KR20230045543A - 기판 처리를 행하는 장치, 가스 샤워 헤드, 및 기판 처리를 행하는 방법 - Google Patents

기판 처리를 행하는 장치, 가스 샤워 헤드, 및 기판 처리를 행하는 방법 Download PDF

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KR20230045543A
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히로카즈 우에다
나오키 우메시타
도시카즈 아키모토
히로키 마에하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 가스 샤워 헤드 내의 압력을 정확, 또한 신속히 측정하는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 처리를 행하는 장치에 있어서, 기판은 상기 처리 용기 내에 마련된 탑재대에 탑재되고, 탑재대에 대향하는 위치에 마련된 가스 샤워 헤드는, 그 내부의 가스 확산 공간 내에 확산된 상기 처리 가스를, 샤워 플레이트에 형성된 복수의 가스 공급 구멍을 통하여 처리 용기 내에 공급한다. 상기 가스 확산 공간에 상기 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부는, 처리 가스의 유량 조절부를 구비하고, 압력 센서부는, 상기 가스 확산 공간 내에 마련되고, 해당 가스 확산 공간 내의 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력한다. 그리고 제어부는, 상기 압력 신호를 통하여 상기 압력 센서부에서 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 상기 유량 조절부에 대해, 상기 처리 가스의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 출력한다.

Description

기판 처리를 행하는 장치, 가스 샤워 헤드, 및 기판 처리를 행하는 방법{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE, GAS SHOWER HEAD, AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 개시는, 기판 처리를 행하는 장치, 가스 샤워 헤드, 및 기판 처리를 행하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 기재한다)에 성막을 행하는 처리로서, CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나, ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다. 이들 성막에서는, 막 원료를 포함하는 원료 가스, 원료 가스의 산화나 환원을 행하는 반응 가스 등(이하, 이들을 통합하여 「성막 가스」라 한다)이 이용된다.
특허 문헌 1에는, 증기압이 낮은 원료 가스를 효율적으로 혼합하여 샤워 헤드에 공급함에 있어, 샤워 헤드에 압력계를 마련하여 압력을 측정하는 기술이 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 도면을 보면, 압력계는, 샤워 헤드의 외부에 마련되고, 관을 통하여 샤워 헤드에 접속되어 있다. 또 특허 문헌 2에 있어서도, 반도체 처리 기기에서 사용하기 위한 복수의 플레넘 용적부를 가지는 샤워 헤드에 대해서, 압력 센서를 접속해도 좋음이 기재되어 있다.
또, 성막 처리 이외에, 에칭 처리나 개질 처리 등에 있어서도, 가스 샤워 헤드를 이용한 처리 가스의 공급이 행해진다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 2002－252219호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개 2015－15466호 공보
본 개시는, 가스 샤워 헤드 내의 압력을 정확, 또한 신속히 측정하는 기술을 제공한다.
본 개시는, 처리 용기 내의 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 처리를 행하는 장치로서,
상기 처리 용기 내에 마련되고, 상기 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,
상기 탑재대에 대향하는 위치에 마련되고, 상기 처리 가스를 확산시키기 위한 가스 확산 공간과, 상기 가스 확산 공간 내에 확산된 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하기 위한 복수의 가스 공급 구멍이 형성된 샤워 플레이트를 가지는 가스 샤워 헤드와,
상기 가스 확산 공간에 상기 처리 가스를 공급하기 위해서 마련되고, 상기 처리 가스의 유량 조절부를 구비한 가스 공급부와,
상기 가스 확산 공간 내에 마련되고, 해당 가스 확산 공간 내의 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서부와,
상기 압력 신호를 통하여 상기 압력 센서부에서 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 상기 유량 조절부에 대해, 상기 처리 가스의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 장치이다.
본 개시에 의하면, 가스 샤워 헤드 내의 압력을 정확, 또한 신속히 측정할 수가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 가스 샤워 헤드의 확대 종단면도 및 가스의 공급 제어 기기의 구성도이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 가스 샤워 헤드의 횡단 평면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 압력 센서의 제 1 구성예이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 압력 센서의 제 2 구성예이다.
도 6은 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다
도 7은 ALD법에 따른 성막의 작용도이다.
＜성막 장치＞
기판 처리를 행하는 장치의 일 실시 형태로서, 기판인 웨이퍼 W에 대해서 기판 처리로서, 성막을 행하는 성막 장치(1)의 구성에 대해, 도 1~도 6을 참조하면서 설명한다. 이 성막 장치(1)는, 웨이퍼 W를 수용하여 처리를 행하는 처리 용기(11) 내에, 처리 가스로서, 성막 가스를 공급하고, 원자층 성장법(ALD)을 이용하여 막을 성막하도록 구성되어 있다.
ALD법에서는, 성막 가스인 원료 가스와 반응 가스를 교대로 복수 회 반복하여 공급하는 것에 의해 성막이 행해진다. 이하의 예에서는, 웨이퍼 W에 실리콘 산화(SiO2) 막을 형성하는 경우에 대해 설명한다.
SiO2막의 원료(전구체)를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들면 Si2Cl6, Si2H6, HCDS(헥사클로로디실란), TDMAS(트리디메틸아미노실란), BDEAS(비스티에틸아미노실란) 등의 가스를 예시할 수가 있다.
또, 원료와 반응하여 SiO2막을 얻기 위한 반응 가스로서는, 산소(O2) 가스나 오존(O3) 가스 등의 산화 가스를 예시할 수가 있다. 반응 가스, 예를 들면 O2 가스는, 플라스마화 되어 웨이퍼 W에 공급되고, 성막 장치(1)는 플라스마 ALD 장치로서 구성되어 있다.
또한, 반응 가스는, 산화막(상술의 예에서는 SiO2막)을 얻기 위한 산화 가스(O2 가스나 O3 가스)의 예로 한정되는 것은 아니다. 웨이퍼 W에 형성되는 막이나, 원료 가스와의 반응의 내용에 따라 매우 적합한 반응 가스가 선택된다. 예를 들면 실리콘의 질화물을 얻는 경우에는 질소(N2) 가스나 암모니아(NH3) 가스를 선택해도 좋다. 또, 반응 가스를 플라스마화하는 것은, 필수의 요건은 아니다. 예를 들면, 가열되어 있는 웨이퍼 W의 표면에서, 열 반응에 의해 성막을 행해도 좋다.
본 예의 처리 용기(11)는 대체로 평평한 원형으로 구성되고, 그 측벽에는, 웨이퍼의 반입 출구(12)와, 이 반입 출구(12)를 개폐하는 게이트 밸브(13)가 마련되어 있다. 반입 출구(12)보다 상부 측에는, 처리 용기(11)의 측벽의 일부를 이루는 배기 덕트(14)가 마련되어 있다. 배기 덕트(14)의 내주면에는, 둘레 방향을 따라 연장되는 슬릿 형상의 개구부(15)가 형성되어 있다. 개구부(15)는, 처리 용기(11)의 배기구를 구성한다. 배기 덕트(14)에는, 배기관(16)의 일단이 접속되고, 배기관(16)의 타단은 압력 조절 기구(171) 및 밸브(172)를 통하여, 진공 펌프로 이루어지는 배기 기구(17)에 접속되어 있다.
