KR20230134596A - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20230134596A
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gas
substrate
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wafer
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KR1020237029368A
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겐이치 고테
다카후미 노가미
가즈이 고바야시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시는, 처리 용기 내의 적재대에 피처리 기판을 적재하는 준비 공정과, 제1 가스를 상기 처리 용기 내에 공급해서 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제1 가열 공정과, 상기 제1 가스의 공급을 정지하고, 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스를 공급해서 상기 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제2 가열 공정과, 상기 제2 가스를 포함하는 제3 가스를 공급해서 상기 피처리 기판을 처리하는 처리 공정을 갖는 기판 처리 방법을 제공한다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판에 대하여 CVD(chemical vapor deposition) 등에 의해 성막을 행하는 성막 장치에서는, 기판을 적재하는 기판 적재대의 가열 수단에 의해 충분히 기판을 가열한 뒤에 성막 반응을 진행시킨다. 근년, 생산성의 향상을 위하여, 고온 처리에 의한 고속화가 요구된 결과, 기판이 급속하게 가열되기 때문에, 기판에 휨이 생기는 경우가 있다. 기판에 휨이 생기면 반송 시에 기판의 위치 어긋남 등을 일으켜서, 기판을 적재했을 때 기판 주연부 등이 적재대와 접촉하여, 파티클을 생기게 하는 원인이 된다. 따라서, 고온에 의한 기판 처리 시에 기판에 휨이 생기지 않도록 하는 것이 요구되고 있다.
기판의 휨을 억제하는 방법으로서는, 성막 처리 전에 기판을 미리 가열하는 예비 가열 처리를 포함하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2를 참조). 특허문헌 1에는, 기판을 지지 핀으로 지지한 상태에서 적재대의 가열 수단의 복사열로 기판을 서서히 가열함으로써 열응력이 완화하고, 그 후, 적재대에 적재해서 더욱 예비 가열을 행함으로써 예비 가열 시간을 단축하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 적재대에 기판을 적재하여, 플라스마를 사용해서 예비 가열을 행함으로써 예비 가열 시간을 단축하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-77863호 공보 일본 특허 공개 제2010-238739호 공보 국제 공개 제2005/098913호 국제 공개 제2007/013605호
본 개시는, 기판의 휨을 억제하면서, 성막 전의 예비 가열에 요하는 시간을 단축하는 기술을 제공한다.
상기 과제를 감안하여, 본 개시는, 처리 용기 내의 적재대에 피처리 기판을 적재하는 준비 공정과, 제1 가스를 상기 처리 용기 내에 공급해서 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제1 가열 공정과, 상기 제1 가스의 공급을 정지하고, 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스를 공급해서 상기 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제2 가열 공정과, 상기 제2 가스를 포함하는 제3 가스를 공급해서 상기 피처리 기판을 처리하는 처리 공정을 갖는 기판 처리 방법을 제공한다.
기판의 휨을 억제하면서, 성막 전의 예비 가열에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 예비 가열을 포함하는 일련의 프로세스에 있어서, 각종 처리 가스의 공급, 또는 정지의 타이밍을 설명하는 일례의 도면이다.
도 3은 본 개시에서의 기판 처리 방법의 공정의 개요를 나타내는 일례의 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 2스텝에서의 예비 가열에 있어서, 제1 예비 가열 공정에서 공급되는 N2 가스의 공급 시간이 막질에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.
도 5는 웨이퍼의 휨을 설명하는 일례의 이미지도이다.
도 6은 예비 가열에 사용하는 것이 가능한 각종 가스가 공급된 예비 가열에서의 히터 출력의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 적재대의 일례의 상면도와 단면도이다.
도 8은 처리 용기에 공급된 가스의 흐름을 설명하는 일례의 도면이다.
도 9는 NH3, He, N2, Ar의 점성 계수의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 NH3 가스와 N2 가스를 각각 공급하여, 특정 시간 가열했을 때의 웨이퍼(W)의 직경 방향의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
[장치 구성]
본 개시의 성막 방법을 실시하기 위한 플라스마 처리 장치의 일례를 설명한다. 도 1은, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 처리 용기(101)와, 적재대(102)와, 가스 공급 기구(103)와, 배기 기구(104)와, 마이크로파 플라스마원(105)과, 제어부(106)를 갖는다.
처리 용기(101)는, 금속 재료, 예를 들어 표면에 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄으로 이루어지고, 대략 원통 형상을 이루고 있다. 처리 용기(101)는, 판상의 천장 벽부(111) 및 저벽부(113)와, 이들을 연결하는 측벽부(112)를 갖고 있다. 처리 용기(101)의 내벽은, 이트리아(Y2O3) 등에 의해 코팅되어 있어도 된다. 처리 용기(101)는, 내부에 적재대(102)가 배치되어 있다. 처리 용기(101)는, 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼(W)를 수용한다.
천장 벽부(111)에는, 마이크로파 플라스마원(105)의 후술하는 마이크로파 방사 기구(143) 및 가스 도입 노즐(123)이 감입되는 복수의 개구부를 갖고 있다. 측벽부(112)는, 처리 용기(101)에 인접하는 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)(피처리 기판)의 반출입을 행하기 위한 반입출구(114)를 갖고 있다. 반입출구(114)는 게이트 밸브(115)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 저벽부(113)에는 배기관(116)이 접속되어 있다.
