KR20230116668A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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KR20230116668A
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테츠아키 이나다
타케시 야스이
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

램프 히터로부터 방사된 광으로 기판을 효율적으로 가열하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
기판 처리 장치는 적어도 일부가 불투명 석영으로 구성된 처리 용기; 상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기 내에 연통하는 처리 공간 내에 설치된 기판 재치대; 상기 기판 재치대의 기판 재치면에 대향하는 위치에 설치된 램프 히터; 및 상기 처리 용기의 외주에 설치되고, 상기 처리 용기 내의 가스를 플라즈마 여기하도록 구성된 플라즈마 생성부를 구비한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
특허문헌 1에는 플라즈마 여기(勵起)한 처리 가스를 이용하여 기판 상에 형성된 패턴 표면을 개질 처리하는 기판 처리 장치가 개시된다.
1. 국제공개 제2020/188816호
상기와 같은 기판 처리에서는 램프 히터와 같은 히터를 이용하여 기판을 효율적으로 가열하는 것이 요구되는 경우가 있다. 예컨대 특허문헌 1의 기판 처리 장치에서는 처리 용기의 외주를 둘러싸도록 반사 재료를 설치하고, 히터로부터 방사된 적외선을 반사 재료로 반사시킨다.
본 개시의 목적은 램프 히터로부터 방사된 광(光)으로 기판을 효율적으로 가열하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 적어도 일부가 불투명 석영으로 구성된 처리 용기; 상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기 내에 연통하는 처리 공간 내에 설치된 기판 재치대; 상기 기판 재치대의 기판 재치면에 대향하는 위치에 설치된 램프 히터; 및 상기 처리 용기의 외주에 설치되고, 상기 처리 용기 내의 가스를 플라즈마 여기하도록 구성된 플라즈마 생성부를 구비하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 램프 히터로부터 방사된 광으로 기판을 효율적으로 가열하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 플라즈마 생성 원리를 설명하는 설명도.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리 용기(보다 구체적으로 상측 용기)의 하단부를 도시하는 단면도.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리 용기(보다 구체적으로 상측 용기)의 상단부를 도시하는 단면도.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 제어부(제어 수단)의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도.
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 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.
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)에 대해서 도 1 내지 도 5를 이용하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 주로 기판 면상(面上)에 형성된 막이나 하지(下地)에 대하여 산화 처리를 수행하도록 구성된다.
<처리실>
기판 처리 장치(100)는 기판(200)을 플라즈마 처리하는 처리로(202)를 구비한다. 처리로(202)에는 처리실(201)을 구성하는 처리 용기(203)가 설치된다. 처리 용기(203)는 제1 용기인 돔형의 상측 용기(210)와, 제2 용기인 공기형[碗型]의 하측 용기(211)를 구비한다. 상측 용기(210)가 하측 용기(211) 상에 피복되는 것에 의해 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 도 2에 도시되는 바와 같이, 플라즈마 생성 공간(201a)과 기판 처리 공간(201b)을 포함한다. 플라즈마 생성 공간(201a)은 주위에 전극으로서의 코일인 공진 코일(212)이 설치되는 범위의 공간이며, 플라즈마가 생성되는 공간이다. 이 플라즈마 생성 공간(201a)은 처리실(201) 내, 공진 코일(212)의 하단으로부터 상방(上方)이며, 또한 공진 코일(212)의 상단으로부터 하방(下方)의 공간을 말한다. 또한 기판 처리 공간(201b)은 플라즈마 생성 공간(201a)에 연통하고, 기판(200)이 처리되는 공간이다. 이 기판 처리 공간(201b)은 기판이 플라즈마를 이용하여 처리되는 공간이며, 공진 코일(212)의 하단으로부터 하방의 공간을 말한다. 본 실시 형태에서는 플라즈마 생성 공간(201a)의 수평 방향의 지름과 기판 처리 공간(201b)의 수평 방향의 지름이 대략 동일해지도록 구성된다. 플라즈마 생성 공간(201a)을 형성하는 구성은 플라즈마 생성실이라고도 불리며, 기판 처리 공간(201b)을 형성하는 구성은 기판 처리실이라고도 불린다. 또한 플라즈마 생성 공간(201a)은 처리실(201) 내에서의 플라즈마 생성 영역이라고 바꿔 말해도 좋다. 또한 기판 처리 공간(201b)은 처리실(201) 내에서의 기판 처리 영역이라고 바꿔 말해도 좋다.
상측 용기(210)는 본 개시에서의 처리 용기의 일례이며, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 통 형상의 측벽부(210a)와, 천장부(210b)를 포함한다. 이 천장부(210b)는 측벽부(210a)의 상단부로부터 지름 방향 내측으로 장출(張出)된 부분이다. 천장부(210b)의 중앙부에는 개구부(210c)가 형성된다. 이 개구부(210c)에는 투명 재료로 형성된 광 투과 창으로서 투과 창(278)이 설치된다. 이 투과 창(278)은 후술하는 서셉터(217)의 상면에 대향해서 배치된다.
상측 용기(210)의 하단부에는, 도 1 및 도 3에 도시되는 바와 같이 플랜지(210d)가 설치된다. 이 플랜지(210d)는 측벽부(210a)의 하단부로부터 지름 방향 외측에 장출된 부분이며, 측벽부(210a)의 주 방향을 따라 환 형상[環狀]으로 형성된다. 이 플랜지(210d)에는 하측으로부터 환 형상의 매니폴드(300)가 접합된다. 구체적으로는 플랜지(210d)의 하면에 금속제의 매니폴드(300)의 상면이 접하도록, 플랜지(210d)와 매니폴드(300)가 예컨대 나사 부재(미도시)에 의해 체결 고정된다. 매니폴드(300)의 상면에는 봉지부로서의 수지제의 O링(301)이 배치된다. 이 O링(301)은 매니폴드(300)의 상면에 형성된 환 형상 홈[溝](300a)에 수납된다. 또한 O링(301)은 플랜지(210d)와 매니폴드(300)가 접합(체결 고정)된 상태에서는 플랜지(210d)의 하면과 매니폴드(300)의 상면에 각각 밀착된다. 또한 O링(301)은 내열성을 가지는 탄성체라면 특히 한정되지 않는다. O링(301)으로서 예컨대 불소계 수지로 구성된 O링을 이용해도 좋다.
개구부(210c)를 포함하는 천장부(210b)는, 도 1 및 도 4에 도시되는 바와 같이 측벽부(210a)의 주 방향을 따라 연장되고, 또한 측벽부(210a)의 상단부로부터 지름 방향 내측으로 장출된 부분이다. 즉 천장부(210b)는 상측 용기(210)의 상단부에 설치된 플랜지라고 말할 수 있다. 이 천장부(210b)에는 상측으로부터 환 형상의 매니폴드(302)가 접합된다. 구체적으로는 천장부(210b)의 상면에 매니폴드(302)의 하면이 접하도록 천장부(210b)와 매니폴드(302)가 예컨대 나사 부재(미도시)에 의해 체결 고정된다. 매니폴드(302)의 하면에는 봉지부로서의 수지제의 O링(303)이 배치된다. 이 O링(303)은 매니폴드(302)의 하면에 형성된 환 형상 홈(302a)에 수납된다. 또한 O링(303)은 천장부(210b)와 매니폴드(302)가 접합(체결 고정)된 상태에서는 천장부(210b)의 상면과 매니폴드(302)의 하면에 각각 밀착된다. 또한 O링(303)은 내열성을 가지는 탄성체라면 특히 한정되지 않는다. O링(303)으로서 예컨대 불소계 수지로 구성된 O링을 이용해도 좋다.
