KR20220133088A - 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20220133088A
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
기판을 처리하는 처리실; 처리실 내에 설치된 기판 지지부; 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 처리실에 성막 보조 가스를 공급하는 성막 보조 가스 공급부; 및 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치에서, 기판을 성막 보조 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리인 제1 위치에 설정하고, 성막 보조 가스를 공급하여 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및 기판을 원료 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리와는 다른 제2 거리인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시(開示)는 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 방법에서 기판에 대하여 소정의 프로세스 처리를 수행하는 기판 처리 장치가 이용된다. 프로세스 처리로서는 예컨대 복수 종류의 가스를 순서대로 공급하여 수행하는 성막 처리가 있다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
1. 특허 제5384291호 공보 2. 일본 특개 2016-9742호 공보
기판에 소정의 프로세스 처리를 수행할 때 기판 상에 형성하는 막의 종류나 공급하는 가스의 종류에 따라 처리 압력이나 공급량 등의 최적의 프로세스 조건이 달라진다. 그렇기 때문에 전술한 바와 같은 기판 처리 장치를 이용한 경우, 가스를 공급하는 가스 공급구와 기판의 거리가 일정해서 기판 상에 형성되는 막의 면내 균일성이 악화되는 경우가 있다.
본 개시는 기판 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 성막 보조 가스를 공급하는 성막 보조 가스 공급부; 및 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치에서, 상기 기판을 상기 성막 보조 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리인 제1 위치에 설정하고, 성막 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및 상기 기판을 상기 원료 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이며, 기판을 제1 위치에 설정한 경우를 도시한 도면.
도 3은 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 시퀀스를 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면.
도 6은 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면.
도 7은 본 개시의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 종단면도로 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 이용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 현실의 것과 반드시 일치하지 않는다. 또한 복수의 도면의 상호간에서도 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
[제1 실시 형태]
(1)기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시되는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리실인 처리 용기(202) 내에는 기판으로서의 웨이퍼(W)를 처리하는 처리 공간(205)과, 웨이퍼(W)를 처리 공간(205)에 반송할 때 웨이퍼(W)가 통과하는 반송 공간(206)이 형성된다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이 판(208)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(149)에 인접한 기판 반입출구(204)가 설치되고, 웨이퍼(W)는 기판 반입출구(204)를 개재하여 미도시의 반송실 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다.
처리 공간(205)에는 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 지지부(210)가 배치된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(W)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212), 기판 재치대(212) 내에 설치된 가열원으로서의 히터(213)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다. 히터(213)에는 히터 제어부(220)가 접속되고, 컨트롤러(280)의 지시에 따라 원하는 온도로 가열된다.
처리 공간(205)의 상부(상류측)에는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 가스 도입공(231a)이 설치된다. 가스 도입공(231a)은 후술하는 가스 공급관(242)과 연통된다.
샤워 헤드(230)는 가스를 분산시키기 위한 분산 기구로서의 분산판(234)을 구비한다. 이 분산판(234)의 상류측이 버퍼 공간(232)이며, 하류측이 처리 공간(205)이다. 분산판(234)에는 가스 공급구인 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향되도록 배치된다. 분산판(234)은 예컨대 원반 형상으로 구성된다. 관통공(234a)은 분산판(234)의 전면에 걸쳐서 설치된다.
상부 용기(202a)는 플랜지를 포함하고, 플랜지 상에 지지 블록(233)이 재치되고 고정된다. 지지 블록(233)은 플랜지(233a)를 포함하고, 플랜지(233a) 상에는 분산판(234)이 재치되고 고정된다. 또한 덮개(231)는 지지 블록(233)의 상면에 고정된다.
(가스 공급부)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된 가스 도입공(231a)과 연통되도록 덮개(231)에는 가스 공급관(242)이 접속된다. 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a) 및 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터는 처리 가스이며, 후술하는 제1 원료 가스의 웨이퍼(W) 표면 상으로의 흡착을 보조하는 흡착 보조 가스가 MFC(243c), 밸브(243d), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다. 흡착 보조 가스로서는 예컨대 수증기(H2O)가 이용된다. 흡착 보조 가스는 후술하는 박막 형성 공정에서 공급하는 원료 가스의 성막을 보조하는 역할을 가지기 때문에 성막 보조 가스라고도 부른다.
주로 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 가스 공급계(성막 보조 가스 공급부, 흡착 보조 가스 공급부라고도 부른다)가 구성된다. 또한 제1 가스 공급원(243b)을 제1 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), MFC(244c) 및 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 제1 원료 가스가 MFC(244c), 밸브(244d), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 가스 공급계(제1 원료 가스 공급부 또는 원료 가스 공급부라고도 부른다)가 구성된다. 또한 제2 가스 공급원(244b)을 제2 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
제1 원료 가스는 예컨대 실리콘 함유 가스이다. 실리콘 함유 가스로서는 예컨대 디클로로실란(SiH2Cl2, DCS라고도 부른다)이나 헥사클로로디실란(Si2Cl6, HCDS라고도 부른다) 가스가 이용된다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), MFC(245c) 및 밸브(245d)가 설치된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 제2 원료 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), MFC(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급계(제2 원료 가스 공급부 또는 반응 가스 공급부라고도 부른다)가 구성된다. 또한 제3 가스 공급원(245b)을 제3 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
제2 원료 가스는 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나를 함유하며 제1 원료 가스와 반응하는 가스이다. 여기서는 예컨대 산소 함유 가스로서 설명한다. 구체적으로는 산소 함유 가스로서 오존(O3) 가스가 이용된다. 제1 원료 가스와 제2 원료 가스가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 실리콘산화(SiO)막을 형성한다.