적재대(102)는, 원판상으로 형성되어 있고, 금속 재료, 예를 들어 표면에 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄, 또는 세라믹스 재료, 예를 들어 질화알루미늄(AlN)에 의해 구성되어 있다. 적재대(102)는, 상면에 웨이퍼(W)가 적재된다. 적재대(102)는, 처리 용기(101)의 저부 중앙으로부터 절연 부재(121)를 개재해서 상방으로 연장되는 금속제의 원통체인 지지 부재(120)에 의해 지지되어 있다.
또한, 적재대(102)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 승강하기 위한 승강 핀(도시하지 않음)이 적재대(102)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 마련되어 있다. 또한, 적재대(102)의 내부에는 가열 수단으로서 히터(126)가 마련되어 있다. 히터(126)는, 히터 전원(127)으로부터 급전되어 발열한다. 그리고, 적재대(102)의 상면 근방에 마련된 도시하지 않은 센서(예를 들어, 열전쌍)의 온도 신호에 의해 히터(126)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 제어된다.
적재대(102)는, 양호한 플라스마 처리를 행하는 관점에서, 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 방사면인 천장 벽부(111)의 하면부터 웨이퍼(W)까지의 거리가 40 내지 200mm의 범위가 되는 위치에 마련하는 것이 바람직하다.
적재대(102)에는, 고주파 전원(122)이 전기적으로 접속되어 있다. 적재대(102)가 세라믹스인 경우는, 적재대(102)에 전극을 마련하고, 그 전극에 고주파 전원(122)을 전기적으로 접속한다. 고주파 전원(122)은, 적재대(102)에 바이어스 전력으로서 고주파 전력을 인가한다. 고주파 전원(122)이 인가하는 고주파 전력의 주파수는 0.4 내지 27.12MHz의 범위가 바람직하다.
가스 공급 기구(103)는, 성막을 행하기 위한 각종 처리 가스를 처리 용기(101) 내에 공급한다. 가스 공급 기구(103)는, 복수의 가스 도입 노즐(123)과, 가스 공급 배관(124)과, 가스 공급부(125)를 갖고 있다. 가스 도입 노즐(123)은, 처리 용기(101)의 천장 벽부(111)에 형성된 개구부에 감입되어 있다. 가스 공급부(125)는, 가스 공급 배관(124)을 통해서 각 가스 도입 노즐(123)과 접속되어 있다. 가스 공급부(125)는, 각종 처리 가스를 공급한다. 예를 들어, 가스 공급부(125)는, 제1 가스 공급원, 제2 가스 공급원, 제3 가스 공급원을 포함한다. 제1 가스 공급원이 공급하는 제1 가스로서는 N2 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스이다. 또한, 제1 가스로서 예를 들어, Kr 가스, Xe 가스, Ne 가스 등이어도 된다. 제2 가스 공급원이 공급하는 제2 가스로서는, NH3, N2 등의 환원성 가스이다. 제2 가스로서, 처음에는 기판의 휨을 억제하기 위해서 N2 가스가 사용되고, 성막 공정 전에 막의 막질에 영향을 미치지 않는 NH3 가스로 전환되어, NH3 가스는 성막 공정에서 계속해서 사용된다. 제3 가스 공급원이 공급하는 제3 가스로서는, 원료 가스로 될 수 있는 SiH4 가스, SiH2Cl2 가스 등이다. 또한, 가스 공급부(125)는, 처리 가스의 공급 및 정지를 행하는 밸브나 처리 가스의 유량을 조정하는 유량 조정부가 구비되어 있다.
처리 용기(101)의 저벽부(113)에는, 배기관(116)이 접속되어 있다. 배기관(116)은, 배기 기구(104)가 접속되어 있다. 배기 기구(104)는, 진공 펌프와 압력 제어 밸브를 구비하고, 진공 펌프에 의해 배기관(116)을 통해서 처리 용기(101) 내를 진공 배기 가능하다. 처리 용기(101) 내의 압력은, 압력계의 값에 기초하여, 압력 제어 밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
마이크로파 플라스마원(105)은, 처리 용기(101) 상에 마련되어 있다. 마이크로파 플라스마원(105)은, 처리 용기(101) 내에 전자파(마이크로파)를 도입해서 플라스마를 생성한다.
마이크로파 플라스마원(105)은, 마이크로파 출력부(130)와, 안테나 유닛(140)을 갖는다. 안테나 유닛(140)은, 복수의 안테나 모듈을 포함하고 있다. 도 1에서는, 안테나 유닛(140)은, 3개의 안테나 모듈을 포함하고 있다. 각 안테나 모듈은, 앰프부(142)와, 마이크로파 방사 기구(143)를 갖는다. 마이크로파 출력부(130)는, 마이크로파를 생성함과 함께, 마이크로파를 분배해서 각 안테나 모듈에 출력한다. 안테나 모듈의 앰프부(142)는, 분배된 마이크로파를 주로 증폭해서 마이크로파 방사 기구(143)에 출력한다. 마이크로파 방사 기구(143)는, 천장 벽부(111)에 마련되어 있다. 마이크로파 방사 기구(143)는, 앰프부(142)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(101) 내에 방사한다.