또한 상측 용기(210)는 불투명 석영으로 구성된 부분을 포함한다. 바꿔 말하면, 상측 용기(210)의 적어도 일부는 불투명 석영으로 구성된다. 상측 용기(210)를 구성하는 불투명 석영은 광(전자파)을 반사하는 기능, 구체적으로는 후술하는 램프 히터(280)로부터 방사되는 광을 반사하는 기능을 가진다. 즉 상기 불투명 석영은 램프 히터(280)로부터 방사되는 광에 대하여 반사율이 높은 재료다.
처리 용기(203)는 플라즈마 생성부를 구성하는 공진 코일(212)의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분이 상기 불투명 석영에 의해 구성된다. 구체적으로는 상측 용기(210)의 플라즈마 생성 공간(201a)에 대응하는 부분[즉 플라즈마 생성 공간(201a)을 구성하는 부분]이 상기 불투명 석영에 의해 구성된다. 본 실시 형태에서는 측벽부(210a)의 적어도 일부가 플라즈마 생성 공간(201a)을 구성하는 부분에 해당한다.
상측 용기(210)는 천장부(210b)의 적어도 일부가 불투명 석영에 의해 구성된다. 구체적으로는 천장부(210b)에서 매니폴드(302)에 접합되는 접합면(210b1)[천장부(210b)의 상면]이 불투명 석영에 의해 구성된다.
상측 용기(210)는 플랜지(210d)의 적어도 일부가 불투명 석영에 의해 구성된다. 구체적으로는 플랜지(210d)에서 매니폴드(300)에 접합되는 접합면(210d1)[플랜지(210d)의 하면]이 불투명 석영에 의해 구성된다.
상측 용기(210)는 측벽부(210a) 전체가 불투명 석영으로 구성되는 것이 바람직하고, 천장부(210b) 전체 및 플랜지(210d) 전체가 불투명 석영으로 구성되는 것이 더 바람직하다. 즉 상측 용기(210)의 전체가 불투명 석영으로 구성되는 것이 광의 반사의 관점에서 가장 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 상측 용기(210)는 전체가 불투명 석영으로 구성된다.
상측 용기(210)의 내면, 즉 측벽부(210a)의 내면 중 불투명 석영으로 구성된 부분에는 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행된다. 구체적으로는 상측 용기(210)의 내면 중 적어도 플라즈마 생성 공간(201a)에 대응하는 부분에는 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서 소성 마감 처리(baking finish)가 수행된다. 이 소성 마감 처리에 의해 불투명 석영에 포함되는 기포에 기인하는 표면의 거칠기가 저감된다.
또한 플랜지(210d)의 접합면(210d1)에 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행되어도 좋다. 구체적으로는 플랜지(210d)의 접합면(210d1)에 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서 소성 마감 처리가 수행된다.
또한 천장부(210b)의 접합면(210b1)에 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행되어도 좋다. 구체적으로는 천장부(210b)의 접합면(210b1)에 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서 소성 마감 처리가 수행된다.
하측 용기(211)는 예컨대 알루미늄(Al)으로 형성된다. 또한 하측 용기(211)의 측벽부의 하측에는 게이트 밸브(244)가 설치된다.
<서셉터>
도 1에 도시되는 바와 같이, 처리실(201)의 저측(底側) 중앙에는 기판(200)을 재치하는 기판 재치대로서의 서셉터(217)가 배치된다. 서셉터(217)는 처리실(201) 내의 공진 코일(212)의 하방에 배치된다. 구체적으로는 서셉터(217)는 처리실(201) 내의 기판 처리 공간(201b)에 배치된다.
서셉터(217)의 내부에는 서셉터 히터(217b)가 일체적으로 매립된다. 서셉터 히터(217b)는 전력이 공급되면 기판(200)을 가열할 수 있도록 구성된다.
서셉터(217)는 하측 용기(211)와 전기적으로 절연된다. 임피던스 조정 전극(217c)은 서셉터(217)에 재치된 기판(200) 상에 생성되는 플라즈마의 밀도의 균일성을 보다 향상시키기 위해서 서셉터(217) 내부에 설치된다. 그리고 임피던스 조정 전극(217c)은 임피던스 조정부로서의 임피던스 가변 기구(275)를 개재하여 접지(接地)된다.
서셉터(217)에는 서셉터(217)를 승강시키는 구동(驅動) 기구를 구비하는 서셉터 승강 기구(268)가 설치된다. 또한 서셉터(217)에는 관통공(217a)이 설치되는 것과 함께, 하측 용기(211)의 저면에는 기판 승강 핀(266)이 설치된다. 서셉터 승강 기구(268)에 의해 서셉터(217)가 하강되었을 때는 기판 승강 핀(266)이 관통공(217a)을 통과하도록 구성된다. 또한 서셉터 승강 기구(268)의 구동 기구는 후술하는 컨트롤러(291)에 의해 서셉터(217)의 승강 동작이 제어된다. 이 컨트롤러(291)는 서셉터(217)의 상면(기판 재치면의 일례)에 재치된 기판(200)을 처리할 때, 플라즈마 생성 공간(201a)보다 하방에 기판(200)이 위치하도록, 서셉터 승강 기구(268)의 구동 기구를 제어하는 것이 가능하도록 구성된다.
주로 서셉터(217) 및 서셉터 히터(217b), 임피던스 조정 전극(217c)에 의해 본 실시 형태에 따른 기판 재치부가 구성된다.
<램프 히터>
처리실(201)에서의 서셉터(217)의 상면에 대향하는 위치에 히터로서의 램프 히터(280)가 설치된다. 이 램프 히터(280)는 처리실(201)의 상방, 즉 상측 용기(210)에 설치된 투과 창(278)보다 외측에 배치된다. 또한 램프 히터(280)는 투과 창(278)의 외측(즉, 상측)으로부터 처리실(201) 내에 수용된 기판(200)에 상방으로부터 광을 방사해서 기판(200)을 가열하도록 구성된다. 구체적으로는 램프 히터(280)는 개체(233)의 중앙부에 설치된다. 이 개체(233)는 외주부가 매니폴드(300)에 접합된다. 즉 램프 히터(280)가 설치된 개체(蓋體)(233)는 매니폴드(300)를 개재하여 상측 용기(210)에 접합된다. 이 개체(233)와 매니폴드(300) 사이에는 봉지 재료(미도시)가 배치된다.