또한 가스 공급관(242)에는 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 미도시의 불활성 가스 공급계(불활성 가스 공급부)가 접속되고, 기판 처리 공정에서는 처리 용기(202) 내나 샤워 헤드(230) 내에 잔류한 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서도 작용한다.
즉 샤워 헤드(230)는 처리 용기(202) 내에 처리 가스로서 흡착 보조 가스를 공급할 때는 성막 보조 가스 공급부(흡착 보조 가스 공급부)로서 기능한다. 또한 샤워 헤드(230)는 처리 용기(202) 내에 제1 원료 가스 또는 제2 원료 가스를 공급할 때는 원료 가스 공급부로서 기능한다. 또한 샤워 헤드(230)는 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급할 때는 불활성 가스 공급부로서 기능한다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강부(218)에 접속된다.
승강부(218)는 샤프트(217)를 지지하는 지지축과, 지지축을 승강시키거나 회전시키는 작동부를 주로 포함한다. 작동부는 예컨대 승강을 실현하기 위한 모터를 포함하는 승강 기구와, 지지축을 회전시키기 위한 톱니바퀴 등의 회전 기구를 포함한다.
승강부(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)는 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(W)를 승강시키는 것이 가능해진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 이에 의해 처리 공간(205) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(W)의 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(204)에 대향되는 위치까지 하강한다. 그리고 웨이퍼(W)의 성막 시이며, 흡착 보조 처리 공정 시에는 도 2에 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W)가 처리 공간(205)의 하방(下方)의 제1 위치가 될 때까지 상승한다. 그리고 웨이퍼(W)의 성막 시이며, 박막 형성 공정 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W)가 처리 공간(205) 내의 처리 위치가 되는 제2 위치가 될 때까지 상승한다. 여기서 제1 위치란 도 2에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W) 표면과 웨이퍼(W) 표면에 대향되는 샤워 헤드(230)의 관통공(234a)의 거리가 제1 거리(A)가 되는 위치이다. 또한 제2 위치란 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W) 표면과 웨이퍼(W) 표면에 대향되는 샤워 헤드(230)의 관통공(234a)의 거리가 제1 거리(A)와는 다른 제2 거리(B)인 위치다. 또한 제2 위치는 제1 위치와는 수직 방향으로 다른 위치이며, 제2 거리(B)는 예컨대 제1 거리(A)보다 짧게 설정된다.
또한 제1 거리(A), 제2 거리(B)는 구체적으로는 관통공(234a)의 선단(先端)으로부터 웨이퍼(W) 표면까지의 거리이다. 본 형태에서는 설명의 편의상 각 거리는 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)의 표면까지의 거리로 한다.
또한 관통공(234a)의 선단이란 예컨대 관통공(234a)을 구성하는 구조 중 웨이퍼(W)와 대향되는 방향에서의 선단을 말한다. 분산판(234)의 하단을 관통공(234a)의 선단이라고 불러도 좋다.
(배기부)
처리 용기(202)의 분위기를 배기하는 배기부를 설명한다. 처리 용기(202)에는 처리 공간(205)에 연통되도록 배기관(262)이 접속된다. 배기관(262)은 처리 공간(205)의 측방에 설치된다. 배기관(262)에는 처리 공간(205) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(266)가 설치된다. APC(266)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 컨트롤러(280)로부터의 지시에 따라 배기관(262)의 컨덕턴스를 조정한다. 배기관(262)에서 APC(266)의 상류측에는 밸브(267)가 설치된다. 밸브(267)의 하류에는 배기관(262)의 압력을 계측하는 압력 모니터부(268)가 설치된다.
압력 모니터부(268)는 배기관(262)의 압력을 감시하는 것이다. 배기관(262)과 처리 공간(205)이 연통되기 때문에 간접적으로 처리 공간(205)의 압력을 감시한다. 압력 모니터부(268)는 컨트롤러(280)와 전기적으로 접속되고, 검출한 압력 데이터를 컨트롤러(280)에 송신한다.
배기관(262), 압력 모니터부(268), 밸브(267), APC(266)를 총칭하여 배기부라고 부른다. 또한 진공 펌프(269)가 설치된다. 도시와 같이, 진공 펌프(269)는 배기관(262)을 개재하여 처리 공간(205)의 분위기를 배기한다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다.
컨트롤러(280)의 개략을 도 3에 도시한다. 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는 CPU(Central Processing Unit)(280a), RAM(Random Access Memory)(280b), 기억부로서의 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스(280f)를 개재하여 CPU(280a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(280)에는 예컨대 키보드 등으로서 구성된 입력 장치(281)나, 외부 기억 장치(282)가 접속 가능하도록 구성된다. 또한 상위 장치(270)에 네트워크를 개재하여 접속되는 수신부(283)가 설치된다.
표시 장치(284)에는 각 모니터부에서 검출된 데이터 등이 표시된다. 또한 본 실시 형태에서는 입력 장치(281)와 다른 부품으로서 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 입력 장치가 터치패널 등 표시 화면을 겸하는 것이라면 입력 장치(281)와 표시 장치(284)를 하나의 부품으로 해도 좋다.
기억 장치(280c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(280c) 내에는 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나 그것을 실현하기 위해서 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램으로서의 레시피 프로그램, 테이블 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(280)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(280d)는 게이트 밸브(149), 승강 기구(218), APC(266), 압력 모니터부(268), 진공 펌프(269), MFC(243c, 244c, 245c), 밸브(243d, 244d, 245d, 267), 히터 제어부(220) 등 기판 처리 장치(100)의 각 구성에 접속된다.