또한, 도 1에서는, 안테나 유닛(140)에 안테나 모듈을 3개 마련한 경우를 예로 들어 설명했지만, 안테나 모듈의 수는 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈은, 천장 벽부(111)의 적재대(102)의 상방 영역에, 정육각형의 정점의 배치가 되도록 6개 마련해도 된다. 또한, 안테나 모듈은, 또한 정육각형의 중심 위치에도 배치해서 7개 마련해도 된다.
또한, 마이크로파의 파워 밀도를 적정하게 제어할 수 있으면, 마이크로파 플라스마원(105)이 웨이퍼(W)에 대응하는 크기의 단일한 마이크로파 도입부를 갖는 마이크로파 플라스마원(105)을 사용해도 된다.
제어부(106)는, 예를 들어 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이다. 제어부(106)는, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 제어부(106)에서는, 입력 장치를 사용하여, 오퍼레이터가 플라스마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한, 제어부(106)에서는, 표시 장치에 의해, 플라스마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화해서 표시할 수 있다. 또한, 제어부(106)의 기억부에는, 플라스마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어부(106)의 프로세서가 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라서 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어함으로써, 원하는 처리가 플라스마 처리 장치(100)에서 실행된다. 예를 들어, 제어부(106)는, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어하여, 실시 형태에 관한 성막 방법의 처리를 실행한다.
[본 개시의 예비 가열]
예비 가열(프리히트)은, 웨이퍼(W)의 휨을 억제하고, 안정된 막질을 얻는 등의 목적으로, 예를 들어 CVD에 의한 성막 처리 전에 실시된다. 본 개시에서는, NH3와 SiH4를 원료 가스로 하는 SiN의 성막 프로세스에 대해서 설명한다. 그러나, 처리 가스에 대해서는 이들에 한정하는 것은 아니다.
SiN의 성막 프로세스에서의 예비 가열에서는, 웨이퍼(W)의 온도가 성막에 적절한 온도로 안정될 때까지 시간을 들여서 서서히 가열하고 있다. 가열 시간으로서는, 예를 들어 120초에 걸쳐서 서서히 가열한다. 웨이퍼(W)를 서서히(120초에 걸쳐서) 가열함으로써 웨이퍼(W)의 휨을 어느 정도 억제할 수 있음을 알고 있다.
또한, 적재대(102)에 웨이퍼(W)가 적재되면, 웨이퍼(W) 자체의 정전력으로 웨이퍼(W)가 적재대(102)에 흡착되는 경우가 있다. 웨이퍼(W)가 적재대(102)에 흡착된 상태에서 급격하게 가열됨으로써, 웨이퍼(W)에 휨이 발생하면, 웨이퍼(W)의 튐이나 갈라짐이 생기는 경우가 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지 핀으로 핀업하여, 웨이퍼(W)와 적재대(102)의 사이에 거리를 마련하고, 적재대(102)로부터의 복사열로 시간을 들여서 가열하는 방법이 종래부터 채용되어 있다.
생산성(스루풋: 1매당 처리 시간)을 개선하는 관점에서는, 이 예비 가열의 시간을 짧게 하고, 또한, 웨이퍼 지지 핀의 핀업 동작도 생략하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 개시에서는 기판의 휨을 억제하면서, 성막 전의 예비 가열에 요하는 시간을 단축하는 방법에 대해서 개시하고, 해당 방법에 대해서 설명한다.
도 2는, 예비 가열을 포함하는 일련의 프로세스에 있어서, 각종 처리 가스의 공급, 또는 정지의 타이밍을 설명하는 도면이다.
(i)에서는, N2 가스를 공급하여, 제1 가열 공정으로서 제1 예비 가열을 행한다. 제1 예비 가열에서는, 처리 용기(101) 내에 N2 가스가 공급되어, 제1 압력으로 압력 조절되어 있다. 제1 압력은 웨이퍼(W)의 예비 가열에 적합한 압력으로서 미리 정해져 있다. 제1 예비 가열에 요하는 시간을 T1초로 한다.
(ii)에서는, N2 가스를 정지하고, N2 가스와는 다른 NH3 가스를 공급하여, 제2 가열 공정으로서 제2 예비 가열을 행한다. 제2 예비 가열에서는, 처리 용기(101) 내를 제1 예비 가열과 마찬가지로, 제1 압력으로 압력 조절한 상태에서, 처리 용기(101) 내의 분위기를 NH3 가스로 치환한다. 제2 예비 가열에 요하는 시간을 T2초로 한다.
(iii)에서는, NH3 가스를 공급한 상태에서, SiH4 가스를 공급하여, 제1 압력보다도 낮은 제2 압력으로 압력을 안정시킨다. 안정에 요하는 시간을 T3초로 한다. 제2 압력은, 성막에 적합한 압력, 즉 플라스마가 착화하기 쉬운 압력으로서 미리 정해져 있다. NH3 가스를 포함하는 SiH4 가스는 제3 가스의 일례이다. 또한, SiH4 가스의 공급을 개시하는 것은 (iii)에서 (iv)의 사이이면 된다.
