KR20190028326A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

배기부의 메인터넌스 빈도를 저하시킨다. 처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하고, 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부로부터 배기하여, 기판을 처리하는 공정과, 배기관에 설치된 공급 포트로부터, 배기관 내에, 제1 클리닝 가스를 직접 공급함으로써, 배기부 내를 클리닝하는 공정과, 처리 용기 내에 제2 클리닝 가스를 공급함으로써, 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 포함하고, 배기부 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도를, 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도보다도 높게 한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하고, 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부로부터 배기하여, 기판을 처리하는 공정이 행하여지는 경우가 있다. 이 공정을 행함으로써, 처리 용기 내 등에 소정량의 부생성물이 부착되면, 소정의 타이밍에 처리 용기 내 등의 클리닝이 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 또한, 배기부 내에 소정량의 부생성물이 부착되면, 소정의 타이밍에 배기부의 메인터넌스가 행하여지는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제2002-222805호 공보
본 발명의 목적은, 배기부의 메인터넌스 빈도를 저하시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하고, 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부로부터 배기하여, 상기 기판을 처리하는 공정과,
상기 배기관에 설치된 공급 포트로부터, 상기 배기관 내에 제1 클리닝 가스를 직접 공급함으로써, 상기 배기부 내를 클리닝하는 공정과,
상기 처리 용기 내에 제2 클리닝 가스를 공급함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도보다도 높게 하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 배기부의 메인터넌스 빈도를 저하시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 기판 처리 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 제1 클리닝 처리를 불실시로 했을 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도를 도시하는 도면이며, (b)는 제1 클리닝 처리를 실시했을 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도를 도시하는 도면이다.
도 6은 배기부 내에 부착된 부생성물과, 배기부 내에 공급한 HF 가스의 반응 모습을 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원상으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합되어 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 반응관(203)은 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 설치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(249a, 249b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c, 232d)에는, 상류측부터 순서대로 MFC(241c, 241d) 및 밸브(243c, 243d)가 각각 설치되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a, 249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 평면으로 보아 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a, 250b)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 처리 가스(원료 가스)로서, 소정 원소(주 원소)로서의 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 Si 함유 가스(할로실란 가스)가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 할로실란 가스로서는, 예를 들어 Cl을 포함하는 클로로실란 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 제2 클리닝 가스로서의 불소(F2) 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 처리 가스(질화 가스)로서의 N 함유 가스(질화제)가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 처리 가스(산화 가스)로서의 O 함유 가스(산화제)가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스를 사용할 수 있다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 처리 가스(원료 가스) 공급계, 제2 클리닝 가스 공급계가 각각 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 처리 가스(질화 가스, 산화 가스) 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 후술하는 가스 공급관(232e), MFC(241e), 밸브(243e)에 의해, 제1 클리닝 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 공급계 중 어느 것, 또는 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243e)나 MFC(241a 내지 241e) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232e) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232e) 내로의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241e)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 공급 시스템(248)은, 일체형, 또는 분할형 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232e) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 거쳐서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
배기관(231) 중 적어도 APC 밸브(244)보다도 하류측의 부위인 배기관(231e)은, 떼어내어 교환하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 배기관(231e)에는, 공급 포트(231p)가 설치되어 있다. 공급 포트(231p)에는, 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232e)에는, 상류측부터 순서대로 MFC(241e) 및 밸브(243e)가 설치되어 있다. 가스 공급관(232e)으로부터는, 제1 클리닝 가스로서, 예를 들어 불화수소(HF) 가스가, MFC(241e), 밸브(243e), 공급 포트(231p)를 통해서 배기관(231e) 내 및 진공 펌프(246) 내에 공급된다.
