KR20230139314A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 지지구 - Google Patents

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

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KR20230139314A
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substrate support
gas
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processing chamber
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KR1020230031065A
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켄이치 스자키
유마 이케다
Original Assignee
가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

에칭 가스를 이용한 퇴적물 제거 시에 퇴적물의 제거 효율을 향상시켜 퇴적물의 잔재에 기인하는 파티클 등의 발생을 저감시키는 데 있다.
기판 처리 장치는 기판을 지지하는 기판 지지 기둥; 기판 지지 기둥의 기판 지지 영역의 하방에 설치된 단열부; 및 기판 지지 기둥 및 단열부를 수용하는 처리 용기를 구비하고, 단열부는, 처리 용기의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부와, 기판 지지 영역에 면하여 측벽부의 상단을 폐색하는 상단부를 포함하고, 상단부 중 기판 지지 영역에 대향하는 면의 적어도 일부가 측벽부의 상단 및 기판 지지 기둥을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부에 의해 구성된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 지지구{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SUBSTRATE SUPPORT}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 지지구에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 기판을 처리하는 처리실 내에 에칭 가스를 공급하여 처리실 내에 부착된 퇴적물 등을 제거하는 클리닝 공정이 수행되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1).
1. 일본 특개 2015-26660호 공보
하지만 에칭 공정에 의해 퇴적물이 충분히 제거되지 않는 것에 의해, 제거되지 않은 퇴적물이 파티클 등이 되어 기판으로의 처리에 영향을 미치는 경우가 있다.
본 개시의 목적은 에칭 가스를 이용한 퇴적물 제거 시에 퇴적물의 제거 효율을 향상시켜, 퇴적물의 잔재에 기인하는 파티클 등의 발생을 저감시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 지지하는 기판 지지 기둥; 상기 기판 지지 기둥의 기판 지지 영역의 하방(下方)에 설치된 단열부; 및 상기 기판 지지 기둥 및 상기 단열부를 수용하는 처리 용기를 구비하고, 상기 단열부는, 상기 처리 용기의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부와, 상기 기판 지지 영역에 면하여 상기 측벽부의 상단을 폐색(閉塞)하는 상단부를 포함하고, 상기 상단부 중 상기 기판 지지 영역에 대향하는 면의 적어도 일부가 상기 측벽부의 상단 및 상기 기판 지지 기둥을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부에 의해 구성되는 기술이 제공된다.
에칭 가스를 이용한 퇴적물 제거 시에 퇴적물의 제거 효율을 향상시켜, 퇴적물의 잔재에 기인하는 파티클 등의 발생을 저감시키는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 형태인 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 개시의 일 형태인 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 개시의 일 형태인 기판 지지구를 도시하는 사시도.
도 4는 본 개시의 일 형태인 기판 지지구의 단열부의 일례를 도시하는 단면도.
도 5는 본 개시의 일 형태인 기판 지지구의 단열부의 다른 예를 도시하는 종단면도.
도 6은 본 개시의 일 형태인 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
이하, 도 1 내지 도 6을 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 상호 간에서도 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시되는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(207)는 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다. 히터(207)는 후술하는 단열부(218)의 외측이며 또한 기판 지지 영역(402)에 면하는 위치에 설치된다. 즉 본 실시 형태에서는 히터(207)는 단열부(218)의 내부에는 설치되지 않는다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)을 구성하는 반응관이 배설(配設)된다. 반응관은 이너 튜브(내통, 내관)(204)과, 이너 튜브(204)를 동심원 형상으로 둘러싸는 아우터 튜브(외통, 외관)(203)를 구비한 이중관 구성을 포함한다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다.
이너 튜브(204)의 통중공부(筒中空部)(반응 용기의 내측)에는 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대한 처리가 수행되는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내의 일단측(一端側)(하방측)으로부터 타단측(타端側)[상방측(上方側)]을 향하여 배열시킨 상태에서 수용 가능하도록 구성된다. 처리실(201) 내는 복수의 영역으로 나눠서 생각할 수 있다. 본 형태에서는 처리실(201) 내에서 복수 매의 웨이퍼(200)가 배열되는 영역을 기판 지지 영역(402)(웨이퍼 지지 영역)이라고도 부른다. 기판 지지 영역(402)을 기판 배열 영역(웨이퍼 배열 영역)이라고도 부른다. 기판 지지 영역(402)은 웨이퍼(200)를 균등하게 처리하기 위해서 히터(207)에 의해 온도가 균일하게 유지되는 영역, 즉 균열 영역(T1)을 포함한다. 또한 처리실(201) 내에서 기판 지지 영역(402)을 포함하는 영역이며 히터(207)에 의해 둘러싸이는 영역, 즉 처리실(201) 내에서의 비교적 온도가 높은 영역을 고온 영역이라고도 부른다. 또한 처리실(201) 내에서 기판 지지 영역(402)을 포함하지 않는 영역이며 히터(207)에 의해 실질적으로 둘러싸이지 않는 영역[후술하는 단열부(218) 주변의 영역], 즉 처리실(201) 내에서의 비교적 온도가 낮은 영역을 저온 영역이라고도 부른다. 구체적으로는 저온 영역은 단열부(218)의 상면보다 하방측의 처리실(201) 내의 영역이다. 또한 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)가 배열되는 방향을 기판 배열 방향(웨이퍼 배열 방향)과도 부른다.