(iv)에서는, 마이크로파 파워를 ON으로 해서 성막한다. 성막에 요하는 시간을 T4초로 한다. (iv)에서는, 제2 가스 및 제3 가스를 공급해서 원하는 막을 성막한다. 본 개시에서는, 일례로서 NH3 가스 및 SiH4 가스를 공급해서 SiN막을 성막한다.
예비 가열을 포함하는 일련의 프로세스에 대해서, 도 1, 도 3을 사용해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은, 본 개시에서의 기판 처리 방법의 공정의 개요를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 제어부(106)는, 게이트 밸브(115)를 개방으로 해서 감압 상태로 유지된 반송실(도시하지 않음)로부터, 반입출구(114)를 통해서 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 처리 용기(101) 내에 반입한다(S1).
그리고, 제어부(106)는, 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)을 상승시켜서 웨이퍼(W)를 수취하고, 반송 장치를 반출 후, 수취한 웨이퍼(W)를, 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)을 하강시킴으로써 적재대(102)에 적재하여, 준비한다(S2).
이어서, 제어부(106)는, 게이트 밸브(115)를 닫아, 가스 공급부(125)로부터 N2 가스를 소정 유량, 처리 용기(101) 내에 공급함과 함께, 처리 용기(101) 내를 배기하여, 제1 압력으로 압력 조절한다(S3). 제1 압력은 20 내지 667이 바람직하며, 예를 들어 333[Pa](2.5Torr)이다. 또한, N2 가스의 공급 개시 후, 공급 개시 전, 또는 동시에, 제1 예비 가열로서 웨이퍼(W)의 가열을 개시한다. 구체적으로는, 히터 전원(127)으로부터 히터(126)에 급전됨으로써 적재대(102)가 가열되고, 그 열로 웨이퍼(W)가 원하는 온도로 제어된다. 제1 예비 가열의 시간은 T1초이다. 제1 예비 가열은 웨이퍼(W)의 온도를 성막에 적합한 온도로 상승시키는 예비 가열 공정의 일부이다.
제1 예비 가열 후(T1초가 경과한 후), 제어부(106)는, 제1 압력을 유지하면서, 가스 공급부(125)로부터의 N2 가스의 공급을 정지하고, 가스 공급부(125)로부터 NH3 가스를 소정의 유량으로 처리 용기(101) 내에 공급한다(S4). 이 공정이 제2 예비 가열이다. 제1 예비 가열에서 제2 예비 가열로의 전환은, 예를 들어 평가 결과 등에 기초하여, 미리 정해진 시간에 전환된다. 또한, 제1 예비 가열에서 제2 예비 가열로의 전환은, 제어부(106)가 히터(126)에 출력하는 출력 신호에 기초해서 전환되어도 된다. 제2 예비 가열의 시간은 T2초이다. 제어부(106)는 제1 예비 가열과 제2 예비 가열(즉, T1+T2초: 예를 들어, 약 40초)로 성막에 적합한 온도까지 상승하도록 제어하고 있다.
제2 예비 가열 후(T2초가 경과한 후), 제어부(106)는, 가스 공급부(125)로부터 처리 용기(101) 내에의 NH3 가스의 공급을 유지하면서, 처리 용기(101) 내의 압력을 제1 압력으로부터 제1 압력보다도 저압으로 되는 제2 압력까지 감압한다. 또한, 가스 공급부(125)로부터, 예를 들어 SiH4 가스를 소정의 유량으로 처리 용기(101) 내에 공급하여, 처리 용기(101) 내의 압력이 제2 압력으로 되도록 안정화시킨다(S5). 성막 공정에 앞선 이 가스 안정화 공정의 시간은, 예를 들어 5초 이상 50초 이하, 바람직하게는 10초 이상 30초 이하로 할 수 있다. 또한, 제2 압력은 6.7 내지 133이 바람직하고, 예를 들어 16[Pa](120mTorr)이다.
그리고, 제어부(106)는, 가스 안정화 공정에서 압력이 안정된 후(T3초의 경과 후, 구체적으로는 압력의 감시 결과가 안정되었다고 판단한 후), 마이크로파 파워를 ON으로 해서 플라스마를 착화하여, 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리를 개시한다(S6). 즉, 마이크로파 출력부(130)로부터의 마이크로파를, 마이크로파 방사 기구(143)를 통해서, 처리 용기(101) 내에서의 웨이퍼(W)의 상방 공간에 방사시킨다. 처리 용기(101)에 방사된 마이크로파에 의해 처리 용기(101) 내에서 전자계가 형성되고, NH3 가스 및 SiH4가 플라스마화한다. 그리고, 플라스마 중의 활성종, 주로 N 라디칼의 작용에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 SiN막이 형성된다. 또한, 생성되는 막은, 처리 가스에 의해 바뀌는 것이며, SiN막 외에, 산소 또는 질소를 포함하는 절연막, 유전체막, 또는 금속막 등이어도 된다. 예를 들어, 원료 가스가 SiH4와 N2O라면 SiO2의 산화막(절연막)을 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어 원료 가스가 SiH2Cl2와 NH3라면 Si3N4의 유전체막을 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어 원료 가스가 WF6와 Si라면 2WSi의 금속막을 생성할 수 있다.
