KR20220121718A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20220121718A
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아키히사 이와사키
야스토시 오쿠노
마사키 이나바
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 금속층을 주면에 갖는 기판을 처리한다. 상기 기판 처리 방법은, 상기 기판의 주면을 향하여 산화성 유체를 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화 금속층 형성 공정과, 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 상기 물과 함께 상기 산화 금속층과 반응하는 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 상기 기판의 주면을 향하여 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하여 상기 기판으로부터 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정을 포함한다. 그리고, 상기 산화 금속층 형성 공정 및 상기 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리를 적어도 1 사이클 실행함으로써, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 상기 금속층의 에칭량을 제어한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
관련 출원의 상호 참조
이 출원은, 2021년 2월 25일에 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 2021-28727호에 대응하고 있으며, 이 출원의 전체 개시는 여기에 인용에 의해 받아들여지는 것으로 한다.
이 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법과, 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리의 대상이 되는 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치 및 유기 EL (Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD (Flat Panel Display) 용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
미국 특허출원 공개 제2019/096721호 명세서에 개시되어 있는 기판 처리에서는, 나노미터 이하의 정밀도로의 금속층의 에칭을 실현하기 위해, 과산화수소수 등의 산화제로 기판의 주면의 금속층을 산화시켜 1 원자층 또는 수(數)원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 형성하는 산화 금속층 형성 공정과, 희불산 등의 에칭액으로 산화 금속층을 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정이 반복된다. 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정 사이에는, 산화제나 에칭액을 씻어내는 린스액으로 린스 공정이 실행된다.
미국 특허출원 공개 제2019/096721호 명세서에 개시되는 기판 처리와 같이, 1 원자층 또는 수원자층 단위로 금속층을 액체로 에칭하는 수법을 ALWE (Atomic Layer Wet Etching) 라고 한다. ALWE 에서는, 에칭액이나 린스액 중의 산소의 농도 (용존 산소 농도) 가 높으면, 에칭액 중의 산소에 의해 금속층이 산화되어 의도하지 않은 산화 금속층의 형성이 일어날 우려가 있다. 그 때문에, ALWE 에서는, 산화 금속층의 제거 선택성의 저하를 방지하기 위해, 에칭액이나 린스액 중의 용존 산소를 충분히 저감시킬 필요가 있다. 또한, 린스액이나 에칭액이 기판의 주면 전체에 널리 퍼지지 않은 경우에는, 기판의 주면의 각 위치에 있어서 에칭량의 불균일이 발생할 우려가 있다.
그래서, 이 발명의 하나의 목적은, 기판의 주면의 각 위치에 있어서 나노미터 이하의 정밀도로 금속층의 에칭량을 양호하게 제어하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 일 실시형태는, 금속층을 주면에 갖는 기판을 처리하는 기판 처리 방법이다. 상기 기판 처리 방법은, 상기 기판의 주면을 향하여 산화성 유체를 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화 금속층 형성 공정과, 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 상기 물과 함께 상기 산화 금속층과 반응하는 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 상기 기판의 주면을 향하여 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하여 상기 기판으로부터 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정을 포함한다. 그리고, 상기 산화 금속층 형성 공정 및 상기 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리를 적어도 1 사이클 실행함으로써, 나노미터 이하의 정밀도로 상기 금속층의 에칭량을 제어한다.
이 기판 처리 방법에서는, 산화 금속층 형성 공정에서는, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층이 형성된다. 금속 및 산화 금속의 1 원자층의 두께는, 1 ㎚ 이하 (예를 들어, 0.3 ㎚ 이상 0.4 ㎚ 이하) 이다. 수원자층이란, 2 원자층 내지 10 원자층을 말한다. 그 때문에, 산화 금속층의 두께는, 수 ㎚ (예를 들어, 5 ㎚) 이하이다.
그 때문에, 산화 금속층 제거 공정에 있어서 산화 금속층을 선택적으로 제거함으로써, 금속층의 표면으로부터 5 ㎚ 이하의 두께의 부분을 에칭할 수 있다. 그리고, 이 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리가 적어도 1 사이클 실행됨으로써, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 금속층의 에칭량을 제어할 수 있다. 나노미터 이하의 정밀도란, 수 ㎚ (예를 들어, 5 ㎚) 이하의 정밀도를 말한다.
사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써 에칭되는 금속층의 두께는, 거의 일정하다. 그 때문에, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 반복 실행하는 횟수를 조절함으로써, 원하는 에칭량을 달성할 수 있다.
예를 들어, 사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써 금속층이 0.3 ㎚ 에칭되는 경우, 사이클 처리의 실행수를 조정함으로써, 금속층이 1.5 ㎚ 에칭되는 기판 처리를 실행하거나, 금속층이 1.8 ㎚ 에칭되는 기판 처리를 실행하거나 할 수 있다. 즉, 대략 0.3 ㎚ 의 정밀도로 금속층의 에칭량을 제어할 수 있다.
또, 이 기판 처리 방법에서는, 산화 금속층을 선택적으로 제거하기 위해, 가스 상태의 물 (수증기) 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체가 사용된다.
이 기판 처리 방법과는 달리, 액체 상태의 물과, 반응성 가스를 액화시킨 반응성 액체를 연속류로 기판의 주면에 공급하는 경우, 이들 액체와 기판의 주면의 계면에 요철이 발생한다. 그 때문에, 분자 레벨에서는, 기판의 주면의 각 위치에 있어서, 기판의 주면과 반응성 액체 및 반응성 가스를 구성하는 분자 (이하에서는,「반응성 분자」라고 한다) 나 물 분자의 충돌 빈도에 불균일이 발생한다.
가스 상태의 물 또는 미스트 상태의 물은, 연속류의 액체 상태의 물과 비교하여, 기판의 주면 근방에서 확산되기 쉽다. 마찬가지로, 반응성 가스는, 반응성 액체와 비교하여 기판의 주면 근방에서 확산되기 쉽다. 그 때문에, 물 분자 및 반응성 분자를 기판의 주면의 각 위치에 있어서 균등하게 충돌시키기 쉽다. 따라서, 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 사용하는 구성이면, 액체 상태의 물 및 반응성 액체를 함유하는 에칭액을 사용하는 구성과 비교하여, 기판의 주면에 있어서의 에칭량의 불균일을 나노미터 이하의 정밀도로 억제하기 쉽다.
그 결과, 기판의 주면의 각 위치에 있어서 나노미터 이하의 정밀도로 금속층의 에칭량을 양호하게 제어할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 산화 금속층 제거 공정 후, 상기 기판의 주면으로의 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것의 공급을 계속하여, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 상기 반응성 가스를 배제하는 반응성 가스 배제 공정을 추가로 포함한다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 에칭 유체 전체를 다른 가스로 치환하는 것이 아니라, 에칭 유체를 구성하는 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것의 공급을 계속함으로써 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 반응성 가스가 배제된다. 이로써, 기판의 주면에 부착되어 있는 반응성 가스의 성분을 물에 흡착시켜 신속하게 제거할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 반응성 가스 배제 공정 후, 상기 기판의 주면에 접하는 공간에 존재하는 물을 불활성 가스로 치환함으로써, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 물을 배제하는 물 배제 공정을 추가로 포함한다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 기판의 주면에 접하는 공간에 존재하는 물이 불활성 가스에 의해 치환되어 당해 공간으로부터 배제된다. 그 때문에, 물 분자에 흡착되어 있는 미소량의 산소 분자에 의한 의도하지 않은 금속층의 에칭을 억제할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 산화 금속층 형성 공정 후이고, 또한, 상기 산화 금속층 제거 공정 전에, 상기 기판의 주면을 향하여 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 주면에 접하는 공간에 존재하는 상기 산화성 유체를 불활성 가스로 치환하여, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 상기 산화성 유체를 배제하는 산화성 유체 배제 공정을 추가로 포함한다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 산화 금속층 제거 공정 전에, 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 산화성 유체가 배제된다. 그 때문에, 산화 금속층 제거 공정에 있어서의 의도하지 않은 금속층의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 산화 금속 제거 공정이, 에칭 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판의 주면을 향하여 에칭 유체를 공급하는 에칭 유체 공급 공정과, 상기 에칭 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 에칭 유체보다 낮은 온도로 상기 기판의 온도를 조정하는 온도 조정 공정을 포함한다.
그 때문에, 에칭 유체의 온도가, 기판의 주면 부근에서 저하되기 때문에, 기판의 주면 부근에 있어서 반응성 분자 및 물 분자의 운동 에너지가 저하된다. 그 때문에, 기판의 주면에 흡착된 반응성 분자 및 물 분자가 기판의 주면으로부터 떨어지는 것이 억제된다. 바꾸어 말하면, 기판의 주면으로의 반응성 분자 및 물 분자의 흡착이 촉진된다. 이로써, 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다. 그 결과, 사이클 처리의 1 사이클당의 에칭량을 1 원자층 또는 수원자층으로 유지하면서, 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 산화 금속층 형성 공정이, 상기 기판을 가열하면서 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급함으로써, 산화 금속층을 형성하는 가열 산화 공정을 포함한다. 상기 산화 금속층 제거 공정이, 상기 산화 금속층 형성 공정에 있어서의 상기 기판의 온도보다 상기 기판의 온도가 낮은 상태에서 상기 에칭 유체를 상기 기판의 주면을 향하여 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하는 저온 에칭 공정을 포함한다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 기판의 온도가 비교적 고온 (예를 들어, 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하) 일 때에 기판의 주면의 금속층이 산화된다. 그 때문에, 금속층의 산화 속도를 높일 수 있다. 한편, 기판의 온도가 비교적 저온 (예를 들어, 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만) 일 때에 에칭이 실시된다. 기판의 온도가 비교적 고온이면, 에칭 유체 중에 약간 존재하는 산소 분자가 산화력을 갖는다. 그 때문에, 에칭이 비교적 저온에서 실시됨으로써 산화 금속층 제거 공정에 있어서의 금속층의 의도하지 않은 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 가열 산화 공정에 있어서, 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급하면서 챔버 내에 배치된 가열 부재의 가열면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판이 가열된다. 상기 저온 에칭 공정에 있어서, 상기 기판이 상기 가열면에 재치되어 있는 상태를 유지하면서 상기 가열 부재의 온도를 저하시킴으로써, 상기 기판의 온도가 저하된다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 단일의 가열 부재의 가열면에 기판이 재치된 상태에서, 기판의 가열 및 기판의 온도 저하의 양방이 실시된다. 그 때문에, 기판의 온도를 변화시키기 위해 가열 부재와는 다른 부재에 기판을 이동시키는 구성과 비교하여, 기판 처리를 간략화할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 가열 산화 공정에 있어서, 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급하면서 제 1 챔버 내에 배치된 제 1 온도 조절 부재의 제 1 온도 조절면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판이 가열된다. 그리고, 상기 저온 에칭 공정에 있어서, 상기 기판을 상기 온도 조절면으로부터 이동시켜 제 2 챔버 내에 배치되고 상기 제 1 온도 조절 부재보다 저온인 제 2 온도 조절 부재의 제 2 온도 조절면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판의 온도가 저하된다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 기판의 온도 조절은, 제 1 온도 조절 부재의 제 1 온도 조절면 상에서 실시된 후, 제 2 온도 조절 부재의 제 2 온도 조절면 상에서 실시된다. 요컨대, 2 회의 온도 조절이 각각 다른 부재에 의해 실시된다. 그 때문에, 단일의 온도 조절 부재의 온도 조절면의 온도를 변화시킴으로써 기판의 온도를 조절하는 구성과 비교하여, 기판의 온도 조절에 요하는 시간을 단축시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 금속층이, III 족 금속을 함유하는 질화 금속층을 포함한다. III 족 금속이란, 주기표의 제 13 족 중 금속을 의미한다. III 족 금속은, 구체적으로는, 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In) 및 탈륨 (Tl) 을 말한다. III 족 금속을 함유하는 금속 질화물은, 산화에 의해 물 및 반응성 가스와 반응하는 산화물을 형성한다.
예를 들어, 질화 금속층이 질화갈륨층 (GaN) 이고, 산화성 유체가 오존 가스이면, 하기 화학 반응식 1 에 나타내는 바와 같이, 오존 분자 (O3) 에 의해 질화갈륨이 산화되어, 산화갈륨 (Ga2O3) 이 생성된다. 상세하게는, 오존 분자는, 가열에 의해 산소 라디칼을 생성하고, 이 산소 라디칼에 의해 질화갈륨이 산화된다.
[화학 반응식 1]
Figure pat00001
에칭 유체에 포함되는 반응성 가스가 암모니아 가스 (NH3) 인 경우, 하기 화학 반응식 2 및 3 에 나타내는 반응이 일어난다. 화학 반응식 2 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨과 수산화물 이온이 반응하고, 산화갈륨이 에칭 유체에 용해되어 이온 상태가 된다. 또, 화학 반응식 3 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨과 물과 암모니아가 반응하고, 산화갈륨이 에칭 유체에 용해되어 이온 상태가 된다.
[화학 반응식 2]
Figure pat00002
[화학 반응식 3]
Figure pat00003
에칭 유체에 포함되는 반응성 가스가 염화수소 가스 (HCl) 인 경우, 하기 화학 반응식 4 및 5 에 나타내는 반응이 일어난다. 화학 반응식 4 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨과 염화수소가 반응하고, 산화갈륨이 에칭 유체에 용해되어 이온 상태가 된다. 또, 화학 반응식 5 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨과 염화수소가 반응하고, 산화갈륨이 에칭 유체에 용해되어 이온 상태가 된다.