아우터 튜브(203)의 하방에는 아우터 튜브(203)와 동심원 형상으로 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각 매니폴드(209)에 의해 하방으로부터 지지된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 아우터 튜브(203)의 하단은 매니폴드(209)의 상단에 당접(當接)된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 매니폴드(209)와 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 아우터 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태가 된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 반응 용기가 구성된다.
이너 튜브(204)의 통중공부에는 예비실(노즐 수용실)(201a)이 형성된다. 예비실(201a)은 이너 튜브(204)의 측벽으로부터 이너 튜브(204)의 지름 방향 외측을 향하여 돌출되고, 수직 방향을 따라 연재[연신(延伸)]되는 채널 형상{홈[溝] 형상}으로 형성된다. 예비실(201a)의 내벽은 처리실(201)의 내벽의 일부를 구성한다. 평면시에서 예비실(201a)과 처리실(201)은 이너 튜브(204)에 설치된 개구(201b)를 개재하여 서로 연통된다고도 할 수 있다.
이너 튜브(204) 및 예비실(201a)의 각각의 내벽에는 내벽을 따르도록, 또한 내벽으로부터 이너 튜브(204)의 중심축을 향하여 돌출하도록 형성된, 가스의 유로를 제한하는 가스 유로 제한부인 커버(204b)가 설치된다. 커버(204b)는 예컨대 석영이나 SiC 등에 의해 구성할 수 있다. 커버(204b)는 단열부(218)의 측면[측벽부(404)]의 적어도 일부에 대향하는 범위에 설치된다. 즉 상방에서 봤을 때, 커버(204b)는 단열부(218)의 외주를 둘러싸도록 설치된다. 커버(204b)는 후술하는 가스 공급관(342f)으로부터 공급되는 불활성 가스가 하방으로부터 상방을 향하여 흐르는 유로를 단열부(218)의 측면 사이에 형성하는 것에 의해, 기판 지지 영역(402)에 공급된 원료 가스나 반응 가스가 단열부(218)의 측면이나 하방에 접촉하는 것을 억제한다. 이에 의해 단열부(218)의 측면이나 하방, 그 내부로의 퇴적물의 형성을 억제할 수 있다. 또한 본 형태에서는 가스 유로 제한부를 커버(204b)로서 구성하지만, 커버 형상에 한정되지 않고, 블록 형상이나, 이너 튜브(204)를 내측으로 돌출하는 형상으로 하는 것에 의해 구성해도 좋다.
예비실(201a) 내에는 가스 공급부로서의 노즐(410, 420)이 각각 수용된다. 노즐(410, 420)은 각각이 예컨대 석영 또는 SiC등 의 내열성 재료에 의해 구성되고, 각각이 L자형의 롱 노즐로서 구성된다. 노즐(410, 420)의 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)의 수직부는 예비실(201a)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼 배열 방향 상방을 향하여 상승[立上]하도록 각각 설치된다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐(410, 420)은 기판 지지 영역(402)의 측방의, 기판 지지 영역(402)을 수평하게 둘러싸는 영역에 기판 지지 영역(402)을 따르도록 각각 설치된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 노즐(410, 420)은 그것들의 상단부의 높이 위치가 후술하는 보트(217)의 천장 부근의 높이 위치까지 달하도록 설치된다. 본 개시에서는 노즐(410, 420)을 각각 제1 노즐, 제2 노즐이라고도 부른다.
노즐(410, 420)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(개구부)(410a, 420a)이 각각 설치된다. 노즐(410, 420)에서의 가스 공급공(410a, 420a)은 각각 웨이퍼(200)와 대향되는 위치에, 즉 기판 지지 영역(402)의 웨이퍼 배열 방향에서의 모든 영역에 대응하도록, 노즐(410, 420)의 상부로부터 하부에 걸쳐서 복수 설치된다. 즉 가스 공급공(410a, 420a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치되고, 보트(217)에 수용된 모든 웨이퍼(200)에 가스를 분출하는 것이 가능하도록 이루어진다.
본 형태에서는 원통 형상의 공간인 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420)에 각각 개구된 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 가스를 분출시킨다. 그리고 이너 튜브(204) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스는 후술하는 배기공(204a)의 방향을 향하여 흐른다. 단, 이 가스가 흐르는 방향은 배기공(204a)의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수평 방향으로 한정되는 것이 아니다.
노즐(410, 420)에는 가스 공급관(342a, 342d)이 접속된다. 이와 같이 이너 튜브(204)에는 2개의 노즐(410, 420)과, 2개의 가스 공급관(342a, 342d)이 각각 접속되고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.
매니폴드(209)의 하방에는 가스 공급관(342f)이 접속된다. 가스 공급관(342f)은 매니폴드(209) 및 이너 튜브(204)의 측벽 하부를 관통하도록 설치된다.
가스 공급관(342a, 342d)에는 각각 가스 공급관(342b 및 342c)과 가스 공급관(342e)이 합류하도록 접속된다. 가스 공급관(342a 내지 342f)에는 가스 흐름의 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(341a 내지 341f), 개폐 밸브인 밸브(343a 내지 343f)가 각각 설치된다.
가스 공급관(342a)으로부터는 처리 가스인 원료 가스로서 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막을 구성하는 주원소가 되는 소정 원소를 포함하는 가스, 즉 소정 원소 함유 가스를 처리실(201) 내의 웨이퍼 처리 영역에 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 원료 가스란 기체 상태의 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등을 말한다. 소정 원소 함유 가스는 성막 가스, 즉 소정 원소 소스로서 작용한다.