소정 시간을 들여서 성막 처리를 실시한 후, 제어부(106)는, 마이크로파 파워를 OFF로 함과 함께, SiH4 가스 및 NH3 가스를 정지하고, 성막 처리를 종료시킨다(S7).
그 후, 스텝 S1 및 S2와 역의 수순으로 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)을 상승시키고, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 반출시킨다(S8).
[예비 가열 시간]
본 개시의 예비 가열은 제1 예비 가열 공정과 제2 예비 가열 공정의 2스텝으로 이루어진다. 즉, 예비 가열에 걸리는 시간은, 제1 예비 가열 공정에 걸리는 시간(T1)과 제2 예비 가열 공정에 걸리는 시간(T2)의 합계 시간이다. 여기에서는, 본 개시의 예비 가열 시간이, 성막되는 막의 막질에 미치는 영향도에 대해서 설명한다.
도 4는, 본 개시의 2스텝에서의 예비 가열에 있어서, 제1 예비 가열 공정에서 공급되는 N2 가스의 공급 시간이 막질에 미치는 영향을 설명하는 도면이다. 여기에서는, 2스텝에서의 예비 가열에 있어서, 제1 예비 가열 공정에서 공급되는 N2 가스의 공급 시간을, 이하의 5개의 조건 A 내지 E로 해서 성막 처리를 행했다. 이미 설명한 바와 같이, T1초 동안에 행해지는 제1 예비 가열에서는 N2 가스가 공급되고, T2초 동안에 행해지는 제2 예비 가열에서는 NH3 가스가 공급된다.
A. T1=0초, T2=120초(참고예: 종래의 예비 가열(핀업 동작 포함))
B. T1=20초, T2=20초
C. T1=30초, T2=10초
D. T1=35초, T2=5초
E. T1=40초, T2=0초
도 4의 횡축은 시간[초], 종축은 막질의 지표인 얻어진 막의 RI(Refractive Index: 굴절률)이다. 점 A 내지 E는, 조건 A 내지 E 각각의 조건에 대응하는 RI이다. 종래의 예비 가열에서는 NH3만이 사용되고 있으므로, 조건 A에 의해 얻어지는 RI를 기준값(참고값)으로 해서 조건 B 내지 E를 평가했다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 조건 A, B, C 및 D에서는 동일 정도의 RI가 얻어졌다. 이에 반해, 조건 E에서는 RI의 값이 명백하게 저하되어 있다. 이 결과로부터, 2스텝에서의 예비 가열의 시간을 40초(T1+T2=40초)로 한 경우, 제2 예비 가열의 시간(T2)은 적어도 5초 이상인 것이 바람직하다고 할 수 있다.
조건 D와 조건 E의 사이(T1=35 내지 40초, 또는, T2=0 내지 5초)에 대해서는, N2 가스를 공급하는 시간(T1)이 길수록 RI가 저하될 것으로 예상된다. 바꿔 말하면, NH3 가스를 공급하는 시간(T2)이 짧을수록 RI가 저하될 것으로 예상된다. 도 4에서는, 조건 D와 조건 E의 데이터간을 점선(71)으로 내삽해서 나타낸다. 허용할 수 있는 RI의 범위를 조건 A의 RI에 대하여 ±0.005로 해서, ΔRI로 나타낸다. 점선(71)과 ΔRI의 하한의 교점으로부터, T2=약 2초(그래프 상은 38초의 장소) 이상이면, 적정한 막질이 얻어진다. 이와 같이, NH3 가스를 공급하는 시간(T2)은 바람직하게는 5초 이상, 적어도 2초 이상이면 된다.
제1 예비 가열의 시간(T1)에 대한, 제2 예비 가열의 시간(T2)의 비로 나타내면, 휨을 억제하고 적정한 막질이 얻어지는 상기 비는, 1:1(T1=T2=20초) 내지 7:1(T1=35초, T2=5초)이다.
또한, NH3 가스를 공급하는 시간(T2)이 짧으면 RI가 작아지는(적정한 막질이 얻어지지 않는) 이유로서는, 성막 처리에 있어서 처리 용기(101) 내에 제1 예비 가열에서 공급된 N2가 잔류하기 때문이라고 생각된다.
[휨의 판정]
도 5, 도 6을 참조하여, 본 개시에 있어서 과제의 하나로 한 웨이퍼(W)의 휨에 대해서, 그 판정 방법을 설명한다. 도 5는 웨이퍼(W)의 휨을 설명하는 이미지도이다. 도 5의 (a)는 휨이 발생하지 않은 웨이퍼(W)를, 도 5의 (b)는 휨이 발생한 웨이퍼(W)를 나타낸다. 웨이퍼(W)의 휨은, 예를 들어 처리 용기(101)의 측벽부(112)에 마련된 창(도시하지 않음)으로부터 육안으로 시인함으로써, 도 5에 도시한 바와 같은 웨이퍼(W)의 휨의 상태를 확인할 수 있다.
