KR100980533B1 - 처리 용기의 대기 개방 방법 및 기억 매체 - Google Patents
처리 용기의 대기 개방 방법 및 기억 매체 Download PDFInfo
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Abstract
처리 용기 내에 금속 불화물로 이루어지는 부생성물이 형성된 경우라 하더라도 HF 등의 유독한 가스를 거의 발생시키지 않고 처리 용기를 대기 개방할 수 있는 처리 용기의 대기 개방 방법을 제공하는 것.
그 속에서 소정의 처리를 행하여 금속 불화물이 부착된 처리 용기를 대기 개방하는 처리 용기의 대기 개방 방법으로서, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고, 금속 불화물과 대기중의 수분을 반응시키기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 복수회 반복하고, 그 후, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고 배기하여, 주로 상기 제1 조작에 의해 생성한 반응 생성물을 배출하는 제2 조작을 복수회 반복한다.
Description
본 발명은 성막 장치 등의 가스 처리 장치에서의 처리 용기 내에 불소계의 부생성물이 부착되어 있는 경우의 처리 용기의 대기 개방 방법 및 이러한 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기억한 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는 W막 등의 금속막을 형성하기 위하여 CVD 성막 장치가 이용되고 있다. W막의 CVD 성막에 있어서는, 성막 가스인 WF6 가스와 환원 가스인 H2 가스를 이용하여 가열한 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라고 기재함) 상에서 이들을 반응시킴으로써 W막을 성막하고 있다.
이러한 CVD 성막 장치에서는, 성막 처리 시에 처리 용기의 벽 부분에 부생성물이 부착되고, 이러한 반응 부생성물을 방치해 두면 박리되어 파티클의 원인이 되므로, 소정 수의 웨이퍼의 성막 처리를 행한 후, 처리 용기 내에 세정 가스로서 ClF3 가스를 도입하여 세정을 행하고, 그 후, N2 가스로 처리 용기 내를 복수회 퍼지하는 사이클 퍼지를 행하여 대기 개방하도록 하고 있다.
그러나, 처리할 웨이퍼가 Ti막이나 TiN막이 형성된 것인 경우, 처리 용기 내의 F(불소)와 Ti가 반응하여 대량의 TiFx 등의 부생성물이 처리 용기의 벽 부분에 부착되며, ClF3 세정후에도 잔존한다.
이러한 TiFx 등의 부생성물이 부착된 상태에서 처리 용기를 대기 개방하면, TiFx와 공기중의 수분이 반응하여 유독한 HF 가스가 발생할 우려가 있다.
불소계의 반응 생성물의 부착이나 잔류 가스가 존재하는 처리 용기를 유독한 HF를 발생시키지 않고 대기 개방하기 위하여, 특허 문헌 1에서는, 처리 용기의 개방 전에 챔버 내의 부생성물이나 잔류 가스와 반응하는 기체, 예컨대 수분을 포함한 가스나 공기, 수소 등을 도입하는 것이 제안된 바 있다.
그러나, 특허 문헌 1의 기술은 건식 식각시에 발생하는 반응 생성물을 제거하는 것이며, CVD 성막시에 TiFx가 부생성물로서 발생한 챔버의 경우에는 특허 문헌 1과 같이 단순히 공기 등을 도입하여도 반드시 충분히 부생성물을 제거할 수 없어 충분하지 않다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2004-111811호 공보
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 처리 용기 내에 금속 불화물로 이루어지는 부생성물이 형성된 경우라 하더라도 HF 등의 유독한 가스를 거의 발생시키지 않고 처리 용기를 대기 개방할 수 있는 처리 용기의 대기 개방 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이러한 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기억한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 관점에서는, 그 속에서 소정의 처리를 행하여 금속 불화물이 부착된 처리 용기를 대기 개방하는 처리 용기의 대기 개방 방법으로서, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고, 금속 불화물과 대기중의 수분을 반응시키기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 복수회 반복하고, 그 후, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고 배기하여, 주로 상기 제1 조작에 의해 생성한 반응 생성물을 배출하는 제2 조작을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법을 제공한다.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 제1 조작은 상기 유지 시간은 5분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5∼20분으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 제1 조작은 2∼10회 반복하는 것이 바람직하다.
상기 제2 조작은 대기를 도입한 상태에서 유지하는 시간을 1∼5분으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 조작은 20회 이상 반복하는 것이 바람직하다.
상기 제1 관점의 대기 개방 방법은, 상기 처리는 CVD 성막 처리이고, 상기 금속 불화물은 TiFx인 경우에 적합하다.
본 발명의 제2 관점에서는, 그 속에서 CVD 처리를 행하여 TiFx가 부착된 처리 용기를 대기 개방하는 처리 용기의 대기 개방 방법으로서, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고, TiFx와 대기중의 수분을 반응시켜 HF를 생성하기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 5회 이상 반복하고, 그 후, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고 배기하여, 주로 상기 제1 조작에 의해 생성한 HF를 배출하는 제2 조작을 25회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법을 제공한다.
