KR20230168269A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230168269A
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가즈마사 이가라시
준 오가와
유키 다나카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

절연막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 기판 처리 방법은, 처리 용기 내에 절연막을 표면에 갖는 기판을 수용하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 제1 온도로 유지한 상태에서 중수소 가스를 포함하는 가스로부터 생성된 플라스마에 상기 절연막을 노출시켜, 상기 절연막에 중수소를 도입하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서 상기 절연막을 상기 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 상기 절연막에 도입된 상기 중수소의 농도를 조정하는 공정을 갖는다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 기판과, 해당 반도체 기판 상에 형성된 게이트 절연막의 계면에, 자연계에 존재하는 중수소와 수소의 비율보다도 큰 비율로 중수소를 함유시키는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2000-77621호 공보
본 개시는, 절연막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 기판 처리 방법은, 처리 용기 내에 절연막을 표면에 갖는 기판을 수용하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 제1 온도로 유지한 상태에서 중수소 가스를 포함하는 가스로부터 생성된 플라스마에 상기 절연막을 노출시켜, 상기 절연막에 중수소를 도입하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서 상기 절연막을 상기 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 상기 절연막에 도입된 상기 중수소의 농도를 조정하는 공정을 갖는다.
본 개시에 따르면, 절연막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3은 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 도시하는 횡단면도이다.
도 5는 실리콘 질화막 중의 중수소 농도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
〔기판 처리 방법〕
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 대해서 설명한다. 도 1은 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2는 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 2는 실시 형태에 관한 기판 처리 방법의 각 공정에서의 기판의 온도를 나타낸다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 실시 형태에 관한 기판 처리 방법은, 준비 공정 S10과, 온도 안정화 공정 S20과, 중수소 플라스마 공정 S30과, 농도 조정 공정 S40을 갖는다.
준비 공정 S10은, 절연막을 표면에 갖는 기판을 준비하는 것을 포함한다. 기판은, 예를 들어 반도체 웨이퍼여도 된다. 절연막은, 예를 들어 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막이어도 된다.
온도 안정화 공정 S20은, 준비 공정 S10 이후에 행해진다. 온도 안정화 공정 S20은, 기판의 온도를 제1 온도로 조정하여 안정화시키는 것을 포함한다. 제1 온도는, 예를 들어 600℃ 이상 700℃ 이하여도 된다. 도 2의 (a) 내지 (c)의 예에서는, 제1 온도는 630℃이다.
중수소 플라스마 공정 S30은, 온도 안정화 공정 S20 이후에 행해진다. 중수소 플라스마 공정 S30은, 기판의 온도를 제1 온도로 유지한 상태에서, 중수소 가스를 포함하는 플라스마 생성 가스로부터 생성된 플라스마에 절연막을 노출시켜, 절연막에 중수소를 도입한다. 플라스마 생성 가스는, 불활성 가스를 더 포함해도 된다. 불활성 가스는, 예를 들어 질소 가스, 아르곤 가스여도 된다.
농도 조정 공정 S40은, 중수소 플라스마 공정 S30 이후에 행해진다. 농도 조정 공정 S40은, 기판의 온도를 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서, 절연막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 절연막에 도입된 중수소의 농도를 조정하는 것을 포함한다. 절연막은, 플라스마에 노출되는 일 없이 열처리되는 경우, 온도가 높을수록 절연막으로부터 중수소가 탈리되기 쉬워진다고 생각된다. 이 때문에, 기판의 온도를 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서, 절연막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리함으로써, 절연막 중의 중수소 농도를 조정할 수 있다.
제2 온도는, 예를 들어 제1 온도보다도 높은 온도여도 된다. 이 경우, 절연막이 제1 온도보다도 높은 온도에서 열처리되기 때문에, 절연막이 제1 온도에서 열처리되는 경우와 비교하여, 절연막 중으로부터 중수소가 탈리되기 쉽다. 이 때문에, 절연막 중의 중수소 농도가 저하된다. 제2 온도는, 예를 들어 제1 온도보다도 낮은 온도여도 된다. 이 경우, 절연막이 제1 온도보다도 낮은 온도에서 열처리되기 때문에, 절연막이 제1 온도에서 열처리되는 경우와 비교하여, 절연막 중으로부터 중수소가 탈리되기 어렵다. 이 때문에, 절연막 중의 중수소 농도가 상승한다. 제2 온도는, 예를 들어 일정한 온도여도 되고, 시간과 함께 변화하는 온도여도 된다. 도 2의 (a)에서는, 제2 온도는 700℃이다. 도 2의 (c)에서는, 제2 온도는 630℃로부터 시간과 함께 570℃까지 연속적으로 변화하는 온도이다. 도 2의 (b)에는, 비교를 위해 제2 온도가 제1 온도와 동일한 온도인 경우를 나타낸다.
