KR20130018210A - 반도체 처리 장치와 그 사용 방법, 및 컴퓨터로 판독 가능한 매체 - Google Patents

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Abstract

반도체 처리용 처리 장치의 사용 방법은, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 장치의 처리 용기 내에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과, 상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 처리 장치와 그 사용 방법, 및 컴퓨터로 판독 가능한 매체{SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR USING THE SAME, AND COMPUTER READABLE MEDIUM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판 상에 반도체 처리를 실시하기 위한 반도체 처리 장치와 상기 장치의 사용 방법에 관한 것이다. 여기서, 반도체 처리라 함은, 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat ㎩nel Display)용 글래스 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.
반도체 집적 회로를 구성하는 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 피처리 기판, 예를 들어 반도체(예를 들어 실리콘) 웨이퍼에, 성막, 에칭, 산화, 확산, 개질, 어닐, 자연 산화막의 제거 등의 각종 처리가 실시된다. 한번에 복수매의 반도체 웨이퍼에 대해 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 성막 처리를 실시할 수 있는 장치로서, 종형의 [소위 뱃치(batch)식의] 성막 장치가 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평9-246257호 공보, 일본 특허 공개 제2002-9009호 공보 참조). 이와 같은 성막 처리에서는, 예를 들어 이하와 같이 하여 반도체 웨이퍼 상에 박막이 형성된다.
우선, 열처리 장치의 처리 용기 내를 히터에 의해 소정의 로드 온도로 가열하여 복수매의 반도체 웨이퍼를 수용한 웨이퍼 보트를 로드한다. 다음에, 처리 용기 내를 히터에 의해 소정의 처리 온도로 가열하는 동시에, 배기 포트로부터 처리 용기 내의 가스를 배기하고, 처리 용기 내를 소정의 압력으로 감압한다.
다음에, 처리 용기 내를 소정의 온도 및 압력으로 유지하면서(배기를 계속 하면서), 처리 가스 도입관으로부터 처리 용기 내로 성막 가스를 공급한다. 예를 들어, CVD에서는, 처리 용기 내에 성막 가스가 공급되면, 성막 가스가 열반응을 일으켜 반응 생성물이 생성된다. 반응 생성물은 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적하고, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막이 형성된다.
처리 용기나 보온통이나 웨이퍼 보트 등의 석영제의 구성 부재는, 웨이퍼에 대한 금속 오염을 방지하기 위해 불순물이 적고 순도가 높은 고품질의 석영 재료가 이용된다. 그러나, 그럼에도 불구하고 석영 재료 중에 매우 약간의 미량인 금속이 포함되는 것, 혹은 제조 과정에 있어서의 용접 작업 등에 의해 미량인 금속이 예를 들어 산화물이 되어 석영 재료 중에 혼입하는 것은 피하기 어렵다.
이로 인해, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 대해 환원 분위기 하의 처리를 실시한 경우에는, 상기 석영 재료 중의 금속 산화물이 환원 반응을 일으켜 금속이 표면에 석출되고, 웨이퍼에 대해 금속 오염을 발생시키는 경우가 있다. 특히, 이와 같은 금속 오염 중에서, 구리 산화물에 기인하는 구리에 의한 오염이 현저하다.
종래, 상기 금속 오염을 방지하기 위해 다음과 같은 방법이 채용된다. 즉, 일본 특허 공개 평5-109640호 공보는, 금속 오염 물질을 제거하는 게터링 기능을 갖는 수소 가스를 처리 용기 내에 흐르게 하여 금속 오염 물질을 제거하는 클리닝 처리를 개시한다. 일본 특허 공개 제2002-313787호 공보는, HCl 가스 등의 할로겐 화합물을 처리 용기 내로 흐르게 하여 금속을 증기압이 높은 염화물로 바꾸고, 이를 승화시킴으로써 금속 오염 물질을 제거하는 클리닝 처리를 개시한다.
이와 같은 클리닝 처리는, 석영 재료로 이루어지는 웨이퍼 보트나 보온통 등을 새롭게 도입한 경우에 행해지는데, 그 이유는 이들 표면에 금속 오염 물질이 존재할 가능성이 있기 때문이다. 또한, 상기 클리닝 처리는 성막 처리를 소정 횟수 반복할 때마다 정기적으로 혹은 부정기적으로 행해지는데, 그 이유는 석영 재료 중에 포함되는 금속 오염 물질은 열처리를 행할 때마다 확산되어 표면 방향으로 떠오를 가능성이 있기 때문이다.
본 발명은, 설비 비용의 대폭적인 상승을 수반하지 않고, 처리 용기의 내면에 존재하는 오염 물질을 확실하게 제거할 수 있는 반도체 처리 장치와 상기 장치의 사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 시점은, 반도체 처리 장치의 사용 방법이며, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 장치의 처리 용기 내에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과, 상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제2 시점은, 반도체 처리 장치이며, 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리 용기 내에, 상기 피처리 기판 상에 반도체 처리를 실시하기 위한 주 처리 가스를 공급하는 주 처리 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내에, 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계 및 환원성 가스 공급계와, 상기 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 용기 내에 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과, 상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 실행한다.
상기 제2 시점에 있어서, 상기 산화성 가스 공급계 및 상기 환원성 가스 공급계의 일부는 상기 처리 용기에 대해 착탈 가능한 가스 공급 유닛으로서 구성될 수 있고, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 산화성 가스를 수용하는 산화성 가스 봄베와, 상기 환원성 가스를 수용하는 환원성 가스 봄베와, 상기 산화성 가스 봄베와 상기 환원성 가스 봄베를 수용하는 케이싱과, 상기 산화성 가스 봄베에 접속되고 또한 유량 제어기가 개재 설치되고 또한 선단부가 상기 케이싱의 외측으로 연신되는 산화성 가스 유로와, 상기 산화성 가스 유로의 선단에 설치되고 상기 처리 용기측의 대응 가스 통로에 접속되는 조인트와, 상기 환원성 가스 봄베에 접속되고 또한 유량 제어기가 개재 설치되고 또한 선단부가 상기 케이싱의 외측으로 연신되는 환원성 가스 유로와, 상기 환원성 가스 유로의 선단에 설치되고 상기 처리 용기측의 대응 가스 통로에 접속되는 조인트와, 상기 산화성 가스 유로와 상기 환원성 가스 유로에 각각 개재 설치되는 제1 및 제2 개폐 밸브와, 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 동작을 제어하는 밸브 제어부를 포함한다.
본 발명의 제3 시점은, 프로세서 상에서 실행하기 위한 프로그램 지령을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이며, 상기 프로그램 지령은, 프로세서에 의해 실행될 때, 반도체 처리 장치에, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 장치의 처리 용기 내에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과, 상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 실행시킨다.
본 발명의 추가 목적 및 이점들은 다음의 상세한 설명에 개시될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백할 것이고 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수도 있다. 본 발명의 목적 및 이점들은 특별히 이후에 지시되는 수단들 및 조합들에 의해 인식되고 얻어질 수도 있다.
본 명세서에 합체되고 일부로 구성되는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 나타내고 있고, 상기한 일반적인 설명과 함께 하기되는 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 설명하는 것으로 제공된다.