상기 제2 관점에 있어서, 상기 제1 조작은 상기 유지 시간을 5분 이상으로 하고, 상기 제2 조작은 대기를 도입한 상태에서 유지하는 시간을 1∼5분으로 하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 관점에 있어서, 상기 제1 조작에 앞서 상기 처리 용기를 불활성 가스에 의해 퍼지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 관점에서는, 컴퓨터 상에서 동작하고, 처리 장치를 제어하는 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은, 실행시에, 상기 제1 관점 및 제2 관점 중 어느 하나의 방법이 수행되도록 컴퓨터로 하여금 상기 처리 장치를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 소정의 처리를 행한 후, 부생성물로서 금속 불화물이 부착된 처리 용기에 대하여 대기를 도입하고, 금속 불화물과 대기중의 수분을 반응시키기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 복수회 반복함으로써 금속 불화물과 수분과의 반응을 충분히 발생시키고, 그 후 대기 도입과 배기를 행하여 생성한 반응 생성물을 배출하는 제2 조작을 복수회 반복함으로써 처리 용기 내에서 금속 불화물과 수분과의 반응을 거의 완전히 수행시킬 수 있고, 그 후 대기 개방할 때 HF 등의 유독한 가스를 거의 발생시키지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 대기 개방 방법의 실시에 사용하는 CVD 성막 장치의 개략 단면이다. 이 CVD 성막 장치(100)는, H2 가스 및 WF6 가스를 이용하여 피 처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)(이하, 단순히 웨이퍼(W)라고 기재함.) 상에 텅스텐(W) 막을 성막하는 것이다.
CVD 성막 장치(100)는 본체(1)를 가지고 있으며, 이 본체(1)의 하부에는 램프 유닛(85)이 설치되어 있다. 본체(1)의 상부에는 후술하는 샤워 헤드(22)를 지지하는 리드(3)가 개폐 가능하게 설치되어 있다.
본체(1)는 예컨대 알루미늄 등에 의해 바닥 있는 원통형으로 형성된 처리 용기(2)를 가지고 있다. 처리 용기(2) 내에는 원통형의 실드 베이스(8)가 처리 용 기(2)의 바닥부로부터 세워져서 설치되어 있다. 실드 베이스(8) 상부의 개구에는 환형의 베이스 링(7)이 배치되어 있고, 베이스 링(7)의 내주측에는 환형의 어태치먼트(6)가 지지되고, 어태치먼트(6)의 내주측 에지부에 돌출하는 돌기부(도시하지 않음)에 지지되어 웨이퍼(W)를 올려놓는 올림대(5)가 설치되어 있다. 실드 베이스(8)의 외측에는 배플 플레이트(9)가 설치되어 있다. 또한, 전술한 리드(3)는 처리 용기(2) 상부의 개구 부분에 설치되어 있으며, 이 리드(3)의 올림대(5) 상에 올려진 웨이퍼(W)와 대향하는 위치에 샤워 헤드(22)가 설치되어 있다. 리드(3)와 처리 용기(2)는 힌지부(25)에 의해 연결되어 있으며, 이 힌지부(25)에 의해 리드(3)가 개폐 가능하게 되어 있다. 그리고, 처리 용기(2)를 대기 개방할 때에는 리드(3)가 열린 상태로 된다.
올림대(5), 어태치먼트(6), 베이스 링(7) 및 실드 베이스(8)로 에워싸인 공간 내에는 원통형의 리플렉터(4)가 처리 용기(2)의 바닥부로부터 세워져서 설치되어 있으며, 이 리플렉터(4)에는 예컨대 3곳에 슬릿부가 형성되고(도 1에는 이 중 한 곳만 도시.), 이 슬릿부와 대응한 위치에 웨이퍼(W)를 올림대(5)로부터 들어올리기 위한 리프트 핀(12)이 각각 승강 가능하게 배치되어 있다. 리프트 핀(12)은 리플렉터(4)의 외측에 설치된 원환형의 유지 부재(13) 및 조인트(14)를 통하여 밀어올림봉(15)에 지지되어 있고, 밀어올림봉(15)은 액추에이터(16)에 연결되어 있다. 이 리프트 핀(12)은 열선을 투과하는 재료, 예컨대 석영으로 구성되어 있다. 또한, 리프트 핀(12)과 일체적으로 지지 부재(11)가 설치되어 있고, 이 지지 부재(11)는 어태치먼트(6)를 관통하여 그 상방에 설치된 원환형의 클램프 링(10)을 지지하고 있다. 클램프 링(10)은 열선을 흡수하기 쉬운 비정질 카본, SiC와 같은 카본계의 부재나, Al2O3, AIN, 흑색 AIN과 같은 세라믹스로 구성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 액추에이터(16)가 밀어올림봉(15)을 승강시킴으로써 리프트 핀(12)과 클램프 링(10)은 일체적으로 승강한다. 리프트 핀(12)과 클램프 링(10)은 웨이퍼(W)를 받아넘길 때에는 리프트 핀(12)이 올림대(5)로부터 소정 길이 돌출될 때까지 상승되고, 리프트 핀(12) 상에 지지된 웨이퍼(W)를 올림대(5) 상에 올려놓을 때에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 리프트 핀(12)이 올림대(5)로 퇴입됨과 아울러 클램프 링(10)이 웨이퍼(W)에 맞닿아 유지하는 위치까지 하강된다.