제2 온도는, 예를 들어 원하는 중수소 농도에 기초하여 정해져도 된다. 제2 온도는, 예를 들어 원하는 중수소 농도와, 중수소 농도와 제2 온도의 관계를 나타내는 관계 정보에 기초하여 정해져도 된다. 해당 관계 정보는, 예를 들어 미리 실험을 행함으로써 산출된다.
농도 조정 공정 S40은, 예를 들어 기판에 중수소 가스를 공급하는 것을 포함해도 된다. 농도 조정 공정 S40은, 예를 들어 기판에 중수소 가스를 공급하지 않고 행해져도 된다. 농도 조정 공정 S40은, 예를 들어 기판에 불활성 가스를 공급하는 것을 포함해도 된다.
이상에 설명한 바와 같이 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 의하면, 중수소 플라스마 공정 S30 이후에 농도 조정 공정 S40을 실시한다. 중수소 플라스마 공정 S30에서는, 기판의 온도를 제1 온도로 유지한 상태에서, 중수소 가스를 포함하는 플라스마 생성 가스로부터 생성된 플라스마에 절연막을 노출시켜, 절연막에 중수소를 도입한다. 농도 조정 공정 S40에서는, 기판의 온도를 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서, 절연막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 절연막에 도입된 중수소의 농도를 조정한다. 이와 같이, 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 의하면, 중수소 플라스마 공정 S30의 조건을 변경하지 않고, 농도 조정 공정 S40에 있어서의 기판의 온도를 변경함으로써, 절연막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있다.
그런데, 절연막 중으로의 중수소의 도입량을 증가시키고자 하는 경우, 중수소 플라스마 공정 S30에 있어서 기판의 온도를 높이거나, RF 전력을 높이거나, 절연막을 중수소 플라스마에 노출시키는 시간을 길게 하거나 하는 등, 중수소 플라스마 공정 S30의 조건을 변경하는 방법이 생각된다. 그러나, 안전성의 관점에서, 중수소 플라스마 공정 S30의 조건을 변경할 수 없는 경우가 있다. 이에 반해, 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에서는, 중수소 플라스마 공정 S30의 조건을 변경하지 않고, 절연막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있으므로, 중수소 플라스마 공정 S30의 조건을 변경할 수 없는 경우에 특히 유효하다.
〔기판 처리 장치〕
도 3 및 도 4를 참조하여, 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(100)에 대해서 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 주로, 처리 용기(1)와, 가스 공급부(20)와, 플라스마 생성부(30)와, 배기부(40)와, 가열부(50)와, 제어부(60)를 구비한다.
처리 용기(1)는 하단이 개구된 천장이 있는 종형의 통체 형상을 갖는다. 처리 용기(1)의 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 처리 용기(1) 내의 상단 근방에는 천장판(2)이 마련되고, 천장판(2)의 하측의 영역이 밀봉된다. 천장판(2)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 처리 용기(1)의 하단의 개구에는, 통체 형상으로 성형된 금속제의 매니폴드(3)가 시일 부재(4)를 통해 연결된다. 시일 부재(4)는 예를 들어 O링이어도 된다.
매니폴드(3)는 처리 용기(1)의 하단을 지지한다. 매니폴드(3)의 하방으로부터 보트(5)가 처리 용기(1) 내에 삽입된다. 보트(5)는 복수매(예를 들어 25매 내지 150매)의 기판(W)을 상하 방향을 따라서 간격을 두고 대략 수평으로 보유 지지한다. 기판(W)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼여도 된다. 보트(5)는, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 보트(5)는, 예를 들어 3개의 지주(6)를 갖고, 지주(6)에 형성된 홈에 의해 복수매의 기판(W)이 지지된다.