[화학 반응식 4]
Figure pat00004
[화학 반응식 5]
Figure pat00005
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 에칭 유체에 함유되는 물이 가스 상태의 물이다. 산화 금속층 제거 공정에 있어서 가스 상태의 물을 사용한 경우, 미스트 상태의 물을 사용한 경우와 비교하여, 기판의 주면에 벌크 상태 (미소한 사이즈의 액적 상태) 의 물이 부착되기 어렵다. 따라서, 에칭 유체에 함유되는 물로서 가스 상태의 물을 사용하는 구성이면, 기판의 주면의 각 위치에 물 분자를 한층 불균일 없이 충돌시킬 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태는, 금속층을 주면에 갖는 기판을 처리하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 상기 기판이 재치되는 온도 조절면을 갖고, 상기 온도 조절면에 재치된 상기 기판의 온도를, 소정의 제 1 온도와 상기 제 1 온도보다 저온인 제 2 온도로 조절하는 온도 조절 부재와, 상기 온도 조절 부재를 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 산화성 유체를 공급하고, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화성 유체 공급 유닛과, 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 상기 물과 함께 상기 산화 금속층과 반응하는 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 상기 챔버 내에 공급하고, 상기 산화 금속층을 선택적으로 에칭하는 에칭 유체 공급 유닛을 포함한다.
이 기판 처리 장치에 의하면, 산화성 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 산화성 유체에 의해, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층이 형성된다. 그 때문에, 에칭 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 에칭 유체에 의해 산화 금속층을 선택적으로 제거함으로써, 금속층의 표면으로부터 5 ㎚ 이하의 두께의 부분을 에칭할 수 있다. 산화성 유체 공급 유닛에 의한 산화 금속층의 형성 및 에칭 유체 공급 유닛에 의한 산화 금속층의 선택적 제거를 반복함으로써, 나노미터 이하의 정밀도로 금속층의 에칭량을 제어할 수 있다.
산화성 유체 공급 유닛에 의한 산화 금속층의 형성 및 에칭 유체 공급 유닛에 의한 산화 금속층의 선택적 제거를 각각 1 회 실시함으로써 에칭되는 금속층의 두께는, 거의 일정하다. 그 때문에, 산화 금속층의 형성 및 산화 금속층의 제거를 반복 실행하는 횟수를 조절함으로써, 원하는 에칭량을 달성할 수 있다.
또, 이 기판 처리 장치에서는, 산화 금속층을 선택적으로 제거하기 위해, 가스 상태의 물 (수증기) 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체가 사용된다. 그 때문에, 상기 서술한 바와 같이, 물 분자 및 반응성 분자를 기판의 주면의 각 위치에 있어서 균등하게 충돌시키기 쉽다. 따라서, 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 사용하는 구성이면, 액체 상태의 물 및 반응성 액체를 함유하는 에칭액을 사용하는 구성과 비교하여, 기판의 주면에 있어서의 에칭량의 불균일을 나노미터 이하의 정밀도로 억제할 수 있다.
그 결과, 기판의 주면의 각 위치에 있어서 나노미터 이하의 정밀도로 금속층의 에칭량을 양호하게 제어할 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 기판 처리 장치가, 상기 산화성 유체 공급 유닛 및 상기 에칭 유체 공급 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러가, 상기 산화성 유체 공급 유닛으로부터 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 상기 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화 금속층 형성 공정과, 상기 에칭 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판의 주면을 향하여 에칭 유체를 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하여 상기 기판의 주면으로부터 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다. 그리고, 상기 산화 금속층 형성 공정 및 상기 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리가 적어도 1 사이클 실행됨으로써, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 상기 금속층의 에칭량이 제어된다.
이 기판 처리 장치에 의하면, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리를 자동적으로 원하는 사이클수 실행할 수 있다. 사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써 에칭되는 금속층의 두께는, 거의 일정하다. 그 때문에, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 실행하는 횟수를 조절함으로써, 원하는 에칭량을 달성할 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 에칭 유체 공급 유닛은, 상기 챔버 내에서 개구되는 유체 도입 포트를 통하여 상기 챔버 내에 에칭 유체를 공급하도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 제 2 온도가, 상기 유체 도입 포트를 통하여 상기 챔버 내에 도입되는 에칭 유체의 온도보다 낮다.
그 때문에, 에칭 유체의 온도가, 기판의 주면 부근에서 저하되기 때문에, 기판의 주면 부근에 있어서 반응성 분자 및 물 분자의 운동 에너지가 저하된다. 그 때문에, 기판의 주면에 흡착된 반응성 분자 및 물 분자가 기판의 주면으로부터 떨어지는 것이 억제된다. 바꾸어 말하면, 기판의 주면으로의 반응성 분자 및 물 분자의 흡착이 촉진된다. 이로써, 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다. 그 결과, 사이클 처리의 1 사이클당의 에칭량을 1 원자층 또는 수원자층으로 유지하면서, 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 온도 조절 부재가, 단일의 상기 온도 조절면을 갖고, 당해 단일의 온도 조절면 상에 상기 기판을 재치하고 있는 상태에서, 상기 기판의 온도를, 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도로 조절하도록 구성되어 있다.
이 기판 처리 장치에 의하면, 단일의 온도 조절면에 기판이 재치된 상태에서, 기판의 가열 및 기판의 온도 저하의 양방이 실시된다. 그 때문에, 기판의 온도를 변화시키기 위해 가열 부재와는 다른 부재에 기판을 이동시키는 구성과 비교하여, 기판 처리를 간략화할 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 온도 조절 부재가, 상기 온도 조절면으로서의 제 1 온도 조절면을 갖고, 상기 제 1 온도 조절면에 재치된 상기 기판을 상기 제 1 온도로 조절하는 제 1 온도 조절 부재와, 상기 온도 조절면으로서의 제 2 온도 조절면을 갖고, 상기 제 2 온도 조절면에 재치된 상기 기판을 상기 제 2 온도로 조절하는 제 2 온도 조절 부재를 갖는다. 상기 챔버가, 상기 제 1 온도 조절 부재를 수용하는 제 1 챔버와, 상기 제 2 온도 조절 부재를 수용하는 제 2 챔버를 갖는다. 그리고, 상기 산화성 유체 공급 유닛이, 상기 제 1 챔버 내에 산화성 유체를 공급하도록 구성되어 있고, 상기 에칭 유체 공급 유닛이, 상기 제 2 챔버 내에 에칭 유체를 공급하도록 구성되어 있다.
이 기판 처리 장치에 의하면, 기판의 온도 조절은, 제 1 온도 조절 부재의 제 1 온도 조절면 상에서 실시된 후, 제 2 온도 조절 부재의 제 2 온도 조절면 상에서 실시된다. 요컨대, 2 회의 온도 조절이 각각 다른 부재에 의해 실시된다. 그 때문에, 단일의 온도 조절 부재의 온도 조절면의 온도를 변화시킴으로써 기판의 온도를 조절하는 구성과 비교하여, 기판의 온도 조절에 요하는 시간을 단축시킬 수 있다.
이 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 제 1 온도가 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하이고, 상기 제 2 온도가 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만이다. 즉, 기판의 온도가 비교적 고온 (예를 들어, 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하) 일 때에 기판의 주면의 금속층이 산화된다. 그 때문에, 금속층의 산화 속도를 높일 수 있다. 한편, 기판의 온도가 비교적 저온 (예를 들어, 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만) 일 때에 에칭이 실시된다. 기판의 온도가 비교적 고온이면, 에칭 유체 중에 약간 존재하는 산소 분자가 산화력을 갖는다. 그 때문에, 에칭이 비교적 저온에서 실시됨으로써, 금속층의 의도하지 않은 산화를 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서의 상기 서술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 서술하는 실시형태의 설명에 의해 분명해진다.
도 1a 는, 이 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1b 는, 상기 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 도해적인 입면도이다.
도 2 는, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 열 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 3 은, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 열 처리 유닛에 기판을 반입 및 반출할 때의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 는, 상기 기판 처리 장치의 제어에 관한 구성예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 는, 상기 기판 처리 장치에 의한 구체적인 기판 처리의 흐름을 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 6 은, 상기 기판 처리에 있어서 열 처리 챔버 내에서 실시되는 공정의 타임 차트이다.
도 7 은, 상기 기판 처리에 있어서 산화 금속층 형성 공정과 산화 금속층 제거 공정이 반복되는 것에 의한 기판의 표면 상태의 변화에 대해 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 상기 열 처리 유닛의 변형예의 모식적인 단면도이다.
도 9 는, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 처리 유닛의 변형예의 모식적인 단면도이다.
도 10 은, 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치에 구비되는 제 1 열 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 11 은, 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치에 구비되는 제 2 열 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 12 는, 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치에 의한 구체적인 기판 처리의 흐름을 설명하기 위한 플로 차트이다.
＜제 1 실시형태＞
도 1a 는, 이 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 의 구성을 설명하기 위한 평면도이다. 도 1b 는, 기판 처리 장치 (1) 의 구성을 설명하기 위한 도해적인 입면도이다.
기판 처리 장치 (1) 는, 실리콘 웨이퍼 등의 기판 (W) 을 1 장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 이 실시형태에서는, 기판 (W) 은, 원판상의 기판이다. 기판 (W) 은, 예를 들어, 금속층이 노출되는 제 1 주면 (W1) (도 1b 를 참조) 과, 제 1 주면 (W1) 과는 반대측의 제 2 주면 (W2) 을 갖는다.
제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 금속층은, 예를 들어, III 족 금속을 함유하는 질화 금속층 (금속 질화물층) 이다. III 족 금속이란, 주기표의 제 13 족 중 금속을 의미한다. III 족 금속은, 구체적으로는, 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In) 및 탈륨 (Tl) 을 말한다.
기판 처리 장치 (1) 는, 처리 유체로 기판 (W) 을 처리하는 복수의 처리 유닛 (2) 과, 처리 유닛 (2) 으로 처리되는 복수장의 기판 (W) 을 수용하는 캐리어 (C) 가 재치되는 로드 포트 (LP) 와, 로드 포트 (LP) 와 처리 유닛 (2) 사이에서 기판 (W) 을 반송하는 반송 로봇 (IR 및 CR) 과, 기판 처리 장치 (1) 를 제어하는 컨트롤러 (3) 를 포함한다.
반송 로봇 (IR) 은, 캐리어 (C) 와 반송 로봇 (CR) 사이에서 기판 (W) 을 반송한다. 반송 로봇 (CR) 은, 반송 로봇 (IR) 과 처리 유닛 (2) 사이에서 기판 (W) 을 반송한다. 반송 로봇 (IR, CR) 은, 복수의 로드 포트 (LP) 로부터 복수의 처리 유닛 (2) 으로 연장되는 반송 경로 (TR) 상에 배치되어 있다.
복수의 처리 유닛 (2) 은, 수평으로 떨어진 4 개의 위치에 각각 배치된 4 개의 처리 타워를 형성 하고 있다. 각 처리 타워는, 상하 방향으로 적층된 복수의 처리 유닛 (2) 을 포함한다. 4 개의 처리 타워는, 반송 경로 (TR) 의 양측에 2 개씩 배치되어 있다. 이 실시형태에서는, 처리 유닛 (2) 은, 기판 (W) 에 액체를 공급하지 않고, 산화성 가스나 에칭 가스 등의 처리 가스로 당해 기판 (W) 을 처리하는 드라이 처리 유닛이다.
처리 유닛 (2) 은, 기판 (W) 이 통과하는 반입 반출구 (4a) 가 형성된 드라이 챔버 (4) 와, 드라이 챔버 (4) 내에서 기판 (W) 을 가열하면서 처리 가스를 기판 (W) 에 공급하는 열 처리 유닛 (5) 을 포함한다. 반입 반출구 (4a) 에는, 개폐 가능한 셔터 (6) 가 형성되어 있다. 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가, 반입 반출구 (4a) 를 통하여, 드라이 챔버 (4) 에 기판 (W) 을 출납한다.
도 2 는, 열 처리 유닛 (5) 의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
열 처리 유닛 (5) 은, 가열 부재로서의 핫 플레이트 (20) 와, 핫 플레이트 (20) 를 수용하는 열 처리 챔버 (30) (챔버) 와, 핫 플레이트 (20) 를 관통하여 상하동하는 복수의 리프트 핀 (40) 과, 복수의 리프트 핀 (40) 을 상하 방향으로 이동시키는 핀 승강 구동 기구 (41) 를 구비하고 있다.
핫 플레이트 (20) 는, 기판 (W) 이 재치되는 가열면 (20a) 을 갖고 있다. 핫 플레이트 (20) 에는 히터 (21) 가 내장되어 있다. 히터 (21) 는, 히터 (21) 의 온도와 거의 동일한 온도로 기판 (W) 을 가열할 수 있다. 히터 (21) 는, 가열면 (20a) 에 재치된 기판 (W) 을 상온 (예를 들어, 25 ℃) 이상 400 ℃ 이하의 온도 범위에서 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 히터 (21) 에는, 통전 유닛 (도시 생략) 이 접속되어 있고, 이 통전 유닛으로부터 공급되는 전류가 조정됨으로써, 히터 (21) 의 온도가 온도 범위 내의 온도로 변화한다. 핫 플레이트 (20) 는, 온도 조절 부재의 일례이고, 가열면 (20a) 은, 온도 조절면의 일례이다.