처리 용기(11) 내에는 웨이퍼 W를 수평으로 탑재하기 위한 원판 형상의 탑재대(31)가 마련되어 있다. 탑재대(31)의 내부에는, 웨이퍼 W를 가열하기 위한 히터와, 접지된 전극판을 매설할 수가 있다. 히터 및 전극판은 도시를 생략하고 있다.
탑재대(31)의 하면 측 중앙부에는, 처리 용기(11)의 저부를 관통하고, 상하 방향으로 연장되는 봉 형상의 지지 부재(34)의 상단이 접속되어 있다. 지지 부재(34)의 하단은 승강 기구(35)에 접속되어 있다. 이 승강 기구(35)에 의해, 탑재대(31)는, 도 1에 일점 쇄선으로 나타내는 하방 측의 위치와, 동 도면에 실선으로 나타내는 상방 측의 위치 사이를 승강 이동할 수가 있다. 하방 측의 위치는, 반입 출구(12)로부터 처리 용기(11) 내에 진입하는 웨이퍼 W의 반송 기구(도시하지 않음)와의 사이에서 해당 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 수수 위치이다. 또, 상방 측의 위치는, 웨이퍼 W에 대한 성막이 행해지는 처리 위치이다.
도 1 내의 부호 36은 플랜지, 37은 신축 자재인 벨로우즈를 나타내고 있다. 또 동 도면 내의 부호 38은 웨이퍼 W의 지지 핀을 나타내고, 지지 핀(38)은, 예를 들면 3개 마련되어 있다(도면 내에는 2개만 표시되어 있다). 또한 도 1 내의 부호 39는 지지 핀(38)을 승강시키는 승강 기구를 나타내고 있다. 탑재대(31)를 수수 위치에 위치시켰을 때, 탑재대(31)에 마련되는 관통공(19)을 통하여 지지 핀(38)을 승강시키면, 지지 핀(38)이 탑재대(31)의 상면으로부터 돌몰한다. 이 동작에 의해, 탑재대(31)와 반송 기구 사이에서 웨이퍼 W의 수수를 행할 수 있다.
＜가스 샤워 헤드＞
배기 덕트(14) 상에는, 탑재대(31)에 탑재된 웨이퍼 W와 대향하는 위치에 가스 샤워 헤드(4)가 마련되어 있다. 본 예에 있어서의 가스 샤워 헤드(4)는, 처리 용기(11)의 상면 측에 형성된 개구를 막도록 마련된 천판 부재(41)와, 천판 부재(41)의 하면 측에 마련된 샤워 플레이트(42)를 구비하고 있다. 샤워 플레이트(42)는, 원판 형상으로 형성되고, 탑재대(31)와 대향하도록 배치된다.
천판 부재(41)와 샤워 플레이트(42) 사이에는, 그 내부에 성막 가스를 확산시키기 위한 평평한 가스 확산 공간(43)이 형성되어 있다. 샤워 플레이트(42)에는, 다수의 가스 토출 구멍(45)이 분산하여 형성되고, 가스 확산 공간(43) 내에 확산된 처리 가스를 처리 용기(11) 내에 공급할 수가 있다.
도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예에서는, 샤워 플레이트(42)의 주연은, 천판 부재(41)의 하면으로부터 하방으로 돌출되는 고리 형상 돌기(44)로 지지되어 있다. 이 고리 형상 돌기(44)의 하단부는, 처리 위치에 배치된 탑재대(31)의 주연 측의 상면에 근접하는 위치까지 돌출되어 있다.
또한 도 2에 나타내는 바와 같이, 가스 샤워 헤드(4)의 가스 확산 공간(43)은, 격벽(46)에 의해 복수로 구획되고, 또한 서로 독립하여 가스 토출 구멍(45)으로부터 가스를 토출할 수 있는 복수의 구획 영역 Z1~Z3을 가지고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이 본 예의 가스 확산 공간(43)은, 탑재대(31)에 탑재된 웨이퍼 W의 지름 방향에 대응시켜, 격벽(46)에 의해, 동심원 형상으로 복수로 구획되어 있다.
즉, 탑재대(31) 측에서 보면, 샤워 플레이트(42)에 있어서의 다수의 가스 토출 구멍(45)의 배열 영역은, 상기 지름 방향을 향해 3개의 구획 영역(제 1 구획 영역 Z1, 제 2 구획 영역 Z2 및 제 3 구획 영역 Z3)으로 구획되어 있다. 바꾸어 말하면, 본 예의 가스 샤워 헤드(4)는, 복수의 가스 확산 공간(43)을 구비하고 있다.
이하의 설명에서는, 가스 샤워 헤드(4) 내의 서로 구획된 가스 확산 공간(43)에 대해서도 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3으로 부르기로 한다. 이들 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3은, 평면적으로 보아 원형의 샤워 플레이트(42)를 동심원 형상으로 분할하여 형성되어 있다. 따라서 각각의 평면 형상은, 제 1 구획 영역 Z1이 원형, 제 2 및 제 3 구획 영역 Z2, Z3이 원 고리 형상으로 되어 있다. 또한, 가스 확산 공간(43)은, 동심원 형상으로 구획하는 경우에 한정되지 않고, 타원이나 직사각형의 동심 형상으로 구획하여 이들 구획 영역 Z1~Z3을 형성해도 좋다.
＜압력 센서＞
상술의 구성을 구비하는 본 예의 가스 샤워 헤드(4)에 있어서, 구획 영역 Z1~Z3에는, 각각, 압력 센서(8)가 마련되어 있다. 본 예에서는, 가스 확산 공간(43)인 구획 영역 Z1~Z3의 내부에서 압력 측정을 행하는 소형의 압력 센서(8)를 채용하고 있는 점에 특징이 있다. 이 점, 각 구획 영역 Z1~Z3에 대해, 가스 샤워 헤드(4)의 외부에 마련된 압력계를, 접속 포트를 통하여 접속하는 종래의 압력 측정법과는 다르다.
도 2, 도 3에 나타내는 예에서는, 구획 영역 Z1~Z3을 형성하는 격벽(46)이나 고리 형상 돌기(44)의 벽면에 압력 센서(8)를 마련한 예를 나타내고 있다. 이 예 대신에, 구획 영역 Z1~Z3의 천정면을 이루는 천판 부재(41)의 저면에 압력 센서(8)를 마련하는 구성으로 해도 좋다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 예의 가스 샤워 헤드(4)에 있어서, 중앙의 원형의 제 1 구획 영역 Z1에는, 1개의 압력 센서(8)가 마련되어 있다. 또, 그 주위의 원 고리 형상의 제 2, 제 3 구획 영역 Z2, Z3에는, 각 원 고리의 중심으로부터 사방으로 연장되는 직선과, 격벽(46), 고리 형상 돌기(44)가 교차하는 위치에, 각각, 압력 센서(8)가 마련되어 있다. 즉, 제 2, 제 3 구획 영역 Z2, Z3에는, 4 개씩 압력 센서(8)가 마련되어 있다.
압력 센서(8)는, 구획 영역 Z1~Z3 내에 배치 가능한 것이면, 그 구성에 특단의 한정은 없다. 구획 영역 Z1~Z3 내에 배치하는 것이 가능한 압력 센서(8)로서는, 피라니 게이지(8a) 또는 다이어프램식의 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 압력 센서(이하, 「MEMS 센서」라고도 적는다)(8b)를 예시할 수가 있다.