램프 히터(280)는 예컨대 피크 파장이 5μm 이하의 광을 방사하도록 설정된다. 또한 램프 히터(280)는 피크 파장이 3μm 이하의 광을 방사하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 근적외선(피크 파장이 800nm 내지 1,300nm, 보다 바람직하게는 1,000nm의 광)을 방사하는 것을 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한 이러한 램프 히터(280)로서는 예컨대 할로겐 히터를 들 수 있다.
<가스 공급부>
처리 용기(203) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부(120)는 다음과 같이 구성된다.
처리실(201)의 상방, 즉 상측 용기(210)의 상부에는 가스 공급 헤드(236)가 설치된다. 가스 공급 헤드(236)는 캡 형상의 개체(233)와, 가스 도입구(234)와, 버퍼실(237)과, 가스 취출구(吹出口)(239)를 구비하고, 반응 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성된다. 가스 취출구(239)는 투과 창(278)에 설치된다.
가스 도입구(234)에는 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급관(232a)의 하류단과, 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급관(232b)의 하류단과, 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(232c)의 하류단이 합류관(232)에서 합류하도록 접속된다. 산소 함유 가스 공급관(232a)은 단순히 가스 공급관(232a)이라고도 부르고, 수소 함유 가스 공급관(232b)은 단순히 가스 공급관(232b)이라고도 부르고, 불활성 가스 공급관(232c)은 단순히 가스 공급관(232c)이라고도 부른다.
산소 함유 가스 공급관(232a)에는 상류측부터 순서대로 산소 함유 가스 공급원(250a), 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(252a), 개폐 밸브로서의 밸브(253a)가 설치된다.
수소 함유 가스 공급관(232b)에는 상류측부터 순서대로 수소 함유 가스 공급원(250b), MFC(252b), 밸브(253b)가 설치된다.
불활성 가스 공급관(232c)에는 상류측부터 순서대로 불활성 가스 공급원(250c), MFC(252c), 밸브(253c)가 설치된다.
산소 함유 가스 공급관(232a)과 수소 함유 가스 공급관(232b)과 불활성 가스 공급관(232c)이 합류한 합류관(232)의 하류측에는 밸브(243a)가 설치되고, 가스 도입구(234)에 접속된다. 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)를 개폐시키는 것에 의해, MFC(252a, 252b, 252c)에 의해 각각의 가스의 유량을 조정하면서 가스 공급관(232a, 232b, 232c)을 개재하여 산소 함유 가스, 수소 가스 함유 가스, 불활성 가스가 합류된 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성된다.
주로 산소 함유 가스 공급관(232a), 수소 함유 가스 공급관(232b), 불활성 가스 공급관(232c), MFC(252a, 252b, 252c), 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)에 의해 본 실시 형태에 따른 가스 공급부(120)(가스 공급계)가 구성된다.
<배기부>
하측 용기(211)의 측벽에는 처리실(201) 내로부터 반응 가스를 배기하는 가스 배기구(235)가 설치된다. 가스 배기구(235)에는 가스 배기관(231)의 상류단이 접속된다. 가스 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(242), 개폐 밸브로서의 밸브(243b), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 설치된다.
주로 가스 배기구(235), 가스 배기관(231), APC 밸브(242), 밸브(243b)에 의해 본 실시 형태에 따른 배기부가 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기부에 포함시켜도 좋다.
<플라즈마 생성부>
처리실(201)의 외주부, 즉 상측 용기(210)의 측벽의 외측에는 처리실(201)을 둘러싸도록 나선 형상의 공진 코일(212)이 배치된다. 바꿔 말하면, 처리 용기(203)[상측 용기(210)]에서 플라즈마 생성 공간(201a)에 대응하는 부분(영역)의 외주(플라즈마 생성실의 외주)를 둘러싸도록 공진 코일(212)이 배치된다.
공진 코일(212)에는 RF 센서(272), 고주파 전원(273), 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력 주파수의 정합을 수행하는 정합기(274)가 접속된다. 공진 코일(212)은 처리 용기(203)의 외주면과 이간(離間)되어 상기 외주면을 따라 배치되고, 고주파 전력(RF 전력)이 공급되는 것에 의해 처리 용기(203) 내에 전자계를 발생시키도록 구성된다. 즉 본 실시 형태의 공진 코일(212)은 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma: ICP) 방식의 전극이다.
고주파 전원(273)은 공진 코일(212)에 고주파 전력(RF 전력)을 공급하는 것이다. RF 센서(272)는 고주파 전원(273)의 출력측에 설치되고, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터 하는 것이다. RF 센서(272)에 의해 모니터 된 반사파 전력은 정합기(274)에 입력된다. 정합기(274)는 RF 센서(272)로부터 입력된 반사파의 정보에 기초하여 반사파가 최소가 되도록 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력되는 RF 전력의 주파수를 제어하는 것이다.
공진 코일(212)은 소정의 파장의 정재파를 형성하기 때문에 일정한 파장으로 공진하도록 권경(卷徑), 권회(卷回) 피치, 권수(卷數)가 설정된다. 즉 이 공진 코일(212)의 전기적 길이는 고주파 전원(273)으로부터 공급되는 고주파 전력의 소정주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)에 상당하는 길이로 설정된다.
또한 공진 코일(212)의 양단은 전기적으로 접지되고, 그 중 적어도 일단(一端)은 상기 공진 코일(212)의 전기적 길이를 미조정하기 위해서 가동 탭(213)을 개재하여 접지된다. 공진 코일(212)의 타단(他端)은 고정 그라운드(214)를 개재하여 접지된다. 가동 탭(213)은 공진 코일(212)의 공진 특성을 고주파 전원(273)과 대략 동일하게 하도록 위치가 조정된다. 또한 공진 코일(212)의 임피던스를 미조정하기 위해서 공진 코일(212)의 접지된 양단 사이에는 가동 탭(215)에 의해 급전부(給電部)가 구성된다.
차폐판(223)은 공진 코일(212)의 외측의 전계를 차폐하기 위해서 설치된다. 차폐판(223)은 원통 형상으로 구성되고, 예컨대 알루미늄 합금 등의 도전성 재료를 사용해서 구성된다.
주로 공진 코일(212), RF 센서(272), 정합기(274)에 의해 본 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부가 구성된다. 또한 플라즈마 생성부로서 고주파 전원(273)을 포함시켜도 좋다.
여기서 본 실시 형태에 따른 장치의 플라즈마 생성 원리 및 생성되는 플라즈마의 성질에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다.
공진 코일(212)에 의해 구성되는 플라즈마 발생 회로는 RLC의 병렬 공진 회로로 구성된다. 상기 플라즈마 발생 회로에서는 플라즈마를 발생시킨 경우, 공진 코일(212)의 전압부와 플라즈마 사이의 용량 결합의 변동이나, 플라즈마 생성 공간(201a)과 플라즈마 사이의 유도 결합의 변동, 플라즈마의 여기 상태 등에 의해 실제 공진 주파수는 근소하게나마 변동한다.