본 발명에 따르면, 성막 처리를 소정 횟수 행한 후에 부생성물막을 제거하기 위한 처리를 행하고 클리닝 공정을 행함으로써, 금속 오염량을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 종형 반도체 처리 장치(성막 장치)를 도시하는 도면.
도2는 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법의 공정을 포함하는 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도.
도3은 클리닝 처리의 실험을 행하였을 때의 각 공정의 흐름을 설명하는 흐름도.
도4a 내지 도4d는, 실시예에 관한 방법과 비교예에 관한 방법을 행하였을 때의 Cu(구리) 원자수의 변화를 나타내는 그래프.
도5a 내지 도5c는, 실시예에 관한 방법과 비교예에 관한 방법을 행하였을 때의 Cu 이외의 다른 금속의 원자수의 변화를 나타내는 그래프.
도6은 실험에 있어서의 클리닝 처리의 내용과 종합적인 평가 결과를 나타내는 도면.
도7은 석영제의 구성 부재의 깊이(두께) 방향에 있어서의 구리 함유량의 분포 상태를 나타내는 그래프.
도8은 유닛화되어 이동 가능하게 이루어진 가스 공급 유닛을 이용한 처리 장치의 일례를 나타내는 도면.
도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 공급 유닛의 일례를 나타내는 구성도.
도10은 가스 공급 유닛의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명자들은, 본 발명의 개발 과정에서 반도체 처리 장치에 있어서의 금속 오염 물질을 제거하는 기술에 대해 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 이하에 서술하는 지견을 얻었다.
수소 가스의 게터링 기능에 의해 금속 오염 물질을 제거하는 클리닝 처리의 경우에는, 금속 오염 물질을 어느 정도 제거할 수는 있지만, 충분히 제거할 수 없다. 한편, HCl 가스 등의 할로겐 화합물에 의해 금속 오염 물질을 제거하는 클리닝 처리의 경우에는, 처리 장치를 구성하는 예를 들어 스테인레스 스틸 등으로 이루어지는 구성 부재가 부식되는 경우가 있다. 또한, HCl 등의 할로겐 가스의 공급 라인은 특수한 처리 장치를 제외하고, 일반적인 처리 장치에서는 설치하고 있지 않다. 이로 인해, 새롭게 할로겐 가스 공급 라인을 설치해야만 해, 그 만큼 설비 비용이 상승한다. 상술한 문제는, 웨이퍼를 적재 지지하는 서셉터나 처리 용기 자체를 석영 혹은 탄화규소로 구성한, 소위 매엽식(枚葉式) 처리 장치에 있어서도 마찬가지로 발생한다.
이하에, 이와 같은 지견을 기초로 하여 구성된 본 발명 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 종형 반도체 처리 장치(성막 장치)를 도시하는 도면이다. 이 처리 장치(2)는 하단부가 개방되고 상하 방향에 소정의 길이를 갖고 원통체 형상으로 이루어진 종형의 처리 용기(4)를 갖는다. 처리 용기(4)는 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어 석영[혹은 탄화규소(SiC)]에 의해 형성된다.
처리 용기(4)의 하단부 개구를 통해 석영(혹은 탄화규소)제의 웨이퍼 보트(6)가 승강되고, 이에 의해 처리 용기(4)에 대해 웨이퍼 보트(6)가 로드/언로드된다. 웨이퍼 보트(6)에는, 피처리 기판으로서, 복수매의 반도체 웨이퍼(W)가 다단으로 적재된다. 구체적으로는, 웨이퍼 보트(6)는 상하에 배치한 석영제의 2매의 지지판(6A)과, 이들 지지판(6A) 사이에 접속한 석영제의 복수개의 지지 로드(6B)로 이루어진다. 예를 들어, 본 실시 형태의 경우에 있어서, 웨이퍼 보트(6)의 지지 로드(6B)에는 50 내지 100매 정도의 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(W)가 등피치로 다단으로 지지 가능해진다. 또, 웨이퍼(W)의 사이즈나 지지 매수는 이에 한정되지 않는다.
처리 용기(4)의 하단부의 개구부는, 예를 들어 석영(혹은 탄화규소)제의 덮개(8)에 의해 막혀 밀폐된다. 이 때, 처리 용기(4)의 하단부와 덮개(8)의 주변부 사이에는, 기밀성을 유지하기 위해 예를 들어 O링 등의 밀봉 부재(10)가 개재된다. 또, 덮개(8)를 스테인레스 판에 의해 형성하는 경우도 있다.
웨이퍼 보트(6)는 석영제의 보온통(12)을 통해 테이블(14) 상에 적재된다. 테이블(14)은 처리 용기(4)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개(8)를 관통하는 회전축(16)의 상단부에 지지된다. 회전축(16)의 관통부에는, 예를 들어 자성 유체 밀봉부(18)가 개재 설치되고, 회전축(16)을 기밀하게 밀봉하면서 회전 가능하게 지지한다. 회전축(16)은 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(20)에 지지된 아암(22)의 선단에 설치된다. 승강 기구(20)에 의해 웨이퍼 보트(6) 및 덮개(8) 등이 일체적으로 승강된다. 또, 테이블(14)을 덮개(8)측에 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(6)를 회전시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.
처리 용기(4)를 포위하도록, 열적 안정성을 확보하는 단열성 케이싱(26)이 배치된다. 케이싱(26)의 내면 상에는, 처리 용기(4) 내의 분위기 및 웨이퍼(W)를 가열하는 히터(24)가 배치된다. 히터(24)로서는, 콘태미네이션이 없고 승강온 특성이 우수한 카본 와이어 등이 이용된다.
처리 용기(4)의 하부 측벽에는, 처리 용기(4) 내로 소정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구(28)가 접속된다. 구체적으로는, 가스 공급 기구(28)는 성막용 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계(30)와, 제1 환원성 가스인 예를 들어 NH3 가스를 공급하는 제1 환원성 가스 공급계(32)와, 제2 환원성 가스인 예를 들어 H2 가스를 공급하는 제2 환원성 가스 공급계(34)와, 산화성 가스인 예를 들어 O2 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계(36)를 포함한다.
또한, 불활성 가스로서 예를 들어 N2 가스나 Ar, He 등의 희가스를 필요에 따라서 퍼지 가스나 희석 가스로서 공급하는 불활성 가스 공급계(도시하지 않음)도 배치된다. 원료 가스 공급계(30), 제1 환원성 가스 공급계(32), 제2 환원성 가스 공급계(34) 및 산화성 가스 공급계(36)는 각각 처리 용기(4)의 하부 측벽에 예를 들어 관통하도록 배치된 석영(혹은 탄화규소)제의 제1 내지 제4 가스 노즐(30A, 32A, 34A, 36A)을 갖는다. 또, 이들 각 가스 노즐(30A 내지 36A)은 처리 용기(4)의 하단부의 두께로 이루어진 플랜지부(4A)에 배치된다. 또한, 이 구조 대신에, 처리 용기(4)의 하단부에 스테인레스제의 통체 형상의 매니폴드를 설치하고, 이 매니폴드에 가스 노즐(30A 내지 36A)를 접속해도 좋다.