도 4에 모식도를 나타내는 바와 같이, 피라니 게이지(8a)는, 선단부에 개구부(814)가 형성된 통 형상의 케이싱(813)의 축 방향을 따라, 백금 필라멘트(812)를 팽팽한 상태로 설치한 구성으로 되어 있다. 백금 필라멘트(812)는, 도전성의 금속으로 이루어지는 유지 부재(811)에 의해 유지되어 있다. 피라니 게이지(8a)에서는, 이 백금 필라멘트(812)에 전력을 공급하고, 가스 분자의 충돌에 따른 백금 필라멘트(812)의 온도 변화를, 저항치의 변화로서 검출한다. 따라서 피라니 게이지(8a)는, 가스 분자의 충돌 빈도에 대응하는 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을, 백금 필라멘트(812)의 저항치로서 검출할 수가 있다.
여기서 SiO2막의 전구체로서, 이미 기술한 Si2Cl6와 같이 할로겐 원자를 포함하는 성막 가스가 공급되는 경우에는, 백금 필라멘트(812)가 부식할 우려도 있다. 이러한 경우에는, 감도의 저하가 허용되는 범위에서, 백금 필라멘트(812)나 유지 부재(811)의 표면을 이트리아(Y2O3) 등의 산화물의 박막으로 코팅해도 좋다.
본 예의 피라니 게이지(8a)에 있어서, 케이싱(813) 기단부에는, 회로부(816)가 마련되어 있다. 회로부(816)에는, 백금 필라멘트(812)에 급전을 행하는 소형의 전지나, 백금 필라멘트(812)의 저항치를 검출하기 위한 회로, 검출된 저항치를 압력 신호로서 무선 통신에 의해 출력하는 발신 회로 등이 마련되어 있다. 또한, 무선 통신에 의해 압력 신호를 출력하는 것은, 필수의 구성은 아니고, 신호선을 통하여 압력 신호를 출력하는 구성을 채용해도 좋다. 또, 가스 확산 공간(43)의 외부에 마련한 전원으로부터 급전선을 통하여 급전하는 경우나 비접촉 전력 전송에 의해 급전하는 경우는 전지의 배치를 생략할 수가 있다.
피라니 게이지(8a)에 있어서는, 통전에 따라 백금 필라멘트(812)의 온도가 상승하기 때문에, 반응성이 높은 성막 가스를 이용하는 경우에는 주의가 필요하다. 단, 구획 영역 Z1~Z3 내는 수 Pa~수백 Pa정도의 진공 분위기로 유지되기 때문에, 피라니 게이지(8a)의 배치에 기인하여, 성막 가스의 급격한 반응이 진행하는 사상(事象)이 발생할 우려는 작다.
한편, 반응성이 높고, 보다 신중한 취급이 필요한 성막 가스를 이용하는 경우에는, 도 5에 나타내는 다이어프램식의 MEMS 센서(8b)를 이용하여 압력의 측정을 행해도 좋다.
도 5에 나타내는 MEMS 센서(8b)는, 예를 들면 글라스제의 기대부(821)의 상면에, 공동부(824)를 사이에 두고 다이어프램막(823)이 배치되는 실리콘 고무제의 다이어프램부(822)를 마련한 구성으로 되어 있다. 다이어프램막(823)에는, 변형 게이지(825)가 배치되어 있다. 예를 들면 변형 게이지(825)는, 변형에 따라 저항이 변화하는 피에조 저항 소자에 의해 구성된다. 이 구성에 의하면, 주위의 압력 변화에 따라 다이어프램막(823)이 변형하면, 변형 게이지(825)도 변형하고, 저항치의 변화로서 검출할 수가 있다.
본 예의 MEMS 센서(8b)에 있어서도, 부식성의 성막 가스로부터의 보호를 위해, 감도의 저하가 허용되는 범위에서, 다이어프램부(822)나 변형 게이지(825)의 표면을 Y2O3 등의 산화물의 박막으로 코팅해도 좋다.
변형 게이지(825)에는, 도전선(826)을 통하여 회로부(827)가 접속되어 있다. 회로부(827)는, 변형 게이지(825)에 급전을 행하는 소형의 전지나 변형 게이지(825)의 저항치를 검출하기 위한 회로, 검출된 저항치를 압력 신호로서 무선 통신에 의해 출력하는 발신 회로 등이 마련되어 있다. 본 예의 MEMS 센서(8b)에 있어서도, 무선 통신에 의해 압력 신호를 출력하는 것은, 필수의 구성은 아니고, 신호선을 통하여 압력 신호를 출력하는 구성을 채용해도 좋다. 또, 급전 방법에 대해서도, 가스 확산 공간(43)의 외부에 마련한 전원으로부터 급전선을 통하여 급전해도 좋고, 비접촉 전력 전송에 의해 급전해도 좋다. 이들 경우는, 회로부(827) 내의 전지의 배치를 생략할 수가 있다.
후술하는 플라스마 형성을 위해, 가스 샤워 헤드(4)에 대해서는 고주파 전력이 인가되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 피라니 게이지(8a)나 MEMS 센서(8b)의 회로부(816), (827)는, 전자기 실드(shield)를 사이에 두어 가스 샤워 헤드(4)에 인가되는 고주파로부터 차폐된 구조로 해도 좋다. 또, 플라스마 형성용의 고주파가 인가되고 있지 않은 타이밍에서 압력의 측정, 무선 통신에 의한 압력 신호의 출력을 행하도록 해도 좋다.
이외, 가스 샤워 헤드(4)에는 성막 가스의 가열용 히터가 마련되는 경우도 있다. 이 경우에는, 압력 센서(8)(피라니 게이지(8a)나 MEMS 센서(8b))는, 단열 부재를 사이에 두고 고리 형상 돌기(44)나 격벽(46)에 설치하는 구성으로 해도 좋다.
＜가스 공급부＞
가스 샤워 헤드(4)에는, 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부(50)와, 반응 가스인 O2 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(60)가 마련되어 있다. 원료 가스 공급부(50) 및 반응 가스 공급부(60)는, 본 예의 가스 공급부(7)를 구성하고 있다.
이들 원료 가스 공급부(50)나 반응 가스 공급부(60)로부터는, 각 구획 영역 Z1~Z3에 대해, 서로 독립하여 원료 가스 및 반응 가스를 공급할 수가 있다. 이 예에서는, 가스 샤워 헤드(4)의 천판 부재(41) 내에, 각 구획 영역 Z1~Z3에 대해서 원료 가스 및 반응 가스를 공급하기 위한 성막 가스 공급로(51), (52), (53)가 형성되어 있다. 또한 천판 부재(41) 내에는, 각 구획 영역 Z1~Z3 내의 퍼지를 행하는 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)가 형성되어 있다.
여기서 도 1, 도 2에 기재되어 있는 성막 가스 공급로(51), (52), (53), 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)의 배치 수는 예시이다. 실제로는 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3에는, 적당히 필요한 개수의 성막 가스 공급로(51), (52), (53) 및 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)가 마련된다. 또한, 도 3에는, 각 성막 가스 공급로(51), (52), (53), 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)의 배치 위치를 파선으로 표시하고 있다.
이들 성막 가스 공급로(51), (52), (53)에는, 가스 공급부(7)를 통하여 원료 가스(전구체의 가스)와 캐리어 가스, 반응 가스(O2 가스)와 캐리어 가스가 각각 공급된다.