열 처리 챔버 (30) 는, 챔버 본체 (31) 와, 챔버 본체 (31) 의 상방에서 상하동하는 덮개 (32) 를 구비하고 있다. 열 처리 유닛 (5) 은, 덮개 (32) 를 승강 (상하 방향으로 이동) 시키는 덮개 승강 구동 기구 (33) 를 구비하고 있다.
챔버 본체 (31) 는, 상방으로 개방되는 개구를 갖고 있다. 상세하게는, 챔버 본체 (31) 는, 핫 플레이트 (20) 를 지지하는 지지부 (34) 와, 지지부 (34) 의 둘레 가장자리로부터 상방으로 연장되는 통부 (35) 를 포함한다. 지지부 (34) 는, 평면에서 보았을 때에 있어서 대략 원형상를 갖고 있고, 그에 맞춰 통부 (35) 는 원통 형상을 갖고 있다. 통부 (35) 에 의해 챔버 본체 (31) 의 개구가 형성되어 있다.
덮개 (32) 는, 가열면 (20a) 에 평행으로 연장되는 플레이트부 (37) 와, 플레이트부 (37) 의 둘레 가장자리로부터 하방으로 연장되는 통부 (38) 를 포함한다. 플레이트부 (37) 는, 평면에서 보았을 때에 있어서 대략 원형상이고, 그에 맞춰 통부 (38) 는 원통 형상을 갖고 있다. 통부 (38) 의 하단은, 챔버 본체 (31) 의 통부 (35) 의 상단에 대향하고 있다. 그것에 의해, 덮개 (32) 의 상하동에 의해, 챔버 본체 (31) 의 개구를 개폐할 수 있다. 챔버 본체 (31) 의 통부 (35) 와 덮개 (32) 의 통부 (38) 사이는, O 링 등의 탄성 부재 (39) 에 의해 밀폐된다. 플레이트부 (37) 의 하면은, 핫 플레이트 (20) 의 가열면 (20a) 과 평행이다. 보다 구체적으로는, 가열면 (20a) 에 기판 (W) 이 재치되어 있을 때, 기판 (W) 과 플레이트부 (37) 사이에 공간이 형성된다.
덮개 (32) 는, 덮개 승강 구동 기구 (33) 에 의해, 챔버 본체 (31) 의 개구를 막아 내부에 밀폐 처리 공간 (SP) 을 형성하는 하위치 (도 2 에 나타내는 위치) 와, 개구를 개방하도록 상방으로 퇴피한 상위치 (후술하는 도 3 에 나타내는 위치) 사이에서 상하동된다. 덮개 (32) 가 하위치에 위치할 때, 챔버 본체 (31) 와 덮개 (32) 가 접촉한다. 밀폐 처리 공간 (SP) 은, 기판 (W) 의 상면에 접하는 공간이다. 덮개 (32) 가 상위치에 위치할 때, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가 열 처리 챔버 (30) 내에 액세스할 수 있다.
덮개 승강 구동 기구 (33) 는, 전동 모터 또는 에어 실린더여도 되고, 이들 이외의 액추에이터여도 된다.
복수의 리프트 핀 (40) 은, 연결 플레이트 (43) 에 의해 연결되어 있다. 복수의 리프트 핀 (40) 은, 핀 승강 구동 기구 (41) 가 연결 플레이트 (43) 를 승강시킴으로써, 가열면 (20a) 보다 상방에서 기판 (W) 을 지지하는 상위치 (후술하는 도 3 의 위치) 와, 선단부 (상단부) 가 가열면 (20a) 보다 하방으로 몰입되는 하위치 (도 2 에 나타내는 위치) 사이에서 상하동된다. 핀 승강 구동 기구 (41) 는, 전동 모터 또는 에어 실린더여도 되고, 이들 이외의 액추에이터여도 된다.
복수의 리프트 핀 (40) 은, 핫 플레이트 (20) 및 챔버 본체 (31) 를 관통하는 복수의 관통공 (22) 에 각각 삽입되어 있다. 열 처리 챔버 (30) 의 밖에서부터 관통공 (22) 으로의 유체의 진입은, 리프트 핀 (40) 을 둘러싸는 벨로스 (42) 에 의해 방지된다. 벨로스 (42) 는, 연결 플레이트 (43) 의 상하동에 따라 신축되고, 또한 열 처리 챔버 (30) 내의 공간의 기밀성을 유지한다.
리프트 핀 (40) 은, 기판 (W) 의 하면에 접촉하는 반구상의 상단부를 포함한다. 복수의 리프트 핀 (40) 의 선단부는, 동일한 높이에 배치되어 있다.
열 처리 유닛 (5) 은, 열 처리 챔버 (30) 내의 밀폐 처리 공간 (SP) 에 가스를 도입하는 복수의 유체 도입 포트 (10) 를 구비하고 있다. 각 유체 도입 포트 (10) 는, 덮개 (32) 의 플레이트부 (37) 를 관통하는 관통공이다. 복수의 유체 도입 포트 (10) 는, 플레이트부 (37) 의 둘레 방향 및 반경 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
복수의 유체 도입 포트 (10) 는, 불활성 가스 및 산화성 가스를 안내하는 제 1 유체 라인 (50) 이 접속되는 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 와, 불활성 가스 및 에칭 가스를 안내하는 제 2 유체 라인 (51) 이 접속되는 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 를 포함한다. 제 1 유체 라인 (50) 및 제 2 유체 라인 (51) 은, 주로 배관에 의해 구성되어 있다.
불활성 가스는, 예를 들어, 질소 (N2) 가스이다. 불활성 가스는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 질화 금속층과 반응하지 않는 (질화 금속층에 대해 불활성인) 가스이다.
불활성 가스는, 질소 가스에 한정되지 않고, 예를 들어, 아르곤 (Ar) 가스 등의 희가스여도 되고, 질소 가스 및 희가스의 혼합 가스여도 된다. 즉, 불활성 가스는, 질소 가스 및 희가스 중 적어도 일방을 포함하는 가스여도 된다.
산화성 가스는, 예를 들어, 오존 (O3) 가스이다. 산화성 가스는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 질화 금속층을 산화시켜 산화 금속층 (금속 산화물층) 을 형성하는 가스이다. 산화성 가스는, 오존 가스에 한정되지 않고, 예를 들어, 산화성 수증기, O2, N2O, NO2, 또는, F2, Cl2 등의 할로겐 가스 등이어도 된다. 질화 금속층이 질화갈륨층인 경우, 질화 금속층은, 산화성 가스에 의해 산화되어 산화갈륨층으로 변화한다. 산화성 가스는, 가스상 산화제라고도 한다.
에칭 가스는, 산화 금속층을 에칭하여 산화 금속층을 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 제거하는 가스이다. 에칭 가스는, 수증기와 반응성 가스의 혼합 가스이다. 반응성 가스는, 물 존재하에서 산화 금속층에 대한 반응성을 갖는 가스이고, 예를 들어, 암모니아 (NH3) 가스이다. 수증기로는, 충분히 가열된, 즉, 100 ℃ 이상으로 가열된 과열 수증기를 사용하는 것이 바람직하다. 에칭 가스는, 에칭 유체의 일례이다.
산화 금속층을 구성하는 금속 산화물이 반응성 가스 및 수증기와 반응함으로써, 수증기에 흡착되는 금속 수산화물이 생성된다. 에칭 가스 중의 수증기에 금속 수산화물이 흡착되어, 금속 수산화물이 기판 (W) 의 상면으로부터 제거된다.
반응성 가스는, 암모니아 가스에 한정되지 않고, 수중에서 알칼리성을 나타내는 알칼리성 성분을 함유하는 알칼리성 가스 또는 수중에서 산성을 나타내는 산성 성분을 함유하는 산성 가스이면 된다. 알칼리성 가스로는, 예를 들어, 암모니아 가스가 선택된다.
산성 가스는, 전형적으로는 염화수소 (HCl) 가스이다. 산성 가스는, 염화수소 가스, 이산화탄소 가스, 황화수소 (H2S) 가스 및 이산화황 (SO2) 가스 중에서 선택된 적어도 1 종류의 가스에 의해 구성되어 있어도 된다.
III 족 금속은, 실리콘 (Si) 과 동일하게 파워 디바이스의 재료로서 사용된다. III 족 금속의 질화물의 결정의 표면에 형성된 III 족 금속 산화물은, 탄화규소 (SiC) 의 결정과는 달리, 물 존재하에 있어서 알칼리성 성분 또는 산성 성분과 반응하여, 수용성의 수산화물을 형성 가능하다.
질화 금속층이 질화갈륨층인 경우, 상기 서술한 화학 반응식 1 에 나타내는 바와 같이, 질화갈륨층을 구성하는 질화갈륨과 산화성 가스로서의 오존 가스가 반응하여, 산화 금속층으로서의 산화갈륨층을 구성하는 산화갈륨 (Ga2O3) 이 생성된다. 반응성 가스가 암모니아 가스인 경우, 산화갈륨층을 구성하는 산화갈륨과 암모니아 가스가 반응하여, 상기 서술한 화학 반응식 2 및 3 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨이 암모니아 또는 암모니아 및 물과 반응한다. 에칭 유체에 포함되는 반응성 가스가 염화수소 가스인 경우, 상기 서술한 화학 반응식 4 및 5 에 나타내는 바와 같이, 산화갈륨이 염화수소와 반응한다.
제 1 유체 라인 (50) 에는, 불활성 가스를 제 1 유체 라인 (50) 에 공급하는 제 1 불활성 가스 라인 (52) 과, 산화성 가스를 제 1 유체 라인 (50) 에 공급하는 산화성 유체 라인 (53) 이 접속되어 있다.
제 1 불활성 가스 라인 (52) 에는, 그 유로를 개폐하는 제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 와, 제 1 유체 라인 (50) 에 공급되는 불활성 가스의 유량을 조정하는 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B) 가 개재 장착되어 있다.
산화성 유체 라인 (53) 에는, 그 유로를 개폐하는 산화성 유체 밸브 (63A) 와, 제 1 유체 라인 (50) 에 공급되는 산화성 가스의 유량을 조정하는 산화성 유체 유량 조정 밸브 (63B) 가 개재 장착되어 있다.
제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 가 열리면, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 상면을 향하여 불활성 가스가 공급된다. 산화성 유체 밸브 (63A) 가 열리면, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 산화성 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 상면을 향하여 산화성 가스가 공급된다.
제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 및 산화성 유체 밸브 (63A) 의 양방이 열리면, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스 및 산화성 가스의 혼합 가스가 도입된다. 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B) 및 산화성 유체 유량 조정 밸브 (63B) 의 개도를 조정함으로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 혼합 가스 중의 산화성 가스 성분의 농도 (분압) 를 조정할 수 있다.
제 1 유체 라인 (50), 제 1 불활성 가스 라인 (52) 및 제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 는, 불활성 가스 공급 유닛의 일례이다. 제 1 유체 라인 (50), 산화성 유체 라인 (53) 및 산화성 유체 밸브 (63A) 는, 열 처리 챔버 (30) 내에 산화성 유체를 공급하는 산화성 유체 공급 유닛의 일례이다.
제 2 유체 라인 (51) 에는, 불활성 가스를 제 2 유체 라인 (51) 에 공급하는 제 2 불활성 가스 라인 (54) 과, 수증기를 제 2 유체 라인 (51) 에 공급하는 물 라인 (55) 과, 반응성 가스를 제 2 유체 라인 (51) 에 공급하는 반응성 가스 라인 (56) 이 접속되어 있다.
제 2 불활성 가스 라인 (54) 에는, 그 유로를 개폐하는 제 2 불활성 가스 밸브 (64A) 와, 제 2 유체 라인 (51) 에 공급되는 불활성 가스의 유량을 조정하는 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B) 가 개재 장착되어 있다.
물 라인 (55) 에는, 그 유로를 개폐하는 물 밸브 (65A) 와, 제 2 유체 라인 (51) 에 공급되는 수증기의 유량을 조정하는 물 유량 조정 밸브 (65B) 가 개재 장착되어 있다.
반응성 가스 라인 (56) 에는, 그 유로를 개폐하는 반응성 가스 밸브 (66A) 와, 제 2 유체 라인 (51) 에 공급되는 반응성 가스의 유량을 조정하는 반응성 가스 유량 조정 밸브 (66B) 가 개재 장착되어 있다.
제 2 불활성 가스 밸브 (64A) 가 열리면, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 상면을 향하여 불활성 가스가 공급된다. 물 밸브 (65A) 가 열리면, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 수증기가 도입되고, 기판 (W) 의 상면을 향하여 수증기가 공급된다. 반응성 가스 밸브 (66A) 가 열리면, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 반응성 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 상면을 향하여 반응성 가스가 공급된다.
제 2 불활성 가스 밸브 (64A), 물 밸브 (65A) 및 반응성 가스 밸브 (66A) 중 적어도 2 개가 열리면, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에, 불활성 가스, 수증기 및 반응성 가스 중 열려 있는 밸브에 대응하는 가스의 혼합 가스가 도입 (공급) 된다. 물 밸브 (65A) 및 반응성 가스 밸브 (66A) 의 양방이 열리면, 제 2 유체 라인 (51) 내에서 수증기 및 반응성 가스가 혼합되어 에칭 가스가 형성되고, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 에칭 가스가 도입된다.