또한, 육안 이외에 웨이퍼(W)의 휨을 검출하는 방법으로서는, 히터 출력에 주목하는 방법이 있다. 구체적으로는, 적재대(102)에 내장된 히터(126)에 급전하는 히터 전원(127)의 출력 데이터의 값으로부터 판단하는 방법이다. 휨이 발생한 경우, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 적재대(102)와 웨이퍼(W)의 접촉 면적이 작아진다. 히터 전원(127)에서 보면 접촉 면적이 작아지는 것은 가열 대상의 열용량이 작아져, 적은 히터 출력으로 목적으로 하는 온도로 가열하는 것이 가능해진다. 즉, 동일한 온도까지 웨이퍼(W)를 가열한다는 전제에서는, 이하의 관계가 있다.
·히터 출력이 작음→휨 발생
·히터 출력이 큼→휨 없음
이 관계는 육안에 의한 판정과도 일치하고 있다. 따라서, 예비 가열에서의 히터 출력을 기록하면 휨의 유무를 판정할 수 있다.
도 6은, 예비 가열에 사용하는 것이 가능한 각종 가스가 공급된 예비 가열에서의 히터 출력의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6의 횡축은 시간[초], 종축은 히터 출력[％]이다. 도 6에서는, 웨이퍼(W)를 적재대(102)에 적재하고, 예비 가열에 사용하는 것이 가능한 가스로서, NH3 가스, Ar 가스, He 가스, N2 가스의 4개의 가스를 각각 처리 용기(101) 내에 공급해서 예비 가열을 행했다.
시간 t1 내지 t2의 히터 출력에 주목하면, NH3 가스의 히터 출력은 Ar 가스, He 가스, N2 가스와 비교해서 명백하게 작다. 즉, NH3 가스가 공급된 상태의 예비 가열에서는 휨이 발생하기 쉬웠지만, Ar 가스, He 가스, N2 가스의 어느 것이 공급된 상태의 예비 가열에서는 휨이 발생하기 어려웠던 것을 나타내고 있다. 이러한 결과는 육안에 의한 판정과도 일치한다. 이와 같이, 히터 전원(127)의 출력 데이터에 의해 휨을 검출할 수 있다. 이상으로부터, 제1 가스로서는, 웨이퍼(W)에 휨이 발생하기 어려운 Ar 가스, He 가스, N2 가스의 어느 것의 가스 또는 이들 가스의 조합이 바람직하다고 할 수 있다.
[휨이 발생하는 요인의 검토]
이어서, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 휨이 발생하는 요인에 대해서 검토한다. 도 7은, 적재대(102)의 상면도와 단면도를 도시한다. 적재대(102)에는 웨이퍼 지지 핀(161)이 웨이퍼(W)를 승강하기 위한 3개의 관통 구멍(162)이 마련되어 있다. 또한, 적재대(102)의 상면은 엠보스 가공에 의해 복수의 볼록부(165)가 형성되어 있어, 웨이퍼 지지 핀(161)이 하강해서 웨이퍼(W)가 적재대(102)의 표면에 적재된 상태에서도 적재대(102)의 상면과 웨이퍼(W)의 하면의 사이에는 공간이 생기는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 관통 구멍(162)의 아래에서 위로, 처리 용기(101)에 공급된 가스가 유입 가능하게 된다. 또한, 엠보스 가공으로 형성된 복수의 볼록부(165)는 웨이퍼(W)가 적재대(102)의 표면에 붙는 것을 방지하기 위해서 형성되어 있다.
도 8은, 처리 용기(101)에 공급된 가스의 흐름을 설명하는 도면이다. 처리 용기(101)의 천장벽으로부터 공급된 가스는, 처리 공간(U)을 통과하여, 적재대(102)의 외주로부터 적재대(102)의 하방 공간을 통과해서, 관통 구멍(162)의 아래에서 위로 유입된다고 생각된다.
유입된 가스는, 웨이퍼(W)의 하면(이면)에 도달하는데, 적재대(102)의 표면에는 복수의 볼록부(165)가 형성되어 있기 때문에 웨이퍼(W)의 하면(이면)의 전체에는 균일하게 넓어지기 어렵다. 예를 들어, 적재대(102)의 중앙부에는 3개의 관통 구멍(162) 각각으로부터 가스가 유입되도록 압이 걸려 서로 상쇄되기 때문에, 중앙부에는 3개의 관통 구멍(162)의 어느 방향으로부터도 가스가 도달하기 어려워진다. 따라서, 관통 구멍(162)의 아래에서 위로 유입된 가스는 웨이퍼(W)의 외주로부터 빠져나가기 쉬운 경향이 된다. 그리고, 외주로부터 빠져나가기 쉬운 정도는, 가스의 점성 계수에 영향을 받는다고 생각된다.
또한, 가스가 적재대(102)의 중앙에 도달하기 어렵고, 외주로부터 빠져나가기 쉬울수록, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주부에 온도차가 생기기 쉽다(중앙이 낮고, 외주가 높아짐). 즉, 휨이 발생하기 쉽게 된다.