주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 주로, 배기관(231e) 및 진공 펌프(246)에 의해 배기부가 구성된다. 공급 포트(231p)를 배기부에 포함해서 생각해도 된다. 배기부를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구, 즉, 웨이퍼(200)를 출납하는 개구부를 기밀하게 폐색 가능한, 제1 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반 형으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 제2 덮개로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반형으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 설치되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시한 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 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피, 클리닝 레시피는, 각각 후술하는 기판 처리, 클리닝 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241e), 밸브(243a 내지 243e), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241e)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)와 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에 대한 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에, Si, O 및 N을 포함하는 막, 즉, 실리콘 산질화막(SiON막)을 형성하는 시퀀스 예에 대해서 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은, 컨트롤러(121)에 의해 제어된다. 이 점은, 후술하는 제1, 제2 클리닝 처리에서도 마찬가지이다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 처리 가스(원료 가스)로서 HCDS 가스를 공급하는 스텝 1과, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 처리 가스(질화제)로서 NH3 가스를 공급하는 스텝 2와, 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 처리 가스(산화제)로서 O2 가스를 공급하는 스텝 3을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행한다.
본 명세서에서는, 상술한 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예 등의 설명에서도, 마찬가지의 표기를 사용하는 것으로 한다.
(HCDS→NH3→O2)×n ⇒ SiON
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재했을 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 내지 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 밀폐한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 처리 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 진공 펌프(246)의 가동, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 모두 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막 처리)
그 후, 다음의 스텝 1 내지 3을 순차 실시한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하고, 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다. 이때 밸브(243c, 243d)를 개방하고, 가스 공급관(232c, 232d) 내에 N2 가스를 흘리도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10000sccm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
이 예시된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 제1층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, HCDS가 물리 흡착되거나, HCDS의 일부가 분해한 물질(이하, SixCly)이 화학 흡착되거나, HCDS가 열분해하거나 하는 것 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 SixCly의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si층이어도 된다. 또한, 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히 Si 함유층이라고도 칭한다.
웨이퍼(200) 상에 제1층을 형성한 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243c, 243d)를 개방하고, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
원료 가스(Si 함유 가스)로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란 가스를 사용할 수 있다. 또한, 원료 가스로서는, 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 테트라요오도실란(SiI4) 가스 등을 사용할 수 있다. 즉, 원료 가스로서는, 클로로실란 가스, 플루오로실란 가스, 브로모실란 가스, 요오도실란 가스 등의 각종 할로실란 가스를 사용할 수 있다.
또한, 원료 가스(Si 함유 가스)로서는, 비스(디에틸아미노)실란(SiH2[N(C2H5)2]2, 약칭: BDEAS) 가스, 비스(터셔리부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, 트리스(디에틸아미노)실란(SiH[N(C2H5)2]3, 약칭: 3DEAS) 가스, 트리스(디메틸아미노)실란(SiH[N(CH3)2]3, 약칭: 3DMAS) 가스, 테트라키스(디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]4, 약칭: 4DEAS) 가스, 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스 등의 각종 아미노실란 가스를 사용할 수 있다.
퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 각종 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 스텝 2, 3에서도 마찬가지이다.
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층에 대하여 NH3 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. NH3 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층의 적어도 일부를 개질(질화)시킬 수 있다. 그에 의해, 제1층 중으로부터 Cl을 탈리시킴과 함께, NH3 가스에 포함되는 N 성분을 제1층 중에 도입시키는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제2층으로서, Si 및 N을 포함하는 층인 실리콘 질화층(SiN층)이 형성된다.
웨이퍼(200) 상에 제2층을 형성한 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
질화제로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스, 이들 화합물을 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다.
[스텝 3]
스텝 2가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층에 대하여 O2 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. O2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스가 공급된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 스텝 2에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층의 적어도 일부를 개질(산화)시킬 수 있다.
그에 의해, 제2층 중으로부터 Cl을 탈리시킴과 함께, O2 가스에 포함되는 O 성분을 제2층 중에 도입시키는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 제2층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제3층으로서, Si, O 및 N을 포함하는 층인 실리콘 산질화층(SiON층)이 형성된다.