제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B), 물 유량 조정 밸브 (65B), 및, 반응성 가스 유량 조정 밸브 (66B) 의 개도를 조정함으로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 가스 중의 반응성 가스 성분 및 수증기의 농도 (분압) 를 조정할 수 있다.
제 2 유체 라인 (51), 제 2 불활성 가스 라인 (54) 및 제 2 불활성 가스 밸브 (64A) 는, 불활성 가스 공급 유닛의 일례이다. 제 2 유체 라인 (51), 물 라인 (55) 및 물 밸브 (65A) 는, 물 공급 유닛 (수증기 공급 유닛) 의 일례이다. 제 2 유체 라인 (51), 반응성 가스 라인 (56) 및 반응성 가스 밸브 (66A) 는, 반응성 가스 공급 유닛의 일례이다. 물 공급 유닛 및 반응성 가스 공급 유닛은, 열 처리 챔버 (30) 내에 에칭 가스를 공급하는 에칭 가스 공급 유닛 (에칭 유체 공급 유닛) 으로서 기능한다.
열 처리 유닛 (5) 은, 챔버 본체 (31) 에 형성되고, 열 처리 챔버 (30) 의 내부 분위기를 배기하는 복수의 유체 배출 포트 (15) 를 구비하고 있다. 각 유체 배출 포트 (15) 는, 핫 플레이트 (20) 의 측방에서 챔버 본체 (31) 의 지지부 (34) 를 관통하는 관통공이다. 복수의 유체 배출 포트 (15) 는, 지지부 (34) 의 둘레 방향으로 간격을 두고 배치되어 있는 것이 바람직하다.
복수의 유체 배출 포트 (15) 는, 주로 산화성 가스를 배기하는 제 1 유체 배출 라인 (57) 이 접속되는 복수의 제 1 유체 배출 포트 (15A) 와, 주로 에칭 가스를 배기하는 제 2 유체 배출 라인 (58) 이 접속되는 복수의 제 2 유체 배출 포트 (15B) 를 포함한다. 제 1 유체 배출 라인 (57) 및 제 2 유체 배출 라인 (58) 은, 주로 배관에 의해 구성되어 있다.
제 1 유체 배출 라인 (57) 에는, 그 유로를 개폐하는 제 1 유체 배출 밸브 (67) 가 개재 장착되어 있고, 제 2 유체 배출 라인 (58) 에는, 그 유로를 개폐하는 제 2 유체 배출 밸브 (68) 가 개재 장착되어 있다. 제 1 유체 배출 라인 (57) 및 제 2 유체 배출 라인 (58) 은, 공통의 배기 장치 (도시 생략) 를 향하여 유체를 배출하도록 구성되어 있어도 되고, 배기처가 서로 상이해도 된다.
도 3 은, 열 처리 유닛 (5) 에 기판 (W) 을 반입 및 반출할 때의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
열 처리 유닛 (5) 으로의 기판 (W) 의 반입은 이하와 같이 실시된다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 덮개 (32) 가 상위치에 위치하고, 복수의 리프트 핀 (40) 이 상위치에 위치하는 상태에서, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가, 열 처리 챔버 (30) 내에 진입하고, 복수의 리프트 핀 (40) 에 기판 (W) 을 전달한다. 핸드 (H) 를 열 처리 챔버 (30) 로부터 퇴피시킨 후, 핀 승강 구동 기구 (41) 가 기판 (W) 을 하방으로부터 지지하는 복수의 리프트 핀 (40) 을 하강시켜 핫 플레이트 (20) 의 가열면 (20a) 상에 기판 (W) 을 재치시킨다 (도 2 를 참조). 기판 (W) 이 가열면 (20a) 상에 재치된 상태에서, 덮개 (32) 를 하위치로 이동시켜 밀폐 처리 공간 (SP) 을 형성함으로써 기판 (W) 의 반입이 종료된다.
한편, 열 처리 유닛 (5) 으로부터의 기판 (W) 의 반출은 이하와 같이 실시된다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 덮개 승강 구동 기구 (33) 가 덮개 (32) 를 상위치로 이동시키고, 또한, 핀 승강 구동 기구 (41) 가 복수의 리프트 핀 (40) 을 상위치로 이동시킨다. 덮개 (32) 가 상위치에 위치하고, 또한, 복수의 리프트 핀 (40) 이 상위치에 위치하는 상태에서, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가, 열 처리 챔버 (30) 내에 진입하고, 복수의 리프트 핀 (40) 으로부터 기판 (W) 을 받는다. 그 후, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가 열 처리 챔버 (30) 로부터 퇴피함으로써, 기판 (W) 의 반출이 종료된다.
도 4 는, 기판 처리 장치 (1) 의 주요부의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 컨트롤러 (3) 는, 마이크로 컴퓨터를 구비하고, 소정의 제어 프로그램에 따라 기판 처리 장치 (1) 에 구비된 제어 대상을 제어한다.
구체적으로는, 컨트롤러 (3) 는, 프로세서 (CPU) (3a) 와, 제어 프로그램이 격납된 메모리 (3b) 를 포함하는 컴퓨터여도 된다. 컨트롤러 (3) 는, 프로세서 (3a) 가 제어 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 여러 가지 제어를 실행하도록 구성되어 있다.
컨트롤러 (3) 의 구체적인 제어 대상은, 반송 로봇 (IR, CR), 핀 승강 구동 기구 (41), 덮개 승강 구동 기구 (33), 히터 (21), 제 1 불활성 가스 밸브 (62A), 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B), 산화성 유체 밸브 (63A), 산화성 유체 유량 조정 밸브 (63B), 제 2 불활성 가스 밸브 (64A), 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B), 물 밸브 (65A), 물 유량 조정 밸브 (65B), 반응성 가스 밸브 (66A), 반응성 가스 유량 조정 밸브 (66B), 제 1 유체 배출 밸브 (67), 제 2 유체 배출 밸브 (68) 등이다.
이하에서는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 금속층이 질화갈륨층이고, 산화성 유체가 오존 가스이고, 반응성 가스가 암모니아 가스인 기판 처리의 일례에 대해 설명한다. 도 5 는, 기판 처리 장치 (1) 에 의해 실행되는 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5 는, 주로 컨트롤러 (3) 가 프로그램을 실행함으로써 실현되는 처리가 나타나 있다.
기판 처리 장치 (1) 에 의한 기판 처리에서는, 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 기판 반입 공정 (스텝 S1), 및, 예비 치환 공정 (스텝 S2) 이 이 순서로 실행된다. 그 후, 산화성 가스 공급 공정 (스텝 S3), 산화성 가스 배제 공정 (스텝 S4), 에칭 가스 공급 공정 (스텝 S5), 물 공급 계속 공정 (스텝 S6), 및, 물 배제 공정 (스텝 S7) 이, 이 순서로 적어도 1 회씩 실행된다. 그리고, 최후의 물 배제 공정 후, 기판 반출 공정 (스텝 S8) 이 실행된다.
도 6 은, 기판 처리에 있어서 열 처리 챔버 (30) 내에서 실시되는 공정의 타임 차트이다. 이하에서는, 주로 도 2, 도 5 및 도 6 을 참조한다.
먼저, 미처리의 기판 (W) 은, 반송 로봇 (IR, CR) (도 1 참조) 에 의해 캐리어 (C) 로부터 처리 유닛 (2) 에 반입된다 (기판 반입 공정 : 스텝 S1). 기판 (W) 은, 질화갈륨층이 노출되는 제 1 주면 (W1) 을 상방을 향하게 한 상태에서 핫 플레이트 (20) 의 가열면 (20a) 상에 재치된다 (기판 재치 공정).
그 후, 덮개 (32) 를 하강시킴으로써, 챔버 본체 (31) 와 덮개 (32) 에 의해 형성되는 밀폐 처리 공간 (SP) 내에서, 핫 플레이트 (20) 상에 기판 (W) 이 재치된 상태가 된다. 가열면 (20a) 상에 재치된 기판 (W) 은, 핫 플레이트 (20) 에 의해, 소정의 산화 온도 (제 1 온도) 로 가열된다 (기판 가열 공정). 소정의 산화 온도는, 예를 들어, 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하의 온도이다.
밀폐 처리 공간 (SP) 이 형성된 상태에서, 제 1 유체 배출 밸브 (67) 및 제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 가 열린다. 이로써, 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스가 도입되는 한편으로, 밀폐 처리 공간 (SP) 내의 분위기가 제 1 유체 배출 포트 (15A) 를 통하여 열 처리 챔버 (30) 의 외부로 배출된다. 요컨대, 밀폐 처리 공간 (SP) 에 산화성 가스가 공급되기 전에, 밀폐 처리 공간 (SP) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다 (예비 치환 공정 : 스텝 S2).
불활성 가스의 공급을 소정의 치환 시간 계속함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 내의 분위기가 불활성 가스로 충분히 치환되어, 밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스가 가득 찬다. 소정의 치환 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다. 예비 치환 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량 (예비 치환 유량) 은, 제 1 유량이다. 제 1 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 예비 치환 유량은, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
밀폐 처리 공간 (SP) 에 불활성 가스가 가득 차 있는 상태에서, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 오존 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 오존 가스가 공급된다 (산화성 가스 공급 공정 : 스텝 S3). 산화성 가스 공급 공정은, 산화성 유체 공급 공정의 일례이다.
복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 토출된 오존 가스에 의해, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 이 처리된다 (산화 처리 공정). 상세하게는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 질화갈륨층의 표층에, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화갈륨층이 형성된다 (산화 금속층 형성 공정, 산화갈륨층 형성 공정). 기판 (W) 은, 핫 플레이트 (20) 상에서 산화 온도로까지 가열되어 있다. 그 때문에, 산화 금속층 형성 공정에서는, 기판 (W) 을 산화 온도로 가열하면서 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 오존 가스를 공급하는 가열 산화 공정이 실행된다.
밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 오존 가스의 도입은, 소정의 산화 처리 시간 계속된다. 소정의 산화 처리 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 300 초 이하이다.
산화성 가스 공급 공정에 있어서의 산화성 가스의 유량은, 소정의 산화 유량이다. 산화 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 산화 유량은, 모든 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 산화성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 산화성 가스의 도입 중, 불활성 가스의 유량은, 제 1 분압 조정 유량으로 조정된다. 제 1 분압 조정 유량은, 예를 들어, 제 1 유량보다 낮은 제 2 유량이다. 제 2 유량은, 예를 들어, 0 L/min 이상이고, 50 L/min 이하이다. 제 1 분압 조정 유량은, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
불활성 가스의 유량을 조정함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 내에 있어서의 오존 가스의 분압을, 질화갈륨층의 표층의 1 원자층 또는 수원자층의 부분을 산화시키기에 적합한 분압으로 조정할 수 있다 (오존 가스 분압 조정 공정, 산화성 가스 분압 조정 공정).
오존 가스의 공급 중에 있어서도 제 1 유체 배출 밸브 (67) 가 열린 상태가 계속되고 있기 때문에, 밀폐 처리 공간 (SP) 내의 오존 가스는 제 1 유체 배출 라인 (57) (제 1 배기 라인) 으로부터 배기된다.
오존 가스로 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 처리한 후, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힌다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터의 불활성 가스의 토출이 계속되는 한편으로, 오존 가스의 토출이 정지된다.
기판 (W) 의 주면을 향하여 불활성 가스를 공급함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 오존 가스가 배제된다 (산화성 가스 배제 공정 : 스텝 S4). 산화성 가스 배제 공정은, 산화성 유체 배제 공정의 일례이다.
산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힘과 동시에, 혹은, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힌 후, 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B) 가 제어되어, 불활성 가스의 유량이, 소정의 산화성 유체 배제 유량으로 변경된다. 산화성 유체 배제 유량은, 예를 들어, 제 1 유량이다. 산화성 유체 배제 유량은, 모든 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
오존 가스로 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 처리한 후, 기판 (W) 이 가열면 (20a) 에 재치되어 있는 상태를 유지하면서 핫 플레이트 (20) 의 온도가 저하된다. 핫 플레이트 (20) 의 온도의 저하에 수반하여, 기판 (W) 의 온도가 저하된다. 구체적으로는, 히터 온도를 에칭 온도로 변경함으로써, 핫 플레이트 (20) 및 기판 (W) 의 온도가 서서히 저하되고, 에칭 온도 (제 2 온도) 에 도달한다. 이와 같이, 기판 (W) 에 대한 가열이 약해져, 기판 (W) 의 온도가 산화 온도보다 낮은 소정의 에칭 온도로 조정된다 (온도 조정 공정, 가열 약화 공정, 저온 가열 공정). 에칭 온도는, 예를 들어, 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만의 온도이다.
핫 플레이트 (20) 는, 온도 조절면으로서의 가열면 (20a) 에 재치된 기판 (W) 의 온도를, 제 1 온도와 제 2 온도로 조절하는 온도 조절 부재로서 기능한다.
기판 (W) 의 온도를 저하시키는 과정에서, 제 1 유체 배출 밸브 (67) 가 닫히고 제 2 유체 배출 밸브 (68) 가 열린다. 이로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터의 분위기의 배기처 (배기 라인) 가 제 1 유체 배출 라인 (57) (제 1 배기 라인) 에서 제 2 유체 배출 라인 (58) (제 2 배기 라인) 으로 변경된다 (유체 배출 라인 변경 공정).
기판 (W) 의 온도의 저하 중에, 제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 가 닫히고, 제 2 불활성 가스 밸브 (64A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터의 불활성 가스의 토출이 정지되고, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터의 불활성 가스의 토출이 개시된다. 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B) 가 제어되어, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량은, 제 1 유량으로 조정된다.
