 클리닝 가스를 사용하는 경우나, NO 가스 이외의 첨가 가스를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
<본 개시의 다른 양태>
이상, 본 개시의 양태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 상술한 양태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 양태에서는, 성막→챔버 클리닝→제1 노즐 클리닝→제2 노즐 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막을 이 순으로 행하는 처리 시퀀스를 예시했지만, 이하의 (1) 내지 (6)에 나타내는 바와 같이, 챔버 클리닝, 제1 노즐 클리닝, 제2 노즐 클리닝 중 임의의 스텝을 불실시로 해도 된다. 이러한 경우에도 도 4, 도 5를 사용해서 설명한 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(1) 성막→챔버 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
(2) 성막→제1 노즐 클리닝→제2 노즐 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
(3) 제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
(4) 챔버 클리닝→제1 노즐 클리닝→제2 노즐 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
(5) 챔버 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
(6) 제1 노즐 클리닝→제2 노즐 클리닝→제1 프리코팅→제2 프리코팅→성막
또한, 성막에서는, 이하에 나타내는 가스 공급 시퀀스에 의해 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하도록 해도 된다. 이러한 경우에도, 제1 프리코팅, 제2 프리코팅에서의 각 소스의 공급 순서를 성막에서의 각 소스의 공급 순서와 동등하게 하고, 본 개시의 방법을 적용함으로써, 도 4, 도 5를 사용해서 설명한 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, C3H6 가스 등의 C 함유 가스는, 가스 공급관(232a), 노즐(249a)로부터 공급하는 경우에 한하지 않고, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)로부터 공급하도록 해도 된다. 이 경우에도, 도 4, 도 5를 사용해서 설명한 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→NH3→C3H6→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→NH3→O2→C3H6)×n ⇒ SiOCN
(C3H6→HCDS→C3H6→O2→NH3)×n ⇒ SiOCN
(C3H6→HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
각 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 각 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 내용에 따라 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 각 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경해도 된다.
상술한 양태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 양태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에서 각 처리를 행할 수 있고, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 양태는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예 1]
이하, 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
여기에서는, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 처리 용기 내에 대하여, 다른 프리코팅 조건에 의해, 각각 두께 TH0(=250 내지 350Å)의 프리코팅 막을 형성하고, 프리코팅 시간에 대해서 비교하였다.
비교예에서는, 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 처리 용기 내에, 프리코팅 막으로서 두께 TH0의 SiOCN막을 형성하였다. 본 실시예에서는, 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 처리 용기 내에, 프리코팅 막으로서, 두께 TH1(=200 내지 300Å)의 SiON막과, 두께 TH2(=30 내지 50Å)의 SiOCN막을 형성하였다. 처리 조건은, 상술한 양태에서의 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다. 도 7에, 비교예 및 실시예 각각에서의 프리코팅 시간을 나타낸다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 비교예에서는, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 처리 용기 내에 두께 TH0의 SiOCN막을 형성하는데 T0(=600 내지 750분)의 시간을 요하였다. 한편, 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 처리 용기 내에 두께 TH1의 SiON막을 형성하는데 T1(=150 내지 200분), 두께 TH2의 SiOCN막을 형성하는데 T2(=50 내지 100분), 즉 두께 TH0의 프리코팅 막을 형성하는데 T3(=200 내지 300분)의 시간을 요하였다. 즉, 본 실시예에서는, 비교예와 비교해서 프리코팅 시간을 T4(=400 내지 450분), 즉, 약 60％ 이상 단축시킬 수 있었다.
즉, 프리코팅을 상술한 바와 같이 2단계로 행하여, 프리코팅 막을 SiON막과, 그것보다도 얇은 SiOCN막의 2층으로 형성함으로써, 프리코팅 막을 SiOCN막 단독으로 형성하는 경우와 비교하여, 프리코팅 시간을 대폭 단축시킬 수 있어, 장치의 다운 타임을 대폭 저감시키는 것이 가능하게 되는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
여기에서는, 실시예 1에서 다른 프리코팅 조건에 의해 프리코팅 막이 형성된 각각의 처리 용기 내에서, 프리코팅 막 형성 후의 첫회의 성막에 의해, 웨이퍼 상에 형성된 막의 특성에 대해서 비교하였다.
비교예에서는, 실시예 1에서의 비교예의 방법으로 프리코팅 막이 형성된 처리 용기 내에서, 프리코팅 막 형성 후의 첫회의 성막에 의해, 웨이퍼 상에 막을 형성하였다. 본 실시예에서는, 실시예 1에서의 실시예의 방법으로 프리코팅 막이 형성된 처리 용기 내에서, 프리코팅 막 형성 후의 첫회의 성막에 의해, 웨이퍼 상에 막을 형성하였다. 프리코팅 막 형성 후의 첫회의 성막에서의 처리 수순, 처리 조건은, 비교예와 실시예에서 동일하게 하였다. 도 8의 (A) 내지 도 8의 (F)에 비교예 및 실시예 각각에서 형성된 막의 각종 특성을 나타낸다.
도 8의 (A)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP(상부), CEN(중앙부), BTM(하부)의, 각각에 배치된 웨이퍼 상에 형성된 막의 막 두께를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막의 막 두께는, 비교예에서 형성된 막의 막 두께와 동등하여, 어느 것에 있어서도 막 두께 드롭 현상이 발생하지 않은 것을 확인하였다.