웨이퍼(200) 상에 제3층을 형성한 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
산화제로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 과산화수소(H2O2) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
스텝 1 내지 3을 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 실시하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiON막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 제3층의 두께를, 원하는 막 두께보다도 얇게 하여, 제3층을 적층함으로써 형성되는 막의 막 두께가, 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 종료된 후, 가스 공급관(232c, 232d) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된 후(불활성 가스 치환), APC 밸브(244)를 완전 폐쇄(풀 클로즈)로 한다. 그 후, 처리실(201) 내에의 N2 가스의 공급이 계속됨으로써, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 내지 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통하여 셔터(219s)에 의해 밀폐된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 제1 클리닝 처리
상술한 기판 처리(뱃치 처리), 즉, 성막 처리를 실시하면, 적어도 배기부의 내부에, 실리콘 산화물(SiOx) 등을 포함하는 부생성물이 부착된다. 즉, 배기관(231e)의 내벽이나 진공 펌프(246) 내부의 부재의 표면 등에, SiOx 등을 포함하는 부생성물이 부착된다. 성막 처리의 실시 기간 중, 배기관(231e)이나 진공 펌프(241)의 온도는, 처리 용기나 APC 밸브(244)보다도 상류측의 배기관(231)의 온도에 비해서 낮아진다. 그 때문에, 배기부의 내부에는, 처리 용기의 내부나 APC 밸브(244)보다도 상류측의 배기관(231)의 내부에 비해, 부생성물이 다량으로 부착되는 경향이 있다.
배기부의 내부에 부착된 부생성물은, 배기부의 내부에 부착된 채 그대로 뱃치 처리가 반복해서 실시되면, 뱃치 처리의 횟수에 따라서는 고착(Fix)되는 경우가 있다. 고착된 부생성물은, 배기부의 내부에 HF 가스 등의 클리닝 가스를 공급해도 에칭되기 어려워, 배기부의 내부로부터의 제거가 곤란해지는 경향이 있다. 그래서 본 실시 형태에서는, 상술한 성막 처리를 수 뱃치, 바람직하게는 1 뱃치 행할 때마다, 즉, 부생성물이 배기부의 내부에서 고착되기 전에, 처리 용기 내를 경유하지 않고, 배기부 내에 HF 가스를 직접 공급함으로써, 배기부 내를 클리닝한다. 또한, 뱃치 처리의 횟수란, 웨이퍼 차지부터 웨이퍼 디스차지까지의 기판 처리의 실시 횟수를 가리킨다.
배기부 내를 클리닝할 때는, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 한 상태에서, 밸브(243e)를 개방함으로써, 가스 공급관(232e) 내에, 제1 클리닝 가스로서의 HF 가스를 흘린다. HF 가스는, MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, 공급 포트(231p)를 통해서 배기관(231e)의 내부 및 진공 펌프(246)의 내부에 공급되어, 배기관(231e)의 내벽, 진공 펌프(246) 내부의 부재의 표면 등에 접촉한다. 이때, HF 가스와 부생성물의 사이에서 열화학 반응(에칭 반응)이 발생하여, 배기부 내로부터 부생성물이 제거된다. 또한, 이 처리를 행할 때, 진공 펌프(246)는 정지한 상태로 해도 되고, 또한 작동시킨 상태로 해도 된다.
본 명세서에서는, 배기부의 내부에 대하여 행하는 이 처리를, 「제1 클리닝 처리」라고 칭한다. 제1 클리닝 처리를 행하는 빈도는, 후술하는 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도보다도 높게 한다. 예를 들어, 제1 클리닝 처리를 행하는 빈도를 상술한 바와 같이 수 뱃치마다, 바람직하게는 1 뱃치마다로 하고, 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도를 300 내지 500 뱃치마다로 한다. 제1 클리닝 처리를 이러한 높은 빈도로 행함으로써, 배기부 내에 부착된 부생성물을, 그것이 배기부 내에 고착되기 전의 푸어 상태에서 에칭하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 배기부 내에 부착된 부생성물을, 배기부 내로부터 용이하면서도 확실하게, 즉, 효율적이면서도 또한 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 배기부의 메인터넌스 작업을 행하는 빈도, 예를 들어 배기관(231e)이나 진공 펌프(246)의 교환, 세정, 오버홀과 같은 메인터넌스 작업을 행하는 빈도를 저감시키는 것이 가능하게 된다. 진공 펌프(246)의 교환 작업을 행하는 빈도는, 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도(300 내지 500 뱃치마다)보다도 낮은 빈도, 예를 들어 2000 내지 2500 뱃치마다로 하는 것이 가능하게 된다. 배기관(231e)의 내부 클리어런스는, 진공 펌프(246)의 그것보다도 크므로, 배기관(231e)의 교환 작업을 행하는 빈도는, 상술한 진공 펌프(246)의 교환 작업을 행하는 빈도 이하로 하는 것도 가능하게 된다.