가스 공급관(342b)으로부터는 후술하는 클리닝 공정에서 이용되는 에칭 가스(클리닝 가스)를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다.
가스 공급관(342d)으로부터는 처리 가스인 반응 가스(리액턴트)를 처리실(201) 내의 웨이퍼 처리 영역에 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 반응 가스는 예컨대 산화 가스나 질화 가스이며, 성막 가스로서 작용한다.
가스 공급관(342c, 342e)으로부터는 불활성 가스를 각각 처리실(201) 내의 웨이퍼 처리 영역에 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 상기 불활성 가스는 퍼지 가스, 희석 가스, 또는 캐리어 가스로서 작용한다.
가스 공급관(342f)으로부터는 불활성 가스를 처리실(201) 내의 저온 영역에 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 상기 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 가스 공급관(342f)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 처리실(201)의 내벽과 측벽부(404) 사이에 공급된다. 또한 상기 불활성 가스는 단열부(218)의 외주 공간 또는 내부 공간 중 적어도 어느 하나에 대하여 공급된다. 또한 단열부(218)의 측벽부(404)를 퍼지하는 불활성 가스 공급계(노즐)와, 내부 공간(404B)을 퍼지하는 불활성 가스 공급계(노즐)는 1개이어도 좋고, 각각 개별로 설치되어도 좋다. 또한 가스 공급관(342f)을 후술하는 회전 기구(267)에 접속하여, 회전축(255)의 외주로부터 처리실(201) 내의 저온 영역으로 불활성 가스를 공급해도 좋다.
주로 가스 공급관(342a), MFC(341a), 밸브(343a)에 의해 원료 가스 공급계(금속 함유 원료 가스 공급계)가 구성된다. 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 주로 가스 공급관(342d), MFC(341d), 밸브(343d)에 의해 반응 가스 공급계(산소 함유 가스 공급계)가 구성된다. 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 원료 가스 공급계 및 반응 가스 공급계를 처리 가스 공급계(가스 공급계)라고 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계 또는 반응 가스 공급계 중 적어도 어느 하나를 처리 가스 공급부로서 생각해도 좋다. 주로 가스 공급관(342c, 342e), MFC(341c, 341e), 밸브(343c, 343e)에 의해 제1 불활성 가스 공급계(퍼지 가스 공급계, 희석 가스 공급계, 캐리어 가스 공급계)가 구성된다. 주로 가스 공급관(342f), MFC(341f), 밸브(343f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계(퍼지 가스 공급계)가 구성된다. 주로 가스 공급관(342b), MFC(341b), 밸브(343b)에 의해 에칭 가스 공급계(클리닝 가스 공급계)가 구성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이 이너 튜브(204)의 측벽에는 예컨대 슬릿 형상의 관통공으로서 구성된 배기공(배기 슬릿)(204a)이 수직 방향으로 가늘고 길게 개설된다. 배기공(204a)은 정면시에서 예컨대 직사각형[矩形]이며, 이너 튜브(204)의 측벽의 하부로부터 상부에 걸쳐서, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 모든 영역에 대응하도록 설치된다. 또한 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 공(孔)에 의해 구성되어도 좋다. 처리실(201) 내와 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이의 원환 형상의 공간(극간)에 의해 구성되는 배기로(206)와는 배기공(204a)을 개재하여 연통된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 평면시에서 예비실(201a)과 배기공(204a)은 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 개재하여 대향된다(180도 반대측의 위치에 있다). 또한 노즐(410, 420)과 배기공(204a)과는 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 개재하여 대향된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 매니폴드(209)에는 배기로(206)를 개재하여 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속된다. 배기관(231)에는 배기로(206) 내, 즉 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(231), APC 밸브(243), 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 배기공(204a), 배기로(206), 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(209)의 하단 개구는 처리로(202)의 노구(爐口)로서 구성되고, 후술하는 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 상승했을 때, O링(220b)을 개재하여 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 봉지된다. 씰 캡(219)은 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 하방에는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)에 의해 지지된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 보지구로서의 보트(217)는 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 정렬시켜서 다단으로 보지하도록 구성된다. 보트(217)는, 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지 기둥(400)과, 기판 지지 기둥(400)의 기판 지지 영역(402)의 하방에 설치된 단열부(218)를 구비한다. 이너 튜브(204)는 기판 지지 기둥(400) 및 단열부(218)를 포함하는 보트(217)를 수용 가능하다.
단열부(218)는 처리실(201)의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부(404)와, 기판 지지 영역(402)에 면하여 측벽부(404)의 상단을 폐색하는 상단부(406)를 포함하고, 상단부(406) 중 기판 지지 영역(402)에 대향하는 면의 적어도 일부가, 측벽부(404)의 상단 및 기판 지지 기둥(400)을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부(408)에 의해 구성된다.
상면부(408)는 상단부(406)의 적어도 중앙을 포함하도록 설치되어도 좋다. 이 「중앙」을 「중심점」이라고도 바꿔 말할 수 있다. 또한 상단부(406)의 외연(406A)이 제2 재료에 의해 형성되어도 좋다. 상면부(408)는 제1 재료에 의해 형성된 판 형상체(409)에 의해 구성되어도 좋다. 도시된 예에서는 판 형상체(409)는 원판 형상으로 구성된다. 제1 재료는 예컨대 탄화실리콘(SiC)이며, 제2 재료는 예컨대 석영(SiO2)이다.