제1 내지 제4 각 가스 노즐(30A, 32A, 34A, 36A)에는 각각 가스 통로(30B, 32B, 34B, 36B)가 접속된다. 각 가스 통로(30B, 32B, 34B, 36B)에는, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(30C, 32C, 34C, 36C) 및 개폐 밸브(30D, 32D, 34D, 36D)가 각각 순차 개재 설치된다. 이에 의해, 필요에 따라서 상기 각 가스를 유량 제어하면서 공급 가능해진다.
처리 용기(4)의 천장부에는 횡방향으로 L자 형상으로 굴곡시킨 배기구(40)가 배치된다. 배기구(40)에는 처리 용기(4) 내를 진공화하는 진공 배기계(42)가 접속된다. 구체적으로는, 진공 배기계(42)의 배기 통로(42A)에는, 개폐 밸브(42B), 버터플라이 밸브와 같은 압력 제어 밸브(42C) 및 진공 펌프(42D)가 각각 순차 개재 설치된다. 그리고, 이 장치 전체의 동작은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(44)에 의해 제어된다. 장치 제어부(44)는 이 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 프로그램을 기억하기 위한 예를 들어 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, 하드 디스크, CD-ROM, DVD 등으로 이루어지는 기억 매체(46)를 갖는다.
다음에, 이상과 같이 구성된 처리 장치(2)를 이용하여 행해지는 성막 처리 및 클리닝 처리에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 이하에 설명하는 동작은 기억 매체(46)에 기억된 프로그램을 기초로 하여 행해진다.
처리 장치(2)에 있어서, 반도체 웨이퍼(W)가 로드되고 있지 않은 대기 상태일 때에는, 처리 용기(4)는 처리 온도보다 낮은 온도로 유지된다. 처리시에는, 우선, 미처리의 복수매의 반도체 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(6)에 소정 간격으로 다단으로 보유 지지시킨다. 이 웨이퍼 보트(6)를, 보트 엘리베이터(20)를 상승 구동함으로써, 처리 용기(4) 내로 그 하방으로부터 삽입한다. 또한, 덮개(8)로 처리 용기(4)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(4) 내를 밀폐한다.
다음에, 히터(24)로의 공급 전압을 증가시켜 웨이퍼(W)를 소정의 처리 온도까지 승온시키는 동시에, 배기계(42)에 의해 처리 용기(4) 내를 진공화한다. 이와 동시에, 가스 공급 기구(28)의 노즐로부터 유량 제어된 소정의 성막 가스를 처리 용기(4) 내로 도입한다. 예를 들어, 원료 가스 공급계(30)의 가스 노즐(30A)로부터 원료 가스로서 예를 들어 모노실란(SiH4) 가스를 공급하고, 산화성 가스 공급계(36)의 가스 노즐(36A)로부터 O2 가스를 공급한다. 성막 가스는 처리 용기(4) 내를 상승하면서 열분해 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 SiO2막을 퇴적하여 형성한다.
이상과 같은 성막 처리를 복수회 행하면, 석영(혹은 탄화규소)제의 구성 부재, 예를 들어 처리 용기(4), 웨이퍼 보트(6), 보온통(12), 덮개(8), 가스 노즐(30A, 32A, 34A, 36A)에 포함되어 있던 금속 산화물이 열확산 등에 의해 점차 재료 표면측에 석출된다. 이로 인해, 정기적 혹은 부정기적으로 구리 산화물을 비롯한 금속 산화물을 제거하기 위한 클리닝 처리를 행한다. 또한, 석영(혹은 탄화규소)제의 구성 부재를 신품의 구성 부재로 변환한 경우에도, 이 표면이나 내부에 포함되어 있는 금속 산화물을 제거하기 위한 클리닝 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또, 여기서는 SiO2막을 성막하는 경우를 예시하였지만, 특히 웨이퍼에 대해 환원 분위기에서 처리를 행한 경우에는, 상술한 클리닝 처리를 행하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 금속 오염이 원인으로 되는 금속 산화물이 환원 분위기에서 환원되어 금속 원자가 되어 재료의 내부로부터 표면으로 석출될 가능성이 있기 때문이다.
도2는 본 발명의 실시 형태에 관한 클리닝 방법의 공정을 포함하는 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이 클리닝 처리에서는, 제품용 웨이퍼(W)를 보유 지지하지 않은 상태(빈 상태)의 웨이퍼 보트(6)를, 보트 엘리베이터(20)를 상승 구동함으로써, 처리 용기(4) 내로 그 하방으로부터 삽입한다. 또한, 덮개(8)로 처리 용기(4)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(4) 내를 밀폐한다.
다음에, 히터(24)로의 공급 전압을 증가시켜 웨이퍼(W)를 소정의 처리 온도까지 승온시키는 동시에, 진공 배기계(42)에 의해 처리 용기(4) 내를 진공화한다. 이와 동시에, 처리 용기(4)에 제1 환원성 가스 공급계(32)로부터 환원성 가스인 NH3 가스를 유량 제어하면서 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(4) 내에서 환원성 가스가 활성화하는 환경하에서 환원 공정을 행하고(스텝 S1), 예를 들어 웨이퍼 보트(6)나 처리 용기(4) 등의 구성 부재의 표면 근방에 존재하는 금속 산화물을 환원한다. 이는, 다음에 이어지는 클리닝 공정에 있어서 금속의 제거를 용이하게 하는 것을 의도한다.
스텝 S1의 환원 공정의 처리 온도나 처리 압력은, 금속 산화물을 환원할 수 있는 조건이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 처리 온도는, 400 ℃ 이상, 바람직하게는 700 내지 1000 ℃로 설정된다. 또한, 처리 압력은, 760 Torr(101 ㎪) 이하, 바람직하게는 0.133 내지 15999 ㎩로 설정된다. 본 실시 형태에 있어서, 스텝 S1의 환원 공정에서 사용되는 환원성 가스는, 다음에 이어지는 클리닝 공정에 있어서 사용되는 환원성 가스와는 다른 가스가 사용된다. 그러나, 이 환원 공정에서 사용되는 환원성 가스는 클리닝 공정의 환원성 가스와 동일해도 좋고 달라도 좋다. 또, 이 환원 공정은 금속의 석출을 촉진시키는 것이며, 따라서 경우에 따라서는 생략해도 좋다.
상술한 바와 같이, 환원 공정(스텝 S1)이 종료된 후, 클리닝 공정(스텝 S2)을 행한다. 이 클리닝 공정에서는, 처리 용기(4)에 산화성 가스 공급계(36)로부터 산화성 가스로서 O2 가스를 소정 유량으로 공급하고, 또한 제2 환원성 가스 공급계(34)로부터 환원성 가스로서 H2 가스를 소정 유량으로 공급한다. 이들 양 가스가 활성화하는 환경하에서 반응(연소)시킴으로써 산소 활성종과 수산기 활성종과 수소 활성종을 발생시킨다. 그리고, 이들 각 활성종을 포함하는 활성종 분위기에 의해 처리 용기(4) 내의 각 구성 부품의 클리닝을 행한다.