제1 클리닝 처리는, 성막 처리가 종료된 후, 그 다음의 성막 처리를 개시하기 전까지의 사이의 기간에 행하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 클리닝 처리는, 뱃치 처리의 실시 기간 중에 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 성막 처리의 종료 후, 제1 클리닝 처리를, 배기부 내에 부착된 부생성물이 고착되기 전에 빠르게 행함으로써, 배기부 내로부터 부생성물을 보다 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다.
제1 클리닝 처리는, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용한 상태에서 행하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 제1 클리닝 처리는, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용한 후, 성막 처리를 개시하기 전의 기간(반입 후·성막 전의 기간)에 행할 수 있다. 또한, 제1 클리닝 처리는, 성막 처리가 종료된 후, 성막 처리가 이루어진 웨이퍼(200)를 처리 용기 내로부터 반출하기 전의 기간(성막 후·반출 전의 기간)에 행할 수도 있다. 특히, 후자의 경우, 배기부 내에 부착된 부생성물이 보다 푸 어 상태에서 부생성물을 에칭하는 것이 가능하므로, 배기부 내에 부착된 부생성물의 고착을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 배기부 내로부터 부생성물을 보다 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 클리닝 처리를, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용한 상태에서 행하는 경우, 이 처리는, 매니폴드(209)의 하단 개구를, 시일 캡(219)으로 밀폐한 상태로 해서 행하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 클리닝 처리는, 성막 처리가 종료된 후, 성막 처리가 이루어진 웨이퍼(200)를 처리 용기 내로부터 반출한 후의 상태, 즉, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용하고 있지 않은 상태에서 행하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 제1 클리닝 처리를, 성막 처리가 이루어진 웨이퍼(200)를 처리 용기 내로부터 반출한 후, 다음의 성막 처리에서 처리할 웨이퍼(200)를 처리 용기 내에 수용하기 전의 기간(반출 후·반입 전의 기간)에 행하는 것도 가능하다. 제1 클리닝 처리를, 반출 후·반입 전의 기간에 행하도록 하면, 성막 처리간의 대기 기간(예를 들어, 웨이퍼 디스차지 및 웨이퍼 차지에 요하는 기간)을 유효 활용할 수 있다. 또한, 제1 클리닝 처리를, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용하고 있지 않은 상태에서 행하는 경우, 이 처리는, 매니폴드(209)의 하단 개구를, 셔터(219s)로 밀폐한 상태로 해서 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1 클리닝 처리는, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용한 상태, 및 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 수용하고 있지 않은 상태의 어느 상태에서도 행하는 것이 가능하다. 이들 모든 경우에, 매니폴드(209)의 하단 개구를 개방하지 않고, 시일 캡(219)이나 셔터(219s) 등의 덮개로 밀폐한 상태에서, 제1 클리닝 처리를 행한다. 또한, 이들 모든 경우에, 배기관(231e)의 공급 포트(231p)가 설치된 부분보다도 상류측에 설치된 배기 밸브, 즉, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 한 상태에서, 제1 클리닝 처리를 행한다. APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 한 상태에서 제1 클리닝 처리를 행함으로써, 배기부 내에 공급된 HF 가스의 처리 용기 내로의 역류를 방지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 매니폴드(209)의 하단 개구를 밀폐한 상태에서 제1 클리닝 처리를 행함으로써, 만일, 배기부 내에 공급된 HF 가스가 처리 용기 내로 역류한 경우에도, 처리 용기 밖으로의 HF 가스의 방출(누설)을 방지하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 매니폴드(209)의 하단 개구 및 APC 밸브(244) 각각의 개폐 제어(안전 제어)를 이중으로 행함으로써, 제1 클리닝 처리의 안전성을 높이는 것이 가능하게 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 시퀀스에서는, 제1 클리닝 처리를, 상술한 애프터 퍼지의 종료 후에 개시하고, 보트 언로드를 시작하기 전에 종료하도록 하고 있다. 즉, 제1 클리닝 처리를 대기압 복귀와 병행해서 행하도록 하고 있다. 이 경우, 성막 처리의 종료 후, 제1 클리닝 처리가 빠르게 개시되므로, 배기부 내로부터의 부생성물의 제거를 용이하면서도 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 클리닝 처리를 개시하는 타이밍에서는, 즉, 대기압 복귀를 개시할 때는, 상술한 바와 같이 APC 밸브(244)는 완전 폐쇄의 상태로 되고, 또한 매니폴드(219)의 하단 개구는 밀폐된 상태로 되어 있으므로, 제1 클리닝 처리를 안전하게 진행시키는 것도 가능하게 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
HF 가스 공급 유량: 4000 내지 6000sccm
가스 공급 시간: 3 내지 10분
배기부 내의 온도: 50 내지 100℃
배기부 내의 압력: 1330Pa(10Torr) 내지 101300Pa(대기압)
이 예시된다.