기판 (W) 의 온도가 에칭 온도에 도달한 후, 물 밸브 (65A) 및 반응성 가스 밸브 (66A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 에칭 가스 (수증기 및 암모니아 가스의 혼합 가스) 가 도입됨으로써, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 에칭 가스가 공급된다 (에칭 가스 공급 공정 : 스텝 S5). 에칭 가스 공급 공정은, 에칭 유체 공급 공정의 일례이다.
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 토출된 에칭 가스에 의해, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 이 처리된다 (에칭 처리 공정). 상세하게는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 형성된 산화갈륨층이 에칭되어, 산화갈륨층이 선택적으로 제거된다 (산화 금속층 제거 공정, 산화갈륨층 제거 공정). 산화 금속층 제거 공정에서는, 기판 (W) 의 온도가 에칭 온도인 상태에서 산화갈륨층이 에칭된다 (저온 에칭 공정).
밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 에칭 가스의 도입은, 소정의 에칭 처리 시간 계속된다. 소정의 에칭 처리 시간은, 예를 들어, 5 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다.
에칭 가스 공급 공정에 있어서의 수증기의 유량은, 소정의 제 1 에칭 유량이다. 제 1 에칭 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 수증기의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 수증기의 유량의 합계를 의미한다.
에칭 가스 공급 공정에 있어서의 암모니아 가스의 유량은, 소정의 제 2 에칭 유량이다. 제 2 에칭 유량은, 예를 들어, 1 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 암모니아 가스의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 암모니아 가스의 유량의 합계를 의미한다.
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 에칭 가스가 도입되고 있는 동안, 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B) 의 개도를 조정함으로써, 불활성 가스의 유량은, 제 2 분압 조정 유량으로 조정된다. 제 2 분압 조정 유량은, 예비 치환 유량보다 낮고, 예를 들어, 제 2 유량이다. 제 2 분압 조정 유량은, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
불활성 가스의 유량을 조정함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 내에 있어서의 수증기의 분압 및 암모니아 가스의 분압을, 산화갈륨층의 선택적인 에칭에 적합한 분압으로 조정할 수 있다 (에칭 가스 분압 조정 공정).
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 토출되는 수증기의 온도는, 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 기판 (W) 의 온도 (에칭 온도) 보다 높다. 그 때문에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 근방에서는, 수증기의 온도가 저하되고, 미세한 미스트상의 물이 형성된다.
이 미세한 미스트상의 물에 용해되는 암모니아 가스의 농도가 1 × 10-6 mol/L 이상이고, 또한, 15 mol/L 이하이면, 1 원자 또는 수원자층의 두께를 갖는 산화갈륨층의 선택적인 에칭이 달성된다. 이 미세한 미스트상의 물에 용해되는 암모니아 가스의 농도는, 1 mol/L 인 것이 특히 바람직하다.
기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 산화갈륨층이 제거된 후, 물 밸브 (65A) 가 열린 상태로 유지되는 한편으로, 반응성 가스 밸브 (66A) 가 닫힌다. 이로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 암모니아 가스의 도입이 정지되고, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 수증기의 도입이 계속된다 (수증기 공급 계속 공정 : 스텝 S6). 산화 금속층 제거 공정 후, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 수증기의 도입을 계속함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 반응성 가스가 배제된다 (반응성 가스 배제 공정, 암모니아 가스 배제 공정).
반응성 가스의 공급 정지 후, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 수증기의 도입은, 소정의 물 공급 계속 시간 계속된다. 소정의 물 공급 계속 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다.
밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 수증기의 공급이 계속되고 있는 동안, 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B) 의 개도를 조정함으로써, 불활성 가스의 유량은, 소정의 암모니아 가스 배제 유량으로 조정된다. 암모니아 가스 배제 유량은, 예를 들어, 제 2 분압 조정 유량과 동일하게 제 2 유량이다. 수증기 공급 계속 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
수증기의 공급이 소정의 물 공급 계속 시간 계속된 후, 물 밸브 (65A) 가 닫힌다. 이로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 수증기의 공급이 정지된다. 그 한편으로, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로의 불활성 가스의 공급이 계속되기 때문에, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 수증기가 배제된다 (물 배제 공정, 수증기 배제 공정 : 스텝 S7).
물 밸브 (65A) 가 닫힘과 동시에, 혹은, 물 밸브 (65A) 가 닫힌 후에, 기판 (W) 에 대한 가열이 강해져, 기판 (W) 의 온도가 산화 온도로 조정된다 (가열 강화 공정). 구체적으로는, 히터 온도를 소정의 에칭 온도로 변경함으로써, 핫 플레이트 (20) 및 기판 (W) 의 온도가 서서히 상승하고, 소정의 산화 온도에 도달한다.
기판 (W) 의 온도를 상승시키는 과정에서, 제 2 유체 배출 밸브 (68) 가 닫히고 제 1 유체 배출 밸브 (67) 가 열린다. 이로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터의 분위기의 배기처 (배기 라인) 가 제 2 유체 배출 라인 (58) (제 2 배기 라인) 에서 제 1 유체 배출 라인 (57) (제 1 배기 라인) 으로 변경된다 (유체 배출 라인 변경 공정).
물 밸브 (65A) 가 닫힘과 동시에, 혹은, 물 밸브 (65A) 가 닫힌 후, 불활성 가스의 유량이, 소정의 물 배제 유량으로 변경된다. 물 배제 유량은, 예를 들어, 제 1 유량이다. 물 배제 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 밀폐 처리 공간 (SP) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
그 후, 다시, 산화성 가스 공급 공정 (스텝 S3) ∼ 물 배제 공정 (스텝 S7) 이 1 회씩 이상 실행되어도 된다. 도 5 에 있어서의「N」은, 0 이상의 정수 (N = 0, 1, 2…) 를 의미하고 있다. 사이클 처리가 합계로 1 회 이상 실시되고, 그 후, 최후의 물 배제 공정 (스텝 S7) 에 있어서 가열 강화 공정을 실시하지 않고, 기판 반출 공정 (스텝 S8) 이 실행된다. 열 처리 유닛 (5) 으로부터 반출된 기판 (W) 은, 반송 로봇 (CR) 으로부터 반송 로봇 (IR) 에 건네지고, 반송 로봇 (IR) 에 의해 캐리어 (C) 에 수납된다.
도 7 은, 기판 처리에 있어서 산화 금속층 형성 공정과 산화 금속층 제거 공정이 반복되는 것에 의한 기판 (W) 의 표면 상태의 변화에 대해 설명하기 위한 모식도이다.
산화 금속층 형성 공정 (스텝 S3) 및 산화 금속층 제거 공정 (스텝 S5) 에 의한 질화갈륨층 (100) 의 표층의 모습의 변화에 대해 도 7 을 사용하여 설명한다. 도 7(a) 및 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 오존 가스 (산화성 가스) 를 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화갈륨층 (101) 이 질화갈륨층 (100) 의 표층에 형성된다 (산화 금속층 형성 공정). 산화갈륨층 (101) 의 두께 (D1) 는, 0.3 ㎚ 이상이고 또한 5 ㎚ 이하이다.
산화 금속층 형성 공정에서는, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화갈륨층 (101) 이 형성된다. 질화갈륨층 (100) 의 1 원자층의 두께와 산화갈륨층 (101) 의 1 원자층의 두께는 거의 동일하다. 산화갈륨층 (101) 의 1 원자층의 두께는, 1 ㎚ 이하 (예를 들어, 0.3 ㎚ ∼ 0.4 ㎚) 이다. 상기 서술한 바와 같이, 수원자층이란, 2 원자층 내지 10 원자층을 말한다.
그리고, 도 7(c) 및 도 7(d) 에 나타내는 바와 같이, 에칭 가스를 산화갈륨층 (101) 을 향하여 공급함으로써, 산화갈륨층 (101) 이 기판 (W) 으로부터 선택적으로 제거된다 (산화 금속층 제거 공정). 즉, 질화갈륨층 (100) 의 표층에 형성된 1 원자층 또는 수원자층의 산화갈륨층 (101) 전체가 제거된다. 이와 같이, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써, 1 원자층 또는 수원자층의 두께 (D1) 분의 질화갈륨층 (100) 이 에칭된다.
그 후, 도 7(e) 및 도 7(f) 에 나타내는 바와 같이 사이클 처리를 추가로 1 사이클 실시함으로써, 1 원자층 또는 수원자층의 두께 (D1) 분의 질화갈륨층 (100) 이 에칭된다. 사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써 에칭되는 질화갈륨층 (100) 의 두께 (D1) 는, 거의 일정하다.
사이클 처리가 복수 사이클 실행되는 경우, 도 7(g) 에 나타내는 바와 같이, 질화갈륨층 (100) 의 표층에 있어서, 두께 (D1) 와 사이클수 (도 7(g) 에서는 3 사이클) 의 곱에 상당하는 두께 (D2) 의 부분이 기판 (W) 로부터 제거된다 (D2 = D1 × 사이클수). 사이클 처리를 복수 사이클 실시함으로써 에칭되는 질화갈륨층 (100) 의 양이, 두께 (D2) 에 상당한다.
그 때문에, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 반복 실행하는 횟수를 조절함으로써, 원하는 에칭량 (두께 (D2) 와 동일한 양) 을 달성할 수 있다.
예를 들어, 사이클 처리를 1 사이클 실시함으로써 질화갈륨층 (100) 이 0.3 ㎚ 에칭되는 경우, 사이클 처리의 실행 횟수를 조정함으로써, 질화갈륨층 (100) 이 1.5 ㎚ 에칭되는 기판 처리를 실행하거나, 질화갈륨층 (100) 이 1.8 ㎚ 에칭되는 기판 처리를 실행하거나 할 수 있다. 즉, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 질화갈륨층 (100) 의 에칭량을 제어할 수 있다.
또, 이 기판 처리 방법에서는, 산화갈륨층 (101) 을 선택적으로 제거하기 위해 수증기와 반응성 가스를 함유하는 에칭 가스가 사용된다.
이 기판 처리 방법과는 달리, 액체 상태의 물과 반응성 액체를 연속류로 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 공급하는 구성이면, 액체 상태의 물과 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 계면에 요철이 발생한다. 그 때문에, 분자 레벨에서는 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 각 위치에 있어서 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 과 물 분자 및 반응성 분자의 충돌 빈도에 불균일이 발생한다.
또한, 열 처리 유닛 (5) 에서는, 열 처리 중에 기판 (W) 이 회전되지 않기 때문에, 액체 상태의 물과 반응성 액체를 연속류로 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 공급하는 경우, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 충분히 건조시킬 수 없어, 워터마크가 발생할 우려가 있다.
수증기는, 액체 상태의 물과 비교하여, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 부근에서 확산되기 쉽다. 그 때문에, 물 분자를 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 각 위치에 있어서 균등하게 충돌시키기 쉽다. 따라서, 산화갈륨층 (101) 의 제거에 액체를 사용하는 경우와 비교하여, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 있어서의 에칭량의 불균일을 나노미터 이하의 정밀도로 억제할 수 있다. 특히, 사이클 처리가 복수 사이클 실행되는 경우에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 있어서의 에칭량의 불균일의 억제 효과가 현저해진다.
질화 금속층을 구성하는 물질이, 질화갈륨 이외의 III 족 금속의 질화물인 경우에도, 상기 서술한 바와 같이, 수증기 및 반응성 가스에 의한 나노미터 이하의 정밀도로의 에칭이 가능하다.
이상과 같이, 사이클 처리를 적어도 1 사이클 실행함으로써, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 각 위치에 있어서 나노미터 이하의 정밀도로 III 족 질화 금속층의 에칭량을 양호하게 제어할 수 있다.
반응성 가스로서 염화수소 가스를 사용하는 경우에는, 탄화실리콘막을 열 처리 챔버 (30) 의 내벽에 형성하여, 염화수소에 의한 부식으로부터 열 처리 챔버를 보호할 필요가 있다. 한편, 반응성 가스로서 암모니아 가스를 사용하면, 탄화실리콘막 등의 보호막을 열 처리 챔버 (30) 의 내벽에 형성할 필요가 없다. 그 때문에, 기판 처리 장치 (1) 의 비용의 저감을 도모할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 에칭 가스 전체를 다른 가스로 치환하는 것이 아니라, 에칭 가스를 구성하는 수증기의 공급을 계속함으로써 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 반응성 가스가 배제된다 (반응성 가스 배제 공정). 이로써, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 부착되어 있는 반응성 가스의 성분을 물에 흡착시켜 신속하게 제거할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 반응성 가스 배제 공정 후, 밀폐 처리 공간 (SP) 에 존재하는 수증기를 불활성 가스로 치환함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 수증기가 배제된다 (물 배제 공정). 그 때문에, 물 분자 또는 수중에 약간 용해되어 있는 산소 분자에 의한 의도하지 않은 질화 금속층의 에칭을 억제할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 산화 금속층 형성 공정 후이고, 또한, 산화 금속층 제거 공정 전에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 불활성 가스를 공급함으로써, 밀폐 처리 공간 (SP) 에 존재하는 산화성 가스가 불활성 가스로 치환된다. 이로써, 산화 금속층 제거 공정 전에, 밀폐 처리 공간 (SP) 으로부터 산화성 가스가 배제된다 (산화성 가스 배제 공정). 그 때문에, 산화 금속층 제거 공정에 있어서의 의도하지 않은 질화 금속층의 산화를 억제할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 산화 금속층 제거 공정에 있어서, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 에칭 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 에칭 가스보다 낮은 온도로 기판 (W) 의 온도가 조정된다 (온도 조정 공정). 그 때문에, 에칭 가스의 온도가, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 부근에서 저하되기 때문에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 부근에 있어서 반응성 분자 및 물 분자의 운동 에너지가 저하된다. 그 때문에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 흡착된 반응성 분자 및 물 분자가 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 떨어지는 것이 억제된다. 바꾸어 말하면, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로의 반응성 분자 및 물 분자의 흡착이 촉진된다. 이로써, 질화 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다. 그 결과, 사이클 처리의 1 사이클당의 에칭량을 1 원자층 또는 수원자층으로 유지하면서, 질화 금속층의 에칭 속도를 높일 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 산화 금속층 형성 공정에 있어서, 기판 (W) 을 산화 온도 (제 1 온도) 로 가열하면서 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 산화성 가스를 공급함으로써, 산화 금속층이 형성된다 (가열 산화 공정). 그리고, 산화 금속층 제거 공정에 있어서, 기판 (W) 의 온도가 에칭 온도 (제 2 온도) 인 상태에서 에칭 유체를 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 공급함으로써, 산화 금속층이 에칭된다 (저온 에칭 공정).