또한, 처리 용기(2)의 바닥부에는 퍼지 가스 유로(19) 및 이 퍼지 가스 유로(19)와 연통되며, 올림대(5), 어태치먼트(6), 베이스 링(7) 및 실드 베이스(8)로 에워싸인 공간(S)에 면함과 아울러, 리플렉터(4) 내측 하부의 8곳에 등간격으로 배치된 유로(19a)가 설치되어 있고, 퍼지 가스 유로(19)에는 배관(20)을 통하여 N2 가스 등의 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구(18)가 접속되어 있다. 배관(20)에는 개폐 밸브(21)가 개재 장착되어 있다. 그리고, 퍼지 가스 공급 기구(18)로부터 공급되는 N2 가스 등의 퍼지 가스가 배관(20), 퍼지 가스 유로(19) 및 유로(19a)를 통하여 상기 공간(S) 내에 공급된다. 이와 같이 하여 공급된 퍼지 가스를 올림대(5)와 어태치먼트(6) 사이의 간극으로부터 지름 방향 외방을 따라 유출시킴으로써 샤워 헤드(22)로부터의 처리 가스가 올림대(5)의 이면측에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배관(20)에는 처리 용기(2) 내에 대기를 받아들이기 위한 대기 도입 배관(41)이 접속되어 있다. 이 대기 도입 배관(41)에는 상류측부터 개스킷 필터(42), 제2 개폐 밸브(43), 오리피스 개스킷(44), 제1 개폐 밸브(45)가 개재 장착되어 있고, 제1 및 제2 개폐 밸브(45, 43)를 개방함으로써 대기 도입 배관(41)으로부터 배관(20), 퍼지 가스 유로(19) 및 유로(19a)를 통하여 처리 용기(2) 안을 대기 퍼지하는 것이 가능하게 되어 있다. 이와 같이 2개의 개폐 밸브를 설치하는 것은, 실제로 처리중에 처리 용기(2) 내에 대기가 침입하는 것을 확실하게 방지하기 위해서이다.
또한, 실드 베이스(8)의 복수 개소에 실드 베이스(8) 안팎의 압력차가 일정 이상으로 된 경우에 동작하여 실드 베이스(8) 안팎을 연통시키는 압력 조절 기구(도시하지 않음)가 복수 개 설치되어 있다.
올림대(5)의 바로 아래의 처리 용기(2) 바닥부에는 리플렉터(4)에 주위를 둘러싸인 개구(2a)가 설치되어 있고, 이 개구(2a)에는 석영 등의 열선 투과 재료로 이루어지는 투과창(17)이 기밀하게 부착되어 있다. 투과창(17)은 도시하지 않은 홀더에 의해 유지되어 있다. 그리고, 상기 램프 유닛(85)이 투과창(17)의 하방에 설치되어 있다. 램프 유닛(85)은 가열실(90)과, 이 가열실(90) 내에 설치된 회전대(87)와, 이 회전대(87)에 부착된 램프(86)와, 가열실(90)의 바닥부에 설치되며, 회전축(88)을 통하여 회전대(87)를 회전시키는 회전 모터(89)를 가지고 있다. 또한, 램프(86)는 그 열선을 반사하는 반사부를 가지고 있으며, 각각의 램프(86)로부터 방사되는 열선이 직접 또는 리플렉터(4)의 내주에 반사되어 올림대(5)의 하면에 균등하게 도달하도록 배치되어 있다. 이 램프 유닛(85)에 의해 회전 모터(89)로 회전대(87)를 회전시키면서 램프(86)로부터 열선을 방사시킴으로써 램프(86)로부터 방출된 열선이 투과창(17)을 통하여 올림대(5)의 하면에 조사되고, 이 열선에 의해 올림대(5)가 균등하게 가열되도록 되어 있다.
샤워 헤드(22)는 그 외연이 리드(3) 상부와 끼워맞춤되도록 형성된 통형상의 샤워 베이스(39)와, 이 샤워 베이스(39)의 내주측 상부와 끼워맞춤되고, 또한 그 중앙에 가스 도입구(23)가 설치된 원반형의 상판(29)과, 샤워 베이스(39)의 하부에 부착되며, 복수의 가스 토출공(46)이 형성된 샤워 플레이트(35)를 가지고 있다. 샤워 플레이트(35)의 외주에는 스페이서 링(40)이 배치되어 있다.