(4) 제2 클리닝 처리
상술한 기판 처리(뱃치 처리), 즉, 성막 처리를 반복해서 실시하면, 처리 용기의 내부, 예를 들어 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면 등에, SiON막 등의 박막을 포함하는 퇴적물이 누적된다. 즉, 이 박막을 포함하는 퇴적물이, 가열된 처리실(201) 내의 부재의 표면에 부착되어 누적된다. 이들 퇴적물의 양, 즉, 누적 막 두께가, 퇴적물에 박리나 낙하가 발생하기 전의 소정의 양(두께)에 달한 시점에서, 처리 용기 내를 클리닝한다. 본 명세서에서는, 처리 용기에 대하여 행하는 이 처리를, 「제2 클리닝 처리」라고 칭한다. 제2 클리닝 처리는, 예를 들어 300 내지 500 뱃치마다 행하고, 그 빈도는, 상술한 제1 클리닝 처리를 행하는 빈도(수 뱃치마다, 바람직하게는 1 뱃치마다)보다도 낮게 한다. 또한, 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도는, 상술한 배기부의 메인터넌스 작업을 행하는 빈도(2000 내지 2500 뱃치마다)보다도 높아진다. 이하, 본 실시 형태에서의 제2 클리닝 처리의 일례를 설명한다.
(보트 로드)
상술한 뱃치 처리, 즉, 웨이퍼 차지부터 웨이퍼 디스차지까지의 기판 처리가 예를 들어 300 내지 500회 행하여진 후, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되고, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 웨이퍼(200)를 장전하고 있지 않은 빈 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 밀폐한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 소정의 압력으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 제2 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 소정의 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 개시한다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열, 보트(217)의 회전은, 적어도 후술하는 클리닝 스텝이 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 단, 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(클리닝 스텝)
계속해서, 상술한 성막 처리를 반복해서 행한 후의 처리 용기 내에, 제2 클리닝 가스로서의 F2 가스를 공급한다. 이 스텝에서는, 밸브(243b)를 폐쇄한 상태에서, 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어를, 성막 처리의 스텝 1에서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. F2 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
처리실(201) 내에 공급된 F2 가스는, 처리실(201) 내를 통과해서 배기관(231)으로부터 배기될 때, 처리실(201) 내의 부재의 표면, 예를 들어 반응관(203)의 내벽, 노즐(249a, 249b)의 표면, 보트(217)의 표면, 매니폴드(209)의 내벽, 시일 캡(219)의 상면 등에 접촉한다. 이때, F2 가스와 퇴적물의 사이에서 열화학 반응(에칭 반응)이 발생하고, 결과적으로, 처리실(201) 내로부터 퇴적물이 제거된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
F2 가스 공급 유량: 4000 내지 6000sccm
가스 공급 시간: 30 내지 40시간
처리 온도: 350 내지 450℃
처리 압력: 1330Pa(10Torr) 내지 101300Pa(대기압)
이 예시된다.
제2 클리닝 가스로서는, F2 가스 외에, 불화 염소(ClF3) 가스, 불화질소(NF3) 가스, HF 가스 등을 사용할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀 스텝)
클리닝 스텝이 종료된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 F2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 성막 처리의 애프터 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내를 퍼지한다(애프터 퍼지). 이때, 밸브(243c, 243d)의 개폐 동작을 반복함으로써, 처리실(201) 내의 퍼지를 간헐적으로 행하도록 해도 된다(사이클 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 N2 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 빈 보트(217)가, 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통하여 셔터(219s)에 의해 밀폐된다. 이들 일련의 공정이 종료되면, 상술한 성막 처리가 재개된다.