구체적으로는, 기판 (W) 의 온도가 비교적 고온인 산화 온도 (예를 들어, 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하) 일 때에 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 질화 금속층이 산화되고, 기판 (W) 의 온도가 비교적 저온인 에칭 온도 (예를 들어, 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만) 일 때에 에칭이 실시된다.
그 때문에, 산화 금속층 형성 공정에 있어서, 질화 금속층의 산화 속도를 높일 수 있다. 한편, 산화 금속 제거 공정에 있어서 기판 (W) 의 온도가 비교적 고온이면, 에칭 유체에 약간 함유되는 산소가 산화력을 갖는 바, 에칭이 비교적 저온에서 실시된다. 그 때문에, 산화 금속층 제거 공정에 있어서 질화 금속층의 의도하지 않은 산화를 억제할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 단일의 핫 플레이트 (20) 의 가열면 (20a) 에 기판 (W) 이 재치된 상태에서, 기판 (W) 의 가열 및 기판 (W) 의 온도 저하의 양방이 실시된다. 그 때문에, 기판 (W) 의 온도를 변화시키기 위해 핫 플레이트 (20) 와는 다른 부재에 기판 (W) 을 이동시키는 구성과 비교하여, 기판 처리를 간략화할 수 있다.
또, 제 1 실시형태에 의하면, 컨트롤러 (3) 에 의해, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리가 원하는 사이클수 자동적으로 실행된다. 그 때문에, 산화 금속층 형성 공정 및 산화 금속층 제거 공정을 실행하는 횟수를 조절함으로써, 원하는 에칭량을 달성할 수 있다.
도 8 은, 제 1 실시형태의 열 처리 유닛 (5) 의 변형예의 모식적인 단면도이다. 변형예에 관련된 열 처리 유닛 (5) 은, 핫 플레이트 (20) 에 접촉하고, 핫 플레이트 (20) 의 온도를 저하시키는 쿨 플레이트 (70) 를 포함하고 있어도 된다. 쿨 플레이트 (70) 는, 챔버 본체 (31) 의 지지부 (34) 와 핫 플레이트 (20) 사이에 개재되어 있다. 쿨 플레이트 (70) 의 내부에는, 냉매 (전형적으로는 냉각수) 가 순환하는 냉매 경로 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
이 변형예에 관련된 열 처리 유닛 (5) 을 사용하여 기판 처리를 실시하는 경우, 핫 플레이트 (20) 의 히터 출력을 변경하지 않고, 냉각수의 순환을 개시함으로써 신속하게 핫 플레이트 (20) 의 온도를 저하시킬 수 있다. 즉, 기판 (W) 의 온도를 신속하게 저하시킬 수 있다.
도 9 는, 제 1 실시형태의 처리 유닛 (2) 의 변형예의 모식적인 단면도이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛 (2) 은, 열 처리 유닛 (5) 에 의해 가열된 기판 (W) 을 드라이 챔버 (4) 내에서 냉각시키는 냉각 유닛 (80) 과, 드라이 챔버 (4) 내에서 기판 (W) 을 반송하는 실내 반송 기구 (90) 를 추가로 포함하고 있어도 된다. 반입 반출구 (4a) 의 근방의 드라이 챔버 (4) 내에 냉각 유닛 (80) 이 배치되어 있다.
냉각 유닛 (80) 은, 쿨 플레이트 (81) 와, 쿨 플레이트 (81) 를 관통하여 상하동하는 복수의 리프트 핀 (82) 과, 리프트 핀 (82) 을 상하동시키는 핀 승강 구동 기구 (83) 를 포함한다. 쿨 플레이트 (81) 는, 기판 (W) 이 재치되는 냉각면 (81a) 을 갖는다. 복수의 리프트 핀 (82) 은, 연결 플레이트 (84) 에 의해 연결되어 있다.
쿨 플레이트 (81) 의 내부에는, 냉매 (전형적으로는 냉각수) 가 순환하는 냉매 경로 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 복수의 리프트 핀 (82) 은, 냉각면 (81a) 보다 상방에서 기판 (W) 을 지지하는 상위치와, 선단이 냉각면 (81a) 보다 하방으로 몰입되는 하위치 사이에서 상하동된다.
실내 반송 기구 (90) 는, 드라이 챔버 (4) 의 내부에서 기판 (W) 을 반송한다. 보다 구체적으로는, 실내 반송 기구 (90) 는, 냉각 유닛 (80) 과 열 처리 유닛 (5) 사이에서 기판 (W) 을 반송하는 실내 반송 핸드 (90H) 를 구비하고 있다. 실내 반송 핸드 (90H) 는, 냉각 유닛 (80) 의 복수의 리프트 핀 (82) 과의 사이에서 기판 (W) 을 전달할 수 있고, 또한 열 처리 유닛 (5) 의 리프트 핀 (40) 과의 사이에서 기판 (W) 을 전달할 수 있도록 구성되어 있다. 그것에 의해, 실내 반송 핸드 (90H) 는, 냉각 유닛 (80) 의 리프트 핀 (82) 으로부터 기판 (W) 을 수취하여 열 처리 유닛 (5) 의 리프트 핀 (40) 에 그 기판 (W) 을 건네도록 동작할 수 있다. 또한, 실내 반송 핸드 (90H) 는, 열 처리 유닛 (5) 의 리프트 핀 (40) 으로부터 기판 (W) 을 수취하여 냉각 유닛 (80) 의 리프트 핀 (82) 에 그 기판 (W) 을 건네도록 동작할 수 있다.
반송 로봇 (CR) (도 1 참조) 이 기판 (W) 을 드라이 챔버 (4) 에 반입할 때, 셔터 (6) 는, 반입 반출구 (4a) 를 개방하는 열림 위치로 제어된다. 그 상태에서, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가 드라이 챔버 (4) 에 진입하고, 기판 (W) 을 쿨 플레이트 (81) 의 상방에 배치한다. 그러면, 복수의 리프트 핀 (82) 이 상위치까지 상승하고, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 로부터 기판 (W) 을 수취한다. 그 후, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 는 드라이 챔버 (4) 밖으로 후퇴한다.
다음으로, 실내 반송 기구 (90) 의 실내 반송 핸드 (90H) 는, 복수의 리프트 핀 (82) 으로부터 기판 (W) 을 수취하여 열 처리 유닛 (5) 에 기판 (W) 을 반송한다. 이 때 덮개 (32) 는 열림 위치 (상위치) 에 있고, 복수의 리프트 핀 (40) 은 수취한 기판 (W) 을 상위치에서 지지한다. 실내 반송 핸드 (90H) 가 열 처리 챔버 (30) 로부터 퇴피한 후, 리프트 핀 (40) 은 하위치까지 하강하여, 기판 (W) 을 가열면 (20a) (도 2 를 참조) 에 재치한다. 한편, 덮개 (32) 는, 닫힘 위치 (하위치) 로 하강하고, 핫 플레이트 (20) 를 내포하는 밀폐 처리 공간 (SP) 을 형성한다. 이 상태에서, 기판 (W) 에 대한 열 처리 (예를 들어, 도 4 의 스텝 S2 ∼ 스텝 S8) 가 실시된다.
열 처리를 끝내면, 덮개 (32) 가 열림 위치 (상위치) 로 상승하여 열 처리 챔버 (30) 가 개방된다. 또한, 복수의 리프트 핀 (40) 이 상위치로 상승하고, 기판 (W) 을 가열면 (20a) 의 상방으로 밀어 올린다. 그 상태에서, 실내 반송 기구 (90) 의 실내 반송 핸드 (90H) 는, 복수의 리프트 핀 (40) 으로부터 기판 (W) 을 수취하여, 냉각 유닛 (80) 의 복수의 리프트 핀 (82) 과 그 기판 (W) 을 반송한다. 냉각 유닛 (80) 은, 수취한 기판 (W) 을 상위치에서 지지한다. 실내 반송 핸드 (90H) 의 퇴피를 기다려, 복수의 리프트 핀 (82) 이 하위치로 하강하고, 그것에 의해, 기판 (W) 이 쿨 플레이트 (81) 의 냉각면 (81a) 에 재치된다. 그것에 의해, 기판 (W) 이 냉각된다.
기판 (W) 의 냉각을 끝내면, 리프트 핀 (82) 이 상위치로 상승하고, 그것에 의해, 기판 (W) 을 냉각면 (81a) 의 상방으로 밀어 올린다. 그 상태에서, 셔터 (6) 가 열리고, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 가 드라이 챔버 (4) 로 진입하고, 상위치에 있는 리프트 핀 (82) 에 의해 지지된 기판 (W) 의 하방에 배치된다. 그 상태에서, 리프트 핀 (82) 이 하강함으로써, 반송 로봇 (CR) 의 핸드 (H) 에 기판 (W) 이 건네진다. 기판 (W) 을 유지한 핸드 (H) 는, 드라이 챔버 (4) 밖으로 퇴피하고, 그 후에 셔터 (6) 가 반입 반출구 (4a) 를 닫는다.
＜제 2 실시형태＞
이하에서는, 이 발명의 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1P) 의 구성에 대해 설명한다.
제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1P) 가, 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 와 주로 상이한 점은, 기판 처리 장치 (1P) 의 열 처리 유닛 (5) 이, 제 1 열 처리 유닛 (5A) (도 10 을 참조) 및 제 2 열 처리 유닛 (5B) (도 11 을 참조) 을 포함하는 점이다. 도 10 은, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 도 11 은, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 도 10 및 도 11 그리고 후술하는 도 12 에 있어서, 전술한 도 1 ∼ 도 9 에 나타낸 구성과 동등한 구성에 대해서는, 도 1 등과 동일한 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 10 을 참조하여, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 이, 제 1 실시형태에 관련된 열 처리 유닛 (5) 과 주로 상이한 점은, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 에는, 제 2 유체 라인 (51) (도 2 를 참조) 이 형성되어 있지 않고, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 의 모든 유체 도입 포트 (10) 에는, 제 1 유체 라인 (50) 이 접속되어 있는 점이다. 요컨대, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 에 형성되어 있는 유체 도입 포트 (10) 는, 모두, 제 1 유체 도입 포트 (10A) 이다. 또, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 에 형성되어 있는 유체 배출 포트 (15) 는, 모두, 주로 산화성 가스를 배기하는 제 1 유체 배출 포트 (15A) 이다.
이하에서는, 제 1 열 처리 유닛 (5A) 에 구비된 열 처리 챔버 (30), 밀폐 처리 공간 (SP), 핫 플레이트 (20), 및, 리프트 핀 (40) 을 각각, 제 1 열 처리 챔버 (30A) (제 1 챔버), 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1), 제 1 핫 플레이트 (20A), 및 제 1 리프트 핀 (40A) 이라고도 한다.
도 11 을 참조하여, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 이, 제 1 실시형태에 관련된 열 처리 유닛 (5) 과 주로 상이한 점은, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 에는, 제 1 유체 라인 (50) 이 형성되어 있지 않고, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 의 모든 유체 도입 포트 (10) 에는, 제 2 유체 라인 (51) 이 접속되어 있는 점이다. 요컨대, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 에 형성되어 있는 유체 도입 포트 (10) 는, 모두, 제 2 유체 도입 포트 (10B) 이다. 또, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 에 형성되어 있는 유체 배출 포트 (15) 는, 모두, 주로 에칭 가스를 배기하는 제 2 유체 배출 포트 (15B) 이다.
이하에서는, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 에 구비된 열 처리 챔버 (30), 밀폐 처리 공간 (SP), 핫 플레이트 (20), 및 리프트 핀 (40) 을 각각, 제 2 열 처리 챔버 (30B) (제 2 챔버), 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2), 제 2 핫 플레이트 (20B) 및 제 2 리프트 핀 (40B) 이라고도 한다.