상판(29)의 상면에는 상기 가스 도입구(23)에 연속하도록 처리 가스 도입관(31)이 접속되어 있다. 이 처리 가스 도입관(31)에는 다양한 처리 가스를 공급하기 위한 가스 박스(50)로부터의 배관이 접속되어 있다.
샤워 헤드(22) 내의 공간에는 복수의 가스 통과공(34)을 갖는 정류판(33)이 수평하게 배치되어 있고, 이 정류판(33)에 의해 샤워 헤드(22)의 내부 공간이 상부 공간(22a)과 하부 공간(22b)으로 분리된다.
샤워 플레이트(35)의 상부의 외연 부분에는 환형의 냉매 유로(36)가 설치되어 있으며, 이 냉매 유로(36)에는 냉매 공급로(37a)를 통하여 냉매로서 냉각수를 공급하고, 냉매 배출로(37b)를 통하여 냉각수를 배출하여 냉매로서의 냉각수를 순환시키고, 성막 처리시에 샤워 플레이트(35)를 냉각하여 원하지 않은 반응을 억제하도록 되어 있다.
상기 가스 박스(50)에는 세정 가스인 ClF3 가스, 성막 가스인 WF6 가스, 희석 가스 등으로서 사용되는 Ar 가스 및 N2 가스, 환원 가스인 H2 가스 및 SiH4 가스를 각각 공급하는 복수의 가스 소스가 설치되어 있고, 이들 가스 소스로부터 예컨대 배관(51∼56)을 통하여 이들 가스가 처리 가스 도입관(31)으로 공급되고, 다시 샤워 헤드(22)로 공급되도록 되어 있다. 또한, 성막 처리시에는 성막 가스와 환원 가스를 동시에 공급하는 일반적인 CVD에 의해 성막을 행할 수도 있고, 성막 가스를 간헐적으로 공급하는 SFD(시퀀셜 플로 디포지션)에 의해 성막을 행할 수도 있다.
처리 용기(2)의 측벽에는 2개의 압력 측정 라인(61 및 62)이 접속되어 있으며, 이들 압력 측정 라인(61 및 62)에는 각각 압력계로서의 커패시턴스 마노미터(63, 64)가 설치되어 있다. 이들 중 하나는 진공도가 낮은 경우의 압력을 측정하기 위한 것이고, 다른 하나는 진공도가 높은 경우의 압력을 정밀하게 측정하기 위한 것이다. 또한, 압력 측정 라인(61 및 62)에는 각각 개폐 밸브(65, 66)가 설치되어 있다.
처리 용기(2)의 바닥부에는 배기구(67)가 형성되어 있고, 이 배기구(67)에는 배기관(68)이 접속되어 있다. 배기관(68)에는 상류측부터 압력 제어 밸브(69) 및 진공 펌프 등으로 이루어지는 배기 기구(70)가 설치되어 있다. 또한, 도시는 하지 않았으나, 처리 용기(2)의 측벽에는 웨이퍼를 반입출하기 위한 반입출구와, 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브가 설치되어 있다.
이 CVD 성막 장치(100)는 각 구성부를 제어하는 마이크로 프로세서(컴퓨터) 로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(71)를 가지고 있으며, 각 구성부가 이 프로세스 컨트롤러(71)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 예컨대, 프로세스 컨트롤러(71)에 의해 처리 용기(2) 내에의 가스의 공급, 처리 용기(2) 내의 압력, 배기 기구(70), 리프트 핀(12) 등이 제어되도록 되어 있다.
또한, 프로세스 컨트롤러(71)에는 오퍼레이터가 CVD 성막 장치(100)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 CVD 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(72)가 접속되어 있다.
또한, 프로세스 컨트롤러(71)에는 CVD 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(71)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 구성부로 하여금 처리를 실행하도록 하기 위한 프로그램 즉 레시피가 저장된 기억부(73)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(73) 내의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드 디스크나 반도체 메모리일 수도 있고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 포터블한 것일 수도 있다. 또한, 다른 장치로부터 예컨대 전용 회선을 통하여 레시피를 적당히 전송시키도록 할 수도 있다.
그리고, 필요에 따라 사용자 인터페이스(72)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(73)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(71)로 하여금 실행하도록 함으로써 프로세스 컨트롤러(71)의 제어 하에서 CVD 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 행해진다.
다음, 상기와 같이 구성되는 CVD 성막 장치에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 W막을 성막하는 동작에 대하여 설명한다. 또한, 이 처리 동작은 기억부(73)의 기억 매체에 기억된 프로그램(레시피)에 따라 프로세스 컨트롤러(71)의 제어 하에서 행해진다.