도 2에 나타내는 바와 같이 가스 공급부(7)는, 원료 가스, 반응 가스나 캐리어 가스의 공급로, 밸브나, 유량 조절 기구 등을 구비하고 있다. 유량 조절 기구는, 예를 들면 매스 플로우 콘트롤러에 의해 구성된다.
즉, 성막 가스 공급로(51), (52), (53)는, 각각 원료 가스 공급로(541), (542), (543)를 통하여, 원료 가스(도 1, 도 2 내에, 「PE(Precursor of Example)」로 표시되어 있다.)의 공급원(54)에 접속된다. 원료 가스 공급로(541), (542), (543)에는, 각각 원료 가스 공급/정지 조작용의 밸브 V11, V12, V13, 유량 조절 기구 M11, M12, M13이 마련된다. 또한 성막 가스 공급로(51), (52), (53)는, 각각 원료 가스 공급로(541), (542), (543), 캐리어 가스 공급로(551)를 통하여, 캐리어 가스로서 공급되는 Ar 가스의 공급원(55)에도 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급로(551)에는, 캐리어 가스 공급/정지 조작용의 밸브 V21, V22, V23, 유량 조절 기구 M21, M22, M23이 각각 마련된다. 또한, 캐리어 가스로서 이용하는 가스는, Ar 가스의 예로 한정되는 것은 아니다. Ar, He, Ne, Kr, Xe 및 N2 등의 가스종으로부터 선택한 가스를 단독으로, 혹은 혼합하여 이용할 수가 있다.
이것들에 더하여 성막 가스 공급로(51), (52), (53)는, 각각 반응 가스 공급로(561), (562), (563)를 통하여, 반응 가스(O2 가스)의 공급원(56)에 접속된다. 반응 가스 공급로(561), (562), (563)에는, 각각 반응 가스의 공급/정지 조작용의 밸브 V31, V32, V33, 유량 조절 기구 M31, M32, M33이 마련된다. 또한 성막 가스 공급로(51), (52), (53)는, 각각 반응 가스 공급로(561), (562), (563), 캐리어 가스 공급로(552)를 통하여, 캐리어 가스로서 공급되는 Ar 가스의 공급원(55)에도 접속된다. 캐리어 가스 공급로(552)에는, 각각 캐리어 가스 공급/정지 조작용의 밸브 V41, V42, V43, 유량 조절 기구 M41, M42, M43이 마련된다.
이 예에서는, 성막 가스 공급로(51), (52), (53), 원료 가스 공급로(541), (542), (543), 밸브 V11, V12, V13, 유량 조절 기구 M11, M12, M13 및 원료 가스의 공급원(54)에 의해 원료 가스 공급부(50)가 구성된다. 또, 성막 가스 공급로(51), (52), (53), 반응 가스 공급로(561), (562), (563), 밸브 V31, V32, V33, 유량 조절 기구 M31, M32, M33, 반응 가스의 공급원(56)에 의해 반응 가스 공급부(60)가 구성된다.
퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)는, 예를 들면 도중에 Ar 가스의 공급로(553)에 합류하여, 밸브 V5, 매스 플로우 콘트롤러 M5를 통하여, 퍼지 가스로서 공급되는 Ar 가스의 공급원(55)에 각각 접속되어 있다. 각 밸브 및 유량 조절 기구는, 후술하는 제어부(10)에 의해 동작이 제어된다.
상술의 구성을 구비하는 가스 공급부(7)에서는, 원료 가스를 웨이퍼 W에 공급할 때에는, 원료 가스 공급용의 밸브 V11, V12, V13을 연다. 반응 가스를 웨이퍼 W에 공급할 때에는, 반응 가스 공급용의 밸브 V31, V32, V33을 연다. 캐리어 가스를 웨이퍼 W에 공급할 때에는, Ar 가스 공급용의 밸브 V21, V22, V23 또는 밸브 V41, V42, V43을 연다.
이 조작에 의해, 소정 량의 캐리어 가스에 의해 희석된 원료 가스 또는 반응 가스가, 원료 가스 공급로(541)~(543), 성막 가스 공급로(51)~(53)를 통하여 가스 확산 공간(43)의 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3에 각각 공급된다. 그리고, 샤워 플레이트(42)의 구획 영역 Z1~Z3에 각각 형성된 가스 토출 구멍(45)으로부터 각각 원료 가스 또는 반응 가스가 처리 공간(40)에 토출된다.
구획 영역 Z1~Z3으로부터 토출된 원료 가스 또는 반응 가스는, 샤워 플레이트(42)의 구획 영역 Z1~Z3에 대향하여 위치하는, 웨이퍼 W의 흡착 영역에 주로 공급된다. 즉, 웨이퍼 W의 면 내의 각 구획 영역 Z1~Z3과 대향하는 영역에, 지름 방향을 따라 동심 형상으로 복수의 흡착 영역이 형성된다.
이 때문에, 가스 샤워 헤드(4) 측의 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3의 사이에서, 단위 면적당의 원료 가스의 토출 유량을 다르게 하면, 웨이퍼 W가 W의 3개의 흡착 영역의 사이에서, 단위 면적당 공급되는 원료 가스의 유량(공급 유량)을 변화시킬 수가 있다. 또, 가스 샤워 헤드(4) 측의 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3의 사이에서, 원료 가스의 토출 시간을 다르게 하면, 웨이퍼 W 측의 3개의 흡착 영역의 사이에서, 원료 가스의 공급 시간을 변화시킬 수가 있다.
＜처리 공간 및 플라스마 형성 기구＞
도 1로 돌아와 설명을 계속한다. 샤워 플레이트(42)의 하면 및 고리 형상 돌기(44)와, 탑재대(31)의 상면에 의해 둘러싸인 공간은, 상기의 성막이 행해지는 처리 공간(40)을 이룬다. 또, 샤워 플레이트(42)는 탑재대(31) 내의 전극판(도시하지 않음)과 쌍으로 되어, 처리 공간(40)에 용량 결합 플라스마(CCP：Capacitively Coupled Plasma)를 형성하기 위한 전극판으로서 구성되어 있다.
샤워 플레이트(42)에는 도시하지 않는 정합기를 통하여 고주파 전원(47)이 접속되어 있다. 샤워 플레이트(42)를 통하여 처리 공간(40)에 공급된 가스에 대해서, 고주파 전원(47)으로부터의 고주파 전력이 공급되는 것으로, 상기의 CCP가 형성된다. 또한, 탑재대(31)의 전극판과 접지단 사이에는, 전극판에 바이어스 전력을 인가하기 위한 고주파 전원 또는 직류 전원을 마련해도 좋다. 또, 샤워 플레이트(42)를 대신하여 탑재대(31) 측의 전극판에 고주파 전원(47)을 접속하고, 샤워 플레이트(42)를 접지하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 플라스마를 이용하지 않고 성막을 행하는 경우에는, 고주파 전원(47)이나 바이어스 전원 등의 플라스마 형성 기구는, 설치를 생략할 수가 있다.
＜제어부＞
또 성막 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 마련되어 있다. 제어부(10)는, 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있다. 프로그램에는, 제어부(10)로부터 성막 장치(1)의 각부에 제어 신호를 보내고, 후술하는 성막을 실행하기 위한 명령(스텝)이 짜 넣어져 있다. 구체적으로는, 각 밸브의 개폐의 타이밍, 유량 조절 기구의 유량 설정치, 고주파 전원(47)의 온 오프의 타이밍, 히터에 의한 웨이퍼 W의 가열 온도 등이, 상기의 프로그램에 의해 제어된다. 이들 프로그램은, 예를 들면, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광학 자기 디스크) 또는 비휘발성 메모리 등을 구비한 기억부(101)에 저장되어 제어부(10)에 인스톨된다.