판 형상체(409)는 상단부(406)에 설치된 지지부(406B)에 탈착 가능하도록 설치되어도 좋다. 구체적으로는 지지부(406B)가 요부(凹部)(406C)를 포함하고, 판 형상체(409)는 요부(406C)에 감입(嵌入)되도록 장착되어도 좋다. 지지부(406B)는 제2 재료에 의해 형성되어도 좋다.
도 5에 도시되는 바와 같이, 판 형상체(409)는 그 하면이 단열부(218)의 내부 공간(404B)에 면하도록(노출되도록) 설치되어도 좋다. 지지부(406B)에 관통부(406D)가 형성되고, 칼날[鍔] 형상으로 남은 지지부(406B)에 판 형상체(409)가 지지된다. 이에 의해 판 형상체(409)의 하면이 단열부(218)의 내부 공간(404B)에 면한다.
단열부(218)는 측벽부(404) 및 상단부(406)에 의해 둘러싸인 중공 구조(즉 단열판이나 히터 등의 구성이 격납되지 않은 구조)인 것이 바람직하다. 단열부(218)의 내부에 단열판(미도시)은 지지되지 않지만, 단열판이 1매 이상 지지되어도 좋다.
측벽부(404)에는 단열부(218)의 내부 공간(404B)에 연통되는 개구(404A)가 설치되어도 좋다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 개구(404A)는 예컨대 측벽부(404)의 하단부에 설치되고, 또한 측벽부(404)의 주방향(周方向)의 복수 개소에 설치된다.
기판 지지 기둥(400)은 복수의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 서로 간격을 둔 상태에서 지지 가능하도록 구성된다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 기판 지지 기둥(400)은 단열부(218)의 최하부에 위치하는 기부(基部)(412) 상에 입설(立設)되어도 좋다. 또한 기판 지지 기둥(400)은 상단부(406)에서의 예컨대 외연(406A) 상에 입설되어도 좋다. 바꿔 말하면, 기판 지지 기둥(400)은 상면부(408)에 비접촉으로 설치된다.
이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다.
도 6에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 액체 원료의 온도를 제어하는 제어 프로그램, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등 중 적어도 어느 하나가 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컴퓨터로서 구성된 컨트롤러(121)에 의해 기판 처리 장치에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(341a 내지 341f), 밸브(343a 내지 343f), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등 중 적어도 어느 하나에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(341a 내지 341f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(343a 내지 343f)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)로의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
제어부는, 성막 가스를 처리실(201)(처리 용기) 내에 공급해서 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)(기판) 상에 막을 형성하는 처리와, 에칭 가스를 처리실(201) 내에 공급해서 처리실(201) 내에 퇴적한 막을 제거하는 처리를 실행시키도록 처리 가스 공급계 및 에칭 가스 공급계를 제어 가능하도록 구성된다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 기판 처리 장치(10)를 이용하여, 웨이퍼 상에 막을 형성해서 반도체 장치(디바이스)를 제조하는 방법의 일례에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
반도체 장치의 제조 방법은, 상기 보트(217)(기판 지지구)에 웨이퍼(200)를 지지시키는 공정; 웨이퍼(200)를 지지한 상태의 보트(217)가 수용된 처리실(201) 내에 성막 가스를 공급하는 공정; 보트(217)로부터 웨이퍼(200)를 취출(取出)하는 공정; 및 웨이퍼(200)를 지지하지 않은 상태의 보트(217)가 수용된 처리실(201) 내에 에칭 가스를 공급하는 공정을 포함한다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 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. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
(A) 성막 공정
기판 처리 장치(10)를 이용하여 웨이퍼(200)에 성막 가스를 공급하고, 웨이퍼(200) 상에 소정 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우를 이용하여 설명한다. 본 형태에서는 복수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 수용된 처리실(201)을 소정 온도로 가열한다. 그리고 처리실(201)에 성막 가스로서의 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 스텝과 성막 가스로서의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 스텝을 소정 횟수(n회) 수행한다.
(웨이퍼 반입)
복수 매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입(웨이퍼 차지)한다. 구체적으로는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)되면, 도 2에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입된다(보트 로드). 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
또한 보트(217) 및 웨이퍼(200)가 회전 기구(267)에 의해 회전한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 공정)
그 후, 원료 가스 공급 스텝(제1 가스 공급 스텝), 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝(제2 가스 공급 스텝), 잔류 가스 제거 스텝을 이 순서대로 소정 횟수 수행한다.
(원료 가스 공급 스텝)
밸브(343a)를 열고 가스 공급관(342a)에 원료 가스를 흘린다. 원료 가스는 MFC(341a)에 의해 유량 조정되어 처리실(201) 내에 공급된다. 이때 동시에 밸브(343c)를 열고 가스 공급관(342a) 내에 불활성 가스인 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는 MFC(341c)에 의해 유량 조정되어 원료 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 가스 공급관(342d)으로의 원료 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서 밸브(343e)를 열고 가스 공급관(342d) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 또한 단열부(218)의 측벽부(404) 및/또는 단열부(218)의 내부로의 원료 가스의 접촉을 억제하기 위해서, 밸브(343f)를 열고 가스 공급관(342f)으로부터 처리실(201)의 노구부에 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 공급한다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201)의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 50Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 또한 본 명세서에서의 「1Pa 내지 1,000Pa」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「1Pa 내지 1,000Pa」란 「1Pa 이상 1,000Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지다.