먼저, 처리 용기(2)의 측벽에 설치된 도시하지 않은 게이트 밸브를 열어 반송 암에 의해 처리 용기(2) 내에 웨이퍼(W)를 반입하고, 리프트 핀(12)을 올림대(5)로부터 소정 길이 돌출할 때까지 상승시켜 웨이퍼(W)를 받은 후, 반송 암을 처리 용기(2)로부터 퇴출시켜 게이트 밸브를 닫는다. 이어서, 리프트 핀(12) 및 클램프 링(10)을 하강시키고, 리프트 핀(12)을 올림대(5)에 몰입시켜 웨이퍼(W)를 올림대(5) 위에 올려놓음과 아울러, 클램프 링(10)을 웨이퍼(W)와 맞닿아 유지하는 위치까지 하강시킨다. 또한, 배기 기구(70)를 작동시켜 처리 용기(2) 안을 배기하고, 처리 용기(2) 안을 소정의 압력으로 함과 아울러, 가열실(90) 내의 램프(86)를 점등하고, 회전대(87)를 회전 모터(89)에 의해 회전시키면서 열선을 방사시켜 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 이 때의 처리 용기(2) 내의 압력 제어는 커패시턴스 마노미터(63, 64)의 측정 결과를 바탕으로 압력 제어 밸브(69)의 개방도를 제어함으로써 행해진다.
다음, Ar 가스, N2 가스, SiH4 가스, H2 가스를 각각 소정의 유량으로 공급하고, 샤워 헤드(22)로부터 처리 용기(2) 내로 도입함으로서 웨이퍼(W)에 반응 중간체인 SiHx(x＜4)를 흡착시키는 이니시에이션 처리를 행한다.
이니시에이션 처리후, 각각의 처리 가스의 유량은 그대로 두고, WF6 가스를 본성막 공정보다 적은 소정 유량으로 공급하고, 이 상태에서 하기 수학식 1에 나타낸 SiH4 환원 반응을 소정 시간 진행시켜 웨이퍼(W) 표면에 뉴클리에이션막을 형성한다.
그 후, WF6 가스, SiH4 가스의 공급을 정지하고, Ar 가스, N2 가스, H2 가스를 공급하여 배기 기구(70)의 배기량을 낮추어 처리 용기(2) 내의 압력을 본성막 공정을 위하여 높임과 아울러 웨이퍼(W)의 온도를 안정시킨다.
다음, WF6 가스의 공급을 재개함과 아울러, 다른 가스의 공급량을 제어하고, 하기 수학식 2에 나타낸 H2 환원 반응의 W성막을 소정 시간 행함으로써 웨이퍼(W)의 표면에 W성막하는 본성막 공정을 행한다.
본성막을 종료후 WF6 가스의 공급을 정지하고, Ar 가스, H2 가스, N2 가스의 공급을 유지한 상태에서 배기 기구(70)에 의해 처리 용기(2) 안을 급속히 감압하고, 본성막 종료후에 잔류한 처리 가스를 처리 용기(2)로부터 일소한다. 이어서, 모든 가스의 공급을 정지한 상태에서 감압을 계속하여 처리 용기(2) 안을 고진공도 상태로 한 후, 리프트 핀(12) 및 클램프 링(10)을 상승시키고, 리프트 핀(12)을 올림대(5)로부터 돌출시켜 웨이퍼(W)를 반송 암이 받을 수 있는 위치까지 상승시키고, 게이트 밸브를 열어 처리 용기(2) 내에 반송 암을 진입시키고, 리프트 핀(12) 상의 웨이퍼(W)를 반송 암으로 받고, 반송 암을 처리 용기(2)로부터 퇴출시킴으로써 웨이퍼(W)를 꺼내고 성막 동작을 종료한다.
이러한 성막 처리를 다수 반복하면, 처리 용기(2) 내에 부생성물이 부착되기 때문에, 소정의 수의 성막 처리가 종료한 시점에서 ClF3 가스를 처리 용기(2) 내에 공급하여 처리 용기(2) 내의 건식 세정을 행하고, 다시 그 후 퍼지 공정을 거치고, 그 후, 습식 세정이나 유지보수(maintenance)를 행하기 위하여 리드(3)를 열어 처리 용기(2)를 대기 개방한다.
이 때, 처리 용기(2) 내에 불소계의 부생성물이 형성되어 있지 않은 경우에는, ClF3 가스에 의한 세정후, 퍼지 공정으로서 퍼지 가스인 N2 가스의 공급 배출을 복수회 반복하는 사이클 퍼지를 반복함으로서 처리 용기(2) 내의 가스가 배출되고, 안전하게 대기 개방을 행할 수 있다. 그러나, W막을 성막할 때에는 하지에 Ti막이나 TiN막이 형성되어 있는 웨이퍼를 사용하는 경우가 많으며, 그러한 경우에는 성막 처리에 의해 부생성물로서 TiFx가 형성되고, 이것이 처리 용기(2)의 벽 부분에 부착되고, ClF3 가스에 의한 세정을 행하여도 잔존한다. 이와 같이 TiFx가 잔존한 상태에서 처리 용기(2)의 대기 개방을 행하면, TiFx와 공기중의 수분이 반응하여 유독한 HF 가스가 발생한다.