CPU(280a)는 기억 장치(280c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입력 장치(281)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(280a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 게이트 밸브(149)의 개폐 동작, 승강 기구(218)의 승강 동작, 압력 모니터부(268)에 의한 압력 검출 동작, 진공 펌프(269)의 ON/OFF 제어, MFC(243c, 244c, 245c)의 유량 조정 동작, 밸브(243d, 244d, 245d, 267), APC(266)의 개폐 동작, 히터 제어부(220)에 의한 히터(213)의 온도 제어 등을 제어 가능하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(280)는 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 하드 디스크 등의 자기(磁氣) 디스크, DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리](282)를 이용하여 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(282)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(282)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(280c)나 외부 기억 장치(282)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(280c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(282) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 기판 처리 장치(100)를 사용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하는 처리를 실시하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
이하, 본 실시 형태의 기판 처리 공정을 도 4를 이용하여 구체적으로 설명한다.
또한 여기서는 기판 처리 공정으로서 웨이퍼(W)를 샤워 헤드(230)의 관통공(234a)으로부터의 거리가 제1 거리(A)인 제1 위치에 설정하고, 흡착 보조 가스를 공급하여 웨이퍼(W) 상에 흡착 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및 웨이퍼(W)를 샤워 헤드(230)의 관통공(234a)으로부터의 거리가 제1 거리(A)와는 다른 제2 거리(B)인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정을 포함한다.
그리고 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정에서는 제1 원료 가스를 공급하여 웨이퍼(W) 상에 제1 원료를 흡착시키는 공정; 및 제2 원료 가스를 공급하여 웨이퍼(W) 상에 흡착한 제1 원료와 제2 원료를 반응시키는 공정을 포함하는 사이클을 1회 이상 수행한다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 된다.
[기판 반입 및 재치 공정: 스텝(S10)]
기판 처리 장치(100)에서는 기판 재치대(212)를 웨이퍼(W)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(149)를 열고 미도시의 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리실 내에 웨이퍼(W)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(W)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(W)는 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(W)를 반입하면, 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(149)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(W)를 재치한다.
또한 웨이퍼(W)를 처리하는 처리실인 처리 용기(202) 내에 반입할 때는 배기계에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉 진공 펌프(269)를 작동시키고 APC(266)를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내를 배기한 상태에서, 적어도 불활성 가스 공급계의 밸브를 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리 용기(202) 내로의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(W) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 진공 펌프(269)는 적어도 기판 반입 및 재치 공정(S10)부터 후술하는 기판 반출 공정(S18)이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(W)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 웨이퍼(W)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 이때 히터(213)의 온도는 미도시의 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
[흡착 보조 처리 공정]
[흡착 보조 가스 공급: 스텝(S11)]
다음으로 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 웨이퍼(W)를 도 2에 도시되는 바와 같이 관통공(234a)으로부터의 거리가 제1 거리(A)가 되는 제1 위치에 이동시킨다.
그리고 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)를 열고 제1 가스 공급관(243a) 내에 흡착 보조 가스를 흘린다. 흡착 보조 가스는 제1 가스 공급관(243a)으로부터 흐르고, MFC(243c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 흡착 보조 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 동시에 가스 공급관(242)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급해도 좋다. 유량 조정된 N2 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 기판 재치대(212)에 웨이퍼(W)가 지지된 상태에서 처리 공간(205) 내에 흡착 보조 가스가 공급된다. 웨이퍼(W)에는 흡착 보조 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)의 표면 상에는 흡착 보조 가스가 흡착되어 흡착 보조 가스의 성분인 댕글링 본드가 형성된다. 여기서는 흡착 보조 가스의 성분, 예컨대 산소 성분이 웨이퍼(W) 상에 물리 흡착되는 것과 함께, 흡착 보조 가스의 성분인 댕글링 본드가 형성된다.
흡착 보조 가스는 후술하는 제1 원료 가스의 웨이퍼(W) 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 보조한다. 이에 의해 다음 제1 원료 가스 공급(S13)에서 제1 원료가 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡착되기 쉬워진다.
여기서 제1 거리(A)는 웨이퍼(W)의 표면에 흡착 보조 가스를 흡착시킬 때 관통공(234a)의 영향을 받기 어려운 거리를 가리킨다. 영향을 받기 어려운 거리란 예컨대 흡착 보조 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 도달할 때까지 균등하게 확산 가능한 거리를 말한다. 바꿔 말하면, 흡착 보조 가스를 웨이퍼(W) 면내에 균일하게 공급가능한 거리라고도 할 수 있다.
[잔류 가스 제거: 스텝(S12)]
소정 시간이 경과한 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)를 닫고 흡착 보조 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)는 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응의 흡착 보조 가스나 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리 공간(205) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응의 흡착 보조 가스나 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 또한 이때 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리는 제1 거리(A)로 유지된다.
[박막 형성 공정]
[제1 원료 가스 공급: 스텝(S13)]
다음으로 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 웨이퍼(W)를, 도 1에서 도시되는 바와 같이 관통공(234a)으로부터의 거리가 제1 거리(A)와는 다른 제2 거리(B)가 되는 제2 위치에 이동시킨다. 제2 거리(B)는 예컨대 제1 거리(A)보다 짧은 거리이다.