(5) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 제1 클리닝 처리를 행하는 빈도를, 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도보다도 높게 함으로써, 배기부 내에 부착된 부생성물을, 이 부생성물이 고착되기 전의 푸어 상태에서 에칭하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 배기부 내에 부착된 부생성물을, 배기부 내로부터 용이하면서도 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 배기부의 메인터넌스 빈도를 저하시키는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 진공 펌프(246)나 배기관(231e)의 교환 작업을 행하는 빈도를, 제2 클리닝 처리를 행하는 빈도보다도 낮게 하는 것이 가능하게 된다.
도 5의 (a)는 제1 클리닝 처리를 불실시로 했을 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도의 예를 나타내는 도면이다. 도 5의 (b)는 제1 클리닝 처리를 1 뱃치마다 실시한 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도의 예를 나타내는 도면이다. 이들 도면에서, 「수치-수치」는 뱃치 처리의 실시 횟수(개시 시 횟수-중단 시 횟수)를, 「C」는 소정 뱃치마다, 여기에서는 500 뱃치마다 행하는 제2 클리닝 처리를, 「E」는 1 뱃치마다 행하는 제1 클리닝 처리를, 「P」는 배기부의 메인터넌스 작업(펌프 교환 작업 및 배기관 교환 작업)을 각각 나타내고 있다.
상술한 바와 같이 제1 클리닝 처리는, 뱃치 처리의 실시 기간 중에(예를 들어, 대기압 복귀와 병행해서) 행할 수 있으므로, 도 5의 (b)에서는, 편의상, 1 뱃치마다 실시하는 제1 클리닝 처리의 시간을 뱃치 처리의 시간과 동일한 것으로 해서 나타내고 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 배기관 교환 빈도를 펌프 교환 빈도 이하로 할 수 있지만, 여기에서는 양자의 빈도를 동일하게 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 모두, 1 뱃치째의 뱃치 처리를 실시하고 나서 2001 뱃치째의 뱃치 처리를 실시하기 전까지의 배기부의 메인터넌스 빈도를 나타내고 있다.
이들 도면에 의하면, 제1 클리닝 처리를 실시했을 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도(1회/2000 뱃치)는, 제1 클리닝 처리를 불실시로 했을 경우에 있어서의 배기부의 메인터넌스 빈도(1회/300 뱃치)보다도 낮아짐을 알 수 있다. 도 5의 (b)에 나타내는 예에서는, 도 5의 (a)에 나타내는 예에 비해, 배기부의 메인터넌스를 5회분 적게 할 수 있다. 1회의 펌프 교환에는 10 내지 15시간 정도의 시간을 요하므로, 배기부의 메인터넌스 빈도를 상술한 바와 같이 저감시킴으로써, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축시켜, 그 가동 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
(b) 제1 클리닝 처리를, 수 뱃치마다, 바람직하게는 1 뱃치마다, 성막 처리가 종료된 후, 그 다음의 성막 처리를 개시하기 전까지의 동안의 기간에 행함으로써, 상술한 효과가 보다 확실하게 얻어지게 된다.
(c) 제1 클리닝 처리를, 수 뱃치마다, 바람직하게는 1 뱃치마다, 성막 처리가 종료된 후, 성막 처리가 이루어진 웨이퍼(200)를 처리 용기 내로부터 반출하기 전의 기간에 행함으로써, 상술한 효과가 한층 더 확실하게 얻어지게 된다.
(d) APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 하고, 또한 매니폴드(209)의 하단 개구를 밀폐한 상태에서 제1 클리닝 처리를 행함으로써, 처리 용기 밖으로의 HF 가스의 누설을 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 클리닝 처리의 안전성을 높이는 것이 가능하게 된다.