도 9는, 20℃에서의 NH3 가스, He 가스, N2 가스, Ar 가스의 점성 계수의 일례이다. NH3 가스의 점성 계수는 He 가스, N2 가스, Ar 가스의 점성 계수의 45％ 내지 55％ 정도이다. 이와 같이, NH3 가스는 점성 계수가 가장 작은 것을 알 수 있다.
도 8로 돌아가서 설명한다. 도 8의 (a)는 처리 용기(101)에 공급된 NH3 가스의 흐름을, 점성 저항을 고려해서 나타내는 도면이다. 관통 구멍(162)의 아래에서 위로 유입된 NH3 가스는, He 가스, N2 가스, Ar 가스보다도 점성 계수가 작기 때문에, 적재대(102)의 중앙에 도달하기 어렵고, 외주로부터 빠져나가기 쉽다고 추측된다.
도 8의 (b)는 처리 용기(101)에 공급된 He 가스, N2 가스 또는 Ar 가스의 흐름을, 점성 계수를 고려해서 나타내는 도면이다. 관통 구멍(162)의 아래에서 위로 유입된 He 가스, N2 가스 또는 Ar 가스는 NH3 가스에 비하면 점성 계수가 크기 때문에, 적재대(102)의 중앙에 도달하기 쉽고, 외주로부터 빠져나가기 어렵다고 추측된다.
도 10은, NH3 가스와 N2 가스를 처리 용기(101) 내에 각각 공급하여, 특정 시간 가열했을 때의 웨이퍼(W)의 직경 방향의 온도 분포를 도시하는 도면이다. 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리를 나타낸다. 횡축의 0mm는, 직경이 300mm인 웨이퍼(W)의 중심을 나타내고, 횡축의 148mm는, 웨이퍼(W)의 외주부를 나타낸다. 종축은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 각 거리에서의 온도를 나타낸다. 구체적으로는, NH3 가스의 선은, 적재대(102)의 온도를 320℃로 하고, 적재대(102)에 웨이퍼(W)를 적재해서 NH3 가스를 공급하면서 특정 시간(6초) 가열했을 때의 웨이퍼(W)의 직경 방향의 온도 분포를 나타낸다. N2 가스의 선은, 적재대(102)의 온도를 320℃로 하고, 적재대(102)에 웨이퍼(W)를 적재해서 N2 가스를 공급하면서 특정 시간(6초) 가열했을 때의 웨이퍼(W)의 직경 방향의 온도 분포를 나타낸다.
도 10에 도시하는 결과로부터, NH3 가스를 공급한 경우, 웨이퍼(W)의 온도는, 중심부로부터 외주부를 향할수록 높아지는 것을 알았다. 이에 반해, N2 가스를 공급한 경우, 웨이퍼(W)의 온도는, 중심부로부터 외주부로의 변화가 매우 작아, 균일한 온도 분포인 것을 알았다. 또한, 도시하고 있지 않지만, N2 가스 이외의 He 가스, Ar 가스에서도 N2 가스와 마찬가지의 경향이 보였다.
이와 같이, NH3 가스를 공급한 경우, NH3 가스는 적재대(102)의 중앙부에 도달하기 어렵고, 외주로부터 빠져나가기 쉽기 때문에, 웨이퍼(W)의 가열이 불균일해져, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주부에 온도차가 생기고, 그 결과, 웨이퍼(W)에 휨이 발생한다고 생각된다. 한편, He 가스, N2 가스 또는 Ar 가스는 적재대(102)의 중앙부에 도달하기 쉽고, 외주로부터 빠져나가기 어렵기 때문에, 웨이퍼(W)의 가열이 균일해져, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주부에 온도차가 생기지 않고, 그 결과, 웨이퍼(W)에 휨이 발생하지 않는다고 생각된다. 이상으로부터, 제1 가스로서는, 웨이퍼(W)에 휨이 생기기 어려운 Ar 가스, He 가스, N2 가스의 어느 것의 가스 또는 이들 가스의 조합이 바람직하다. 단, He 가스, N2 가스 또는 Ar 가스가 아니어도 점성 저항이 큰 불활성 가스라면 제1 가스로서 적용할 수 있을 가능성이 있다.
[주된 효과]
이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 기판 처리 방법은, 불활성 가스(예를 들어 N2 가스 등)를 사용해서 제1 예비 가열을 행함으로써, 웨이퍼(W)면을 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 가열에 의해 생길 수 있는 웨이퍼(W)의 휨의 억제가 가능하다. 또한, 휨이 억제되기 때문에, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지 핀으로 핀업해서 지지한 상태에서 예비 가열할 필요가 없다. 휨이 억제되므로, 단시간의 승온이 가능하여, 생산성(스루풋)이 향상된다.
또한, 예비 가열 중에 성막 가스로 전환하기 때문에, 성막 가스의 종류를 막론하고 적용할 수 있다. 또한, 불활성 가스(예를 들어 N2 가스)의 공급에는, 플라스마 처리 장치(100)에 이미 마련되어 있는 처리 가스 라인(유로)을 퍼지하는 퍼지 라인을 사용하기 때문에, 새롭게 가스 라인을 증설할 필요가 없다.