도 8의 (B)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 웨이퍼 상에 형성된 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성은, 비교예에서 형성된 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성과 동등한 것을 확인하였다.
도 8의 (C)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 웨이퍼 상에 형성된 막에 부착된 32nm 이상의 사이즈의 파티클의 수를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막에 부착된 파티클의 수는, 비교예에서 형성된 막에 부착된 파티클의 수보다도 적어, 각 영역에서 양호인 것이 확인되었다.
도 8의 (D)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, TOP, CEN, BTM 각각에 배치된 웨이퍼 상에 형성된 막의 굴절률을, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (D)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막의 굴절률은, 비교예에서 형성된 막의 굴절률과 동등한 것을 확인하였다.
도 8의 (E)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, 웨이퍼 상에 형성된 막의 조성비를, 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 즉, 도 8의 (E)는 비교예 및 본 실시예 각각에서 형성된 막의 Si, O, C, N의 원자 농도, 즉 조성비를 도시하는 도면이다. 도 8의 (E)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막의 조성비는, 비교예에서 형성된 막의 조성비와 동등한 것을 확인하였다.
도 8의 (F)는 프리코팅 후의 첫회의 성막에 의해, 웨이퍼 상에 형성된 막을 1％의 HF 수용액에 침지했을 경우의 습식 에칭 레이트를 비교예와 본 실시예에서 비교해서 도시한 도면이다. 도 8의 (F)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 형성된 막의 습식 에칭 레이트는, 비교예에서 형성된 막의 습식 에칭 레이트와 동등한 것을 확인하였다.
즉, 본 실시예의 방법에 의해 웨이퍼 상에 막을 형성한 경우에도, 비교예의 방법에 의해 웨이퍼 상에 막을 형성한 경우와 동등한 막질의 막을 얻는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (20)

  1. (a) 처리 용기 내의 기판에 대하여 제1 처리 가스를 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 상기 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막을 형성하는 공정과,
    (c) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 형성한 상기 제1 프리코팅 막 상에, 상기 막과 재질이 동일한 상기 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막을 형성하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리코팅 막 및 상기 제2 프리코팅 막은, 모두 상기 막에 포함되는 원소 이외의 원소 비함유인 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리코팅 막은 탄소 비함유막이며, 상기 제2 프리코팅 막은 탄소 함유막인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리코팅 막은 산질화막이며, 상기 제2 프리코팅 막은 산탄질화막인 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 막은 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 함유하고, 상기 제1 프리코팅 막은 실리콘, 산소 및 질소를 함유하고, 상기 제2 프리코팅 막은 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 함유하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 막은 실리콘 산탄질화막이며, 상기 제1 프리코팅 막은 실리콘 산질화막이며, 상기 제2 프리코팅 막은 실리콘 산탄질화막인 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 처리 용기 내에 상기 제2 처리 가스로서, 실리콘 함유 가스, 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스를, 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 프리코팅 막을 형성하고,
    (c)에서는, 상기 처리 용기 내에 상기 제3 처리 가스로서, 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스를, 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제2 프리코팅 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, (a)에서는, 상기 처리 용기 내의 기판에 대하여 상기 제1 처리 가스로서, 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스를, 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 막을 형성하고,
    (b)에서의 상기 실리콘 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스의 공급 순서, 및 (c)에서의 상기 실리콘 함유 가스, 상기 탄소 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스의 공급 순서를, (a)에서의 상기 실리콘 함유 가스, 상기 탄소 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스의 공급 순서와 동등하게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, (a)에서는, 상기 실리콘 함유 가스, 상기 탄소 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 이 순으로 공급하고,
    (b)에서는, 상기 실리콘 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 이 순으로 공급하고,
    (c)에서는, 상기 실리콘 함유 가스, 상기 탄소 함유 가스, 상기 산소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 이 순으로 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는, 상기 제2 프리코팅 막이 핀 홀 프리가 되는 두께인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는, 25Å 초과 150Å 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는, 30Å 이상 100Å 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는, 30Å 이상 50Å 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, (b) 및 (c)를 행한 후에, (a)를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, (b) 및 (c)를 행하기 전에,
    (d) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 퇴적된 퇴적물을 제거하는 공정을 더 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, (d), (b) 및 (c)를 이 순으로 행하고, 그 후, (a)를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, (a)를 행한 후에, (d), (b) 및 (c)를 이 순으로 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서, (a)를 행한 후에, (d), (b) 및 (c)를 이 순으로 행하고, 그 후, (a)를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판이 처리되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하는 제3 처리 가스 공급계와,
    (a) 상기 처리 용기 내의 기판에 대하여 상기 제1 처리 가스를 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리와, (b) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 상기 제2 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 상기 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막을 형성하는 처리와, (c) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 상기 제3 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 형성한 상기 제1 프리코팅 막 상에, 상기 막과 재질이 동일한 상기 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 제1 처리 가스 공급계, 상기 제2 처리 가스 공급계 및 상기 제3 처리 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  20. (a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 기판에 대하여 제1 처리 가스를 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 수순과,
    (b) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 상기 막과는 재질이 다른 제1 두께의 제1 프리코팅 막을 형성하는 수순과,
    (c) 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리 용기 내에 제3 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 형성한 상기 제1 프리코팅 막 상에, 상기 막과 재질이 동일한 상기 제1 두께보다도 얇은 제2 두께의 제2 프리코팅 막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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