여기서는 처리 스루풋을 높이기 위해서 제1 거리(A)보다 짧은 거리로 한다. 제1 거리(A)보다 짧은 거리로 하는 것에 의해 처리 공간(205)의 공간 용적을 작게 할 수 있으므로 후술하는 잔류 가스를 조기에 퍼지하는 것이 가능해진다.
그리고 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)를 열고 제2 가스 공급관(244a) 내에 제1 원료 가스를 흘린다. 제1 원료 가스는 제2 가스 공급관(244a)으로부터 흐르고, MFC(244c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 제1 원료 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 동시에 가스 공급관(242)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급해도 좋다. 유량 조정된 N2 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 기판 재치대(212)에 웨이퍼(W)가 지지된 상태에서 처리 공간(205) 내에 제1 원료 가스가 공급된다. 웨이퍼(W)에는 제1 원료 가스가 공급되고, 흡착 보조 가스가 흡착된 개소(箇所)에 제1 원료 가스에 포함되는 제1 원료가 흡착된다. 한편, 흡착 보조 가스가 흡착되지 않은 개소에는 제1 원료가 흡착되지 않는다. 여기서는 예컨대 웨이퍼(W) 상에 형성된 댕글링 본드와 제1 원료 가스 원료 성분이 결합된다.
[잔류 가스 제거: 스텝(S14)]
소정 시간이 경과한 후, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)를 닫고 제1 원료 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)는 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원료의 흡착에 기여한 후의 제1 원료 가스나 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리 공간(205) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원료의 흡착으로 기여한 후의 제1 원료 가스나 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 본 공정에서는 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리는 제2 거리(B)로 유지된다.
[제2 원료 가스 공급: 스텝(S15)]
처리 공간(205) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)를 열고 제3 가스 공급관(245a) 내에 제2 원료 가스를 흘린다. 제2 원료 가스는 제3 가스 공급관(245a)으로부터 흐르고, MFC(245c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 제2 원료 가스는 제3 가스 공급관(245a)을 경유하고, 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 동시에 가스 공급관(242)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급해도 좋다. 유량 조정된 N2 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 기판 재치대(212)에 웨이퍼(W)가 지지된 상태에서 처리 공간(205) 내에 제2 원료 가스가 공급된다. 웨이퍼(W)에는 제2 원료 가스가 공급되고, 웨이퍼(W) 상에 흡착한 제1 원료와 제2 원료가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 원하는 막이 형성된다. 여기서는 예컨대 제1 원료 상에 제2 원료가 공급되어 제1 원료와 제2 원료를 포함하는 막이 형성된다. 또한 본 공정에서는 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리는 제2 거리(B)로 유지된다.
[잔류 가스 제거: 스텝(S16)]
소정 시간이 경과한 후, 제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)를 닫고 제2 원료 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)는 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 막의 형성에 기여한 후의 제2 원료 가스나 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 본 공정에서는 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리는 제2 거리(B)로 유지된다.
[소정 횟수 실시: 스텝(S17)]
전술한 스텝(S13 내지 S16)을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 1회 이상 수행하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막이 형성된다.
[기판 반출 공정: 스텝(S18)]
다음으로 기판 재치대(212)를 하강시켜 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(W)를 지지시킨다. 그 후, 게이트 밸브(149)를 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 그 후, 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
또한 전술한 공정은 예컨대 다음 조건으로 수행된다.
<흡착 보조 가스 공급 공정>
공급량: 5sccm 내지 1,000sccm
압력: 133Pa 내지 13,332Pa
처리 온도: 50℃ 내지 600℃
<제1 원료 가스 공급 공정>
공급량: 100sccm 내지 1,000sccm
압력: 1,333Pa 내지 13,332Pa
처리 온도: 50℃ 내지 600℃
<제2 원료 가스 공급 공정>
공급량: 100sccm 내지 1,000sccm
압력: 1,333Pa 내지 13,332Pa
처리 온도: 50℃ 내지 600℃
전술한 바와 같이 흡착 보조 처리 공정에서의 가스 공급구와 웨이퍼(W)의 거리와, 박막 형성 공정 시에서의 가스 공급구와 웨이퍼(W)의 거리를, 웨이퍼(W) 상에 형성하는 막의 종류나, 공급하는 가스의 종류나, 처리 압력이나 공급량 등의 최적의 프로세스 조건에 따라 다르게 한다. 이에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음으로 흡착 보조 처리 공정을 제1 위치에서 수행하고, 박막 형성 공정을 제2 위치에서 수행하는 이유를 설명한다.
(a) 흡착 보조 처리 공정에서는 흡착 보조 가스를 웨이퍼 면내에 균등하게 흡착시키기 위해서 가스 공급구로부터의 가스 흐름의 영향을 받기 어려운 제1 위치에서 수행한다.
(b) 박막 형성 공정에서는 처리 공간(205) 내의 가스 치환을 용이하게 하기 위해서 웨이퍼(W)를 제2 위치로서 처리 공간(205)의 용적을 감소시켜서 수행한다.
(c) 흡착 보조 가스가 열분해 용이한 경우, 열 영향을 저감 가능한 제1 위치에서 흡착 보조 처리 공정을 수행한다.
(a) 내지 (c)에 대해서 이하, 구체적으로 설명한다. 상기 (a)에 대해서 설명한다. 본 형태에서는 제1 위치를 웨이퍼(W)의 표면에 흡착 보조 가스를 흡착시킬 때 영향이 없는 거리로 한다. 제1 거리(A)는 예컨대 흡착 보조 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 도달할 때까지 균등하게 확산 가능한 거리로 한다.