본 실시 형태에서는 이러한 유독한 가스를 발생시키지 않고 처리 용기를 대기 개방하기 위하여, 이하의 순서로 대기 개방을 행한다. 이하의 순서는 기억부(73)의 기억 매체에 기억된 프로그램(레시피)에 따라 프로세스 컨트롤러(71)의 제어 하에 행해진다. 도 2는 이 때의 순서를 도시한 흐름도이다.
ClF3 가스에 의한 세정후, 먼저 불활성 가스, 예컨대 N2 가스에 의한 사이클 퍼지를 행한다(공정 1). 이 때에는 가스 박스(50)와 퍼지 가스 공급 기구(18) 모두로부터 N2 가스를 공급한다. 이 때의 사이클 퍼지는 예컨대 30분간으로 처리 용기(2) 내의 배기 및 N2 가스 도입을 5∼6회 정도 반복한다. 이에 따라 처리 용기(2) 내의 가스 성분을 배출한다.
다음, 제1 단계의 대기 퍼지를 행한다(공정 2). 이 공정은 성막 처리시에 생성한 부생성물인 TiFx와 대기중의 수분을 반응시켜 HF를 발생시키기 위하여 행한다. 이 제1 단계의 대기 퍼지를 행하는 공정 2에서는 처리 용기(2) 내에 대기 도입 배관(41) 및 배관(20) 등을 통하여 대기를 도입하고, TiFx와 대기중의 수분을 반응시키기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 복수회 반복한다. 이는, 이러한 반응이 개시될 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하며, 대기를 처리 용기(2) 내에 유지해 두는 기간이 짧으면 상기 반응이 발생하기 어렵고, 또한 이러한 제1 조작이 1회이면 TiFx와 공기중의 수분과의 반응이 충분히 행해지지 않기 때문이다.
TiFx와 대기중의 수분과의 반응을 효율적으로 발생시키기 위해서는 처리 용 기(2) 내에 대기를 5분간 이상 유지해 두는 것이 바람직하다. 단, 과도하게 길어도 쓰루풋이 저하하기만 할 뿐 효과도 포화하기 때문에, 유지 시간은 5∼20분이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10∼15분, 예컨대 13분이다. 또한, 이러한 제1 조작은 2회 이상 반복하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5회 이상이다. 단, 반복수가 지나치게 많아지면 효과가 포화되어 쓰루풋이 저하하기만 하므로 반복수는 10회 이하가 바람직하다.
이상의 제1 단계의 대기 퍼지에 의해 처리 용기(2)의 벽 부분에 부착된 TiFx에 수분이 침투하여 TiFx와 수분의 반응이 진행하는데, TiFx가 다소 잔존하고, 또한 반응에 의해 발생한 HF 가스가 배출되지 않고 잔존한다. 이들을 신속하게 배출하기 위하여, 제2 단계의 대기 퍼지를 행한다(공정 3). 이 공정은 처리 용기(2) 내에 대기를 도입하고 배기하여, 주로 공정 2에 의해 생성한 반응 생성물을 배출하는 제2 조작을 복수회 반복함으로서 행해진다.
이 공정은 HF를 신속하게 배출시키는 관점에서, 제2 조작은 처리 용기(2)에 대기를 도입하고 단시간 내에 배출함으로써 행하고, 이것을 비교적 많은 횟수 반복하는 것이 바람직하다. 이 공정은 대기의 도입에 의한 잔존한 TiFx와 수분과의 반응도 발생시킬 필요가 있는데, 처리 용기(2)에 부착된 TiFx에는 상기 공정 2에 의해 충분히 수분이 침투해 있으므로, 제1 조작에 비하여 단시간의 대기 유지에 의해 충분히 반응이 발생한다.
이 공정 3의 제2 조작에서는, 전술한 바와 같이, 처리 용기(2) 내에 대기를 도입한 상태에서 유지하는 시간은 단시간일 수 있으며, 1∼5분으로 하는 것이 바람 직하다. 보다 바람직하게는 1∼3분이며, 예컨대 1분간 유지한다. 또한, 이러한 제2 조작의 반복수는 20회 이상 반복하는 것이 바람직하며, 25회 이상 반복하는 것이 보다 바람직하다. 단, 반복수가 과도하게 많아지면 효과가 포화되어 쓰루풋이 저하하기만 할 뿐이므로, 반복수는 50회 이하가 바람직하다.
이들 공정 2 및 공정 3의 제1 단계 및 제2 단계의 대기 퍼지에서는, 처리 용기(2) 내의 압력을 대기압 이하, 예컨대 600Torr 정도로 제어하는 것이 바람직하다. 처리 용기(2) 안을 대기압까지 상승시키면, 처리 용기(2) 내에서 발생한 HF가 처리 용기(2)의 외부로 누설될 것이 우려되는데, 이와 같이 대기압 이하로 함으로써 HF의 누설을 방지할 수 있다.