(e) 이들 효과는, 원료 가스로서 HCDS 가스 이외의 Si 함유 가스를 사용하는 경우나, 질화제로서 NH3 가스 이외의 N 함유 가스를 사용하는 경우나, 산화제로서 O2 가스 이외의 O 함유 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다. 또한, 제1 클리닝 가스로서 HF 가스 이외의 가스를 사용하는 경우나, 제2 클리닝 가스로서 F2 가스 이외의 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 성막 처리의 시퀀스는, 상술한 실시 형태의 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막(SiO막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 산탄화막(SiOC막) 등을 형성하는 경우에도, 상술한 제1 클리닝 처리를 상술한 빈도로 행함으로써, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(HCDS→O2+H2)×n ⇒ SiO
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
또한, 3D NAND 등의 3D 디바이스를 제작하기 위해서 상술한 성막 처리를 행하는 경우, HCDS 가스 등의 원료 가스의 공급 시간을 길게 하거나, 공급량을 증가시키거나 하는 경향이 있다. 이 경우, 배기부 내에 부착되는 부생성물의 양이 증가하여, 배기부의 메인터넌스 빈도가 높아지는 경향이 있다. 이와 같은 과제에 대하여, 배기부의 메인터넌스 빈도를 저하시키는 것이 가능한 본 발명은 매우 큰 의의를 갖는다고 할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 배기부 내에 부착되는 부생성물이 주로 SiOx를 포함하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 제1 클리닝 처리가 클리닝 대상으로 하는 부생성물은 이러한 물질에 한정되지 않는다. 예를 들어, 배기부 내에 부착되는 부생성물이, O를 포함하는 염화암모늄(NH4ClOx)이나, 염화암모늄(NH4Cl) 등의 물질을 포함하는 경우에도, 상술한 제1 클리닝 처리를 상술한 빈도로 행함으로써, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 클리닝 처리에 있어서, 주로, 배기관(231e), 진공 펌프(246)를 클리닝하는 예에 대해서 설명했지만, 제1 클리닝 처리가 클리닝 대상으로 하는 부재는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 진공 펌프(246)의 하류측에 설치된 배기 덕트(도시하지 않은 제해 장치와 진공 펌프(246)를 접속하는 덕트) 내에 부착된 부생성물에 대해서도, 상술한 제1 클리닝 처리를 상술한 빈도로 행함으로써, 효율적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
기판 처리나 클리닝 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리나 클리닝 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 기판 처리나 클리닝 처리의 내용에 따라, 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 되고, 또한 처리실(201) 내나 배기부 내에 부착된 다양한 막을 포함하는 퇴적물에 따라, 적정한 클리닝 처리를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있으며, 이것들과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 대해서 설명한다.
실시예로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태의 성막 처리와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 복수매의 웨이퍼 상에 3 내지 10nm의 범위 내의 막 두께의 SiON막을 형성하였다. 성막 처리를 1 뱃치 실시할 때, 웨이퍼를 처리 용기 내로부터 반출하기 전에, 상술한 실시 형태의 제1 클리닝 처리와 마찬가지의 개시 타이밍, 처리 수순에 의해, 배기부 내를 클리닝하였다. 성막 처리 및 제1 클리닝 처리에서의 처리 조건은, 각각 상술한 실시 형태에서의 각각의 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다. 제1 클리닝 처리를 행할 때, 배기부에 설치한 FTIR 분석 장치를 사용하여, 배기부 내에 부착된 부생성물과, 배기부 내에 공급한 HF 가스의 반응 모습을 관측하였다.
도 6에, FTIR 분석 장치에 의한 관측 결과를 나타낸다. 도 6의 횡축은 관측 개시 후의 경과 시간(분)을, 도 6의 종축(좌측)은 배기부 내에서의 HF의 농도(ppm)를, 도 6의 종축(우측)은 부생성물과 HF 가스의 반응에 의해 발생한 SiF4의 배기부 내에서의 농도(ppm)를 각각 나타내고 있다.