이와 같이 하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 균일하게 흡착 보조 가스를 공급할 수 있다. 본 공정에서 흡착 보조 가스를 웨이퍼(W)에 균일하게 부착시킬 수 있으므로, 다음 공정인 박막 형성 공정에서도 균일하게 막을 형성할 수 있다.
다음으로 비교예로서 본 공정에서 관통공(234a)과 웨이퍼(W) 사이의 거리가 제1 거리(A)보다 짧은 경우를 설명한다. 여기서는 적어도 흡착 보조 가스가 균등하게 확산되지 않는 거리로 한다.
이 경우, 관통공(234a)의 배치가 웨이퍼(W)에 영향을 미칠 것으로 생각된다. 본 공정에서는 관통공(234a)으로부터 웨이퍼(W)를 향해서 흡착 보조 가스가 공급되지만, 관통공(234a) 중을 통과하는 가스의 분압은 상당히 고압이기 때문에 관통공(234a)으로부터 배출된 직후는 고압/고밀도의 가스가 된다.
그렇게 되면 웨이퍼(W)의 표면 중 관통공(234a)의 직하(直下) 부분에서는 고밀도의 가스가 공급되고, 관통공(234a)의 직하가 아닌 부분에서는 직하의 부분에 비해 저밀도의 가스가 공급된다. 그렇기 때문에 웨이퍼(W) 상에 흡착하는 흡착 보조 가스의 밀도가 웨이퍼 면내에서 불균일해질 우려가 있다. 가령 이러한 상태에서 다음 공정인 박막 형성 공정을 수행한 경우, 불균일 상태의 흡착 보조 가스 상에 성막을 수행하기 때문에 웨이퍼(W) 상에 형성되는 박막도, 흡착 보조 가스와 마찬가지로 불균일해진다.
이에 대하여, 본 형태와 같이 제1 거리(A)로 한 상태에서 흡착 보조 가스를 공급하면, 웨이퍼(W)의 처리면에 균일하게 공급되므로, 흡착 보조 가스의 흡착 상태를 균일하게 할 수 있다. 따라서 박막 형성 공정에서도 균일하게 박막을 형성 가능하다.
상기 (b)를 설명한다. 제2 위치를 제1 거리(A)보다 짧은 거리로 하여 처리 공간(205)의 공간 용적을 작게 하도록 설정할 수 있으므로, 박막 형성 공정에서의 잔류 가스 제거 공정(S14, S16)에서 처리 공간(205)의 분위기를 조기에 퍼지하는 것이 가능해진다.
특히 박막 형성 공정에서 제1 원료 가스 공급 공정(S13)부터 잔류 가스 제거 공정(S16)까지의 사이클을 복수 회 수행하는 경우, 하나의 사이클에서의 처리 시간을 단축하는 것에 의해 처리 전체의 처리 시간을 크게 단축하는 것이 가능해진다.
또한 비교예로서 박막 형성 공정에서도 관통공(234a)과 웨이퍼(W) 사이의 거리를, 가스가 확산되는 정도의 거리로 하는 것이 생각된다. 하지만 박막 형성 공정 전의 흡착 보조 처리 공정에서는 이미 흡착 보조 가스가 웨이퍼(W)에 균일하게 흡착되기 때문에 관통공(234a)의 장소와 상관없이 균일하게 박막을 형성 가능하다. 그렇기 때문에 박막 형성 공정에서는 가스가 확산되는 정도의 거리를 필요로 하지 않는다. 따라서 스루풋을 고려하여 처리 공간(205)의 용적을 작게 하는 것이 바람직하다.
상기 (c)를 설명한다. 본 형태는 흡착 보조 가스가 열분해 용이한 가스인 경우에 보다 유효한 기술이다. 도 2에 도시한 바와 같이 기판 재치대(212) 중에는 히터(213)가 설치되고, 분산판(234)과 기판 재치대(212) 사이의 거리가 가까우면 분산판(234)이 히터(213)의 영향을 받고 고온이 될 우려가 있다.
그러한 상황 속에서 열분해 용이한 가스를 공급하면 웨이퍼(W)에 부착되지 않고 배기될 것으로 생각된다. 그래서 상기 (c)에 기재한 바와 같이, 흡착 보조 가스가 열분해 용이한 가스인 경우, 열 영향을 저감 가능한 제1 위치에서 처리하는 것이 바람직하다.
(3) 제1 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 웨이퍼(W) 표면 상으로의 원료 가스의 흡착성을 향상시켜서 웨이퍼의 면내 균일성이 향상된 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(b) 특히 웨이퍼(W) 표면 상으로의 초기 단계에서의 원료 가스의 흡착성을 향상시켜서 연속성이 있는 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
(4) 변형예
다음으로 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 시퀀스의 변형예에 대해서 설명한다.
[변형예 1]
도 5는 도 4에서 도시한 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이 본 변형예에서는 웨이퍼(W)에 대하여 전술한 스텝(S11 내지 S17)을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수(m회), 1회 이상 수행한다. 즉 웨이퍼(W) 상에 흡착 보조 가스를 흡착시키는 흡착 보조 처리 공정(S11, S12)과, 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 박막 형성 공정(S13 내지 S16)을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 사이클(S17)을 소정 횟수(m회), 1회 이상 수행한다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 것이 가능해진다. 본 스텝과 같이 박막 형성 공정을 소정 횟수(n회) 수행할 때마다 흡착 보조 처리 공정(S11, S12)을 수행하는 것에 의해, 제1 원료 가스의 웨이퍼(W) 표면 상의 적어도 일부로의 흡착이 보조되고, 제1 원료 가스에 포함되는 제1 원료의 흡착성을 향상시켜서 연속성이 있는 면내 균일성이 향상된 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 스루풋을 향상시킬 수 있다.