MFC(341a)로 제어하는 원료 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 2,000sccm, 바람직하게는 50sccm 내지 1,000sccm, 보다 바람직하게는 100sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
MFC(341c)로 제어하는 캐리어 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 원료 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초, 바람직하게는 1초 내지 20초, 보다 바람직하게는 2초 내지 15초의 범위 내로 한다. 여기서 캐리어 가스로서 이용하는 불활성 가스로서는 예컨대 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희(希)가스를 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다. 이 점은 후술하는 다른 불활성 가스에서도 마찬가지다.
히터(207)는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 200℃ 내지 600℃, 바람직하게는 350℃ 내지 550℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열한다.
원료 가스로서는 예컨대 소정 원소로서 금속 원소인 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 함유 가스인 Al 함유 원료 가스(Al 함유 원료, Al 함유 가스)가 이용된다. Al 함유 원료 가스로서는, 예컨대 염화알루미늄(AlCl3) 가스 등의 할로겐계 Al 함유 가스나 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al, TMA] 가스 등의 유기계 Al 함유 가스를 이용할 수 있다.
전술한 조건 하에서 처리실(201)에 원료 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 최표면 상에 제1 층이 형성된다. 예컨대 원료 가스로서 Al 함유 가스를 이용한 경우, 제1 층으로서 Al 함유층이 형성된다. Al 함유층은 Al 함유 가스나 Al 함유 가스의 일부가 분해된 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 좋고, Al퇴적층(Al층)이어도 좋다.
(잔류 가스 제거 스텝)
다음으로 밸브(343a)를 닫고 원료 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201)을 진공 배기하고, 처리실(201)에 잔류하는 미반응 또는 층 형성에 기여한 후의 원료 가스를 처리실(201)로부터 배제한다. 밸브(343c, 343e, 343f)는 연 상태에서 캐리어 가스의 처리실(201)로의 공급을 유지한다.
(반응 가스 공급 스텝)
처리실(201)의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(343d)를 열고 가스 공급관(342d) 내에 반응 가스를 흘린다. 반응 가스는 MFC(341d)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(342d)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)는 반응 가스에 폭로된다.
이때 밸브(343e)를 열고 가스 공급관(342e) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 캐리어 가스는 MFC(341e)에 의해 유량 조정되어 반응 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 가스 공급관(342a) 내로의 반응 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서 밸브(343c)를 열고 가스 공급관(342a) 내에 캐리어 가스를 흘린다. 또한 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지로, 단열부(218)의 측벽부(404) 및/ 또는 단열부(218)의 내부로의 반응 가스의 접촉을 억제하기 위해서, 밸브(343f)를 연 상태로 하여 가스 공급관(342f)으로부터 처리실(201)의 노구부에 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 공급한다. 단, 본 스텝에서는 가스 공급관(342f)으로부터의 퍼지 가스의 공급은 원료 가스 공급 스텝에 비해서 공급 유량을 작게 하거나 또는 정지해도 좋다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201)의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(341d)로 제어하는 반응 가스의 공급 유량은 예컨대 5slm 내지 40slm, 바람직하게는 5slm 내지 30slm, 보다 바람직하게는 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내로 한다. 그 외의 처리 조건은 전술한 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
반응 가스로서는 원료 가스와 반응하는 가스이며, 예컨대 산화 가스가 이용된다. 산화 가스로서는 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 플라즈마 여기된 O2(O2 *)가스, O2 가스+수소(H2) 가스, 수증기(H2O 가스), 과산화수소(H2O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등의 산소(O) 함유 가스 등을 이용할 수 있다. 산화 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
이때 처리실(201)에 흘리는 가스는 반응 가스와 불활성 가스만이다. 반응 가스는 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층의 적어도 일부와 반응한다. 즉 원료 가스 공급 스텝에서 형성된 제1 층으로서의 Al 함유층은 산화되고, 제2 층이며 금속산화층으로서 Al과 O를 포함하는 알루미늄산화층(AlO층)이 형성된다. 즉 Al 함유층은 AlO층으로 개질된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
다음으로 밸브(343d)를 닫고 반응 가스의 공급을 정지한다. 그리고 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2 층의 형성에 기여한 후의 반응 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
이상 설명한 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 결정된 횟수(1회 이상) 수행한다. 이와 같이 뱃치(batch) 처리되는(복수의 공정이 복수 회 수행되는) 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 막이 형성된다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에 예컨대 Al 및 O를 포함하는 막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)이 형성된다.
또한 이상의 성막 공정에서 원료 가스나 반응 가스가 접촉하는 처리실(201)의 내벽 등[예컨대 이너 튜브(204)의 내벽이나 매니폴드(209)의 내벽 등을 포함하는 경우가 있다]이나, 단열부(218)의 상면부(408)의 표면에는 막(퇴적물)이 부착(퇴적)된다. 이와 같이 하여 처리실(201) 내에 부착된 막은 그 후의 성막 공정에서 파티클(이물) 발생의 요인이 되고, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막이나 디바이스의 품질 저하를 초래하는 경우가 있다. 그렇기 때문에 본 실시 형태에서의 반도체 장치의 제조 방법에서는 후술하는 클리닝 공정에서 처리실(201) 내에 부착된 막을 제거한다. 또한 처리실 내 등에 부착되는 퇴적물은 웨이퍼(200) 상에 형성된 막과 같은 성분의 막 외에, 성막 공정에서 생성되는 부생성물 등을 포함하는 경우도 있다. 또한 이너 튜브(204)의 내측 표면으로부터 박락(剝落)한 석영 등의 성분을 포함하는 경우도 있다. 또한 본 실시 형태에서는 커버(204b)를 설치하는 것에 의해 단열부(218)의 측벽부(404)의 표면으로의 퇴적물의 부착을 억제할 수 있기 때문에, 기판 지지 영역(402)에 면하는 부위에 부착되는 퇴적물을 후술하는 클리닝 공정에서 제거하는 것만으로 퇴적물에 기인하는 파티클 등의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.