이와 같이 하여 대기 퍼지가 종료후, 필요에 따라 불활성 가스, 예컨대 N2 가스에 의한 사이클 퍼지를 임의의 시간 행한다(공정 4). 이 공정은 처리 용기(2)의 온도를 저하시켜 실온 수준으로 만드는 등을 위하여 행한다.
그 후, 리드(3)를 열어 처리 용기(2)의 대기 개방을 행한다(공정 5). 이 때에는 공정 2 및 공정 3의 제1 단계 및 제2 단계의 대기 퍼지에 의해 처리 용기(2) 내에서의 HF 발생 반응은 대략 종식되어 있으며, 처리 용기(2)로부터의 HF의 발생은 허용 한계값(TLV) 이하의 수준으로 할 수 있다.
다음, 본 발명의 효과를 확인한 실험에 대하여 설명한다.
여기서는 통상의 CVD 또는 SFD에 의해 Ti막이 성막된 웨이퍼에의 W막의 성막을 5000장 이상 행한 후, 표 1에 나타낸 No.1∼7의 순서로 퍼지를 행하였다. 표 1 에서, N2 사이클 퍼지 1은 처리 용기 내에 N2 가스를 도입하여 배기하는 조작을 반복 행하는 것으로, N2 가스 도입 시간+N2 가스 유지 시간을 1분으로 하고, N2 가스 유지후 배기하는 시간 1분을 포함하여 1사이클을 2분으로 하고, 이것을 15사이클 반복하여 총 0.5시간 행하였다. 또한, 제1 단계의 대기 퍼지는 처리 용기에 대기를 유지하는 시간을 13분, 대기를 도입하는 시간 1분 및 배기하는 시간 1분을 포함하여 총 15분을 소정 횟수 반복함으로써 행하였다. 제2 단계의 대기 퍼지는 처리 용기에 대기를 유지하는 시간을 1분, 대기를 도입하는 시간 1분 및 배기하는 시간 1분을 포함하여 총 3분을 소정 횟수 반복함으로써 행하였다. 더욱이, N2 사이클 퍼지 2는 N2 가스 도입 시간+N2 가스 유지 시간을 1분으로 하고, N2 가스 유지후 배기하는 시간 1분을 포함하여 1사이클을 2분으로 하고, 이것을 소정 시간 행하였다.
표 1의 No.1의 순서는 N2 사이클 퍼지 1만 행한 것, No.2의 순서는 N2 사이클 퍼지 1을 행한 후, 제1 단계의 대기 퍼지를 행하지 않고 제2 단계의 대기 퍼지를 5사이클 행한 것, No.3의 순서는 N2 사이클 퍼지 1을 행한 후 제1 단계의 대기 퍼지를 행하지 않고 제2 단계의 대기 퍼지를 35사이클 행한 것, No.4의 순서는 N2 사이클 퍼지 1을 행한 후, 제1 단계의 대기 퍼지를 5사이클 행하고, 그 후 제2 단계의 대기 퍼지를 25사이클 행한 것, No.5의 순서는 N2 사이클 퍼지 1을 행한 후, 제1 단계의 대기 퍼지를 1사이클 행하고, 그 후 제2 단계의 대기 퍼지를 35사이클 행하 고, N2 사이클 퍼지 2를 2시간 더 행한 것, No.6의 순서는 No.4의 순서 이후에 N2 사이클 퍼지 2를 30분 가한 것, No.7의 순서는 제1 단계 및 제2 단계의 대기 퍼지를 행하는 대신 처리 용기 내에 대기를 150분 유지하는 조작을 1회 행한 후, N2 사이클 퍼지 2를 45분 가한 것이다.
이들 순서로 퍼지를 행한 후, 도 3에 도시한 바와 같은 처리 용기 상방 30cm의 위치 A 및 50cm의 위치(IH 시험 위치) B에서 포터블 가스 검지기(리켄 게이키 SC-90) 및 가스 검지관으로 HF의 농도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 병기하였다. 또한, 처리 용기 내의 서셉터 상방의 위치(C)에서도 포터블 가스 검지기에 의해 HF 농도를 측정하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 대기 퍼지를 행하지 않는 No.1은 매우 높은 양의 HF가 검출되었다. 또한, No.2, 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 단계의 대기 퍼지의 사이클 수를 증가시켜도 제1 단계의 대기 퍼지를 행하지 않는 경우에는 HF 농도가 충분하게는 저하하지 않음이 확인되었다. 또한, No.5에 나타낸 바와 같이, 제1 단계의 대기 퍼지의 사이클수가 1회인 경우에도 HF 농도가 충분하게는 저하되지 않음이 확인되었다. 더욱이, No.7에 나타낸 바와 같이 대기 퍼지의 대기 유지 시간을 단순히 증가시켜도 거의 효과는 없으며, 처리 용기 개방전 직전의 HF 농도 수준이 과도하게 높아 바람직하지 않았다.