그래서 본 실시 형태에서는 플라즈마 발생 시의 공진 코일(212)에서의 공진의 어긋남을 전원측에서 보상하기 위해서, 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212)로의 반사파 전력을 RF 센서(272)로 검출하고, 검출된 반사파 전력에 기초하여 정합기(274)가 고주파 전원(273)의 출력을 보정하는 기능을 가진다.
구체적으로는 정합기(274)는 RF 센서(272)에서 검출된 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212)로부터의 반사파 전력에 기초하여 반사파 전력이 최소가 되도록 고주파 전원(273)의 임피던스 또는 출력 주파수를 증가 또는 감소시킨다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태에서의 공진 코일(212)에서는, 도 2에 도시되는 바와 같이 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제 공진 주파수에 의한 고주파 전력이 공급되기 때문에(혹은 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제 임피던스로 정합하도록 고주파 전력이 공급되기 때문에), 위상 전압과 역위상 전압이 상시 상쇄되는 상태의 정재파가 형성된다. 공진 코일(212)의 전기적 길이가 고주파 전력의 파장과 같은 경우, 코일의 전기적 중점(전압이 제로인 노드)에 가장 높은 위상 전류가 생기(生起)된다. 따라서 전기적 중점의 근방에서는 처리실 벽이나 서셉터(217)와의 용량 결합이 거의 없고, 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 도넛 형상의 유도 플라즈마가 생성된다.
또한 본 실시 형태에서는 처리실(201)[플라즈마 생성 공간(201a)]에 전자계를 발생시키는 전극으로서 ICP 방식의 전극인 공진 코일(212)을 이용하지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 변형 마그네트론(Modified Magnetron Typed: MMT) 방식의 통 형상 전극을 이용하여 이에 충당해도 좋다.
<제어부>
도 5에 도시되는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(291)는 CPU(Central Processing Unit)(291a), RAM(Random Access Memory)(291b), 기억 장치(291c) 및 I/O 포트(291d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(291b), 기억 장치(291c) 및 I/O 포트(291d)는 내부 버스(291e)를 개재하여 CPU(291a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(291)에는 예컨대 터치패널이나 디스플레이 등으로서 구성된 입출력 장치(292)가 접속된다.
기억 장치(291c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(291c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(291)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 개시에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(291b)은 CPU(291a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(291d)는 전술한 MFC(252a 내지 252c), 밸브(253a 내지 253c), 밸브(243a, 243b), 게이트 밸브(244), APC 밸브(242), 진공 펌프(246), RF 센서(272), 고주파 전원(273), 정합기(274), 서셉터 승강 기구(268), 임피던스 가변 기구(275), 히터 전력 조정 기구(276) 등에 접속된다.
CPU(291a)는 기억 장치(291c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행 하는 것과 함께, 입출력 장치(292)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(291c)로부터 프로세스 레시피를 판독하는 것이 가능하도록 구성된다. 그리고 CPU(291a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 I/O 포트(291d) 및 신호선(A)을 통해서 APC 밸브(242)의 개도(開度) 조정 동작, 밸브(243b)의 개폐 동작,및 진공 펌프(246)의 기동·정지를 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선(B)을 통해서 서셉터 승강 기구(268)의 승강 동작을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선(C)을 통해서 히터 전력 조정 기구(276)에 의한 서셉터 히터(217b)로의 공급 전력량 조정 동작(온도 조정 동작)이나, 임피던스 가변 기구(275)에 의한 임피던스값 조정 동작을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선(D)을 통해서 게이트 밸브(244)의 개폐 동작을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선(E)을 통해서 RF 센서(272), 정합기(274) 및 고주파 전원(273)의 동작을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선(F)을 통해서 MFC(252a 내지 252c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작 및 밸브(253 내지 253c, 243a)의 개폐 동작을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 CPU(291a)는 상기 이외의 장치 구성 부품의 동작을 제어해도 좋다.
컨트롤러(291)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크 및 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](293)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(291c) 및 외부 기억 장치(293)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 개시에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(291c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(293) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(293)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 주로 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정은 예컨대 플래시 메모리 등의 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 기판 처리 장치(100)에 의해 실시된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(291)에 의해 제어된다.
또한 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 처리되는 기판(200)의 표면에는 실리콘의 층이 미리 형성된다. 본 실시 형태에서는 상기 실리콘층에 대하여 플라즈마를 이용한 처리로서 산화 처리를 수행한다.
(기판 반입 공정: S110)
우선 서셉터 승강 기구(268)가 기판(200)의 반송 위치까지 서셉터(217)를 하강시켜서 서셉터(217)의 관통공(217a)에 기판 승강 핀(266)을 관통시킨다. 계속해서 게이트 밸브(244)를 열고 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실로부터 기판 반송 기구(미도시)를 이용하여 처리실(201) 내에 기판(200)을 반입한다. 반입된 기판(200)은 서셉터(217)의 표면으로부터 돌출한 기판 승강 핀(266) 상에 수평 자세로 지지된다. 그리고 서셉터 승강 기구(268)가 서셉터(217)를 상승시키는 것에 의해 기판(200)은 서셉터(217)의 상면에 지지된다.
(승온·진공 배기 공정: S120)
계속해서 처리실(201) 내에 반입된 기판(200)의 승온을 수행한다. 여기서 서셉터 히터(217b)는 미리 가열되고, 램프 히터(280)를 점등(ON)시키는 것에 의해 서셉터(217) 상에 보지된 기판(200)을 예컨대 700 내지 900℃의 범위 내의 소정 값으로까지 승온한다. 여기서는 기판(200)의 온도가 예컨대 850℃가 되도록 가열된다. 이때 기판(200)을 가열하는 램프 히터(280)로부터 방사되는 광은, 후술하는 바와 같이 상측 용기(210)에 의해 대부분이 흡수되지 않고 처리실(201) 내에 반사되고, 기판(200)에 흡수되는 것에 의해 기판(200)이 효율 좋게 가열된다. 또한 기판(200)의 승온을 수행하는 동안, 진공 펌프(246)에 의해 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 값으로 한다. 진공 펌프(246)는 적어도 후술하는 기판 반출 공정(S160)이 종료될 때까지 작동시켜둔다.
(반응 가스 공급 공정: S130)
다음으로 반응 가스로서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스의 공급을 시작한다. 구체적으로는 밸브(253a) 및 밸브(253b)를 열고 MFC(252a) 및 MFC(252b)로 유량 제어하면서 처리실(201) 내에 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스의 공급을 시작한다.
또한 처리실(201) 내의 압력이 소정의 값이 되도록 APC 밸브(242)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 배기를 제어한다. 이와 같이 처리실(201) 내를 적당히 배기하면서 후술하는 플라즈마 처리 공정(S140) 종료 시까지 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스의 공급을 계속한다.