또한 뱃치 처리란 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 결정된 횟수 수행하여 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 처리다. 그리고 1뱃치로 웨이퍼(200) 상에 막이 형성된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(342a, 342d, 342f)의 각각으로부터 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 이너 튜브(204)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(B) 클리닝 공정
다음으로 성막 공정에서 처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭하는 공정(클리닝 공정)에 대해서 설명한다.
[보트의 수용(보트 로드)]
처리실(201) 내로부터 보트(217)를 반출하고, 보트(217)로부터 웨이퍼(200)를 취출한 후, 빈 보트(217)를 처리실(201)에 되돌린다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백제어 된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 에칭 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 에칭 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
[에칭(클리닝) 공정]
처리실(201) 내 등에 부착된 막을 에칭해서 처리실(201) 내를 클리닝하는 스텝을 실행한다.
(에칭 스텝)
밸브(343b)를 열고 가스 공급관(342a) 내에 에칭 가스(클리닝 가스)를 흘린다. 에칭 가스는 MFC(341b)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(342b)으로부터 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(343c)를 열고 가스 공급관(342a) 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(342a) 내를 흐른 불활성 가스는 MFC(341c)에 의해 유량 조정되어 희석 가스(또는 캐리어 가스)로서 에칭 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 가스 공급관(342d, 342f) 내로의 에칭 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(343d, 343f)를 열고 가스 공급관(342d, 342f) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
에칭 가스로서 예컨대 3염화붕소(BCl3), 4염화규소(SiCl4), 염화수소(HCl), 염소(Cl2), 불소(F2), 불화수소(HF), 4불화규소(SiF4), 3불화질소(NF3), 3불화염소(ClF3), 3브롬화붕소(BBr3), 4브롬화규소(SiBr4) 및 브롬(Br2) 등의 할로겐 함유 가스를 이용할 수 있다. 에칭 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
에칭 가스의 공급에 의해 처리실(201) 내 등에 부착된 퇴적물[특히, 기판 지지 영역(402)에 면하는 이너 튜브(204)의 내벽, 보트(217)의 기판 지지 기둥(400) 및 상면부(408)의 표면에 부착된 퇴적물]과 에칭 가스가 반응하여 처리실(201)로부터 제거된다. 예컨대 에칭 가스로서 SiCl4 가스를 이용한 경우, SiCl4가스의 공급에 의해 처리실(201) 내에 부착된 AlO막의 적어도 일부와 SiCl4 가스가 반응하여 처리실(201)로부터 제거된다.
이때 컨트롤러(121)에 의해 히터(207)를 제어하여 처리실(201) 내를 예컨대 200℃ 내지 800℃이며, 바람직하게는 400℃ 내지 650℃의 범위 내의 소정 온도로 가열하여 에칭 가스를 활성화시킨다. 여기서 단열부(218)의 상면부(408)는 열전도율이 큰 제1 재료로 형성된 판 형상체(409)에서 구성되기 때문에 히터(207)에 의해 면내에서 균일하게 가열된다. 이에 의해 상면부(408)의 표면에 부착된 퇴적물을 효율적으로 또한 균일하게 제거할 수 있다. 또한 이때 APC 밸브(243)를 닫거나, 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫고 에칭 가스를 처리실(201) 내에 봉입한다. 에칭 가스를 봉입하는 것에 의해 전술한 반응 지연에 의한 에칭으로의 영향을 적게 할 수 있다. 그리고 처리실(201) 내의 압력을 제1 압력이며, 예컨대 1Pa 내지 40,000Pa이며, 바람직하게는 10,000Pa 내지 30,000Pa, 보다 바람직하게는 20,000Pa 내지 30,000Pa의 범위 내의 소정 압력으로 유지한다. MFC(341b)로 제어하는 에칭 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 10slm이며, 바람직하게는 3slm 내지 8slm의 범위 내의 유량으로 한다. 에칭 가스를 처리실(201)에 공급하는 시간은 예컨대 60초 내지 600초 간의 범위 내의 시간으로 한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
소정 시간, 에칭 가스를 처리실(201)에 공급한 후, 밸브(343b)를 닫고 에칭 가스의 공급을 정지한다. APC 밸브(243)를 닫거나 처리에 영향을 미치지 않을 정도로 실질적으로 닫은 경우에는 APC 밸브(243)를 연다. 그리고 전술한 성막 공정 시의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 막의 제거에 기여한 후의 에칭 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
상기한 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(m회)] 수행하는 것에 의해 처리실(201) 내에 부착된 막을 제거한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(3) 작용 효과
본 개시에 따르면, 단열부(218)의 상면의 적어도 일부를 단열부(218)의 다른 부분을 구성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료로 구성하는 것에 의해, 단열부(218)의 측벽부(404)의 상단으로의 열의 누설과, 상면의 온도 저하 및 온도 불균일 중 적어도 일방(一方)을 억제할 수 있다. 이에 의해 에칭 가스를 이용한 퇴적 막 제거 시에, 상면 상에 퇴적한 퇴적막의 제거 효율을 향상시키고, 상면상의 퇴적막의 잔재에 기인하는 파우더 형상의 파티클을 저감할 수 있다.