[변형예 2]
도 6은 도 4에서 도시한 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이 본 변형예에서는 웨이퍼(W)에 대하여 전술한 스텝(S11 내지 S16)을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수(n회) 수행한다. 즉 웨이퍼(W) 상에 흡착 보조 가스를 흡착시키는 흡착 보조 처리 공정(S11, S12)과, 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 박막 형성 공정(S13 내지 S16)을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회), 1회 이상 수행한다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 것이 가능해진다. 본 스텝과 같이 박막 형성 공정(S13 내지 S16)을 수행할 때마다 흡착 보조 처리(S11, S12)를 수행하는 것에 의해 제1 원료 가스의 웨이퍼(W) 표면 상의 적어도 일부로의 흡착이 보조되고, 제1 원료 가스에 포함되는 제1 원료의 흡착성을 향상시켜서 연속성이 있는 면내 균일성이 향상된 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
(5) 그 외의 실시 형태
[제2 실시 형태]
다음으로 도 7을 이용하여 본 개시의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 여기서는 주로 전술한 제1 실시 형태와의 차이점에 대해서 설명하고, 그 외의 점에 대해서는 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에서는 기판 처리 장치의 구성이 제1 실시 형태와 다르다. 그 외는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 본 실시 형태에서는 이하에 기판 처리 장치의 구성에 대해서 설명한다.
기판 처리 장치(300)는 웨이퍼(W)에 대한 처리를 수행하기 위한 처리 용기(302)를 포함한다. 처리 용기(302)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스강(SUS) 등의 금속 재료에 의해 밀폐 용기로서 구성된다. 처리 용기(302)의 내부, 즉 중공부(中空部)에는 웨이퍼(W)에 대한 처리가 수행되는 처리 공간을 구성하는 처리실(301)이 형성된다. 처리 용기(302)의 측벽에는 기판 반입출구(301a)와, 기판 반입출구(301a)를 개폐하는 게이트 밸브(303)가 설치되고, 기판 반입출구(301a)를 개재하여 처리 용기(302)의 내외에 웨이퍼(W)를 반송하는 것이 가능하도록 이루어진다.
처리 용기(302)는 처리 가스이며 성막 보조 가스인 흡착 보조 가스를 공급하는 흡착 보조 가스 공급부(304)를 포함하는 영역(1)(제1 처리 영역, 흡착 보조 처리 영역이라고도 부른다)과, 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급부(305)를 포함하는 영역(2)(제2 처리 영역, 제1 원료 가스 공급 영역이라고도 부른다)과, 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급부(306)를 포함하는 영역(3)(제3 처리 영역, 제2 원료 가스 공급 영역이라고도 부른다)으로 구획된다. 영역(1)은 흡착 보조 처리 공정을 수행하는 영역이다. 또한 영역(2)과 영역(3)은 박막을 형성하는 박막 형성 공정을 수행하는 영역이며, 박막 형성 처리 영역이라고도 부른다. 또한 각 영역은 연통된다.
처리 용기(302)의 내부에는 웨이퍼(W)가 재치되어 지지되는 기판 지지부인 기판 재치대(310)가 설치된다. 기판 재치대(310)는 상하로 승강 가능한 구성으로 이루어진다. 기판 재치대(310)의 상단부의 상면(기판 재치면)에는 웨이퍼(W)가 재치되어 지지된다.
기판 재치대(310)의 하단부에는 처리 용기(302) 내에서 기판 재치대(310)를 좌우로 왕복 운동시키는 구동부(驅動部)로서의 슬라이드 기구(321)가 연결된다. 슬라이드 기구(321)는 처리 용기(302)의 저부에 고정된다. 슬라이드 기구(321)는 기판 재치대(310)와, 기판 재치면 상의 웨이퍼(W)를 처리 용기(302) 내의 일단측(一端側)과 타단측(他端側) 사이 즉 영역(1), 영역(2), 영역(3) 사이에서 수평 방향으로 왕복 이동하는 것이 가능하도록 이루어진다. 슬라이드 기구(321)는 예컨대 이송 나사(볼 나사), 전동 모터(M)로 대표되는 구동원 등의 조합에 의해 실현할 수 있다.
즉 처리 용기(302)의 내부에서는 슬라이드 기구(321)에 의해 기판 재치대(310)를 왕복 이동시키는 것에 의해, 기판 재치대(310)에 지지된 웨이퍼(W)가 영역(1), 영역(2), 영역(3) 사이에서 왕복 이동하는 것이 가능하도록 이루어진다.
슬라이드 기구(321)는 이상과 같은 왕복 이동을 각각에서의 전동 모터(M) 등의 구동원을 동작시키는 것에 의해 수행한다. 따라서 기판 재치대(310)의 상면에 재치된 웨이퍼(W)와 흡착 보조 가스 공급부(304), 제1 원료 가스 공급부(305), 제2 원료 가스 공급부(306)의 상대 위치 관계에 대해서는 슬라이드 기구(321)의 각 구동원을 제어하는 것에 의해 조정하는 것이 가능하도록 이루어진다.
흡착 보조 가스 공급부(304)는 영역(1) 내의 처리실(301)의 천장에 설치된다. 흡착 보조 가스 공급부(304)는 영역(1) 내의 기판 재치대(310) 상의 웨이퍼(W)에 흡착 보조 가스를 공급한다. 흡착 보조 가스 공급부(304)에는 전술한 제1 가스 공급계가 접속된다.