도 6에 의하면, 배기부 내로의 HF 가스의 공급 개시 후, 부생성물과 HF 가스의 반응이 시작되고(SiF4의 농도가 상승하고), 그 반응은 4 내지 5분 정도 경과하면 수렴됨(SiF4의 농도가 저하되는)을 알 수 있다. 즉, 상술한 성막 처리를 1 뱃치 실시할 때마다 제1 클리닝 처리를 행한 경우, 배기부 내의 클리닝은 4 내지 5분 정도의 단시간에 완료됨을 알 수 있다. 즉, 제1 클리닝 처리를, 예를 들어 처리 용기 내의 대기압 복귀에 요하는 시간(예를 들어 30분 정도) 이내의 시간에 완료시킬 수 있음을 알 수 있다. 즉, 기판 처리의 총 소요 시간의 증가를 방지할 수 있어, 기판 처리의 생산성 저하를 회피하는 것이 가능하게 됨을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하고, 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부로부터 배기하여, 상기 기판을 처리하는 공정과,
    상기 배기관에 설치된 공급 포트로부터, 상기 배기관 내에 제1 클리닝 가스를 직접 공급함으로써, 상기 배기부 내를 클리닝하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 제2 클리닝 가스를 공급함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 포함하고,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도보다도 높게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌프를 교환하는 공정을 더 포함하고,
    상기 펌프를 교환하는 공정을 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도보다도 낮게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기관을 교환하는 공정을 더 포함하고,
    상기 배기관을 교환하는 공정을 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을 행하는 빈도보다도 낮게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펌프를 교환하는 공정과, 상기 배기관을 교환하는 공정을 더 포함하고,
    상기 배기관을 교환하는 공정을 행하는 빈도를, 상기 펌프를 교환하는 공정을 행하는 빈도 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 기판을 처리하는 공정을 1회 행할 때마다 행하고,
    상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을, 상기 기판을 처리하는 공정을 복수회 행할 때마다 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 기판의 처리가 종료된 후, 그 다음의 기판의 처리를 개시하기 전까지의 동안의 기간에 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 처리 용기 내에 기판을 수용한 상태에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 기판의 처리가 종료된 후, 상기 처리가 이루어진 상기 기판을 상기 처리 용기 내로부터 반출하기 전에 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기 내를 클리닝하는 공정을, 상기 기판의 처리가 종료된 후, 상기 처리가 이루어진 상기 기판을 상기 처리 용기 내로부터 반출한 후에 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 처리 용기의 상기 기판을 출납하는 개구부를 개방하지 않고 밀폐한 상태에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 공정을, 상기 배기관의 상기 공급 포트가 설치된 부분보다도 상류측에 설치된 배기 밸브를 완전 폐쇄로 한 상태에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클리닝 가스는, 불화수소 가스를 포함하고, 상기 제2 클리닝 가스는, 불소 가스, 불화염소 가스, 불화질소 가스, 또는 불화수소 가스를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 적어도 실리콘 및 산소를 포함하는 막을 상기 기판 상에 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 기판에 대한 처리가 행하여지는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 공급된 처리 가스를 배기하는 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부와,
    상기 배기관에 설치된 공급 포트로부터, 상기 배기관 내에 제1 클리닝 가스를 직접 공급하는 제1 클리닝 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 제2 클리닝 가스를 공급하는 제2 클리닝 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내의 기판에 대하여 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 배기부로부터 배기하여, 상기 기판을 처리하는 단계와, 상기 배기관에 설치된 상기 공급 포트로부터, 상기 배기관 내에 상기 제1 클리닝 가스를 직접 공급함으로써, 상기 배기부 내를 클리닝하는 단계와, 상기 처리 용기 내에 상기 제2 클리닝 가스를 공급함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 단계를 행하게 하고, 상기 배기부 내를 클리닝하는 단계를 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 단계를 행하는 빈도보다도 높게 하도록, 상기 처리 가스 공급계, 상기 배기부, 상기 제1 클리닝 가스 공급계 및 상기 제2 클리닝 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부,
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 기판에 대하여 처리 가스를 공급하고, 배기관 및 펌프를 포함하는 배기부로부터 배기하여, 상기 기판을 처리하는 단계와,
    상기 배기관에 설치된 공급 포트로부터, 상기 배기관 내에 제1 클리닝 가스를 직접 공급함으로써, 상기 배기부 내를 클리닝하는 단계와,
    상기 처리 용기 내에 제2 클리닝 가스를 공급함으로써, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 단계와,
    상기 배기부 내를 클리닝하는 단계를 행하는 빈도를, 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 단계를 행하는 빈도보다도 높게 하는 단계,
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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