도 6은, 압력 센서(8)를 이용하여 구획 영역 Z1~Z3의 압력 제어를 행하는 기능에 관련되는 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 6에 있어서 가스 샤워 헤드(4)는, 그 일부를 선형(扇形)으로 자른 상태로 나타내고 있다. 또, 도시의 편의상, 가스 샤워 헤드(4)의 천판 부재(41) 내에 형성되어 있는 성막 가스 공급로(51), (52), (53), 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)에 대해서는, 이들의 가스 공급로에 접속된 배관에 대해서, 각 가스 공급로를 식별하는 부호를 부여하고 있다.
제어부(10)는, 기억부(101)에 기억된 레시피에 설정되어 있는 각 원료 가스, 반응 가스, 캐리어 가스, 및 퍼지 가스의 유량 설정치, 공급 시간을 파라미터로서 읽어낸다. 그리고, 파라미터 설정부(102)에 의해, 가스 공급부(7) 내의 각각의 유량 조절부(유량 조절 기구 M 및 밸브 V의 개폐 조작 기구)에 대해, 이들 파라미터를 설정한다.
또, 제어부(10)는, 수신부(80)를 통하여, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력 센서(8)로부터 출력된 압력 신호를 취득할 수가 있다. 그리고 각 압력 신호의 측정 위치에 있어서의 미리 설정된 압력 범위와 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 각 가스의 유량 설정치, 공급 시간을 보정하는 기능을 구비하고 있다. 이 관점에서, 제어부(10)는, 압력 센서(8)에서 취득한 압력 측정치에 근거하여, 각 유량 조절부(유량 조절 기구 M11~13, M21~M23, M31~M33, M41~M43, M5 및 밸브 V11~V13, V21~V23, V31~V33, V41~V43, V5의 개폐 조작 기구)에 대해, 각각의 처리 가스의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 기능을 구비하고 있다고 말할 수 있다.
＜성막 동작＞
계속하여, 상술의 성막 장치(1)를 이용하여 실시되는, 본 개시의 기판 처리를 행하는 방법의 일례에 대해, 도 7도 참조하면서 설명한다. 도 7 내에 나타내는 각 차트의 횡축은, 1 사이클 내의 시간의 경과를 나타내고, 종축은, 100% 레인지로 표현한, 각 유량 조절 기구(M11~M13, M31~M33, M21~M23, M41~M43, M5)의 유량 설정치이다. 단, 유량 조절 기구 M21~M23, M41~M43, M5의 유량 설정치에 대해서는, 모두 Ar 가스의 연속 공급을 행하는 예를 나타내고 있기 때문에, 1개의 차트에 집약하여 기재되어 있다.
외부의 진공 반송실에서 처리 대상의 웨이퍼 W가 반송되어 오면, 게이트 밸브(13)를 열고, 반입 출구(12)를 통하여, 웨이퍼 W를 유지한 반송 기구(도시하지 않음)를 처리 용기(11) 내에 진입시킨다. 그리고, 지지 핀(38)을 상승시키고, 수수 위치에서 대기하고 있는 탑재대(31)의 상방 측에서 웨이퍼 W를 수취한다. 그리고 나서, 처리 용기(11)로부터 반송 기구를 퇴출시키고, 지지 핀(38)을 강하시켜, 탑재대(31) 상에 웨이퍼 W를 탑재한다(기판을 탑재하는 공정).
그 다음에, 게이트 밸브(13)를 닫음과 함께, 탑재대(31)를 처리 위치까지 상승시킨다. 또, 처리 용기(11) 내의 압력 조절, 웨이퍼 W의 온도 조절을 행한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 각 구획 영역 Z1~Z3에는, 연속적으로, 퍼지 가스로서 Ar 가스가 공급되고 있고, 배기량을 조절하는 것에 의해, 처리 용기(11) 내의 압력 조절을 행할 수가 있다.
그 다음에, ALD법에 의해 웨이퍼 W에의 성막을 개시한다. ALD법에 따른 성막 시퀀스는, 도 7의 차트도를 참조하면서 설명한다. 도 7의 차트도는, 각 구획 영역 Z1~Z3에 있어서의, 처리 용기(11) 내로의 각종 가스의 공급/정지의 타이밍(즉 공급 시간) 및 유량 설정치를 나타내고 있다.
ALD법에 있어서 성막은, 원료 가스의 공급→퍼지 가스에 의한 원료 가스의 배출→반응 가스의 공급 및 플라스마 형성→퍼지 가스에 의한 반응 가스의 배출을 1 사이클로 하여, 해당 사이클을 복수 회 반복하는 것에 의해 실시된다. 도 7에는, 이 1 사이클 분의 성막 시퀀스가 나타나 있다.
가스 공급부(7)에 있어서는, 밸브 V21~V23, V41~V43을 열고, 공급원(55)으로부터, 가스 샤워 헤드(4)를 통하여, 처리 공간(40)에 Ar 가스를 연속적으로 공급하고 있다. 또, 밸브 V5를 열고, 각 퍼지 가스 공급로(61), (62), (63)를 통해서도 Ar 가스를 연속적으로 공급하고 있다. 계속하여, 밸브 V11~V13을 열고, 공급원(54)으로부터 원료 가스를 공급한다. 원료 가스는, Ar 가스를 캐리어 가스로 하여, 각 구획 영역 Z1~Z3에 흘러 든 후, 샤워 플레이트(42)의 가스 토출 구멍(45)를 통하여 처리 공간(40)에 토출된다. 이렇게 하여, 웨이퍼 W에 원료 가스를 공급하고, 웨이퍼 W의 표면에 전구체를 흡착시킨다(스텝 S11).
여기서, 가스 샤워 헤드(4)에 있어서는 가스 확산 공간(43)이 제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3으로 구획되고, 가스 공급부(7)에는, 각 구획 영역 Z1~Z3으로의 원료 가스의 공급량을 조절하는 유량 조절 기구 M11, M12, M13이 마련되어 있다. 이 구성에 의해, 웨이퍼 W로의 원료 가스의 공급 시간이나 공급 유량을, 각 구획 영역 Z1~Z3 간에서 다르게 할 수가 있다. 도 7에는, 구획 영역 Z1~Z3 간에서 원료 가스의 공급 개시의 타이밍이나 공급 유량을 다르게 한 예를 나타내고 있다.
이들 유량 조절에 의해, 구획 영역 Z1~Z3에 따라 형성되는, 복수의 흡착 영역에 대한 원료 가스의 흡착량을 독립해 조절할 수가 있다. 또한, 원료 가스의 공급/정지의 전환에 대해서도, 공급 유량이 제로보다 많은 상태(공급)와 제로 상태(정지)의 유량 조절을 행하고 있다고 말할 수 있다.