제1 원료 가스 공급부(305)는 영역(2) 내의 처리실(301)의 천장에 설치된다. 제1 원료 가스 공급부(305)는 영역(2) 내의 기판 재치대(310) 상의 웨이퍼(W)에 제1 원료 가스를 공급한다. 제1 원료 가스 공급부(305)에는 전술한 제2 가스 공급계가 접속된다.
제2 원료 가스 공급부(306)는 영역(3) 내의 처리실(301)의 천장에 설치된다. 제2 원료 가스 공급부(306)는 영역(3) 내의 기판 재치대(310) 상의 웨이퍼(W)에 제2 원료 가스를 공급한다. 제2 원료 가스 공급부(306)에는 전술한 제3 가스 공급계가 접속된다.
기판 재치대(310)는 웨이퍼(W)를 지지한 상태에서, 영역(1)에서의 흡착 보조 처리 공정 시에는 웨이퍼(W)가 처리실(301) 내의 제1 위치에 설정되어 이동한다. 그리고 영역(2) 및 영역(3)에서의 박막 형성 공정 시에는 웨이퍼(W)가 처리실(301) 내의 제2 위치에 설정되어 이동한다. 여기서 제1 위치란 웨이퍼(W) 표면과 웨이퍼(W) 표면에 대향되는 흡착 보조 가스 공급부(304)의 가스 공급구의 거리가 제1 거리(A)가 되는 위치이다. 또한 제2 위치란 웨이퍼(W) 표면과 웨이퍼(W) 표면에 대향되는 제1 원료 가스 공급부(305)의 가스 공급구 또는 제2 원료 가스 공급부(306)의 가스 공급구의 거리가 제1 거리(A)와는 다른 제2 거리(B)인 위치이다. 또한 본 실시 형태에서 제2 위치는 제1 위치와는 수직 방향과 수평 방향에서 다른 위치이며, 제2 거리(B)는 예컨대 제1 거리(A)보다 짧게 설정된다. 이러한 경우에도 흡착 보조 가스 공급에 의해 웨이퍼(W) 표면 상에 흡착 보조 가스가 흡착되고, 제1 원료 가스 공급에 의해 웨이퍼(W)의 표면 상에 제1 원료 가스에 포함되는 제1 원료가 흡착되고, 제2 원료 가스 공급에 의해 웨이퍼(W) 상에 흡착된 제1 원료와 제2 원료가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께의 박막이 형성된다.
또한 기판 재치대(310)의 기판 재치면의 하방에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열원으로서 히터(330)가 설치된다. 히터(330)는 기판 재치대(310)와 같이 왕복 운동하지 않고 처리 용기(302)에 고정되고, 영역(1)으로부터 영역(3)에 걸쳐서 설치된다. 히터(330)는 웨이퍼(W)의 근방에 설치된 미도시의 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 통전 상태가 피드백 제어된다. 이에 의해 히터(330)는 기판 재치대(310)에 지지되는 웨이퍼(W)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있도록 구성된다.
기판 재치대(310)의 하방에는 웨이퍼 승강 기구(350)가 대기된다. 웨이퍼 승강 기구(350)는 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 반입출할 때 이용된다.
또한 처리 용기(302)에는 미도시의 배기관이 연통되고, 배기관에는 개폐 밸브로서의 밸브, 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프가 접속되고, 처리 용기(302) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다.
전술한 기판 처리 장치(300)를 이용하는 경우에서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 성막을 수행할 수 있고, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉 흡착 보조 처리 공정에서의 가스 공급구와 웨이퍼(W)의 거리와, 박막 형성 공정 시에서의 가스 공급구와 웨이퍼(W)의 거리를, 웨이퍼(W) 상에 형성하는 막의 종류나, 공급하는 가스의 종류나, 처리 압력이나 공급량 등의 최적의 프로세스 조건에 따라 다르게 한다. 이에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태에서는 기판 재치대(310)가 승강하는 것에 의해 가스 공급구와의 거리를 제1 거리(A), 제2 거리(B)가 되도록 설정하지만 이에 한정되지 않고, 각 가스 공급부의 가스 공급구와 웨이퍼(W) 사이의 거리가 바뀌도록 구성되면 좋다. 예컨대 웨이퍼(W)의 높이를 일정하게 하고, 흡착 보조 가스 공급부(304)의 가스 공급구, 제1 원료 가스 공급부(305)의 가스 공급구, 제2 원료 가스 공급부(306)의 가스 공급구의 높이를 다르게 해서 거리를 다르게 해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 박막 형성 공정 전에 흡착 보조 가스를 공급하는 흡착 보조 처리 공정을 수행하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 박막 형성 공정 전에 후에 공급하는 제1 원료 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 공급하는 흡착 저해 처리 공정을 수행하는 경우에도 적용된다. 흡착 저해 가스는 후에 공급하는 제1 원료 가스의 웨이퍼(W) 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 저해한다. 이와 같이 박막 형성 공정 전에 흡착 저해 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W) 표면 상의 적어도 일부로의 성막을 저해하는 것(영역을 선택한 성막과 저해)이 가능해진다. 흡착 저해 가스는 박막 형성 공정에서 원료 가스에 의한 막 형성을 보조하는 성질을 가지기 때문에 성막 보조 가스라고도 부른다.