상기 O2 가스와 H2 가스의 양 가스는 처리 용기(4) 내를 하방으로부터 상방을 향해 상승하면서 진공 분위기 하에서 반응하여 산소 활성종과 수산기 활성종과 수소 활성종을 발생시킨다. 이 활성종 분위기가 각 구성 부재의 표면, 예를 들어 각 가스 노즐(30A 내지 36A)의 표면이나 덮개(8)의 표면이나 보온통(12)의 표면이나 처리 용기(4)의 내면이나 웨이퍼 보트(6)의 표면에 각각 접촉하여, 구성 부재상의 구리를 비롯한 각종 금속이 제거된다. 이 가스는 처리 용기(4)의 천장부의 배기구(40)로부터 진공 배기계(42)에 의해 처리 장치 밖으로 배기된다. 이 때의 가스 유량은 처리 용기(4)의 크기에 따라 다르다. 예를 들어 직경 300 ㎜인 웨이퍼를 100매 정도 수용할 수 있는 크기의 경우에는, O2 가스는 예를 들어 10 내지 30000 sccm의 범위 내, H2 가스는 1 내지 5000 sccm의 범위 내이다.
구체적으로는, 처리 용기(4) 내에 따로따로 도입된 O2 가스와 H2 가스는, 핫 월 상태로 된 처리 용기(4) 내를 상승하면서 수소의 연소 반응을 일으킨다. 이 연소 반응에 의해, 산소 활성종(O*)과 수산기 활성종(OH*)과 수소 활성종(H*)을 주체로 하는 분위기가 형성되고, 이들 활성종에 의해 구성 재료 표면의 금속이 제거된다. 이 때의 금속 제거의 처리는 충분하게는 해명되어 있지 않다. 그러나, 구성 재료의 표면 근방의 금속 산화물이 상기 활성종에 의해 금속 원소로 환원되고, 그 상태에서 금속 흄으로서 혹은 가스 분위기 중에서 안정적인 산화물이 되어 제거되는 것으로 추측된다.
이 때의 처리 온도는 400 ℃ 이상으로, 예를 들어 900 ℃ 정도이다. 처리 온도가 400 ℃보다도 낮으면, 상기한 활성종(라디칼)이 충분히 발생하지 않는다. 또한 처리 온도가 1100 ℃보다도 높으면, 처리 용기(4)나 웨이퍼 보트(6) 등의 내열 온도를 초과해 버려, 안전한 처리를 할 수 없다. 이 경우, 활성종의 양을 고려하면, 처리 온도는 600 ℃ 이상이 바람직하다.
이 때의 처리 압력은 933 ㎩(7.0 Torr) 이하로, 예를 들어 46.6 ㎩(0.35 Torr) 정도이다. 처리 압력이 7.0 Torr보다도 크면, 상기한 활성종이 충분히 발생하지 않게 된다. 처리 압력은 바람직하게는 3.5 Torr 이하, 더 바람직하게는 1 Torr 이하로 설정된다. 또한 이 압력의 하한은 0.001 Torr(0.133 ㎩) 정도이다.
H2 가스의 유량은 H2 가스와 O2 가스의 전체 유량에 대해 50 ％ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 실험에 따르면, 클리닝 공정에 있어서 H2 가스와 O2 가스를 사용하는 경우, 수소가 풍부할수록 Cu 제거 효과가 향상되는 것이 확인되고 있다. 단, 후술하는 바와 같이 H2 가스를 100 ％로 하면 충분한 효과를 얻을 수 없게 된다.
이와 같이 하여, 클리닝 공정(스텝 S2)이 완료된 후, 웨이퍼 보트(6)가 언로드된다. 그리고, 웨이퍼 보트(6)에 웨이퍼(W)를 적재하여, 다시 주 반도체 처리, 즉 성막 처리를 행한다(스텝 S3).
상술한 클리닝에 의해, 구성 부재의 표면 및 내부로부터 금속 오염 물질, 특히 구리를 제거할 수 있다. 반도체 웨이퍼(W)에 대한 금속 오염을 억제할 수 있으므로, 그 만큼 제품의 처리량을 향상시킬 수 있다. H2 가스를 공급하는 제2 환원성 가스 공급계(34)나 O2 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계(36) 등은, 일반적인 대부분의 처리 장치에는 기존의 설비로서 배치되는 것이 많다. 이로 인해, 클리닝 가스 공급계로서 새로운 가스 공급계를 설치할 필요도 없기 때문에, 여분의 설비 비용이 들지 않는다.
<실험>
상술한 실시 형태의 실시예 및 비교예에 관한 방법을 이용하여 클리닝 처리의 비교 실험을 행하였다. 도3은 클리닝 처리의 실험을 행하였을 때의 각 공정의 흐름을 설명하는 흐름도이다. 도3에 도시한 바와 같이, 실시예 및 비교예마다 새로운 웨이퍼 보트(6)를 이용하고, 웨이퍼 보트(6)에 금속 오염량의 측정용 웨이퍼를 지지시켰다. 클리닝 공정을 행하기 전과, 클리닝 공정을 3회 연속하여 행하였을 때의 각 클리닝 직후의 금속 오염량을 각각 측정하였다.
우선, 스텝 S3-1에 나타낸 바와 같이, 새로운 석영제의 웨이퍼 보트(6)를 이용하여 이에 3매의 측정용 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 분산 배치하고, 처리 용기(4) 내로 로드하였다. 다음에, 스텝 S3-2에 나타낸 바와 같이, 환원성 가스로서 NH3 가스를 처리 용기(4) 내에 흐르게 하여 구성 재료의 표면의 금속 산화물을 환원시키는 환원 공정을 행하였다. 이 때의 처리 온도 및 처리 압력은 후술하는 클리닝 공정의 경우와 마찬가지로 하였다. 이 환원 공정의 시간은 1시간 정도로 하였다.
다음에, 스텝 S3-3에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(4) 내로부터 웨이퍼 보트(6)를 언로드하였다. 그리고, 이 측정용 웨이퍼의 금속 오염량을 측정하였다(측정 1). 이 때에는 아직 클리닝 공정을 행하고 있지 않아, 이 측정 1에 있어서의 측정치를 평가의 기준으로 하였다.
다음에 스텝 S3-4에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 보트(6)를 빈 상태로 하여 처리 용기(4) 내에 로드하였다. 다음에, 스텝 S3-5에 나타낸 바와 같이, 도6에 도시한 바와 같은 소정 가스를 흐르게 하여 첫 번째의 클리닝 공정을 행하였다. 여기서는 실시예 및 비교예마다 동일 혹은 다른 가스를 흐르게 하였다. 예를 들어 실시예 PE1, 실시예 PE2일 때에는 "O2 + H2" 가스(O2 가스와 H2 가스를 동시에 공급함)를 흐르게 하였다. 비교예 CE1일 때에는 O2 가스를 흐르게 하였다. 비교예 CE2일 때에는 H2 가스를 흐르게 하였다. 처리 가스의 유량에 관해서는, 실시예 PE1, 실시예 PE2일 때에는 O2 가스는 2 slm, H2 가스를 1 slm으로 하였다. 비교예 CE1일 때에는 O2 가스를 3 slm, H2 가스를 제로로 하였다. 비교예 CE2일 때는 O2 가스를 제로, H2 가스를 3 slm으로 하였다. 처리 온도는 실시예 PE1, 비교예 CE1, 비교예 CE2를 모두 900 ℃로, 실시예 PE2를 800 ℃로 하였다. 처리 압력은 실시예 PE1, 실시예 PE2 및 비교예 CE1, 비교예 CE2에 있어서 0.35 Torr로 하였다. 처리 시간은 실시예 PE1, 실시예 PE2 및 비교예 CE1, 비교예 CE2에 있어서 12시간으로 하였다.