산소 함유 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수증기(H2O) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 이용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는 이들 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
또한 수소 함유 가스로서는 예컨대 수소(H2) 가스, 중수소(D2) 가스, H2O 가스, 암모니아(NH3) 가스 등을 이용할 수 있다. 수소 함유 가스로서는 이들 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 또한 산소 함유 가스로서 H2O 가스를 이용하는 경우에는 수소 함유 가스로서 H2O 가스 이외의 가스를 이용하는 것이 바람직하고, 수소 함유 가스로서 H2O 가스를 이용하는 경우에는 산소 함유 가스로서 H2O 가스 이외의 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
불활성 가스로서는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있고, 그 외에 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희(希)가스를 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는 이들 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
(플라즈마 처리 공정: S140)
처리실(201) 내의 압력이 안정되면, 공진 코일(212)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 고주파 전력의 인가를 시작한다. 이에 의해 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스가 공급되는 플라즈마 생성 공간(201a) 내에 고주파 전계가 형성된다. 이 고주파 전자계에 의해 플라즈마 생성 공간(201a)의 공진 코일(212)의 전기적 중점에 상당하는 높이 위치에, 가장 높은 플라즈마 밀도를 가지는 도넛 형상의 유도 플라즈마가 여기된다. 플라즈마 상태의 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 포함하는 처리 가스는 플라즈마 여기되어 해리(解離)되고, 산소를 포함하는 산소 래디컬(산소 활성종)이나 산소 이온, 수소를 포함하는 수소 래디컬(수소 활성종)이나 수소 이온 등의 반응종이 생성된다.
기판 처리 공간(201b)에서 서셉터(217) 상에 보지(保持)되는 기판(200)에는 유도 플라즈마에 의해 생성된 래디컬과 가속화되지 않는 상태의 이온이 기판(200)의 표면에 균일하게 공급된다. 공급된 래디컬 및 이온은 표면의 실리콘층과 균일하게 반응하여 실리콘층을 스텝 커버리지가 양호한 실리콘 산화층으로 개질한다.
그 후, 소정의 처리 시간, 예컨대 10초 내지 300초가 경과하면, 고주파 전원(273)으로부터의 전력의 출력을 정지하고, 처리실(201) 내에서의 플라즈마 방전을 정지한다. 또한 밸브(253a 및 253b)를 닫고 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이상으로 플라즈마 처리 공정(S140)이 종료된다.
(진공 배기 공정: S150)
산소 함유 가스 및 수소 함유 가스의 공급을 정지하면, 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 이에 의해 처리실(201) 내의 산소 함유 가스나 수소 함유 가스, 이들 가스의 반응에 의해 발생한 배기 가스 등을 처리실(201) 외로 배기한다. 그 후, APC 밸브(242)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실(미도시)과 같은 압력으로 조정한다. 또한 진공 반송실은 기판(200)의 반출처다.
(기판 반출 공정: S160)
처리실(201) 내가 소정의 압력이 되면, 서셉터(217)를 기판(200)의 반송 위치까지 하강시켜 기판 승강 핀(266) 상에 기판(200)을 지지시킨다. 그리고 게이트 밸브(244)를 열고 기판 반송 기구를 이용하여 기판(200)을 처리실(201) 외로 반출한다. 이상으로 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 종료한다.
이상의 본 실시 형태에서는 상측 용기(210)가 불투명 석영으로 구성된 부분을 포함하기 때문에, 램프 히터(280)로부터 방사된 광을 처리 용기(203)의 내측에 가두도록 반사하는 것이 가능하며, 기판(200)에 조사(照射)되는 광의 밀도를 증대시켜 기판(200)을 효율적으로 가열하는 것이 가능해진다. 즉 기판(200)의 고온화, 승온 속도의 향상, 에너지 절감 등의 효과를 얻는 것이 가능해진다. 이와 같이 본 실시 형태에서는 상측 용기(210)가 불투명 석영으로 구성된 부분을 포함하기 때문에, 상측 용기(210)와 공진 코일(212) 사이에 반사 재료를 설치하지 않아도 램프 히터(280)로부터 방사된 광으로 기판을 효율적으로 가열하는 것이 가능해진다.
또한 처리 용기(203)를 구성하는 상측 용기(210)의 내면에 실리카 코트(Silica Coat) 등의 코팅 처리를 수행하여 코팅된 표면으로 광을 난반사시키는 것에 의해, 램프 히터(280)로부터의 광을 처리 용기(203) 내에 반사시키는 방법도 생각해볼 수 있다. 하지만 처리 용기(203) 내에 플라즈마를 생성시키기 위한 전자계 등의 영향에 의해 처리 용기(203)의 내면이 에칭되는 경우, 실리카 코트 등의 코팅은 파티클을 비교적 발생시키기 쉽다는 과제가 있다. 이에 대하여 본 실시 형태에서는 상측 용기(210)의 적어도 일부를 불투명 석영에 의해 구성하는 것에 의해 상측 용기(210)의 내면에 전자계 등의 영향에 의한 에칭이 발생하는 경우에도 파티클의 발생을 방지 또는 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는 적어도 처리 용기(203)[상측 용기(210)]에서 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분, 즉 공진 코일(212)의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분이 불투명 석영에 의해 구성된다. 이에 의해 램프 히터(280)로부터 방사된 광이 공진 코일(212)을 포함하는 플라즈마 생성부에 직접 조사되는 것을 방지하고, 열에 의한 플라즈마 생성부의 손상이나 열화 등을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시 형태에서는 기판(200)을 처리할 때, 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위보다 하방에 기판(200)이 위치하도록 컨트롤러(291)가 서셉터 승강 기구(268)를 제어한다. 이에 의해 기판(200)의 위치가 플라즈마 생성 영역을 개재하여 램프 히터(280)로부터 이간된 경우에도 상측 용기(210)를 구성하는 불투명 석영에 의해 반사된 램프 히터(280)로부터의 방사광에 의해 기판(200)을 효율적으로 가열할 수 있다.