이상, 기판 처리 장치를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 개시에 관한 기판 처리 장치는 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 개시의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시에서는, 웨이퍼(W)를 예로 들어 설명했지만, 플라스마 처리 대상인 피처리체는, 웨이퍼(W)에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 사용되는 각종 기판 등이어도 된다.
또한, 본 개시에서는 CVD의 성막 처리 전의 예비 가열에 대해서 설명했지만, 예비 가열은, 각종 열처리 공정, 불순물 도입 공정, 또는 평탄화 공정 전의 예비 가열에도 이용할 수 있다. 또한, 본 개시에서는, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 성막 처리의 예비 가열에 대해서 설명했지만, 에칭, 애싱의 예비 가열에도 사용할 수 있다. 또한, 성막 처리로서는, 플라스마를 사용하는 방법에 한하지 않고, 스퍼터, 열산화, 각종 램프에 의한 어닐 등을 사용해도 된다.
본 출원은, 2021년 2월 8일에 일본 특허청에 출원한 일본 특허 출원 제2021-18135호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2021-18135호의 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
100: 플라스마 처리 장치
101: 처리 용기
102: 적재대
103: 가스 공급원
105: 마이크로파 플라스마원
106: 제어부
111: 덮개
122: 고주파 바이어스 전원
U: 처리 공간

Claims (13)

  1. 처리 용기 내의 적재대에 피처리 기판을 적재하는 준비 공정과,
    제1 가스를 상기 처리 용기 내에 공급해서 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제1 가열 공정과,
    상기 제1 가스의 공급을 정지하고, 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스를 공급해서 상기 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제2 가열 공정과,
    상기 제2 가스 및 제3 가스를 공급해서 상기 피처리 기판을 처리하는 처리 공정
    을 갖는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 공정은, 상기 제2 가스를 포함하는 상기 제3 가스의 플라스마로 상기 피처리 기판을 처리하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 가스는 불활성 가스이며, 상기 제2 가스는 환원성 가스인, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 가스는 N2, Ar, 또는, He이며, 상기 제2 가스는 NH3인, 기판 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 가스는 NH3 및 SiH4 가스, 또는, NH3 및 SiH2Cl2 가스인, 기판 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가열 공정과 상기 제2 가열 공정의 압력은, 상기 처리 공정의 압력보다도 높은, 기판 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 공정은, 마이크로파에 의해 상기 제2 가스 및 상기 제3 가스의 플라스마를 생성하여, 원하는 막을 성막하는 성막 공정인, 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 공정에서 성막되는 막은, 산소 또는 질소를 포함하는 절연막, 유전체막, 또는, 금속막인, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리 공정에서 성막되는 막은, SiN, SiO2, 또는, SiN과 SiO2의 적층막인, 기판 처리 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가열 공정 후, 상기 처리 공정에 앞서, 상기 제2 가스를 공급한 상태에서 상기 처리 용기 내의 압력을 안정시키는 안정화 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가열 공정에 걸리는 시간에 대한 상기 제2 가열 공정에 걸리는 시간의 비는, 1:1 내지 7:1인, 기판 처리 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가열 공정에서 상기 제2 가열 공정으로의 전환은, 상기 가열 수단의 출력 신호에 기초해서 전환되는, 기판 처리 방법.
  13. 적재대를 구비한 진공 배기 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내의 상기 적재대에 피처리 기판을 적재하는 준비 공정과, 제1 가스를 상기 처리 용기 내에 공급해서 상기 피처리 기판을 가열 수단으로 가열하는 제1 가열 공정과, 상기 제1 가스의 공급을 정지하고, 상기 제1 가스와는 다른 제2 가스를 공급해서 상기 가열 수단으로 상기 피처리 기판을 가열하는 제2 가열 공정과, 상기 제2 가스 및 제3 가스를 공급해서 상기 피처리 기판을 처리하는 처리 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 행해지도록 제어하는 제어부
    를 갖는, 기판 처리 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003077863A (ja) 2001-08-31 2003-03-14 Tokyo Electron Ltd Ｃｖｄ成膜方法
WO2005098913A1 (ja) 2004-04-09 2005-10-20 Tokyo Electron Limited Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の成膜方法およびコンタクト構造、ならびにコンピュータ読取可能な記憶媒体およびコンピュータプログラム
WO2007013605A1 (ja) 2005-07-28 2007-02-01 Tokyo Electron Limited 基板処理方法および基板処理装置
JP2010238739A (ja) 2009-03-30 2010-10-21 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693454A (ja) * 1992-05-15 1994-04-05 Mitsubishi Kasei Corp グロー放電方法及びグロー放電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003077863A (ja) 2001-08-31 2003-03-14 Tokyo Electron Ltd Ｃｖｄ成膜方法
WO2005098913A1 (ja) 2004-04-09 2005-10-20 Tokyo Electron Limited Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の成膜方法およびコンタクト構造、ならびにコンピュータ読取可能な記憶媒体およびコンピュータプログラム
WO2007013605A1 (ja) 2005-07-28 2007-02-01 Tokyo Electron Limited 基板処理方法および基板処理装置
JP2010238739A (ja) 2009-03-30 2010-10-21 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法

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