이와 같이, 첫 번째의 클리닝 공정이 완료된 후, 스텝 S3-6에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 보트(6)를 언로드하였다. 다음에, 웨이퍼 보트(6)에 스텝 S3-1과 마찬가지로 새로운 3매의 측정용 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 분산 배치하고, 처리 용기(4) 내로 로드하였다. 다음에 스텝 S3-7에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-2와 마찬가지로 NH3 가스를 이용하여 환원 공정을 행하였다.
다음에 스텝 S3-8에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-3과 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 처리 용기(4) 내로부터 언로드하였다. 그리고, 측정용 웨이퍼의 금속 오염량을 측정하였다(측정 2).
다음에 스텝 S3-9에 나타낸 바와 같이, 전술한 스텝 S3-4와 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 빈 상태로 하여 처리 용기(4) 내에 로드하였다. 다음에, 스텝 S3-10에 나타낸 바와 같이, 전술한 스텝 S3-5와 마찬가지로 도6에 도시한 바와 같은 소정 가스를 흐르게 하여 두 번째의 클리닝 공정을 행하였다.
이와 같이, 두 번째의 클리닝 공정이 완료된 후, 스텝 S3-11에 나타낸 바와 같이, 전술한 스텝 S3-6과 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 언로드하였다. 다음에, 웨이퍼 보트(6)에 새로운 3매의 측정용 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 분산 배치하고, 처리 용기(4) 내에 로드하였다. 다음에 스텝 S3-12에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-2와 마찬가지로 NH3 가스를 이용하여 환원 공정을 행하였다.
다음에 스텝 S3-13에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-3과 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 처리 용기(4) 내로부터 언로드하였다. 그리고, 측정용 웨이퍼의 금속 오염량을 측정하였다(측정 3).
다음에 스텝 S3-14에 나타낸 바와 같이, 전술한 스텝 S3-4와 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 빈 상태로 하여 처리 용기(4) 내에 로드하였다. 다음에, 스텝 S3-15에 나타낸 바와 같이, 도6에 도시한 바와 같은 소정 가스를 흐르게 하여 세 번째의 클리닝 공정을 행하였다.
이와 같이, 세 번째의 클리닝 공정이 완료된 후, 스텝 S3-16에 나타낸 바와 같이 전술한 스텝 S3-6과 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 언로드하였다. 다음에, 새로운 3매의 측정용 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 분산 배치하고, 웨이퍼 보트(6)를 처리 용기(4) 내에 로드하였다. 다음에 스텝 S3-17에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-2와 마찬가지로 NH3 가스를 이용하여 환원 공정을 행하였다.
다음에 스텝 S3-18에 나타낸 바와 같이, 앞의 스텝 S3-3과 마찬가지로 웨이퍼 보트(6)를 처리 용기(4) 내로부터 언로드하였다. 그리고, 측정용 웨이퍼의 금속 오염량을 측정하였다(측정 4).
이와 같이 하여, 실시예 PE1, 실시예 PE2 및 비교예 CE1, 비교예 CE2마다 각각 측정 1 내지 측정 4까지의 4회의 측정을 행하였다. 이 측정에는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 측정법을 이용하였다. 각 금속 원소의 정량 하한치는 Cu가 0.027, Cr이 0.033, Ni가 0.029, Fe가 0.031[× 1010 atoms/㎠]로 하였다.
도4a 내지 도4d는, 실시예에 관한 방법과 비교예에 관한 방법을 행하였을 때의 Cu(구리) 원자수의 변화를 나타내는 그래프이다. 각 수치의 단위는 [× 1010 atoms/㎠]이다.
도4a에 나타내는 실시예 PE1과 도4b에 나타내는 실시예 PE2와 같이, 실시예에 관한 방법의 경우에는 클리닝 공정을 한번도 행하고 있지 않은 측정 1에서는, 각각 Cu 원자수가 5 × 1010 atoms/㎠, 혹은 8 × 1010 atoms/㎠ 정도로 높았다. 그리고, "H2 + O2" 가스를 이용한 클리닝 공정을 행한 측정 2 내지 측정 4에 있어서는, 각각 Cu 원자수가 1 × 1010 atoms/㎠, 혹은 3 × 1010 atoms/㎠ 이하로 급격히 저하되었다. 따라서, 클리닝 공정을 행함으로써 Cu 금속의 오염량을 대폭으로 또한 확실하게 억제할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 처리 온도가 800 ℃인 실시예 PE2보다도 처리 온도가 100 ℃ 높은 900 ℃인 실시예 PE1 쪽이, Cu 원자수의 감소량은 대폭이었다. 따라서, 클리닝 공정시의 온도가 높은 쪽이 구리 오염량을 억제할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이에 대해, 도4c에 나타낸 바와 같이, 비교예 CE1에 관한 방법에서는, 클리닝 공정을 행하고 있지 않은 측정 1과, 클리닝 공정으로서 O2 가스만(H2 가스는 제로)을 이용한 클리닝 공정을 행한 측정 2 내지 측정 4에서는, Cu 원자수가 거의 변동하지 않고 대략 동일한 높은 값, 예를 들어 40 × 1010 atoms/㎠ 정도였다. 따라서, 구리 금속의 오염을 거의 제거할 수 없다는 것을 확인할 수 있었다.
또한 마찬가지로, 도4d에 나타낸 바와 같이 비교예 CE2에 관한 방법에서는, 클리닝 공정을 행하고 있지 않은 측정 1과 클리닝 공정으로서 H2 가스만(O2 가스는 제로)을 이용한 클리닝 공정을 행한 측정 2 내지 측정 4에서는, Cu 원자수가 대략 동일하거나, 혹은 약간 저하될 뿐이고, 그 값은 20 내지 50 × 1010 atoms/㎠ 정도였다. 따라서, 구리 금속의 오염을 거의 제거할 수 없다는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 구리 금속의 오염을 억제하기 위해서는, 클리닝 공정으로서 O2 가스만, 혹은 H2 가스만으로 행한 경우(비교예 CE1, 비교예 CE2에 관한 방법)는 효과가 없었다. 한편, "H2 + O2" 가스를 이용하여 클리닝 공정을 행하였을 때에 효과를 충분히 발휘할 수 있었다.
도5a 내지 도5c는 실시예에 관한 방법과 비교예에 관한 방법을 행하였을 때의 Cu 이외의 다른 금속의 원자수의 변화를 나타내는 그래프이다. 각 수치의 단위는 [× 1010 atoms/㎠]이다.
도5a의 실시예 PE1 및 도5b의 실시예 PE2에 나타낸 바와 같이, 실시예에 관한 방법의 클리닝 공정을 행하고 있지 않은 측정 1에 대해, 실시예에 관한 방법의 클리닝 공정을 행한 측정 2 내지 측정 4에 있어서는, Ni 및 Fe의 원자수는 모두 대폭으로 저하되었다. 따라서, 클리닝 공정에 의해 이들 금속의 오염도 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, Cr 금속은 당초부터 함유량이 적어 정량 하한치 정도이므로, 측정 대상 외로 된 부분이 있다.