보트(5)는 보온통(7)을 통해 회전대(8) 상에 적재된다. 보온통(7)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 보온통(7)은 매니폴드(3)의 하단의 개구로부터의 방열을 억제한다. 회전대(8)는 회전축(10) 상에 지지된다. 매니폴드(3)의 하단의 개구는, 덮개(9)에 의해 개폐된다. 덮개(9)는, 예를 들어 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성된다. 회전축(10)은 덮개(9)를 관통한다.
회전축(10)의 관통부에는, 자성 유체 시일(11)이 마련된다. 자성 유체 시일(11)은 회전축(10)을 기밀하게 밀봉하고, 또한 회전 가능하게 지지한다. 덮개(9)의 주변부와 매니폴드(3)의 하단 사이에는, 처리 용기(1) 내의 기밀성을 유지하기 위한 시일 부재(12)가 마련된다. 시일 부재(12)는, 예를 들어 O링이어도 된다.
회전축(10)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구에 지지된 암(13)의 선단에 설치된다. 암(13)이 승강함으로써, 보트(5), 보온통(7), 회전대(8) 및 덮개(9)가 회전축과 일체로 승강하여, 처리 용기(1) 내에 대하여 삽입 분리된다.
가스 공급부(20)는 처리 용기(1) 내에 각종의 가스를 공급한다. 가스 공급부(20)는, 예를 들어 4개의 가스 노즐(21 내지 24)을 갖는다. 가스 공급부(20)는, 예를 들어 4개의 가스 노즐(21 내지 24) 외에도 다른 가스 노즐을 더 가져도 된다.
가스 노즐(21)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(21)은, 그 수직 부분이 플라스마 생성 공간(P)의 외부, 예를 들어 처리 용기(1) 내에 있어서의 해당 처리 용기(1)의 중심(C)보다도 플라스마 생성 공간(P)의 측에 마련된다. 가스 노즐(21)은, 예를 들어 그 수직 부분이 처리 용기(1) 내에 있어서의 해당 처리 용기(1)의 중심(C)보다도 배기구(41)의 측에 마련되어도 된다. 가스 노즐(21)은 1 또는 2 이상의 처리 가스의 공급원과 접속된다. 가스 노즐(21)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(21a)이 간격을 두고 형성된다. 가스 구멍(21a)은, 예를 들어 처리 용기(1)의 중심(C)으로 배향하고, 처리 용기(1)의 중심(C)을 향하여 수평 방향으로 처리 가스를 토출한다. 가스 구멍(21a)은, 예를 들어 플라스마 생성 공간(P)측으로 배향해도 되고, 처리 용기(1)의 근방의 내벽측으로 배향해도 된다.
가스 노즐(22)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(22)은, 그 수직 부분이 플라스마 생성 공간(P)의 외부, 예를 들어 처리 용기(1) 내에 있어서의 해당 처리 용기(1)의 중심(C)보다도 플라스마 생성 공간(P)의 측에 마련된다. 가스 노즐(22)은, 예를 들어 그 수직 부분이 처리 용기(1) 내에 있어서의 해당 처리 용기(1)의 중심(C)보다도 배기구(41)의 측에 마련되어도 된다. 가스 노즐(22)은 1 또는 2 이상의 처리 가스의 공급원과 접속된다. 가스 노즐(22)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이 방향에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(22a)이 간격을 두고 형성된다. 가스 구멍(22a)은, 예를 들어 처리 용기(1)의 중심(C)으로 배향하고, 처리 용기(1)의 중심(C)을 향하여 수평 방향으로 처리 가스를 토출한다. 가스 구멍(22a)은, 예를 들어 플라스마 생성 공간(P)측으로 배향해도 되고, 처리 용기(1)의 근방의 내벽측으로 배향해도 된다.
가스 노즐(23)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(23)은, 그 수직 부분이 플라스마 생성 공간(P)에 마련된다. 가스 노즐(23)은 1 또는 2 이상의 처리 가스의 공급원과 접속된다. 해당 처리 가스의 공급원은, 예를 들어 중수소 가스의 공급원을 포함해도 된다. 가스 노즐(23)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이 방향에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(23a)이 간격을 두고 형성된다. 가스 구멍(23a)은, 예를 들어 처리 용기(1)의 중심(C)으로 배향하고, 처리 용기(1)의 중심(C)을 향하여 수평 방향으로 처리 가스를 토출한다.