상측 용기(210)에서는 적어도 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분[즉 플라즈마 생성 공간(201a)에 대응하는 부분]이 불투명 석영으로 구성된다. 상기 부분의 두께(T)는 2mm 이상 20mm 이하, 보다 바람직하게는 2mm 이상 10mm 이하로 설정할 수 있다(도 1 참조). 두께(T)가 2mm 이상인 경우, 램프 히터(280)의 방사광을 실질적으로 처리 용기(203) 외로 투과시키지 않고, 처리 용기(203)[상측 용기(210)] 내에서 반사시키는 것이 가능해진다. 두께(T)가 2mm 미만인 경우, 이 방사광의 일부가 실질적으로 처리 용기(203) 외로 투과하는 경우가 있다. 또한 두께(T)가 20mm를 초과하는 경우, 공진 코일(212)에 의해 발생되는 전자계의 에너지 중 그 대부분이 불투명 석영에서 열로서 변환되어 손실이 되는 경우가 있다. 그렇기 때문에 에너지 효율의 관점이나 상측 용기(210)의 온도 상승 억제의 관점에서 두께(T)는 20mm 이하인 것이 바람직하다. 또한 두께(T)를 10mm 이하로 하는 것에 의해 에너지 효율의 향상과 상측 용기(210)의 온도 상승 억제라는 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는 플랜지(210d)의 적어도 일부가 불투명 석영에 의해 구성되기 때문에, O링(301)에 대하여 램프 히터(280)의 방사광이 직접 조사되어서 가열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 램프 히터(280)의 방사광에 의해 플랜지(210d)가 승온되는 것에 의해 O링(301)이 간접적으로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 특히 플랜지(210d)에서의 매니폴드(300)와 접합되는 접합면(210d1)이 불투명 석영에 의해 구성되는 경우, 램프 히터(280)의 방사광이 O링(301)에 직접 조사되는 것에 의해 O링(301)이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 천장부(210b)의 적어도 일부가 불투명 석영에 의해 구성되기 때문에, 램프 히터(280)의 방사광에 의해 상측 용기(210)가 승온하는 것에 의해 O링(303)이 간접적으로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 천장부(210b)에서의 매니폴드(302)와 접합되는 접합면(210b1)이 불투명 석영에 의해 구성되는 경우, 램프 히터(280)의 방사광에 의해 O링(303)이 간접적으로 가열되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태의 램프 히터(280)는 피크 파장이 5μm 이하의 광을 방사하는 것이 가능하다. 여기서 램프 히터(280)로서 피크 파장이 5μm 이하의 파장 영역의 광을 방사하는 램프 히터 등을 이용하는 것에 의해, 불투명 석영에 의해 방사광의 대부분을 반사시켜서 기판을 효율적으로 가열할 수 있다. 한편, 램프 히터(280) 대신에, 파장이 5μm 초과인 파장 영역의 광(적외선 등)을 주로 방사하는 저항 히터 등을 이용한 경우, 불투명 석영에 의해 반사되는 방사광의 비율이 작아서 반사에 의해 기판을 효율적으로 가열하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한 램프 히터(280)로서는 피크 파장이 3μm 이하의 파장 영역의 광을 방사하는 램프 히터 등을 이용한 경우, 불투명 석영에 의한 방사광의 반사율을 더욱 높여서 기판을 보다 효율적으로 가열할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서 이용하는 불투명 석영은 파장이 5μm 이하의 소정의 파장 영역의 광을 50% 이상 반사하는 것이 가능하다. 투명 석영을 이용한 경우, 상기 파장 영역의 광을 50% 이상 반사시키는 것이 곤란하다. 여기서 불투명 석영이 조사되는 소정의 파장 영역의 광의 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상을 반사하는 것에 의해, 조사되는 광의 에너지를 효율적으로 기판(200)에 부여할 수 있다. 반사율이 50% 미만인 경우, 조사되는 소정의 파장 영역의 광의 50% 이상이 상측 용기(210)를 투과 또는 상측 용기(210)에 흡수되기 때문에, 조사되는 광의 에너지의 대부분이 상측 용기(210) 외로 방출되고, 램프 히터(280)로부터 조사되는 광의 에너지에 의해 기판(200)을 효율적으로 가열하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 이와 같이 조사되는 광의 에너지의 대부분이 상측 용기(210) 외에 방출되면, 상측 용기(210)의 외에 배치된 구성이 방출된 광에 의해 가열되어 재질의 열화나 불량을 발생시킬 가능성이 높아진다. 또한 본 실시 형태에서 이용하는 불투명 석영에 의해 50% 이상의 에너지가 반사되는 광의 파장 영역은, 적어도 램프 히터로부터 조사되는 광의 피크 파장을 포함하면 좋고, 바람직하게는 피크 파장을 중심으로 하여 에너지가 반감되는 파장까지의 파장 영역을 포함하면 좋다. 예컨대 파장이 0.5μm 내지 5μm의 파장 영역에서 광의 반사율이 50% 이상인 불투명 석영을 이용하고, 또한 피크 파장이 3μm 이하인 파장 영역의 광을 방사하는 램프 히터를 이용하는 것에 의해, 조사되는 광을 특히 효율적으로 반사시켜서 기판(200)을 가열할 수 있다. 파장이 0.5μm 미만인 파장 영역에 대해서는 불투명 석영에 흡수되는 비율이 증대하여 원하는 반사율을 얻지 못하는 경우가 있다.
또한 본 실시 형태에서 이용하는 불투명 석영은, 함유되는 기포의 지름의 평균이 30μm 이하인 것이 바람직하다. 기포의 지름의 평균을 30μm 이하로 하는 것에 의해 램프 히터 등으로부터 방사되는 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분을 반사시킬 수 있다. 기포의 지름의 평균이 30μm 초과인 경우, 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분을 투과 또는 흡수하여 광의 반사 효과를 거의 얻지 못하는 경우가 있다. 기포의 지름의 평균을 20μm 이하로 한 경우, 5μm 이하의 파장 영역의 광의 반사 효과를 보다 높일 수 있다. 또한 함유되는 기포의 지름의 평균이 0.1μm 미만인 경우, 예컨대 후술하는 기포의 밀도의 범위에서는 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분(예컨대 50% 초과)을 투과 또는 흡수하여 광의 반사 효과를 거의 얻지 못하는 경우가 있다. 기포의 지름의 평균을 0.1μm 이상으로 하는 것에 의해, 예컨대 후술하는 기포의 밀도의 범위에서 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분(예컨대 50% 이상)을 반사하여 광의 반사 효과를 높일 수 있다.
또한 본 실시 형태에서 이용하는 불투명 석영은 함유되는 기포의 밀도가 1×106/cm3이상, 1×109/cm3 이하인 것이 바람직하다. 여기서 불투명 석영의 기포의 밀도를 1×106/cm3 이상으로 하는 것에 의해, 램프 히터 등으로부터 방사되는 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분(예컨대 50% 이상)을 반사시킬 수 있다. 기포의 밀도가 1×106/cm3 미만인 경우, 5μm 이하의 파장 영역의 광의 대부분(예컨대 50% 초과)을 투과 또는 흡수하여 광의 반사 효과를 거의 얻지 못하는 경우가 있다. 기포의 밀도를 1×109/cm3 이하로 하는 것에 의해 플라즈마에 의한 에칭 내성을 확보하는 것과 함께, 상측 용기(210)의 기계적 강도를 유지할 수 있다. 기포의 밀도가 1×109/cm3 초과인 경우, 플라즈마에 의한 에칭 내성이 현저하게 저하되는 것이나, 상측 용기(210)의 기계적 강도를 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한 기포의 밀도를 1×107/cm3 이상으로 하는 것에 의해 5μm 이하의 파장 영역의 광의 반사 효과를 보다 높일 수 있다.