이에 대해, 도5c의 비교예 CE1에 관한 방법(클리닝 공정시 : O2 가스)의 경우에는, Fe, Ni, Cr의 각 원자수는 측정 1 내지 측정 4에 있어서 각각 대략 동일하였다. 따라서, 거의 금속 오염을 제거할 수 없는 것을 확인할 수 있었다.
도6은 실험에 있어서의 클리닝 처리의 내용과 종합적인 평가 결과를 나타내는 도면이다. 도6에 나타낸 바와 같이, 평가 결과는 실시예 PE1이 "◎"로 매우 양호하고, 실시예 PE2가 "○"로 양호하게 되었다. 그리고, 비교예 CE1, 비교예 CE2의 경우에는 "×"로 불량이 되었다.
<구성 재료 중의 깊이 방향의 Cu 분포>
실시예 PE1 및 비교예 CE1에 관한 방법을 이용한 경우의 석영제의 구성 재료[웨이퍼 보트(6)]의 깊이 방향에 있어서의 Cu 금속의 분포 상태를 측정하여 평가하였다.
도7은 구성 부재의 깊이(두께) 방향에 있어서의 구리 함유량의 분포 상태를 나타내는 그래프이다. 도7에 도시한 바와 같이, 비교예 CE1의 경우에는, 석영 부재의 표면의 Cu 금속의 함유량은 0.8 ng 정도로 높고, 깊이 1 ㎛, 2 ㎛로 됨에 따라서, Cu 금속의 함유량은 점차 저하되었다. 또, 제조 업자로부터의 납품 직후의 웨이퍼 보트에 대해 깊이(두께) 방향에 있어서의 구리 함유량의 분포 상태를 측정한 결과, 비교예 CE1과 동일한 분포 상태를 나타내고 있었다.
이에 대해 실시예 PE1의 경우에는, 석영 부재의 표면의 Cu 금속 함유량은 0.3 ng 정도로 되어 비교예 CE1의 경우보다도 매우 낮아졌다. 그리고, 깊이 1 ㎛ 정도에서 최저의 값을 나타내고, 또한 깊이 1 ㎛ 정도로부터는 점차로 증가하여 깊이 2 ㎛ 정도에서는 비교예 CE1과 같은 값이 되었다.
이 결과, 본 발명 실시 형태에 관한 클리닝 처리를 행함으로써, 적어도 구성 부재의 깊이(두께)가 1 ㎛ 정도까지의 금속(Cu)을 대폭으로 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
<가스 공급 유닛>
도1에 나타내는 장치예에 있어서는, 가스 공급 기구(28)의 일부인 산화성 가스 공급계(36)나 제2 환원성 가스 공급계(34)는 이들 가스 공급계의 설비가 미리 배치되는 경우가 예시된다. 그러나, 처리 장치의 종류에 따라서는, 양 가스 공급계(34, 36) 중 어느 한쪽, 혹은 양방의 설비가 배치되어 있지 않은 경우가 있다. 이 경우, 상술한 클리닝 처리를 실시하기 위해서는, 상기 부족분의 가스 공급계를 새롭게 설치할 필요가 있어, 큰 비용 부담이 된다.
상술한 비용 부담을 없애기 위해, 제2 환원성 가스 공급계(34)와 산화성 가스 공급계(36)의 일부를 유닛화하고, 용이하게 반송 이동 가능하게 구성한다. 이 유닛을 이용함으로써 새로운 가스 공급계를 설치할 필요성을 없앨 수 있다.
도8은 유닛화되어 이동 가능하게 이루어진 가스 공급 유닛을 이용한 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 공급 유닛의 일례를 나타내는 구성도이다.
도8 및 도9에 도시한 바와 같이, 가스 공급 유닛(50)은 환원성 가스를 수용하는 환원성 가스 봄베(52)와, 산화성 가스를 수용하는 산화성 가스 봄베(54)와, 불활성 가스를 수용하는 불활성 가스 봄베(56)를 갖는다. 이들 전체는, 예를 들어 철제 용기로 이루어지는 케이싱(58) 내에 대략 밀폐 상태로 수용된다. 또한, 불활성 가스 봄베(56)는 산화성 가스나 환원성 가스의 퍼지 등에 이용되지만, 필요에 따라서 설치되면 좋다. 여기서는 도1의 경우와 마찬가지로 환원성 가스로서 H2를 이용하고, 산화성 가스로서 O2 가스를 이용한 경우를 나타낸다. 또한, 불활성 가스로서는 N2 가스를 이용하고 있지만, 이 대신에 Ar이나 He 등의 희가스를 이용해도 좋다.
케이싱(58)의 하부에는, 가스 공급 유닛(50) 자체를 용이하게 이동할 수 있도록 하기 위해 캐스터(59)가 설치된다. 환원성 가스 봄베(52)와, 산화성 가스 봄베(54)에는 환원성 가스 유로(60)와 산화성 가스 유로(62)가 각각 접속되고, 제2 환원성 가스 공급계(34) 및 산화성 가스 공급계(36)가 형성된다.
불활성 가스 봄베(56)에는 불활성 가스 유로(64)가 접속된다. 불활성 가스 유로(64)의 타단부측은 2개로 분기되어 분기관(64A, 64B)이 된다. 분기관(64A, 64B)은 각각 환원성 가스 유로(60)와 산화성 가스 유로(62)에 접속된다.
환원성 가스 유로(60)와 산화성 가스 유로(62)의 각 선단부는 케이싱(58)의 측벽을 관통하여 케이싱(58) 밖으로 연신한다. 그 선단부에는, 신축 및 굴곡 가능하게 이루어진 벨로우즈 형상의 콜게이트관(66, 68)이 배치된다. 또한 그 선단에는 환원성 가스용 조인트(66A)와 산화성 가스용 조인트(68A)가 각각 배치된다. 환원성 가스용 조인트(66A)는 H2를 흐르게 하는 가스 노즐(34A)에 연통하는 가스 통로(34B)의 단부의 조인트(34X)에 접합된다. H2 통로(34B)에는 개폐 밸브(34Y)가 개재 설치된다. 산화성 가스용 조인트(68A)는 O2를 흐르게 하는 가스 노즐(36A)에 연통하는 가스 통로(36B)의 단부의 조인트(36X)에 접합된다. O2 통로(36B)에는 개폐 밸브(36Y)가 개재 설치된다.
환원성 가스 유로(60)에는, 환원성 가스 봄베(52)로부터 하류측을 향해 수동에 의한 개폐 밸브(72A), 레귤레이터(72B), 제1 자동 개폐 밸브(72C), 압력계(72D), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(72E), 모니터용 유량계(72F) 및 제2 자동 개폐 밸브(72G)가 각각 순차 개재 설치된다. 제1 자동 개폐 밸브(72C)와 압력계(72D) 사이에 분기관(64A)이 접속된다.