성막 처리 시에 측벽부(404)의 표면을 불활성 가스에 의해 퍼지하는 것에 의해 측벽부(404)로의 막 퇴적이 억제되기 때문에, 실질적으로 막 퇴적이 발생하는 클리닝 대상 영역을 상단부만으로 한정할 수 있다. 이에 의해 본 실시 형태와 같이 열전도율이 큰 부위를 상단부(406)에만 설치해도 파티클 등의 저감의 효과를 충분히 얻을 수 있다.
성막 처리 시에 불활성 가스를 측벽부(404)의 하단으로부터 상단을 향하여 흘리는 것에 의해, 성막 가스가 처리실(201)의 내벽과 측벽부(404) 사이의 공간에 유입되는 것을 억제할 수 있다.
상면부(408)가 상단부(406)의 적어도 중앙을 포함하는 경우에는 가장 온도 저하가 일어나기 쉬운 중앙 근방의 표면의 온도 저하를 억제할 수 있다.
상단부(406)의 외연(406A)이 제2 재료에 의해 형성되는 경우에는 외연(406A)을 개재한 측벽부(404)로의 열의 누설에 의해 상면부(408)의 온도 저하나 온도 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
판 형상체(409)는 그 하면이 단열부(218)의 내부 공간(404B)에 면하도록 설치되는 경우에는, 제2 재료로 형성된 지지부(406B)와 상면부(408)의 하면이 접하는 면적을 저감하고, 접촉면을 개재하여 발생하는 열의 누설을 저감하는 것에 의해 상면부(408)의 온도 저하나 온도 불균일이 발생하는 것을 한층 더 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 재료가 탄화실리콘(SiC)이며, 제2 재료가 석영(SiO)이어도 좋다. 예컨대 실시 형태와 같이, 퇴적막으로서의 AlO막을 에칭하는 에칭 가스로서 BCl3 가스를 이용하는 경우, BCl3 가스에 의한 에칭이 되기 어려운 SiC를 제1 재료로 해서 선택하는 것이 바람직하다. 제1 재료로서는 그 외에 석영보다 열전도율이 큰 Si나 AlO 등의 재료를 이용할 수 있다. 단, 퇴적막 제거 시에 이용되는 에칭 가스에 따라 에칭되지 않는, 또는 에칭되기 어려운 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
단열부(218)가 측벽부(404) 및 상단부(406)에 의해 둘러싸인 중공 구조인 경우에는, 단열부(218)의 내부 공간(404B)의 퍼지를 용이하게 또한 효율적으로 수행하는 것이 가능해진다. 단, 내부에 히터나 단열체를 포함하지 않기 때문에, 단열부(218) 상면으로부터 단열체 내부 공간으로의 열방사 등에 의한 열의 누설이 발생하기 쉽다는 과제가 있다. 본 개시 기술에서는 특히 이러한, 단열부(218)의 내부가 중공 구조인 것에 기인하는 열의 누설에 의한 단열부(218)의 상면의 온도 저하나 온도 불균일을 억제할 수 있다.
측벽부(404)에 단열부(218)의 내부 공간(404B)에 연통하는 개구(404A)가 설치되고, 성막 공정에서 가스 공급관(342f)으로부터 불활성 가스가 단열부(218)의 외주 공간에 대하여 공급되는 경우에는, 이 불활성 가스가 단열부(218)의 측벽부(404)에 설치된 개구(404A)를 개재하여 내부 공간(404B) 내에 유입된다. 이에 의해 단열부(218)의 내부 공간(404B)을 불활성 가스에 의해 퍼지할 수 있다. 또한 성막 공정에서 불활성 가스가 단열부(218)의 내부 공간에 대하여 직접 공급되도록 구성되는 경우(예컨대 불활성 가스를 공급하는 노즐이 내부 공간에 설치되는 경우 등)에도 내부 공간(404B)을 불활성 가스에 의해 퍼지할 수 있다. 따라서 내부 공간(404B)에 성막 가스가 유입해서 막 퇴적이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 즉 퇴적막에 기인하는 파티클 등의 발생을 보다 억제할 수 있다.
기판 지지 기둥(400)이 상면부(408)에 비접촉으로 설치되는 것에 의해 상면부(408)로부터 기판 지지 기둥(400)으로의 열의 누설을 저감할 수 있다.
성막 가스가 처리실(201) 내에 공급되는 것에 의해 처리실(201)의 내벽 및 단열부(218)의 상면부(408)에 퇴적하는 막의 열 팽창율은 제2 재료의 열 팽창율보다 제1 재료의 열 팽창율에 가까운 것이 바람직하다. 이 경우, 상면부(408) 상에서의 퇴적막의 크랙이 발생하기 어려워지고, 크랙에 기인하는 퇴적막의 파우더 형상 파티클 외에, 퇴적막의 크랙에 따라 발생하는 상면부(408)의 표면의 크랙에 기인하는 상면부(408)를 구성하는 재료의 파우더 형상 파티클 발생도 억제할 수 있다.