계속하여, 밸브 V11~V13을 닫고, 웨이퍼 W로의 원료 가스의 공급을 정지한다. 한편으로는 밸브 V21~V23, V41~V43, V5는 열린 상태로 Ar 가스의 공급은 계속하는 것에 의해, 처리 공간(40)에 잔류하고, 웨이퍼 W에 흡착되어 있지 않은 원료 가스를 Ar 가스에 의해 퍼지한다(스텝 S12). 이와 같이 원료 가스 공급부(50)는, 원료 가스의 공급 기간 중에 있어서는, 캐리어 가스인 Ar 가스와 원료 가스의 혼합 가스를 공급하고, 원료 가스의 공급을 정지하고 있는 기간 중에는 Ar 가스의 공급을 계속한다. 이것에 의해, 성막 가스 공급로(51)~(53), 원료 가스 공급로(541)~(543), 반응 가스 공급로(561)~(563)로의 원료 가스나 반응 가스의 역류가 방지된다.
그 다음에, 밸브 V31~V33을 열고, 반응 가스의 공급원(56)으로부터, 반응 가스를 공급한다. 반응 가스는, 캐리어 가스인 Ar 가스와 함께 각 구획 영역 Z1~Z3에 흘러 든 후, 샤워 플레이트(42)의 가스 토출 구멍(45)을 통하여 처리 공간(40)에 토출된다. 또, 반응 가스인 O2 가스의 공급 기간 중은, 고주파 전원(47)에서 샤워 플레이트(42)에 고주파 전력을 인가하여, O2 가스를 플라스마화한다. 이 플라스마에 의해, 웨이퍼 W에 흡착된 전구체가 산화되고, 반응 생성물로서 SiO2의 층이 형성된다(스텝 S13).
반응 가스의 공급 기간 중에 있어서도, 각 구획 영역 Z1~Z3으로의 반응 가스의 공급량을 조절하는 유량 조절 기구 M31, M32, M33이 마련되어 있다. 이 구성에 의해, 웨이퍼 W로의 반응 가스의 공급 시간이나 공급 유량을, 각 구획 영역 Z1~Z3 간에서 다르게 할 수가 있다. 도 7에는, 구획 영역 Z1~Z3 간에서 반응 가스의 공급 개시의 타이밍이나 공급 유량을 다르게 한 예를 나타내고 있다.
이러한 유량 조절에 의해, 구획 영역 Z1~Z3에 따라 형성되는, 복수의 흡착 영역에 공급되는 반응 가스 유량을 독립하여 조절할 수가 있다.
그리고 나서, 샤워 플레이트(42)로의 고주파 전력의 인가를 정지함과 함께, 밸브 V31~V33을 닫고, 처리 공간(40)에 있어서의 플라스마의 형성 및 반응 가스의 공급을 정지한다. 한편으로는 밸브 V21~V23, V41~V43, V5는 열린 상태로 Ar 가스의 공급은 계속하는 것에 의해, 처리 공간(40)에 잔류하고 있는 반응 가스나 플라스마의 활성종을 Ar 가스에 의해 퍼지한다(스텝 S14). 이와 같이, 반응 가스 공급부(60)는, 반응 가스의 공급 기간 중에 있어서는, 캐리어 가스인 Ar 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 공급하고, 반응 가스의 공급을 정지하고 있는 기간 중에는 Ar 가스의 공급을 계속한다. 이것에 의해, 성막 가스 공급로(51)~(53), 원료 가스 공급로(541)~(543), 반응 가스 공급로(561)~(563)로의 전구체나 반응 가스의 역류가 방지된다.
이상에 설명한 성막 시퀀스를 미리 설정된 횟수 반복하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 소망한 두께의 막(본 예에서는 SiO2막)을 형성할 수가 있다(처리 가스를 처리 용기(11) 내에 공급하는 공정). 또, 복수의 구획 영역 Z1~Z3 간에서, 서로 독립하여 원료 가스나 반응 가스의 공급 시간이나 공급 유량을 조절하는 것에 의해, 웨이퍼 W에 성막되는 막의 막 두께 분포를 조절할 수도 있다.
이상에 설명한 예에 있어서, 가스 공급부(7)를 이용하여 제어할 수가 있는 것은, 각 구획 영역 Z1~Z3의 상류 측에 마련된 유량 조절 기구 M11, M12, M13, M31, M32, M33의 유량 설정치나, 원료 가스나 반응 가스의 공급 시간이다.
이때, 각 구획 영역 Z1~Z3으로부터, 웨이퍼 W 측의 각 흡착 영역에 대해, 소망한 막 두께 분포를 얻기 위해서 필요한 성막 가스, 퍼지 가스의 공급 유량이 확보되어 있는 것은, 사전의 실험이나 유체 시뮬레이션 등에 의해 확인할 수 있다. 그렇지만, 실제의 성막 장치(1)의 운전에 있어서는, 필요에 따라서 처리 용기(11) 내의 압력을 조절하는 등, 가스의 공급 유량에 영향을 미치는 다른 파라미터를 조절해야 하는 경우도 있다. 이때, 이들 다른 파라미터의 변경의 가능성을 모두 예측하고, 사전의 실험이나 시뮬레이션을 행하여 가스 공급부(7)에 있어서의 각 가스의 유량 설정치나 공급 시간을 망라적으로 특정하는 것은 현실적이지 않다.
또, 출원인이 개발하고 있는 ALD법에 따른 성막에서는, 예를 들면 1초 이하, 보다 엄격한 조건 하에서는, 0.2~0.5초 정도의 간격으로, 도 7에 나타내는 스텝 S11~S14를 전환하는 것이 요구되는 경우가 있다. 이와 같이 지극히 짧은 간격으로 전환이 행해지는 경우에는, 각 스텝에 있어서의 가스의 흐름이 정상 상태에 이르기 전에 다음의 스텝이 개시되어 버린다. 이러한 비정상인 상태는, 사전의 실험이나 시뮬레이션에 의한, 정확한 유량의 특정이 곤란해지는 경우도 있다.
그래서 본 예의 성막 장치(1)는, 도 1~도 6을 이용하여 설명한 바와 같이, 각 구획 영역 Z1~Z3의 내부에서 압력 측정을 행하는 소형의 압력 센서(8)를 구비하고 있다. 이들 압력 센서(8)는 각 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을 측정하고, 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력한다(압력 신호를 출력하는 공정). 예를 들면 제어부(10)는, 이 압력 측정 결과에 근거하여, 가스 공급부(7)에 대해서 설정한 유량 설정치, 공급 시간에 근거하는 동작에 의해, 각 구획 영역 Z1~Z3 내가 이들 파라미터의 설정의 전제가 된 압력 범위 내의 압력이 되어 있는지 아닌지를 판단할 수가 있다.
그리고, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력이, 미리 설정된 압력 범위를 벗어나 있는 경우에는, 그 때에 웨이퍼 W 측의 흡착 영역을 향하여 공급되고 있는 가스의 공급 유량이, 파라미터 설정 시에 상정한 공급 유량으로부터 어긋나 있다고 파악할 수가 있다. 그래서, 제어부(10)는, 파라미터 설정부(102)를 통하여, 상기 압력 범위로부터 어긋난 상태로 되어 있는 가스의 공급에 관련되는 파라미터에 대해, 유량 설정치나 공급 시간의 보정을 행한다(처리 가스의 유량을 조절하는 공정). 이 보정에 의해, 웨이퍼 W의 흡착 영역에 대해서 공급되는 실제의 가스의 유량을, 소망한 막 두께 분포를 얻기 위한 공급 유량에 근접시킬 수가 있다.