산화성 가스 유로(62)에는, 산화성 가스 봄베(54)로부터 하류측을 향해 수동에 의한 개폐 밸브(74A), 레귤레이터(74B), 제1 자동 개폐 밸브(74C), 압력계(74D), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(74E), 모니터용 유량계(74F) 및 제2 자동 개폐 밸브(74G)가 각각 순차 개재 설치된다. 제1 자동 개폐 밸브(74C)와 압력계(74D) 사이에 분기관(64B)이 접속된다.
불활성 가스 유로(64)에는, 불활성 가스 봄베(56)로부터 하류측을 향해 수동에 의한 개폐 밸브(76A) 및 레귤레이터(76B)가 순차 개재 설치된다. 또한, 불활성 가스 유로(64)로부터의 각 분기관(64A, 64B)에는 각각 자동 개폐 밸브(76X, 76Y)가 개재 설치된다.
케이싱(58) 내에는, 처리 용기(4) 내의 압력을 검출하기 위한 압력 검출부(80)가 배치된다. 압력 검출부(80)는 예를 들어 캐패시턴스 마노미터(capacitance manometer)로 이루어진다. 압력 검출부(80)로부터 연신되는 배관(82)은 케이싱(58)의 측벽을 관통하여 외측으로 연장된다. 그 선단부에는 신축 및 굴신 가능하게 이루어진 벨로우즈 형상의 콜게이트관(84)이 배치된다. 또한 그 선단에는 조인트(84A)가 배치된다. 조인트(84A)는, 도8에 도시한 바와 같이 처리 용기(4)의 하부 측벽에 설치한 포트(86)의 조인트(86A)에 착탈 가능하게 접속된다.
케이싱(58) 내에는, 수소 누출 등을 검지하기 위해 수소 농도를 검출하는 수소 검출기(88)가 배치된다. 가스 공급 유닛(50)의 전체의 동작을 제어하기 위해 예를 들어 컴퓨터로 이루어지는 제어부(90)가 배치된다. 제어부(90)는 압력계(72D, 74D), 압력 검출부(80), 수소 검출부(88)의 각 검출치를 입력하는 동시에, 상기 각 개폐 밸브의 동작을 제어하고, 또한 각 유량 제어기(72E, 74E)로의 유량의 지시 등을 행한다. 제어부(90)는 도8에 도시하는 장치 제어부(44)의 지배하에 있고, 장치 제어부(44)와 각종 제어 신호 등의 통신을 행하기 위한 외부 입출력 단자(92)를 통해 접속된다. 또, 제어부(90)를 장치 제어부(44)의 지배하에 놓지 않고, 독립하여 제어하도록 해도 좋다.
이와 같이 구성된 가스 공급 유닛(50)을 이용하여, 앞에 도1을 참조하여 설명한 환원 공정이나 클리닝 공정이 행해진다. 도10은 가스 공급 유닛의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서는, 처리 용기(4) 내의 클리닝 공정을 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 가스 공급 유닛(50)을 처리 장치(2)의 근방까지 반송한다. 그리고, 환원성 가스용 조인트(66A)를 조인트(34X)에 연결한다. 산화성 가스용 조인트(68A)를 조인트(36X)에 연결한다. 콜게이트관(84)의 조인트(84A)를 조인트(86A)에 연결한다. 그리고, 수동의 개폐 밸브(72A, 74A, 76A)를 각각 개방 상태로 한다. 또한, 장치 제어부(44)로부터의 신호선(94)도 외부 입출력 단자(92)에 접속한다. 이 때의 상태는 도8에 도시된다. 소정의 리크 체크(스텝 S11) 후에, 개폐 밸브(34Y, 36Y)를 각각 개방 상태로 하고, 이것으로 준비가 완료된다.
그리고, 처리 장치(2)의 처리 용기(4) 내는 완전히 진공화된 상태 그대로 이후의 각각의 공정이 행해진다. 우선, 가스 공급 유닛(50) 내의 각 유로는 미리 N2 가스로 대기압 상태가 되도록 채워진다. 처리 용기(4) 내부는 완전히 진공화된 상태이므로, 처리 용기(4) 내의 분위기가 가스 유로(34B, 36B)측으로 역류하는 일은 없기 때문에, 가스 공급 유닛(50)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
캐패시턴스 마노미터인 압력 검출부(80)가 감압을 감지하고, 안전 버튼(도시하지 않음)을 작동자가 누른 후, 시퀸스가 개시된다. 다음에, 외부 입출력의 취입이 가능하면, 처리 장치측으로부터 압력이나 온도 등의 데이터를 얻어 처리 장치[처리 용기(4)]측의 에러 없음의 확인을 행한다(스텝 S12).
처리 장치의 에러 없음의 확인을 행하면, 우선 O2용 개폐 밸브(74C, 74G)를 개방 상태로 하고, 유량 제어하면서 O2를 처리 용기(4) 내로 흐르게 한다(스텝 S13). 이 때, O2용의 유량 제어기(74E), 압력계(74D), 용기 내 압력이 정상인 것을 확인한다(스텝 S14). 이 확인 동작은, 이후, 연속적으로 행해진다.
다음에, H2용 개폐 밸브(72C, 72G)를 개방 상태로 하고, 유량 제어하면서 H2를 처리 용기(4) 내로 흐르게 한다(스텝 S15). 이 때, H2용 유량 제어기(72E), 압력계(72D), 용기 내 압력이 정상인 것을 확인한다(스텝 S16). 이 확인 동작은, 이후 연속적으로 행해진다.
이에 의해, 처리 용기(4) 내부는, 앞의 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 소정의 온도, 및 소정의 압력으로 유지되어 클리닝 공정이 행해진다(스텝 S17). 이 클리닝 공정은 소정 시간 행해진다(스텝 S18의 아니오). 클리닝 공정을 소정 시간 행하면(스텝 S18의 예), 각 개폐 밸브(72C, 74C)를 폐쇄하여 처리 용기(4) 내로의 H2 및 O2의 공급을 정지한다(스텝 S19).
다음에, N2용 각 개폐 밸브(76X, 76Y)를 개방하여 환원성 가스(H2) 유로(60), 산화성 가스(O2) 유로(62)에 N2 가스를 흐르게 하여 각 가스 유로(60, 62) 내에 잔류하는 H2 및 O2를 배출한다(스텝 S20). 그리고, 환원성 가스 유로(60) 및 산화성 가스 유로(62) 내를 N2 가스로 채우고 대기압 상태로 유지한 상태에서 전체 개폐 밸브를 폐쇄한다(스텝 S21). 이에 의해, 클리닝 공정을 종료한다.
상기 클리닝 공정을 행하고 있는 동안, 각 가스의 공급 압력을 측정하는 각 압력계(72D, 74D)의 검출치, 수소 검출기(88)의 검출치, 처리 용기(4) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부(80)의 검출치 등은 제어부(90)로 상시 입력된다. 제어부(90)는 이상이 발견되었을 때에 처리를 중단한다.
이와 같이, 산화성 가스(O2) 봄베(54)와, 환원성 가스(H2) 봄베(52)와, 이들 양 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(74E, 72E) 등을 갖는 가스 공급 유닛을 설치하고, 이를 반송 가능하게 하였다. 이에 의해, 상기 산화성 가스, 예를 들어 O2나 환원성 가스, 예를 들어 H2의 공급계를 갖고 있지 않은 처리 장치에 대해, 설비 개조 비용을 강요하는 일 없이 상술한 클리닝 처리를 실시할 수 있다.