(프로그램)
프로그램은, 상기 보트(217)에 웨이퍼(200)를 지지시키는 스텝; 웨이퍼(200)를 지지한 상태의 보트(217)가 수용된 처리실(201) 내에 성막 가스를 공급하는 스텝; 보트(217)로부터 웨이퍼(200)를 취출하는 스텝; 및 웨이퍼(200)를 지지하지 않은 상태의 보트(217)가 수용된 처리실(201) 내에 에칭 가스를 공급하는 스텝을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 것이다. 이 프로그램은 기록 매체에 기록되어도 좋다.
또한 전술한 형태에서는 웨이퍼(200) 상에 AlO막을 형성시켜서 노 내에 퇴적된 AlO막을 에칭 가스를 이용하여 에칭(제거)하는 예에 대해서 설명했지만, 본 개시에서는 막종은 특히 한정되지 않는다. 또한 원료 가스, 반응 가스 등의 성막 공정에서 이용되는 가스종도 특히 한정되지 않는다.
이 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)은 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서 처리 조건 등)에 따라 각각 개별로 준비(복수 준비)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리, 클리닝 처리 등을 시작할 때, 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중으로부터 적절한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리, 클리닝 처리 등의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로, 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 기판 처리를 신속히 시작할 수 있게 된다.
또한 본 개시는 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 변경하는 경우는 본 개시에 따른 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등을 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등 자체를 본 개시에 따른 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 등으로 변경하는 것도 가능하다.
이상, 본 개시의 일 형태 및 변형예를 구체적으로 설명했다. 하지만 본 개시는 전술한 형태 및 변형예에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
10: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실(처리 용기) 203: 프로세스 튜브(처리 용기)
217: 보트(기판 지지구) 218: 단열부

Claims (18)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지 기둥;
    상기 기판 지지 기둥의 기판 지지 영역의 하방(下方)에 설치된 단열부; 및
    상기 기판 지지 기둥 및 상기 단열부를 수용하는 처리 용기
    를 구비하고,
    상기 단열부는, 상기 처리 용기의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부와, 상기 기판 지지 영역에 면하여 상기 측벽부의 상단을 폐색(閉塞)하는 상단부를 포함하고,
    상기 상단부 중 상기 기판 지지 영역에 대향하는 면의 적어도 일부가 상기 측벽부의 상단 및 상기 기판 지지 기둥을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 기둥은 복수의 상기 기판을 수평 자세로 서로 간격을 둔 상태에서 지지 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내벽과 상기 측벽부 사이에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상면부는 상기 상단부의 적어도 중앙을 포함하도록 설치되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상단부의 외연은 상기 제2 재료에 의해 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상면부는 상기 제1 재료에 의해 형성된 판 형상체에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판 형상체는 상기 상단부에 설치된 지지부에 탈착 가능하도록 설치되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지부는 요부(凹部)를 포함하고,
    상기 판 형상체는 상기 요부에 감입(嵌入)되도록 장착되는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 제2 재료에 의해 형성되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는 탄화실리콘이며, 상기 제2 재료는 석영인 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단열부는 상기 측벽부 및 상기 상단부에 의해 둘러싸인 중공 구조를 가지는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측벽부에는 상기 단열부의 내부 공간에 연통되는 개구(開口)가 설치되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열부의 외주 공간 또는 내부 공간의 적어도 어느 하나에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계를 구비하는 기판 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 기둥은 상기 단열부의 최하부에 위치하는 기부(基部) 상에 입설(立設)되는 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 단열부의 외측이며, 또한 상기 기판 지지 영역에 면하는 위치에 설치된 히터를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하도록 구성된 성막 가스 공급부를 더 구비하고,
    상기 성막 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 것에 의해 상기 처리 용기의 내벽 및 상기 상면부에 퇴적되는 막의 열 팽창율은 상기 제2 재료의 열 팽창율보다 상기 제1 재료의 열 팽창율에 가까운 기판 처리 장치.
  17. 기판을 지지하는 기판 지지 기둥과 상기 기판 지지 기둥의 기판 지지 영역의 하방에 설치된 단열부를 구비하고, 상기 단열부는, 처리 용기의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부와 상기 기판 지지 영역에 면하여 상기 측벽부의 상단을 폐색하는 상단부를 포함하고, 상기 상단부 중 상기 기판 지지 영역에 대향하는 면의 적어도 일부가 상기 측벽부의 상단 및 상기 기판 지지 기둥을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부에 의해 구성되는 기판 지지구에 상기 기판을 지지시키는 공정;
    상기 기판을 지지한 상태의 상기 기판 지지구가 수용된 상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하는 공정;
    상기 기판 지지구로부터 상기 기판을 취출(取出)하는 공정; 및
    상기 기판을 지지하지 않은 상태의 상기 기판 지지구가 수용된 상기 처리 용기 내에 에칭 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 기판을 지지하는 기판 지지 기둥; 및
    상기 기판 지지 기둥의 기판 지지 영역의 하방에 설치된 단열부
    를 구비하고,
    상기 단열부는, 처리 용기의 내벽에 대향하는 통 형상의 측벽부와, 상기 기판 지지 영역에 면하여 상기 측벽부의 상단을 폐색하는 상단부를 포함하고,
    상기 상단부 중 상기 기판 지지 영역에 대향하는 면의 적어도 일부가 상기 측벽부의 상단 및 상기 기판 지지 기둥을 형성하는 제2 재료보다 열전도율이 큰 제1 재료에 의해 형성된 상면부에 의해 구성되는 기판 지지구.
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