이에 반해 제1 단계의 대기 퍼지를 5회, 제2 단계의 대기 퍼지를 25회 행한 No.4, 6에 대해서는 대기 개방후의 HF 농도가 허용 범위이었다. 또한, 이들 HF 농 도는 같은 수준이며, N2 사이클 퍼지 2의 유무는 HF 가스의 농도에는 영향이 없는 것이 확인되었다.
다음, No.4의 순서로 처리를 행하고 있을 때의 처리 용기 내의 HF 농도의 변화를 확인하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 제1 단계의 대기 퍼지에서는 TiFx와 공기중의 수분과의 반응이 진행하기 때문에 HF 농도는 높고, 제2 단계의 대기 퍼지시에는 HF의 배출이 진행하기 때문에 HF 농도가 급격하게 저하하는 것을 알 수 있다.
다음, No.4의 순서로 처리를 행한 후에 IH 시험을 행하였다. 샘플링 위치는 상기 위치 A이다. 이 때의 분석 대상, 분석 대상 포집 방법, 분석 장치, 분석 대상 성분, 검출 하한계를 표 2에 나타내었다. 또한, IH 시험 결과를 표 3에 나타내었다. 구체적으로는, 분석 대상, 이들의 허용 농도, 개방후 5분간의 농도, 개방후 10분간의 농도를 나타내었다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 대기 퍼지를 행함으로서 어느 성분도 허용 농도 이하의 검출량으로 할 수 있음이 확인되었다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는 W막을 CVD 성막하는 장치에 있어서, 처리에 의해 TiFx가 부착된 처리 용기의 대기 개방을 예로 들어 설명하였으나, 처리와 관계 없이 처리 용기에 금속 불화물이 부착된 경우에 대하여 적용 가능하다.
본 발명은 금속 불화물이 부착된 처리 용기를 안전하게 대기 개방하는 용도에 전반적으로 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 대기 개방 방법의 실시에 사용하는 CVD 성막 장치의 개략 단면.
도 2는 도 1의 장치에서 처리 용기의 대기 개방 순서를 설명하는 흐름도.
도 3은 처리 용기 안팎의 가스 농도 측정 위치를 설명하기 위한 사시도.
도 4는 본 발명의 범위 내의 대기 퍼지를 행하고 있을 때의 처리 용기 내의 HF 가스 농도의 변화를 나타내는 도면.
<부호의 설명>
11: 본체,
2: 처리 용기,
3: 리드,
18: 퍼지 가스 공급 기구,
41: 대기 도입 배관,
50: 가스 박스,
70: 배기 기구,
71: 프로세스 컨트롤러,
73: 기억부
Claims (11)
- 그 속에서 소정의 처리를 행하여 금속 불화물이 부착된 처리 용기를 대기 개방하는 처리 용기의 대기 개방 방법으로서,상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고, 금속 불화물과 대기중의 수분을 반응시키기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 복수회 반복하고,그 후, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고 배기하여, 상기 제1 조작에 의해 생성한 반응 생성물을 배출하는 제2 조작을 복수회 반복하되,상기 제1 조작은 상기 유지 시간을 5분 이상으로 하고, 상기 제2 조작은 대기를 도입한 상태에서 유지하는 시간을 1∼5분으로 하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 조작은 상기 유지 시간을 5∼20분으로 하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제1 조작은 2∼10회 반복하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개 방 방법.
- 삭제
- 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제2 조작은 20회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 처리는 CVD 성막 처리이고, 상기 금속 불화물은 TiFx인 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 그 속에서 CVD 처리를 행하여 TiFx가 부착된 처리 용기를 대기 개방하는 처리 용기의 대기 개방 방법으로서,상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고, TiFx와 대기중의 수분을 반응시켜 HF를 생성하기에 충분한 시간 유지하고나서 배기하는 제1 조작을 5회 이상 반복하고,그 후, 상기 처리 용기 내에 대기를 도입하고 배기하여, 상기 제1 조작에 의해 생성한 HF를 배출하는 제2 조작을 25회 이상 반복하되,상기 제1 조작은 상기 유지 시간을 5분 이상으로 하고, 상기 제2 조작은 대기를 도입한 상태에서 유지하는 시간을 1∼5분으로 하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 삭제
- 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 조작에 앞서, 상기 처리 용기를 불활성 가스에 의해 퍼지하는 것을 특징으로 하는 처리 용기의 대기 개방 방법.
- 컴퓨터 상에서 동작하고, 처리 장치를 제어하는 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 상기 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 8 항 중 어느 한 항의 방법이 수행되도록 컴퓨터로 하여금 상기 처리 장치를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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