이상에서는, 가스 공급 유닛(50)을 이용하여 석영제의 처리 용기(4)의 내벽이나 석영제의 내부 구조물을 클리닝하는 경우가 예시된다. 그러나, 석영제의 부재를 클리닝하여 그 표면 및 내부의 금속 오염 물질을 제거하는 경우에도 가스 공급 유닛(50)을 이용할 수 있다. 예를 들어 석영제의 LCD 기판 자체를 클리닝하는 경우나 석영제의 광학 렌즈 자체를 클리닝하는 경우에도, 상기 가스 공급 유닛을 이용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 산화성 가스로서 O2 가스를 이용하고, 환원성 가스로서 H2 가스를 이용한다. 상기 산화성 가스는, O2와 O3과 NxOy(x, y는 정수)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 이용할 수 있다. 상기 NxOy에는, 예를 들어 NO, N2O, NO2 등이 포함된다. 또한, 상기 환원성 가스는, H2와 NH3과 CH4와 HCl과 D(중수소)와 D2와 ND3과 CD4와 DCl로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한, 여기서는 처리 장치(2)에서 행해지는 소정의 처리로서 SiO2막을 성막하는 성막 처리가 예시된다. 성막 처리는 실리콘 질화막이나 실리콘 산질화막 등의 다른 박막이라도 좋다. 실리콘 질화막을 형성하는 경우는, 처리 가스 공급계로부터 실리콘 소스 가스와, NH3 가스 등의 질화 가스를 공급한다. 실리콘 산질화막을 형성하는 경우는, 처리 가스 공급계로부터, 실리콘 소스 가스와, 일산화이질소(N2O), 일산화질소(NO)와 같은 산질화 가스를 공급한다.
이와 같은 성막 처리를 복수회 행하면, 성막 처리에 의해 생성되는 막 성분이 반도체 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라, 처리 용기의 내면 등에도 부생성물막으로서 퇴적(부착)한다. 이와 같은, 성막 처리를 소정 횟수 행한 후에, 상술한 클리닝 처리를 행하기 전에, 이와 같은 막 성분을 주성분으로 하는 부생성물막을 제거하기 위한 처리를 행하는 것이 바람직하다. 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막의 부생성물막을 제거하는 가스로서는, 할로겐 원소와 수소 원소를 포함하는 가스, 예를 들어 HF, Cl3, NF3, F2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 포함할 수 있다.
또, 본 발명은, 다른 막종, 예를 들어 금속막, 절연막, 도전막 등의 모든 막종의 성막 처리에 대해 적용할 수 있고, 또한 본 발명은 성막 처리에 한정되지 않고, 산화 확산 처리, 어닐 처리, 개질 처리 등의 다양한 반도체 처리 장치에 적용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 처리 장치로서 단일관 구조의 뱃치식 열처리 장치가 사용된다. 대신에, 본 발명은, 예를 들어 처리 용기가 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조의 뱃치식 종형 열처리 장치에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 매엽식 열처리 장치에 적용할 수도 있다. 특히, 본 발명은 석영제의 처리 용기, 서셉터, 샤워 헤드를 이용한 매엽식의 처리 장치에 유효하다. 피처리 기판으로서는, 반도체 웨이퍼 대신에, 글래스 기판, LCD 기판, 세라믹 기판 등을 대상으로 할 수 있다.
추가적인 이점 및 변경들은 해당 기술 분야의 숙련자들에게 용이하게 발생할 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 설명 및 대표적인 실시예로 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 것에 의해 한정된 바와 같은 일반적인 본 발명의 개념의 기술 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다.
4 : 처리 용기
6 : 웨이퍼 보트
8 : 덮개
10 : 밀봉 부재
12 : 보온통
20 : 보트 엘리베이터
28 : 가스 공급 기구
30 : 원료 가스 공급계
36 : 산화성 가스 공급계
40 : 배기구
42 : 진공 배기계
44 : 장치 제어부
46 : 기억 매체

Claims (19)

  1. 반도체 처리 장치의 사용 방법이며,
    제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 장치의 처리 용기 내에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과,
    상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오염 물질은 금속을 포함하는 오염 물질인 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 환경의 온도는 400 내지 1100 ℃로 설정되는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 환경의 압력은 0.133 내지 933 ㎩로 설정되는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스는 O2와 O3과 NxOy(x, y는 양의 정수)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 포함하고, 상기 환원성 가스는 H2와 NH3과 CH4와 HCl과 D(중수소)와 D2와 ND3과 CD4와 DCl로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 포함하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정 전에, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 용기 내에 예비 환원성 가스를 공급하고, 상기 예비 환원성 가스가 활성화하는 예비 환경하에서, 상기 오염 물질을 예비 환원하는 공정을 더 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오염 물질은 금속 산화물을 포함하는 오염 물질인 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 산화물은 Cu, Ni, Fe로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 산화물인 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 예비 환경의 온도는 700 내지 1000 ℃로 설정되는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 예비 환경의 압력은 0.133 내지 15999 ㎩로 설정되는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 예비 환원성 가스는 상기 환원성 가스와 동일 또는 다른 가스인 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정 전에, 상기 처리 용기 내에서 제품용 피처리 기판 상에 CVD에 의해 막을 형성하는 공정을 더 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정과 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정 사이에서, 상기 처리 용기의 상기 내면에 부착되는 부생성물막을 막 제거 가스에 의해 제거하는 공정을 더 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 CVD에 의해 막을 형성하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 포함하는 제1 성막 가스와, 질화 가스, 산화 가스 , 및 산질화 가스로 이루어지는 군으로부터 선택된 가스를 포함하는 제2 성막 가스를 공급하고, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 및 실리콘 산질화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 물질의 막을 형성하는 공정을 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 막 제거 가스는 할로겐 원소와 수소 원소를 포함하는 가스를 구비하는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기의 상기 내면은 석영, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료에 의해 형성되는 반도체 처리 장치의 사용 방법.
  17. 반도체 처리 장치이며,
    피처리 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리 용기 내에, 상기 피처리 기판 상에 반도체 처리를 실시하기 위한 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에, 상기 처리 용기의 내면으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계 및 환원성 가스 공급계와,
    상기 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 용기 내에 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과,
    상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 상기 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 실행하는 반도체 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 공급하는 공정 전에, 제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 용기 내에 예비 환원성 가스를 공급하고, 상기 예비 환원성 가스가 활성화하는 예비 환경하에서 상기 오염 물질을 예비 환원하는 공정을 더 실행하는 반도체 처리 장치.
  19. 프로세서 상에서 실행하기 위한 프로그램 지령을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이며,
    상기 프로그램 지령은, 프로세서에 의해 실행될 때, 반도체 처리 장치에,
    제품용 피처리 기판을 수용하지 않는 상기 처리 장치의 처리 용기 내에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스가 활성화하는 제1 환경하에서 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 활성종을 발생시키는 공정과,
    상기 활성종을 사용하여 상기 처리 용기의 내면으로부터 오염 물질을 제거하는 공정을 실행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
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