본 실시 형태에서는 상측 용기(210)의 내면 중 불투명 석영으로 구성된 부분에는 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행된다. 예컨대 불투명 석영으로 구성된 부분 중 상측 용기(210)의 외주면의 표면의 거칠기에 비하여, 내면의 표면의 거칠기가 작아지도록 처리가 수행된다. 이에 의해 플라즈마 처리에서 상측 용기(210)의 내면에 에칭이 발생하는 것을 억제하고, 또한 상측 용기(210)의 내면에 에칭이 발생했을 때에도 표면의 탈피에 기인하는 이물의 발생을 저감할 수 있다. 예컨대 거칠기가 큰 표면에서는 불투명 석영 중에 포함되는 기포에 의해 발생하는 예각 부분이 다수 존재하는 경우가 있다. 이러한 예각 부분은 플라즈마 처리에서의 에칭 작용에 의해 특히 탈피하기 쉽고, 이와 같이 하여 탈피한 석영은 이물이 된다. 본 실시 형태에서의 표면의 거칠기를 저감하는 처리에서는 특히 이러한 예각 부분을 제거하게 처리가 수행된다.
또한 본 실시 형태에서는 플랜지(210d)에서의 매니폴드(300)와 접합되는 접합면(210d1)이 불투명 석영에 의해 구성되고, 접합면(210d1)의 표면은 불투명 석영에 포함되는 기포에 기인하는 표면 거칠기를 저감하는 처리가 수행된다. 이에 의해 O링(301)의 봉지면을 유지 또는 그 봉지 성능을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로 본 실시 형태에서는 천장부(210b)에서의 매니폴드(302)와 접합되는 접합면(210b1)이 불투명 석영에 의해 구성되고, 접합면(210b1)의 표면은 불투명 석영에 포함되는 기포에 기인하는 표면 거칠기를 저감하는 처리가 수행된다. 이에 의해 O링(303)의 봉지면을 유지 또는 그 봉지 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서 기포를 포함하는 불투명 석영의 표면 거칠기는 연마 가공에 의해 저감시키는 것이 곤란하다. 그렇기 때문에 본 실시 형태에서는 불투명 석영의 표면 거칠기를 저감하는 처리로서 소성 마감 처리가 수행된다. 소성 마감 처리를 수행하는 것에 의해, 기포에 의해 발생하는 석영의 예각 부분을 용융시켜서 제거하는 것과 함께, 기포에 의해 발생하는 요(凹) 형상 부분의 일부 또는 전체가 용융된 석영에 의해 매립할 수 있고, 표면을 평활화할 수 있다. 또한 상측 용기(210)에서 적어도 플라즈마 생성 영역에 대응하는 부분에 소성 마감 처리가 수행되는 것에 의해, 전술한 표면 평활화에 의한 이물 발생의 억제 등의 효과를 얻을 수 있다.
<본 개시의 다른 실시 형태>
전술의 실시 형태에서는 상측 용기(210)의 내면에 대하여 불투명 석영의 표면 거칠기를 저감시키는 처리가 수행되지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 상측 용기(210)의 내면 중 불투명 석영으로 구성된 부분의 내측의 표면에는 그 내측의 표면에 소성 마감 처리를 수행하는 것에 의해, 불투명 석영의 다른 부분(예컨대 소성 마감 처리가 이루어지지 않은 불투명 석영의 부분)보다 기포의 밀도가 작은 층, 바람직하게는 기포를 포함하지 않는 층이 형성되어도 좋다. 이와 같이 불투명 석영으로 구성된 부분의 내측의 표면에 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층을 구비하는 것에 의해, 플라즈마 처리에서 상측 용기(210)의 내면에 에칭이 발생한 경우에도 상측 용기(210) 내로의 기포의 폭로가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 기포의 폭로에 기인하는 이물의 발생을 억제할 수 있다. 또한 적어도 플라즈마 생성 영역에 대하여 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층이 형성되는 것에 의해 표면 거칠기를 저감하는 것에 의해 얻어지는 전술의 효과를 얻을 수 있다. 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층을 형성하는 기법으로서는 표면의 거칠기를 저감하는 처리에 비해 처리 시간을 길게 하고, 또한/또는 처리 온도를 높게 해서 소성 마감 처리를 수행하는 것 등을 들 수 있다.
또한 상기 다른 실시 형태에서는 플랜지(210d)에서의 매니폴드(300)와 접합되는 접합면(210d1)에 기포의 밀도가 작은 층, 바람직하게는 기포를 포함하지 않는 층을 더 형성해도 좋다. 이와 같이 접합면(210d1)에 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층을 형성하는 것에 의해서도 O링(301)의 봉지면을 유지 또는 그 봉지 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 다른 실시 형태에서는 불투명 석영의 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층의 두께를 100μm 이상으로 하는 것에 의해, 플라즈마 처리에 의한 에칭이 수행된 경우에도 기포를 많이 포함하는 층이 상측 용기(210) 내에 폭로되는 것을 억제할 수 있고, 기포의 폭로에 의한 이물 발생을 저감할 수 있다. 또한 바람직하게는 150μm 이상으로 하는 것에 의해 전술의 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 150μm 미만의 두께인 경우, 플라즈마 처리에 의한 에칭에 의해 기포를 많이 포함하는 층이 처리실(201) 내의 표면에 폭로될 가능성이 있으며, 100μm미만의 두께인 경우, 폭로의 억제 효과를 실질적으로 얻지 못하는 경우가 있다.
또한 이 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층은 투명 석영과 마찬가지로 전술한 불투명 석영에 의해 효율적으로 반사되는 파장 영역의 광을 비교적 흡수하기 쉬운 성질을 가진다. 즉 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층은 반사층으로서의 기능이 열화하다. 따라서 상기 다른 실시 형태에서는 불투명 석영의 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층의 두께를 1,000μm 이하로 하는 것에 의해, 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층이 램프 히터(280)로부터 방사되는 광의 에너지를 흡수하는 비율을 제한하면서 기판(200)을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한 상측 용기(210)의 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한 바람직하게는 500μm 이하로 하는 것에 의해 전술의 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다. 1,000μm을 초과하는 두께인 경우, 히터로부터 방사되는 광의 에너지를 흡수하는 비율이 크게 되고, 기판(200)을 효율적으로 가열하는 것이 실질적으로 곤란해지는 경우가 있다. 또한 상측 용기(210)의 온도가 상승하기 쉬워지기 때문에 O링의 열화 등이 현저해지는 경우가 있다. 500μm를 초과하는 두께인 경우, 기판(200)을 효율적으로 가열한다는 효과가 크게 저하되는 경우가 있으며, O링의 열화 등을 촉진하는 경우가 있다.
또한 전술의 실시 형태에서는 상측 용기(210)의 내면에 소성 마감 처리를 수행하지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 상측 용기(210)의 내면에 불투명 석영에 포함되는 기포에 기인하는 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서 에칭 처리가 수행되어도 좋다. 여기서 에칭 처리를 수행하는 경우에도 소성 마감 처리와 마찬가지로, 기포에 의해 발생하는 석영의 예각 부분을 제거하여 불투명 석영의 표면을 평활화할 수 있다. 단, 요 형상 부분의 매립을 수행할 수 없는 점이나, 에칭에 이용하는 약제(불산 용액 등)가 표면에 잔류할 가능성이 있기 때문에, 이러한 점을 고려하면 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서는 소성 마감 처리를 수행하는 것이 보다 바람직하다.