가스 노즐(24)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되고, 매니폴드(3)의 측벽을 관통하여 수평으로 신장되는 직관 형상을 갖는다. 가스 노즐(24)은, 그 선단 부분이 플라스마 생성 공간(P)의 외부, 예를 들어 처리 용기(1) 내에 마련된다. 가스 노즐(24)은 퍼지 가스의 공급원과 접속된다. 가스 노즐(24)은 선단 부분이 개구되어 있고, 개구로부터 처리 용기(1) 내에 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스로서는, 예를 들어 아르곤 가스, 질소 가스 등의 불활성 가스를 들 수 있다.
플라스마 생성부(30)는, 처리 용기(1)의 측벽의 일부에 마련된다. 플라스마 생성부(30)는, 가스 노즐(23)로부터 공급되는 처리 가스로부터 플라스마를 생성한다. 플라스마 생성부(30)는 플라스마 구획벽(32)과, 한 쌍의 플라스마 전극(33)과, 급전 라인(34)과, RF 전원(35)과, 절연 보호 커버(36)를 갖는다.
플라스마 구획벽(32)은, 처리 용기(1)의 외벽에 기밀하게 용접된다. 플라스마 구획벽(32)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 플라스마 구획벽(32)은 단면 오목형을 이루고, 처리 용기(1)의 측벽에 형성된 개구(31)를 덮는다. 개구(31)는 보트(5)에 지지되는 모든 기판(W)을 상하 방향으로 커버할 수 있도록, 상하 방향으로 가늘고 길게 형성된다. 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정됨과 함께 처리 용기(1) 내와 연통하는 내측 공간인 플라스마 생성 공간(P)에는 가스 노즐(23)이 배치된다. 가스 노즐(21) 및 가스 노즐(22)은 플라스마 생성 공간(P)의 외부의 처리 용기(1)의 내측벽을 따른 기판(W)에 가까운 위치에 마련된다.
한 쌍의 플라스마 전극(33)은, 각각 가늘고 긴 형상을 갖고, 플라스마 구획벽(32)의 양측의 벽의 외면에, 상하 방향을 따라서 대향하여 배치된다. 각 플라스마 전극(33)의 하단에는, 급전 라인(34)이 접속된다.
급전 라인(34)은, 각 플라스마 전극(33)과 RF 전원(35)을 전기적으로 접속한다. 급전 라인(34)은, 예를 들어 일단이 각 플라스마 전극(33)의 짧은 변의 측부인 하단에 접속되고, 타단이 RF 전원(35)과 접속된다.
RF 전원(35)은, 각 플라스마 전극(33)의 하단에 급전 라인(34)을 통해 전기적으로 접속된다. RF 전원(35)은, 한 쌍의 플라스마 전극(33)에 예를 들어 13.56MHz의 RF 전력을 공급한다. 이에 의해, 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정된 플라스마 생성 공간(P)에, RF 전력이 인가된다.
절연 보호 커버(36)는 플라스마 구획벽(32)의 외측에, 해당 플라스마 구획벽(32)을 덮도록 하여 설치된다. 절연 보호 커버(36)의 내측 부분에는, 냉매 통로(도시하지 않음)가 마련된다. 냉매 통로에 냉각된 질소 가스 등의 냉매를 흐르게 함으로써, 플라스마 전극(33)이 냉각된다. 플라스마 전극(33)과 절연 보호 커버(36) 사이에, 플라스마 전극(33)을 덮도록 실드(도시하지 않음)가 마련되어도 된다. 실드는, 예를 들어 금속 등의 양도체에 의해 형성되고, 전기적으로 접지된다.
배기부(40)는 개구(31)에 대향하는 처리 용기(1)의 측벽 부분에 형성된 배기구(41)에 마련된다. 배기구(41)는 보트(5)에 대응하여 상하로 가늘고 길게 형성된다. 처리 용기(1)의 배기구(41)에 대응하는 부분에는, 배기구(41)를 덮도록 단면 U자 형상으로 성형된 커버 부재(42)가 설치된다. 커버 부재(42)는 처리 용기(1)의 측벽을 따라서 상방으로 연장된다. 커버 부재(42)의 하부에는, 배기 배관(43)이 접속된다. 배기 배관(43)에는, 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 차례로, 압력 조정 밸브(44) 및 진공 펌프(45)가 마련된다. 배기부(40)는 제어부(60)의 제어에 기초하여 압력 조정 밸브(44) 및 진공 펌프(45)를 동작하여, 진공 펌프(45)에 처리 용기(1) 내의 가스를 흡인하면서, 압력 조정 밸브(44)에 의해 처리 용기(1) 내의 압력을 조정한다.