제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1P) 에 의한 기판 처리는, 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 와는 상이하다. 구체적으로는, 산화 금속층 형성 공정과, 산화 금속층 제거 공정이 각각 다른 열 처리 유닛 (5) 으로 실행된다. 도 12 는, 기판 처리 장치 (1P) 에 의해 실행되는 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
기판 처리 장치 (1P) 에 의한 기판 처리에서는, 예를 들어, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 제 1 기판 반입 공정 (스텝 S11), 제 1 예비 치환 공정 (스텝 S12), 산화성 가스 공급 공정 (스텝 S13), 산화성 가스 배제 공정 (스텝 S14), 제 1 기판 반출 공정 (스텝 S15), 제 2 기판 반입 공정 (스텝 S16), 제 2 예비 치환 공정 (스텝 S17), 에칭 가스 공급 공정 (스텝 S18), 물 공급 계속 공정 (스텝 S19), 및, 물 배제 공정 (스텝 S20), 제 2 기판 반출 공정 (스텝 S21) 이, 이 순서로 적어도 1 회씩 실행된다.
이하에서는, 주로 도 10 ∼ 도 12 를 참조한다.
먼저, 미처리의 기판 (W) 은, 반송 로봇 (IR, CR) (도 1 참조) 에 의해 캐리어 (C) 로부터 제 1 열 처리 유닛 (5A) 에 반입된다 (제 1 기판 반입 공정 : 스텝 S11). 기판 (W) 은, 질화갈륨이 노출되는 제 1 주면 (W1) 을 상방을 향하게 한 상태에서 제 1 핫 플레이트 (20A) 의 가열면 (20a) 상에 재치된다 (제 1 기판 재치 공정).
그 후, 제 1 열 처리 챔버 (30A) 의 덮개 (32) 를 하강시킴으로써, 챔버 본체 (31) 와 덮개 (32) 에 의해 형성되는 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내에서, 제 1 핫 플레이트 (20A) 상에 기판 (W) 이 재치된 상태가 된다. 가열면 (20a) 상에 재치된 기판 (W) 은, 제 1 핫 플레이트 (20A) 에 의해, 소정의 산화 온도로 가열된다 (기판 가열 공정). 소정의 산화 온도는, 예를 들어, 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하의 온도이다. 제 1 핫 플레이트 (20A) 는, 제 1 온도 조절 부재의 일례이고, 제 1 핫 플레이트 (20A) 의 가열면 (20a) 은, 제 1 온도 조절면의 일례이다.
제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 이 형성된 상태에서, 제 1 유체 배출 밸브 (67) 및 제 1 불활성 가스 밸브 (62A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 불활성 가스가 도입되는 한편으로, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내의 분위기가 복수의 제 1 유체 배출 포트 (15A) 를 통하여 열 처리 챔버 (30) 의 외부로 배출된다. 요컨대, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 산화성 가스가 공급되기 전에, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다 (제 1 예비 치환 공정 : 스텝 S12).
불활성 가스의 공급을 소정의 제 1 치환 시간 계속함으로써, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내의 분위기가 불활성 가스로 충분히 치환되어, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 불활성 가스가 가득 찬다. 소정의 제 1 치환 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다. 제 1 예비 치환 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량 (제 1 예비 치환 유량) 은, 소정의 제 1 유량이다. 제 1 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 제 1 예비 치환 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 불활성 가스가 가득 차 있는 상태에서, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 오존 가스가 도입되고, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 향하여 오존 가스가 공급된다 (산화성 가스 공급 공정, 오존 가스 공급 공정 : 스텝 S13).
복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 토출된 오존 가스에 의해, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 이 처리된다 (산화 처리 공정). 상세하게는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 노출되는 질화갈륨층의 표층에, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화갈륨층이 형성된다 (산화 금속층 형성 공정, 산화갈륨층 형성 공정). 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 으로의 오존 가스의 도입은, 소정의 산화 처리 시간 계속된다. 소정의 산화 처리 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다.
산화성 가스 공급 공정에 있어서의 산화성 가스의 유량은, 소정의 산화 유량이다. 산화 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 산화성 가스 공급 공정에 있어서의 산화성 가스의 유량은, 모든 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 도입되는 산화성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 으로의 산화성 가스의 도입 중, 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B) 가 제어되어, 불활성 가스의 유량은, 제 1 분압 조정 유량으로 조정된다. 제 1 분압 조정 유량은, 예를 들어, 제 1 유량보다 낮은 제 2 유량이다. 제 2 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 50 L/min 이하이다. 제 1 분압 조정 유량은, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
불활성 가스의 유량을 조정함으로써, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내에 있어서의 오존 가스의 분압을, 질화갈륨층의 표층의 1 원자층 또는 수원자층의 부분을 산화시키기에 적합한 분압으로 조정할 수 있다 (오존 가스 분압 조정 공정, 산화성 가스 분압 조정 공정).
오존 가스의 공급 중에 있어서도 제 1 유체 배출 밸브 (67) 가 열린 상태가 계속되고 있기 때문에, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내의 오존 가스는 제 1 유체 배출 라인 (57) 으로부터 배기된다.
오존 가스로 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 을 처리한 후, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힌다. 이로써, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터의 불활성 가스의 토출이 계속되는 한편으로, 오존 가스의 토출이 정지된다.
기판 (W) 의 주면을 향하여 불활성 가스를 공급함으로써, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고, 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 으로부터 오존 가스가 배제된다 (산화성 가스 배제 공정 : 스텝 S14).
산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힘과 동시에, 혹은, 산화성 유체 밸브 (63A) 가 닫힌 후, 제 1 불활성 가스 유량 조정 밸브 (62B) 가 제어되어, 불활성 가스의 유량이, 소정의 산화성 유체 배제 유량으로 변경된다. 산화성 유체 배제 유량은, 예를 들어, 제 1 유량이다. 산화성 유체 배제 유량은, 복수의 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 제 1 밀폐 처리 공간 (SP1) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
그 후, 산화 처리가 완료된 기판 (W) 이 제 1 열 처리 유닛 (5A) 밖으로 반출된다 (스텝 S15 : 제 1 기판 반출 공정).
제 1 열 처리 유닛 (5A) 으로부터 반출된 기판 (W) 은, 반송 로봇 (CR) 에 의해, 제 2 열 처리 유닛 (5B) 에 반입된다 (스텝 S16 : 제 2 기판 반입 공정). 기판 (W) 은, 제 1 주면 (W1) 을 상방을 향하게 한 상태에서 제 2 핫 플레이트 (20B) 의 가열면 (20a) 상에 재치된다 (제 2 기판 재치 공정).
그 후, 제 2 열 처리 챔버 (30B) 의 덮개 (32) 를 하강시킴으로써, 챔버 본체 (31) 와 덮개 (32) 에 의해 형성되는 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 내에서, 제 2 핫 플레이트 (20B) 상에 기판 (W) 이 재치된 상태가 된다. 가열면 (20a) 상에 재치된 기판 (W) 의 온도는, 제 2 핫 플레이트 (20B) 에 의해, 소정의 에칭 온도로 조절된다 (온도 조절 공정). 소정의 에칭 온도는, 예를 들어, 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만의 온도이다 (저온 가열 공정). 제 2 핫 플레이트 (20B) 는, 제 1 온도 조절 부재보다 저온인 제 2 온도 조절 부재의 일례이고, 제 2 핫 플레이트 (20B) 의 가열면 (20a) 은, 제 2 온도 조절면의 일례이다.
제 2 열 처리 챔버 (30B) 에 반입되는 기판 (W) 이 이미 에칭 온도보다 낮은 온도로 냉각되어 있는 경우, 기판 (W) 은, 제 2 핫 플레이트 (20B) 의 가열면 (20a) 에 재치됨으로써 에칭 온도로까지 가열된다. 반대로, 제 2 열 처리 챔버 (30B) 에 반입되는 기판 (W) 의 온도가 에칭 온도보다 높은 경우, 기판 (W) 은, 제 2 핫 플레이트 (20B) 의 가열면 (20a) 에 재치됨으로써 에칭 온도로까지 냉각된다.
제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 이 형성된 상태에서, 제 2 유체 배출 밸브 (68) 및 제 2 불활성 가스 밸브 (64A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 불활성 가스가 도입되는 한편으로, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 내의 분위기가 복수의 제 2 유체 배출 포트 (15B) 를 통하여 제 2 열 처리 챔버 (30B) 의 외부로 배출된다. 요컨대, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 산화성 가스가 공급되기 전에, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다 (제 2 예비 치환 공정 : 스텝 S17).
불활성 가스의 공급을 소정의 제 2 치환 시간 계속함으로써, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 내의 분위기가 불활성 가스로 충분히 치환되어, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 불활성 가스가 가득 찬다. 소정의 제 2 치환 시간은, 예를 들어, 30 초이다. 제 2 예비 치환 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량 (제 2 예비 치환 유량) 은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 제 2 예비 치환 유량은, 제 1 예비 치환 유량과 동일한 제 1 유량이어도 된다. 제 2 예비 치환 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
기판 (W) 의 온도가 에칭 온도에 도달한 후, 물 밸브 (65A) 및 반응성 가스 밸브 (66A) 가 열린다. 이로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 에칭 가스 (수증기 및 암모니아 가스의 혼합 가스) 가 공급된다 (에칭 가스 공급 공정 : 스텝 S18).
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 토출된 에칭 가스에 의해, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 이 처리된다 (에칭 처리 공정). 상세하게는, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 형성된 산화갈륨층이 에칭되어, 산화갈륨층이 선택적으로 제거된다 (산화 금속층 제거 공정, 산화갈륨층 제거 공정). 산화 금속층 제거 공정에서는, 기판 (W) 의 온도가 에칭 온도인 상태에서 산화갈륨층이 에칭된다 (저온 에칭 공정).
제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 에칭 가스의 도입은, 소정의 에칭 처리 시간 계속된다. 소정의 에칭 처리 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다.
에칭 가스 공급 공정에 있어서의 수증기의 유량은, 소정의 수증기 유량이다. 수증기 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 수증기의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 수증기의 유량의 합계를 의미한다.
에칭 가스 공급 공정에 있어서의 암모니아 가스의 유량은, 소정의 암모니아 유량이다. 암모니아 유량은, 예를 들어, 5 L/min 이상이고, 또한, 50 L/min 이하이다. 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 암모니아 가스의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 암모니아 가스의 유량의 합계를 의미한다.
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 에칭 가스가 도입되고 있는 동안, 제 2 불활성 가스 유량 조정 밸브 (64B) 가 제어되고, 불활성 가스의 유량은, 제 2 분압 조정 유량으로 조정된다. 제 2 분압 조정 유량은, 예비 치환 유량보다 낮고, 예를 들어, 제 2 유량이다. 제 2 분압 조정 유량은, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
불활성 가스의 유량을 저감시킴으로써, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 내에 있어서의 수증기의 분압 및 암모니아 가스의 분압을, 산화갈륨층의 선택적인 에칭에 적합한 분압으로 조정할 수 있다 (에칭 가스 분압 조정 공정).
복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 토출되는 수증기의 온도는, 에칭 가스 공급 공정에 있어서의 기판 (W) 의 온도 (에칭 온도) 보다 높다. 그 때문에, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 근방에서는, 수증기의 온도가 저하되고, 미세한 미스트상의 물이 형성된다. 이 미세한 미스트상의 물에 용해되는 암모니아 가스의 농도가 1 × 10-6 mol/L 이상이고, 또한, 15 mol/L 이하이면, 1 원자 또는 수원자층의 두께를 갖는 산화갈륨층의 선택적인 에칭이 달성된다. 이 미세한 미스트상의 물에 용해되는 암모니아 가스의 농도는, 1 mol/L 인 것이 특히 바람직하다.
기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 으로부터 산화갈륨층이 제거된 후, 물 밸브 (65A) 가 열린 상태로 유지되는 한편으로, 반응성 가스 밸브 (66A) 가 닫힌다. 이로써, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 암모니아 가스의 도입이 정지되고, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 수증기의 도입이 계속된다 (수증기 공급 계속 공정 : 스텝 S19). 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 수증기의 도입을 계속함으로써, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로부터 반응성 가스가 배제된다 (반응성 가스 배제 공정, 암모니아 가스 배제 공정).
반응성 가스의 공급 정지 후, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 수증기의 도입은, 소정의 물 공급 계속 시간 계속된다. 소정의 물 공급 계속 시간은, 예를 들어, 10 초 이상이고, 또한, 120 초 이하이다.
제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 수증기의 공급이 계속되고 있는 동안, 불활성 가스의 유량은, 소정의 암모니아 가스 배제 유량으로 조정된다. 암모니아 가스 배제 유량은, 예를 들어, 제 2 분압 조정 유량과 동일하게 제 2 유량이다. 수증기 공급 계속 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 복수의 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
수증기의 공급이 소정의 물 공급 계속 시간 계속된 후, 물 밸브 (65A) 가 닫힌다. 이로써, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 수증기의 공급이 정지된다. 그 한편으로, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로의 불활성 가스의 공급이 계속되기 때문에, 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 으로부터 수증기가 배제된다 (물 배제 공정, 수증기 배제 공정 : 스텝 S20).
물 밸브 (65A) 가 닫힘과 동시에, 혹은, 물 밸브 (65A) 가 닫힌 후, 불활성 가스의 유량이, 소정의 물 배제 유량으로 변경된다. 물 배제 유량은, 예를 들어, 제 1 유량이다. 물 배제 공정에 있어서의 불활성 가스의 유량은, 모든 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 제 2 밀폐 처리 공간 (SP2) 에 도입되는 불활성 가스의 유량의 합계를 의미한다.