또한 전술의 실시 형태에서는 처리 용기(203)에 의해 구성되는 처리실(201)이 플라즈마 생성실과 기판 처리실을 포함하지만(즉 플라즈마 생성실과 기판 처리실이 같은 처리 용기(203)의 내부 공간으로서 구성되지만), 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 플라즈마 생성실과 기판 처리실이 각각 별도의 용기로 구성되어도 좋다. 또한 전술의 실시 형태에서는 상측 용기(210)를 본 개시에서의 처리 용기의 일례로 했지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 처리 용기(203)가 일체 성형품인 경우, 일체 성형품의 처리 용기(203)가 본 개시에서의 처리 용기의 일례다.
또한 전술의 실시 형태에서는 상측 용기(210)의 천장부(210b)를 플랜지의 일례로 했지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 상측 용기(210)의 상단부로부터 지름 방향 외측에 장출되는 플랜지부를 설치하고, 이 플랜지에 매니폴드(302)를 접합하는 구성으로 해도 좋다. 또한 전술의 실시 형태에서는 상측 용기(210) 전체를 불투명 석영으로 구성했지만, 본 개시는 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대 상측 용기(210)의 측벽부(210a)만, 플랜지(210d)만, 천장부(210b)만이 불투명 석영으로 구성되어도 좋고, 이들의 각 부위의 조합이 불투명 석영으로 구성되어도 좋다.
또한 전술의 실시 형태에서는 플라즈마를 이용하여 기판 표면에 대하여 산화 처리를 수행하는 예에 대해서 설명했지만, 그 외에도 처리 가스로서 질소 함유 가스를 이용한 질화 처리에 대하여 적용해도 좋다. 또한 질화 처리 및 산화 처리에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 기판에 대하여 처리를 수행하는 온갖 기술에 적용해도 좋다. 예컨대 플라즈마를 이용하여 수행하는 기판 표면에 형성된 막에 대한 개질 처리, 도핑 처리, 산화막의 환원 처리, 상기 막에 대한 에칭 처리 및 레지스트의 애싱 처리 등에 적용해도 좋다.
또한 본 개시를 특정의 실시 형태 및 변형예에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 개시는 따른 실시 형태 및 변형예에 한정되지 않고, 본 개시의 범위 내에서 다른 다양한 실시 형태를 취하는 것이 가능한 점은 당업자에게 있어서 명백하다.
100: 기판 처리 장치 200: 기판
210: 상측 용기 212: 공진 코일
217: 서셉터 280: 램프 히터

Claims (19)

  1. 적어도 일부가 불투명 석영으로 구성된 처리 용기;
    상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기 내에 연통하는 처리 공간 내에 설치된 기판 재치대;
    상기 기판 재치대의 기판 재치면에 대향하는 위치에 설치된 램프 히터; 및
    상기 처리 용기의 외주에 설치되고, 상기 처리 용기 내의 가스를 플라즈마 여기(勵起)하도록 구성된 플라즈마 생성부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기에서 상기 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분이 상기 불투명 석영에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 재치대를 승강시키는 구동(驅動) 기구; 및
    상기 기판 재치면 상에 재치된 기판을 처리할 때, 상기 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위보다 하방(下方)에 상기 기판이 위치하도록, 상기 구동 기구를 제어하는 것이 가능하도록 구성된 제어부
    를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기의 상단부 및 하단부의 적어도 일방(一方)에는 봉지부를 개재하여 매니폴드에 접합되는 플랜지가 설치되고,
    상기 플랜지의 적어도 일부가 상기 불투명 석영에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플랜지에서의 상기 매니폴드와 접합되는 접합면이 상기 불투명 석영에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 석영은 상기 램프 히터로부터 방사되는 광의 피크 파장의 광을 50% 이상 반사하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 석영은 파장이 5μm 이하의 소정의 파장 영역의 광을 50% 이상 반사하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 석영은, 함유되는 기포의 지름의 평균이 30μm 이하인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 석영은, 함유되는 기포의 밀도가 1×106/cm3 이상인 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기에서 상기 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분이 상기 불투명 석영에 의해 구성되고,
    상기 처리 용기의 내면 중 상기 불투명 석영으로 구성된 부분에는 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행되는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기의 상단부 및 하단부의 적어도 일방에는 봉지부를 개재하여 매니폴드에 접합되는 플랜지가 설치되고,
    상기 플랜지에서의 상기 매니폴드와 접합되는 접합면이 상기 불투명 석영에 의해 구성되고,
    상기 접합면에는 표면의 거칠기를 저감하는 처리가 수행되는 기판 처리 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 표면의 거칠기를 저감하는 처리로서 소성 마감 처리가 수행되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기에서 상기 플라즈마 생성부의 상단으로부터 하단에 걸친 범위에 대응하는 부분이 상기 불투명 석영에 의해 구성되고,
    상기 처리 용기의 내면 중 상기 불투명 석영으로 구성된 부분에는 상기 불투명 석영의 다른 부분보다 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층이 형성되는 기판 처리 장치.
  14. 제1항 또는 제13항에 있어서,
    상기 처리 용기의 상단부 및 하단부의 적어도 일방에는 봉지부를 개재하여 매니폴드에 접합되는 플랜지가 설치되고,
    상기 플랜지에서의 상기 매니폴드와 접합되는 접합면이 상기 불투명 석영에 의해 구성되고,
    상기 접합면에는 상기 불투명 석영의 다른 부분보다 기포의 밀도가 작은 층 또는 기포를 포함하지 않는 층이 형성되는 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기포의 밀도가 작은 층 또는 상기 기포를 포함하지 않는 층은 소성 마감 처리가 수행되는 것에 의해 형성되는 기판 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 기포의 밀도가 작은 층 또는 상기 기포를 포함하지 않는 층의 두께는 100μm 이상인 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기포의 밀도가 작은 층 또는 상기 기포를 포함하지 않는 층의 두께는 1,000μm 이하인 기판 처리 장치.
  18. 적어도 일부가 불투명 석영으로 구성된 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기 내에 연통하는 처리 공간 내에 설치된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 공정;
    상기 기판 재치면에 대향하는 위치에 설치된 램프 히터에 의해 상기 기판을 가열하는 공정;
    상기 처리 용기 내에 공급된 가스를 상기 처리 용기의 외주에 설치된 플라즈마 생성부에 의해 플라즈마 여기하는 공정; 및
    플라즈마 여기된 상기 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 적어도 일부가 불투명 석영으로 구성된 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기 내에 연통하는 처리 공간 내에 설치된 기판 재치대의 기판 재치면에 기판을 재치하는 단계;
    상기 기판 재치면에 대향하는 위치에 설치된 램프 히터에 의해 상기 기판을 가열하는 단계;
    상기 처리 용기 내에 공급된 가스를 상기 처리 용기의 외주에 설치된 플라즈마 생성부에 의해 플라즈마 여기하는 단계; 및
    플라즈마 여기된 상기 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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