가열부(50)는, 히터(51)를 포함한다. 히터(51)는, 처리 용기(1)의 직경 방향 외측에 있어서 처리 용기(1)를 둘러싸는 원통 형상을 갖는다. 히터(51)는, 처리 용기(1)의 측 주위 전체를 가열함으로써, 처리 용기(1) 내에 수용된 각 기판(W)을 가열한다.
제어부(60)는, 예를 들어 기판 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(60)는, 예를 들어 컴퓨터여도 된다. 또한, 기판 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이어도 된다.
〔기판 처리 장치의 동작〕
기판 처리 장치(100)에 있어서 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 실시하는 경우의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 제어부(60)는 승강 기구를 제어하여, 복수매의 기판(W)을 보유 지지한 보트(5)를 처리 용기(1) 내에 반입하고, 덮개(9)에 의해 처리 용기(1)의 하단의 개구를 기밀하게 막아 밀폐한다. 각 기판(W)은, 절연막을 표면에 갖는 기판이다.
계속해서, 제어부(60)는 온도 안정화 공정 S20을 실행하도록, 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(60)는 배기부(40)를 제어하여 처리 용기(1) 내를 소정의 압력으로 감압하고, 가열부(50)를 제어하여 기판(W)의 온도를 제1 온도로 조정하여 안정화시킨다.
계속해서, 제어부(60)는 중수소 플라스마 공정 S30을 실행하도록, 가스 공급부(20), 플라스마 생성부(30), 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(60)는 가열부를 제어하여 기판(W)의 온도를 제1 온도로 유지한 상태에서, 가스 공급부(20)를 제어하여 처리 용기(1) 내에 중수소 가스를 공급하고, 플라스마 생성부(30)를 제어하여 RF 전원(35)으로부터 한 쌍의 플라스마 전극(33)에 RF 전력을 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에 공급된 중수소 가스로부터 플라스마가 생성된다. 그 결과, 중수소 가스로부터 생성된 플라스마에 절연막이 노출되어, 절연막에 중수소가 도입된다.
계속해서, 제어부(60)는 농도 조정 공정 S40을 실행하도록, 가스 공급부(20), 플라스마 생성부(30), 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(60)는 플라스마 생성부(30)를 제어하여 RF 전원(35)으로부터 한 쌍의 플라스마 전극(33)으로의 RF 전력의 공급을 정지한다. 이어서, 제어부(60)는 가스 공급부(20)를 제어하여 처리 용기(1) 내로의 중수소 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제어부(60)는 가열부(50)를 제어하여 기판(W)의 온도를 제2 온도로 제어한다. 이에 의해, 절연막은 플라스마에 노출되는 일 없이 열처리되어, 절연막에 도입된 중수소의 농도가 조정된다.
계속해서, 제어부(60)는 처리 용기(1) 내를 대기압으로 승압하고, 처리 용기(1) 내를 반출 온도로 강온시킨 후, 승강 기구를 제어하여 보트(5)를 처리 용기(1) 내로부터 반출한다.
〔실시예〕
실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 의해 절연막으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있는 것을 확인한 실시예에 대해서 설명한다.
실시예에서는, 실리콘 질화막을 표면에 갖는 기판을 준비하고, 준비한 기판을 전술한 기판 처리 장치(100) 내에 수용하고, 이하에 나타내어지는 조건 1 내지 3에 의해 실리콘 질화막에 중수소를 도입하였다. 이어서, 2차 이온 질량 분석법(Secondary Ion Mass Spectrometry: SIMS)에 의해, 실리콘 질화막 중의 중수소 농도를 측정하였다. 실리콘 질화막은, 절연막의 일례이다.
(조건 1)
조건 1에서는, 준비한 기판에 대하여 온도 안정화 공정 S20, 중수소 플라스마 공정 S30 및 농도 조정 공정 S40을 이 순번으로 실시하였다. 온도 안정화 공정 S20 및 중수소 플라스마 공정 S30에서는, 기판의 온도를 630℃로 유지하였다. 농도 조정 공정 S40에서는, 기판의 온도를 700℃로 제어한 상태에서, 실리콘 질화막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 처리 용기(1) 내에 중수소 가스 및 질소 가스를 공급하면서 열처리를 행하였다.