또한 상기 실시 형태에서는 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 재치대(212, 310)를 승강시키는 것에 의해 웨이퍼(W)와 가스 공급구 사이의 거리를 다르게 하는 구성에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 가스 공급구를 이동시키는 것에 의해 웨이퍼(W)와 가스 공급구 사이의 거리를 다르게 해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 흡착 보조 처리 공정에서의 웨이퍼(W)와 가스 공급구 사이의 거리와, 박막 형성 공정(제1 원료 가스 공급과 제2 원료 가스 공급)에서의 웨이퍼(W)와 가스 공급구 사이의 거리를 다르게 하는 구성에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 제1 원료 가스 공급 시와 제2 원료 가스 공급 시에서의 웨이퍼(W)와 가스 공급구 사이의 거리도 다르게 해도 좋다. 즉 흡착 보조 처리 공정에서는 흡착 보조 가스가 웨이퍼(W) 상에 흡착되기 쉬운 위치에서 공급하고, 박막 형성 공정에서의 제1 원료 가스 공급 시에서는 제1 원료 가스가 웨이퍼(W) 상에 흡착되기 쉬운 위치에서 공급하고, 박막 형성 공정에서의 제2 원료 가스 공급 시에서는 제2 원료 가스가 제1 원료와 반응하기 쉬운 위치에서 공급해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서의 흡착 보조 가스로서 예컨대 H2O를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 그 외에는 예컨대 알코올 등을 이용할 수 있다. 또한 흡착 저해 가스로서 예컨대 암모니아(NH3)나 아민이나 알킬 아미노실란을 포함하는 가스 등을 이용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서의 제1 원료 가스로서는 예컨대 전술한 바와 같이 실리콘을 포함하는 가스이며, 그 외에는 트리스디메틸아미노실란{Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS} 가스 등을 이용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서의 제2 원료 가스로서 오존을 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, SiO막을 형성하는 경우에는 다른 산소 함유 가스를 이용해도 좋다. 또한 상기 실시 형태에서는 SiO막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 실리콘 질화(SiN)막을 이용하는 경우에는 질소 함유 가스를 이용해도 좋다. 질소 함유 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스 등을 이용할 수 있다.
또한 박막 형성 공정으로서는 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 이용하여 SiO막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명했지만 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 원료 가스를 이용해도 좋다. 그 경우, 예컨대 원료 가스로서 탄소(C) 함유 가스나 보론(B) 등의 불순물을 포함하는 가스를 이용해도 좋다.
또한 상기 제1 실시 형태에서는 제1 가스 공급계 내지 제3 가스 공급계를 1개의 가스 공급관(242)에 접속하여 가스 공급관(242)에 의해 각각의 가스를 처리 공간(205) 내에 공급하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 제1 가스 공급계 내지 제3 가스 공급계를 각각 덮개(231)에 접속하고, 각각의 가스 공급관으로 각각의 가스를 처리 공간(205) 내에 공급해도 좋다.
또한 기판 처리에 이용되는 레시피는 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(282)를 개재하여 기억 장치(280c) 내에 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, CPU(280a)가 기억 장치(280c) 내에 격납된 복수의 레시피 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 처리를 신속하게 시작 할 수 있게 된다.
전술한 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입력 장치(281)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
이러한 기판 처리 장치를 이용하는 경우에서도 전술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 처리 순서 및 처리 조건으로 기판 처리를 수행할 수 있고, 이들과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 개시의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명했지만, 본 개시는 그러한 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 조합해서도 이용할 수 있다.
100, 300: 기판 처리 장치 202, 302: 처리 용기
212, 310: 기판 재치대(기판 지지부) 280: 컨트롤러(제어부)

Claims (15)

  1. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 성막 보조 가스를 공급하는 성막 보조 가스 공급부; 및 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치에서,
    상기 기판을 상기 성막 보조 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리인 제1 위치에 설정하고, 성막 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및
    상기 기판을 상기 원료 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정
    를 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 포함하고,
    상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 제1 원료를 흡착시키는 공정; 및
    상기 제2 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 제1 원료와 제2 원료를 반응시키는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 수행하는 기판 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및
    상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 수행하는 기판 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 상기 제1 원료 가스의 상기 기판 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 보조하는 기판 처리 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 상기 제1 원료 가스의 상기 기판 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 저해하는 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 흡착 보조 가스인 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 흡착 저해 가스인 기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 열분해 용이한 가스인 기판 처리 방법.
  9. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 성막 보조 가스를 공급하는 성막 보조 가스 공급부; 및 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치에서,
    상기 기판을 상기 성막 보조 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리인 제1 위치에 설정하고, 성막 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 공정; 및
    상기 기판을 상기 원료 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 수행하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료 가스는 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 포함하고,
    상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 제1 원료를 흡착시키는 공정; 및
    상기 제2 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 제1 원료와 제2 원료를 반응시키는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 수행하는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 상기 제1 원료 가스의 상기 기판 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 보조하는 기판 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 성막 보조 가스는 상기 제1 원료 가스의 상기 기판 표면 상의 적어도 일부로의 흡착을 저해하는 기판 처리 방법.
  13. 제1항의 방법을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 성막 보조 가스를 공급하는 성막 보조 가스 공급부; 및 상기 기판 지지부에 기판을 지지한 상태에서 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치에서,
    상기 기판을 상기 성막 보조 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 제1 거리인 제1 위치에 설정하고, 성막 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 성막 보조 가스를 흡착시키는 단계; 및
    상기 기판을 상기 원료 가스 공급부의 가스 공급구로부터의 거리가 상기 제1 거리와는 다른 제2 거리인 제2 위치에 이동시키고, 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 원하는 막 두께의 박막을 형성하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  15. 제1항의 방법을 실시하는 기판 처리 장치.
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