도 7의 예에 근거하여 구체적인 예를 열거하면, 예를 들면 스텝 S11의 기간에서는, 제 2 구획 영역 Z2에 마련되어 있는 압력 센서(8)에서 측정된 압력이, 미리 설정된 압력 범위보다 높았다고 한다. 이 경우에는, 다음의 사이클이나, 다음의 웨이퍼 W의 처리 시에, 원료 가스의 공급을 개시하는 타이밍을 뒤로 늦추어서, 원료 가스가 공급되는 시간을 짧게 해도 좋다. 또, 압력 측정을 행한 스텝 S11 내에서 제어를 완결시키는 리얼타임 제어를 행하는 경우에는, 원료 가스의 공급을 정지하는 타이밍을 앞당겨서 원료 가스의 공급 시간을 짧게 할 수도 있다. 이외, 제 2 구획 영역 Z2를 향해 공급되는 원료 가스의 유량 조절 기구 M12의 유량 설정값을 낮추어, 원료 가스의 공급 유량을 저감해도 좋다. 유량 조절 기구 M12의 유량 설정치의 조절에 대해서도, 다음의 사이클이나, 다음의 웨이퍼 W의 처리 시에 실시해도 좋고, 스텝 S11 내에서 압력 측정을 실시하면서 유량 설정치를 변경해도 좋다.
다음의 예로서, 예를 들면 스텝 S12의 기간에 있어서, 제 3 구획 영역 Z3에 마련되어 있는 압력 센서(8)에서 측정된 압력이, 미리 설정된 압력 범위보다 낮았다고 한다. 이 경우에는, 다음의 사이클이나, 다음의 웨이퍼 W의 처리 시에, 스텝 S12의 기간 중, 제 3 구획 영역 Z3에 캐리어 가스로서 공급되고 있는 Ar 가스의 공급 유량을 증가시켜, 퍼지 가스 공급량을 보충해도 좋다. 또는, 스텝 S12 내에서 압력 측정을 행하면서 Ar 가스의 유량 설정치를 증가시켜도 좋다.
이와 같이, 압력 센서(8)를 이용하여 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을 측정하는 것에 의해, 성막 가스나 퍼지 가스에 대한 공급 제어를, 보다 정확하게 실시할 수가 있다.
상술의 스텝 S11~S14를 미리 설정된 횟수 반복하면, 탑재대(31)를 하강시켜, 반입 시와는 반대의 순서로, 처리 용기(11)로부터의 웨이퍼 W의 반출을 행하고, 해당 웨이퍼 W에 대한 성막을 종료한다.
이상으로 설명한 실시의 형태에 따른 성막 장치(1)에 의하면 이하의 효과가 있다. 가스 샤워 헤드(4)의 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을 신속히 측정할 수가 있다. 즉, 해당 가스 샤워 헤드(4)에는, 압력 센서(8)의 센싱 부위(피라니 게이지(8a)의 백금 필라멘트(812), MEMS 센서(8b)의 다이어프램막(823)이나 변형 게이지(825))가, 각 구획 영역 Z1~Z3의 내부에 마련되어 있다. 이 구성에 의해, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을, 그 자리에서, 보다 직접적으로 측정하는 것이 가능해지고, 정확, 또한 신속한 압력 측정을 행할 수가 있다.
여기서, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을 측정하는 수법으로서는, 가스 샤워 헤드(4)의 외부에 배치된 압력계를, 접속 포트를 통하여 구획 영역 Z1~Z3 내와 접속하는 수법이 생각된다. 그렇지만 이미 기술한 바와 같이, 각 구획 영역 Z1~Z3에 공급되는 가스가 1초 이하의 짧은 시간에 차례차례로 전환하는 경우에는, 접속 포트를 통하여 접속된 외부의 압력계에서는, 응답이 늦어져 버린다. 이 결과, 각 스텝 S11~S14 내에 있어서의 압력의 변화를 식별 가능한 압력 측정치의 해상도가 얻어 지지 않을 우려가 있다.
이 점, 구획 영역 Z1~Z3에 대응하는 가스 확산 공간(43) 내에 마련되는 압력 센서(8)는, 접속 포트를 통하지 않고, 직접, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력을 측정하므로, 해당 압력을 신속하고 정확하게 측정할 수가 있다. 이 결과, ALD법에 따른 성막 시의 단시간에서의 가스의 전환에도 대응하여, 보다 정확한 가스의 공급 제어에 활용할 수가 있다.
＜바리에이션＞
도 1~도 3에 나타내는 예에서는, 복수의 가스 확산 공간(43)(제 1~제 3 구획 영역 Z1~Z3)을 구비하고, 이들 구획 영역 Z1~Z3에 각각, 1개 또는 복수의 압력 센서(8)를 마련하는 구성에 대해 설명했다. 이때, 복수 마련되고 있는 가스 확산 공간(43)의 모두에 1개 또는 복수의 압력 센서(8)를 마련하는 것은 필수의 요건은 아니다. 필요에 따라서, 복수 마련되어 있는 것 중 일부의 가스 확산 공간(43)에 대해, 1개 또는 복수의 압력 센서(8)를 마련해도 좋다.
또, 성막 장치(1)(가스 샤워 헤드(4))에 마련되어 있는 가스 확산 공간(43)의 수는, 복수로 한정되지 않는다. 예를 들면 가스 샤워 헤드(4)에 대해서 1개만 형성된 가스 확산 공간(43) 내에, 1개 또는 복수의 압력 센서(8)를 배치하여, 압력 측정치를 측정한 결과에 근거하여, 성막 가스나 퍼지 가스의 공급 제어를 행해도 좋다.
또, 제어부(10)가 압력 센서(8)로부터 가스 확산 공간(43) 내의 압력 측정치를 취득한 결과에 근거하여 성막 가스, 퍼지 가스의 유량을 조절하는 수법은, 파라미터 설정부(102)를 이용한 파라미터(유량 설정치, 공급 시간)의 보정으로 한정되지 않는다. 예를 들면 Ar 가스의 공급로(553) 측에 유량 조절 밸브를 마련하고, 구획 영역 Z1~Z3 내의 압력이 미리 설정된 압력 범위로 유지되도록, Ar 가스의 유량을 연속적으로 조절해도 좋다.
이외, 성막 장치(1)를 이용하여 성막을 행하는 수법은, 도 7을 이용하여 설명한 ALD법으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 원료 가스를 단독으로 연속적으로 공급하거나, 또는 원료 가스와 반응 가스를 병행해 연속적으로 공급하여 CVD법에 의해 성막을 행하는 성막 장치(1)의 가스 확산 공간(43)에 대해서 압력 센서(8)를 마련해도 좋다.
그리고 가스 확산 공간(43) 내에 압력 센서(8)가 마련된 가스 샤워 헤드(4)는, 웨이퍼 W에의 성막을 행하는 성막 장치(1)에 적용하는 경우로 한정되지 않는다. 웨이퍼 W에 대해서 에칭 가스를 공급하여, 웨이퍼 W에 형성된 막의 에칭을 행하는 에칭 처리 장치나, 개질 가스에 의해, 웨이퍼 W 상의 물질의 개질을 행하는 개질 처리를 행하는 개질 장치의 처리 용기(11) 내에 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드(4) 내에 압력 센서(8)를 마련해도 좋다. 이러한 경우, 에칭 가스나 개질 가스는, 각각, 본 개시의 처리 가스에 상당한다.