그 후, 다시, 제 1 기판 반입 공정 (스텝 S11) ∼ 제 2 기판 반출 공정 (스텝 S21) 이 1 회씩 이상 실행되어도 된다. 도 12 에 있어서의「N」은, 0 이상의 정수 (N = 0, 1, 2…) 를 의미하고 있다. 사이클 처리가 합계로 1 회 이상 실시되고, 에칭 처리가 완료된 기판 (W) 이 제 2 열 처리 유닛 (5B) 밖으로 반출된다 (스텝 S21 : 제 2 기판 반출 공정). 그 후, 최후의 제 2 기판 반출 공정에서는, 기판 (W) 은, 반송 로봇 (CR) 으로부터 반송 로봇 (IR) 에 건네지고, 반송 로봇 (IR) 에 의해 캐리어 (C) 에 수납된다.
제 2 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 단, 제 2 실시형태에 의하면, 기판 (W) 의 온도 조절은, 제 1 핫 플레이트 (20A) 의 가열면 (20a) 상에서 실시된 후, 제 2 핫 플레이트 (20B) 의 가열면 (20a) 상에서 실시된다. 요컨대, 2 회의 온도 조절 (예를 들어, 기판 (W) 의 가열과 냉각) 이 각각 다른 부재 (제 1 핫 플레이트 (20A) 및 제 2 핫 플레이트 (20B)) 에 의해 실시된다. 그 때문에, 제 1 실시형태와 같이 단일의 핫 플레이트 (20) 의 가열면 (20a) 의 온도를 변화시킴으로써 기판 (W) 의 온도를 조절하는 구성과 비교하여, 기판 (W) 의 온도 조절에 요하는 시간을 단축시킬 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태의 변형예 (도 8 및 도 9 를 참조) 를 적용하는 것이 가능하다. 그 경우, 제 1 기판 반출 공정 (스텝 S15) 및 제 2 기판 반출 공정 (스텝 S21) 에 있어서, 기판 (W) 은, 반송 로봇 (CR) 에 의해 처리 유닛 (2) 으로부터 반출되기 전에, 쿨 플레이트 (70, 81) 에 의해 상온으로까지 냉각된다.
＜그 밖의 실시형태＞
이 발명은, 이상으로 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 또 다른 형태로 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 산화 금속층 제거 공정에 있어서 수증기가 사용된다. 그러나, 산화 금속층 제거 공정에서는, 에칭 유체로서, 수증기, 미스트 상태의 물 및 반응성 가스의 혼합 유체가 사용되어도 되고, 미스트 상태의 물 및 반응성 가스의 혼합 유체가 사용되어도 된다.
단, 상기 서술한 각 실시형태와 같이 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 토출되는 에칭 가스에 함유되는 수증기인 경우, 미스트 상태의 물을 사용한 경우와 비교하여, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 에 벌크 상태 (미소한 사이즈의 액적 상태) 의 물이 부착되기 어렵다. 따라서, 에칭 가스에 함유되는 물로서 수증기를 사용하는 구성이면, 기판 (W) 의 제 1 주면 (W1) 의 각 위치에 물 분자를 한층 불균일 없이 충돌시킬 수 있다.
또, 산화 금속 형성 공정에서는, 반드시 오존 가스 등의 산화성 가스를 사용할 필요는 없고, 과산화수소수 등의 산화성 액체를 사용하는 것도 가능하다. 산화성 액체가 과산화수소수인 경우, 과산화수소수 중의 과산화수소의 농도는, 1 ppm 이상이고, 또한, 100 ppm 이하인 것이 바람직하다. 산화성 가스 및 산화성 액체를 합쳐서 산화성 유체라고 한다.
산화 금속 형성 공정에서는, 공기 중의 산소를 UV 조사하여 여기함으로써 생성되는 O 라디칼을 사용하여 금속층을 형성해도 된다. 산화 금속 형성 공정에서는, UV 조사에 의해 형성되는 O 라디칼과, 산화성 유체를 조합해도 된다.
상기 서술한 실시형태에서는, 기판 처리 장치 (1, 1P) 가, 반송 로봇 (IR, CR) 과, 처리 유닛 (2) 과, 컨트롤러 (3) 를 구비하고 있다. 그러나, 단일의 처리 유닛 (2) 이, 본 발명의 기판 처리 장치를 구성하고 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 처리 유닛 (2) 이 기판 처리 장치의 일례여도 된다.
상기 서술한 각 실시형태에서는, 불활성 가스 및 산화성 가스가 공통의 제 1 유체 라인 (50) 를 통과하여, 제 1 유체 도입 포트 (10A) 로부터 열 처리 챔버 (30) (제 1 열 처리 챔버 (30A)) 내에 도입되고, 불활성 가스, 수증기 및 반응성 가스가 공통의 제 2 유체 라인 (51) 을 통과하여, 제 2 유체 도입 포트 (10B) 로부터 열 처리 챔버 (30) (제 2 열 처리 챔버 (30B)) 내에 도입된다. 그러나, 각 유체는, 제 1 유체 라인 (50) 이나 제 2 유체 라인 (51) 과 같은 공통 라인을 통과하지 않고, 유체 도입 포트 (10) 에 직접 접속된 불활성 가스 라인, 산화성 가스 라인, 물 라인, 반응성 가스 라인 등으로부터 유체 도입 포트 (10) 에 이송되어도 된다. 또, 제 1 유체 라인 (50) 및 제 2 유체 라인 (51) 에는, 유체를 혼합하기 위한 믹싱 밸브가 형성되어 있어도 된다.
또, 각 유체가, 열 처리 챔버 (30) (제 1 열 처리 챔버 (30A), 제 2 열 처리 챔버 (30B)) 내에 형성된 노즐로부터 토출되도록 구성되어 있어도 된다.
또, 에칭 가스 (에칭 유체) 는, 제 2 유체 라인 (51) 내에서 혼합될 필요는 없고, 미리 혼합된 에칭 가스 (에칭 유체) 가, 공급원으로부터 제 2 유체 라인 (51) 등에 공급되어도 된다.
산화 금속층 제거 공정에 있어서의 기판 (W) 의 온도 (에칭 온도) 가 상온 (예를 들어, 25 ℃) 인 경우, 제 1 실시형태의 기판 처리에서는, 핫 플레이트 (20) 에 의한 가열을 정지함으로써, 기판 (W) 의 온도를 저하시켜도 된다.
산화 금속층 제거 공정에 있어서의 기판 (W) 의 온도 (에칭 온도) 가 상온 (예를 들어, 25 ℃) 인 경우, 제 2 실시형태의 기판 처리에서는, 제 2 핫 플레이트 (20B) 에 의한 가열을 실시할 필요가 없다.
본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해 사용된 구체예에 불과하며, 본 발명은 이들 구체예에 한정하여 해석되어야 하는 것은 아니고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (20)

  1. 금속층을 주면에 갖는 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판의 주면을 향하여 산화성 유체를 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화 금속층 형성 공정과,
    가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 상기 물과 함께 상기 산화 금속층과 반응하는 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 상기 기판의 주면을 향하여 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하여 상기 기판으로부터 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정을 포함하고,
    상기 산화 금속층 형성 공정 및 상기 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리를 적어도 1 사이클 실행함으로써, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 상기 금속층의 에칭량을 제어하는, 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 금속층 제거 공정 후, 상기 기판의 주면으로의 가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것의 공급을 계속하여, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 상기 반응성 가스를 배제하는 반응성 가스 배제 공정을 추가로 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응성 가스 배제 공정 후, 상기 기판의 주면에 접하는 공간에 존재하는 물을 불활성 가스로 치환함으로써, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 물을 배제하는 물 배제 공정을 추가로 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 금속층 형성 공정 후이고, 또한, 상기 산화 금속층 제거 공정 전에, 상기 기판의 주면을 향하여 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 주면에 접하는 공간에 존재하는 상기 산화성 유체를 불활성 가스로 치환하여, 상기 기판의 주면에 접하는 공간으로부터 상기 산화성 유체를 배제하는 산화성 유체 배제 공정을 추가로 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 금속층 제거 공정이, 에칭 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판의 주면을 향하여 에칭 유체를 공급하는 에칭 유체 공급 공정과, 상기 에칭 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 에칭 유체보다 낮은 온도로 상기 기판의 온도를 조정하는 온도 조정 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 금속층 형성 공정이, 상기 기판을 가열하면서 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 형성하는 가열 산화 공정을 포함하고,
    상기 산화 금속층 제거 공정이, 상기 산화 금속층 형성 공정에 있어서의 상기 기판의 온도보다 상기 기판의 온도가 낮은 상태에서 상기 에칭 유체를 상기 기판의 주면을 향하여 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하는 저온 에칭 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열 산화 공정에 있어서의 상기 기판의 온도가 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하이고, 상기 저온 에칭 공정에 있어서의 상기 기판의 온도가 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만인, 기판 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열 산화 공정에 있어서, 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급하면서 챔버 내에 배치된 가열 부재의 가열면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판이 가열되고,
    상기 저온 에칭 공정에 있어서, 상기 기판이 상기 가열면에 재치되어 있는 상태를 유지하면서 상기 가열 부재의 온도를 저하시킴으로써, 상기 기판의 온도가 저하되는, 기판 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열 산화 공정에 있어서, 상기 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급하면서 제 1 챔버 내에 배치된 제 1 온도 조절 부재의 제 1 온도 조절면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판이 가열되고,
    상기 저온 에칭 공정에 있어서, 상기 기판을 상기 제 1 온도 조절면으로부터 이동시켜 제 2 챔버 내에 배치되고 상기 제 1 온도 조절 부재보다 저온인 제 2 온도 조절 부재의 제 2 온도 조절면에 상기 기판을 재치함으로써, 상기 기판의 온도가 저하되는, 기판 처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 금속층 형성 공정에 있어서 형성된 상기 산화 금속층의 두께가 5 ㎚ 이하인, 기판 처리 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층이, III 족 금속을 함유하는 질화 금속층을 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 질화 금속층이, 질화갈륨층인, 기판 처리 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 유체에 함유되는 물이 가스 상태의 물인, 기판 처리 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응성 가스가, 암모니아 가스인, 기판 처리 방법.
  15. 금속층을 주면에 갖는 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판이 재치되는 온도 조절면을 갖고, 상기 온도 조절면에 재치된 상기 기판의 온도를, 소정의 제 1 온도와 상기 제 1 온도보다 저온인 제 2 온도로 조절하는 온도 조절 부재와,
    상기 온도 조절 부재를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 산화성 유체를 공급하고, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화성 유체 공급 유닛과,
    가스 상태의 물 및 미스트 상태의 물 중 적어도 어느 것과, 상기 물과 함께 상기 산화 금속층과 반응하는 반응성 가스를 함유하는 에칭 유체를 상기 챔버 내에 공급하고, 상기 산화 금속층을 선택적으로 에칭하는 에칭 유체 공급 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 산화성 유체 공급 유닛 및 상기 에칭 유체 공급 유닛을 제어하는 컨트롤러를 추가로 포함하고,
    상기 컨트롤러가, 상기 산화성 유체 공급 유닛으로부터 기판의 주면을 향하여 상기 산화성 유체를 공급함으로써, 1 원자층 또는 수원자층으로 이루어지는 상기 산화 금속층을 상기 금속층의 표층에 형성하는 산화 금속층 형성 공정과, 상기 에칭 유체 공급 유닛으로부터 상기 기판의 주면을 향하여 에칭 유체를 공급함으로써, 상기 산화 금속층을 에칭하여 상기 기판의 주면으로부터 선택적으로 제거하는 산화 금속층 제거 공정을 실행하도록 프로그램되어 있고,
    상기 산화 금속층 형성 공정 및 상기 산화 금속층 제거 공정을 1 사이클로 하는 사이클 처리가 적어도 1 사이클 실행됨으로써, 사이클마다 나노미터 이하의 정밀도로 상기 금속층의 에칭량이 제어되는, 기판 처리 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 에칭 유체 공급 유닛은, 상기 챔버 내에서 개구되는 유체 도입 포트를 통하여 상기 챔버 내에 에칭 유체를 공급하도록 구성되어 있고,
    상기 제 2 온도가, 상기 유체 도입 포트를 통하여 상기 챔버 내에 도입되는 에칭 유체의 온도보다 낮은, 기판 처리 장치.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재가, 단일의 상기 온도 조절면을 갖고, 당해 단일의 온도 조절면 상에 상기 기판을 재치하고 있는 상태에서, 상기 기판의 온도를, 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도로 조절하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  19. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재가, 상기 온도 조절면으로서의 제 1 온도 조절면을 갖고, 상기 제 1 온도 조절면에 재치된 상기 기판을 상기 제 1 온도로 조절하는 제 1 온도 조절 부재와, 상기 온도 조절면으로서의 제 2 온도 조절면을 갖고, 상기 제 2 온도 조절면에 재치된 상기 기판을 상기 제 2 온도로 조절하는 제 2 온도 조절 부재를 갖고,
    상기 챔버가, 상기 제 1 온도 조절 부재를 수용하는 제 1 챔버와, 상기 제 2 온도 조절 부재를 수용하는 제 2 챔버를 갖고,
    상기 산화성 유체 공급 유닛이, 상기 제 1 챔버 내에 산화성 유체를 공급하도록 구성되어 있고,
    상기 에칭 유체 공급 유닛이, 상기 제 2 챔버 내에 에칭 유체를 공급하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  20. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 온도가 100 ℃ 이상이고, 또한, 400 ℃ 이하이고, 상기 제 2 온도가 25 ℃ 이상이고, 또한, 100 ℃ 미만인, 기판 처리 장치.
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