(조건 2)
조건 2에서는, 농도 조정 공정 S40에 있어서, 기판의 온도를 630℃로 제어한 상태에서, 실리콘 질화막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 처리 용기(1) 내에 질소 가스만을 공급하면서 열처리를 행하였다. 그 밖의 조건은, 조건 1과 동일하다.
(조건 3)
조건 3에서는, 농도 조정 공정 S40에 있어서, 기판의 온도를 630℃로부터 570℃까지 연속적으로 저하시키면서, 실리콘 질화막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 처리 용기(1) 내에 질소 가스만을 공급하면서 열처리를 행하였다. 그 밖의 조건은, 조건 1과 동일하다.
도 5는, 실리콘 질화막 중의 중수소 농도의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 5에는, 조건 1 내지 3에 의해 중수소가 도입된 실리콘 질화막 중의 중수소 농도를 나타낸다. 도 5 중, 횡축은 농도 조정 공정 S40에 있어서의 기판의 온도[℃]를 나타내고, 종축은 실리콘 질화막 중의 중수소 농도[atoms/㎤]를 나타낸다. 실리콘 질화막 중의 중수소 농도는, SIMS에 의해 측정한 실리콘 질화막 중의 중수소 농도의 막 두께 방향에 있어서의 최댓값을 나타낸다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 조건 1에서는, 조건 2에 비해 실리콘 질화막 중의 중수소 농도가 낮은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 중수소 플라스마 공정 S30 이후에 처리 용기(1) 내에 중수소 가스를 공급하면서 기판의 온도를 중수소 플라스마 공정 S30 시의 기판의 온도보다도 높게 함으로써, 실리콘 질화막 중의 중수소 농도를 낮게 할 수 있는 것이 나타내어졌다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 조건 3에서는, 조건 2에 비해 실리콘 질화막 중의 중수소 농도가 높은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 중수소 플라스마 공정 S30 이후에 처리 용기(1) 내에 중수소 가스를 공급하지 않고 기판의 온도를 중수소 플라스마 공정 S30 시의 기판의 온도보다도 낮게 함으로써, 실리콘 질화막 중의 중수소 농도를 높게 할 수 있는 것이 나타내어졌다.
이상의 실시예에 의해, 중수소 플라스마 공정 S30 이후에, 실리콘 질화막을 플라스마에 노출시키는 일 없이 기판의 온도를 변경하여 열처리함으로써, 실리콘 질화막 중으로의 중수소의 도입량을 제어할 수 있다고 할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부한 청구 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 기판 처리 장치가 복수의 기판에 대하여 한 번에 처리를 행하는 배치식의 장치인 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 기판 처리 장치는 기판을 1매씩 처리하는 매엽식의 장치여도 된다.

Claims (9)

  1. 처리 용기 내에 절연막을 표면에 갖는 기판을 수용하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 제1 온도로 유지한 상태에서 중수소 가스를 포함하는 가스로부터 생성된 플라스마에 상기 절연막을 노출시켜, 상기 절연막에 중수소를 도입하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서 상기 절연막을 상기 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 상기 절연막에 도입된 상기 중수소의 농도를 조정하는 공정
    을 갖는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는, 원하는 중수소 농도에 기초하여 정해지는,
    기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 포함하는,
    기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는, 상기 제1 온도보다도 낮은 온도인,
    기판 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조정하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 상기 중수소 가스를 공급하지 않고 행해지는,
    기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는, 상기 제1 온도보다도 높은 온도인,
    기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조정하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 상기 중수소 가스를 공급하는 것을 포함하는,
    기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연막은, 실리콘 질화막인,
    기판 처리 방법.
  9. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 가스로부터 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부와,
    제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 처리 용기 내에 절연막을 표면에 갖는 기판을 수용하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 제1 온도로 유지한 상태에서 중수소 가스를 포함하는 가스로부터 생성된 플라스마에 상기 절연막을 노출시켜, 상기 절연막에 중수소를 도입하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 기판을 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어한 상태에서 상기 절연막을 상기 플라스마에 노출시키는 일 없이 열처리하여, 상기 절연막에 도입된 상기 중수소의 농도를 조정하는 공정
    을 실행하도록 상기 가스 공급부 및 상기 플라스마 생성부를 제어하도록 구성되는,
    기판 처리 장치.
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