특히 에칭 처리를 행하는 장치에는, 대상 막의 원자층을 일층씩 에칭하는 ALE(Atomic Layer Etching)를 실시하는 ALE 장치가 있다. ALE 장치는, 웨이퍼의 최표면의 원자층에만 작용하는 수식 가스를 공급하고, 화학 수식을 행하는 공정과, 화학 수식된 부분만을 제거하는 에칭을 행하는 공정을 교대로 반복 실시한다. ALE에 있어서의 수식 가스나 에칭 가스의 공급은, ALD법에 따른 성막과 마찬가지로, 단시간에 고정밀도의 유량 조절이 필요하다. 그래서, 이들 수식 가스나 에칭 가스를 처리 가스로서 공급하는 가스 샤워 헤드(4) 내에 압력 센서(8)를 마련하여 압력 측정을 행하고, 그 결과에 근거하여 공급 유량을 조절하는 구성은, 특히 매우 적합한 실시 형태 중 하나이다.
또한, 가스 확산 공간(43) 내에 압력 센서(8)를 마련하는 수법은, 웨이퍼 W의 처리 시 이외에도 활용할 수가 있다. 예를 들면 가스 샤워 헤드(4)의 개발에 즈음해, 기초 데이터로서 가스 확산 공간(43) 내의 압력을 측정할 때에, 해당 가스 확산 공간(43) 내에 압력 센서(8)를 마련해도 좋다. 가스 확산 공간(43)의 용적이나, 샤워 플레이트(42)에 형성되는 가스 토출 구멍(45)의 수나 배치의 케이스 스타디를 행함에 있어서도, 가스 확산 공간(43) 내에서 측정한 압력을 이용하는 것에 의해, 정확한 현상 파악을 행할 수가 있다.
이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고, 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
W 웨이퍼
1 성막 장치
10 제어부
11 처리 용기
31 탑재대
4 가스 샤워 헤드
43 가스 확산 공간
7 공급 제어 기기
8 압력 센서

Claims (14)

  1. 처리 용기 내의 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 처리를 행하는 장치로서,
    상기 처리 용기 내에 마련되고, 상기 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,
    상기 탑재대에 대향하는 위치에 마련되고, 상기 처리 가스를 확산시키기 위한 가스 확산 공간과, 상기 가스 확산 공간 내에 확산된 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하기 위한 복수의 가스 공급 구멍이 형성된 샤워 플레이트를 가지는 가스 샤워 헤드와,
    상기 가스 확산 공간에 상기 처리 가스를 공급하기 위해서 마련되고, 상기 처리 가스의 유량 조절부를 구비한 가스 공급부와,
    상기 가스 확산 공간 내에 마련되고, 해당 가스 확산 공간 내의 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서부와,
    상기 압력 신호를 통하여 상기 압력 센서부에서 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 상기 유량 조절부에 대해, 상기 처리 가스의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 샤워 헤드는, 서로 구획된 복수의 상기 가스 확산 공간을 구비하고,
    상기 압력 센서부는, 복수의 상기 가스 확산 공간에 각각, 마련되고,
    상기 가스 공급부는, 복수의 상기 가스 확산 공간에 대해서 공급되는 상기 처리 가스에 대해, 각각, 유량 조절을 행하는 복수의 상기 유량 조절부를 구비하고,
    상기 제어부는, 복수의 상기 압력 센서부로부터 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 각각의 상기 압력 센서부가 마련된 상기 가스 확산 공간에 공급되는 상기 처리 가스의 유량 조절을 행하는 유량 조절부에 대해, 상기 제어 신호를 출력하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 처리 가스로서, 상기 기판에 성막을 행하기 위한 성막 가스를 공급하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 성막 가스로서, 상기 기판에 성막되는 막의 원료를 포함하는 원료 가스와, 상기 원료와 반응하여 상기 막을 얻기 위한 반응 가스를 전환하여 반복 공급하고, 또한 상기 전환을 행함에 있어, 각각, 상기 원료 가스 또는 상기 반응 가스의 공급을 정지한 후에, 상기 가스 확산 공간 내의 퍼지를 행하는 퍼지 가스를 공급하도록 구성된 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서부는, 무선 통신 기능을 구비하고, 무선 통신에 의해, 상기 압력 신호를 출력하는 장치.
  6. 기판 처리가 행해지는 기판에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드로서,
    외부로부터 공급된 상기 처리 가스를 확산시키기 위한 가스 확산 공간과, 상기 가스 확산 공간 내에 확산된 상기 처리 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 공급 구멍이 형성된 샤워 플레이트와,
    상기 가스 확산 공간 내에 마련되고, 해당 가스 확산 공간 내의 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서부를 구비한 가스 샤워 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 샤워 헤드는, 서로 구획된 복수의 상기 가스 확산 공간을 구비하고,
    상기 압력 센서부는, 상기 복수의 상기 가스 확산 공간에 각각, 마련되어 있는 가스 샤워 헤드.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 센서부는, 피라니 게이지, 또는, 다이어프램식의 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 압력 센서에 의해 구성되는 가스 샤워 헤드.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서부는, 무선 통신 기능을 구비하고, 무선 통신에 의해, 상기 압력 신호를 출력하는 가스 샤워 헤드.
  10. 처리 용기 내의 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 처리를 행하는 방법으로서,
    상기 처리 용기 내에 상기 기판을 반입하고, 해당 처리 용기 내에 마련된 탑재대에 상기 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 탑재대에 대향하는 위치에 마련되고, 가스 확산 공간과, 복수의 가스 공급 구멍이 형성된 샤워 플레이트를 가지는 가스 샤워 헤드를 이용하여, 상기 가스 확산 공간에 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 가스 확산 공간 내에 확산된 상기 처리 가스를, 상기 샤워 플레이트를 통하여 상기 처리 용기 내에 공급하는 공정과,
    상기 가스 확산 공간 내에 마련된 압력 센서부에 의해, 해당 가스 확산 공간 내의 압력 측정치에 대응하는 압력 신호를 출력하는 공정과,
    상기 압력 신호를 통하여 상기 압력 센서부에서 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 상기 가스 확산 공간에 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 조절하는 공정을 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 샤워 헤드는, 서로 구획된 복수의 상기 가스 확산 공간을 구비하고,
    상기 압력 센서부는, 복수의 상기 가스 확산 공간에 각각, 마련되고,
    상기 처리 가스의 유량을 조절하는 공정에서는, 복수의 상기 압력 센서부로부터 취득한 상기 압력 측정치에 근거하여, 각각의 압력 센서부가 마련되어 있는 상기 가스 확산 공간에 공급되는 처리 가스의 유량 조절을 행하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, 상기 기판에 성막을 행하기 위한 성막 가스인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 처리 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 성막 가스로서, 상기 기판에 성막되는 막의 원료를 포함하는 원료 가스와, 상기 원료와 반응하여 상기 막을 얻기 위한 반응 가스를 전환하여 반복 공급하고, 또한 상기 전환을 행함에 있어, 각각, 상기 원료 가스 또는 상기 반응 가스의 공급을 정지한 후에, 상기 가스 확산 공간 내의 퍼지를 행하는 퍼지 가스를 공급하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서부는, 무선 통신 기능을 구비하고, 무선 통신에 의해, 상기 압력 신호를 출력하는 공정을 실시하는 방법.
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