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KR102501660B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램 Download PDF

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KR102501660B1
KR102501660B1 KR1020207001651A KR20207001651A KR102501660B1 KR 102501660 B1 KR102501660 B1 KR 102501660B1 KR 1020207001651 A KR1020207001651 A KR 1020207001651A KR 20207001651 A KR20207001651 A KR 20207001651A KR 102501660 B1 KR102501660 B1 KR 102501660B1
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KR
South Korea
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coil
temperature
substrate
frequency power
Prior art date
Application number
KR1020207001651A
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English (en)
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KR20200019218A (ko
Inventor
마사키 무로바야시
코이치로 하라다
히로토 이가와
테루오 요시노
마사노리 나카야마
Original Assignee
가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of KR20200019218A publication Critical patent/KR20200019218A/ko
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Abstract

플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에서 처리실을 구성하는 처리 용기의 온도에 기인하는 처리 레이트의 저하 또는 피처리 기판마다의 처리 레이트의 편차 등을 억제한다.
기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기; 상기 처리 용기의 외주에 권회(卷回)하도록 설치된 코일 및 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 생성부; 상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대; 상기 기판 재치대에 설치된 히터; 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분(部分)의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 가스 공급계; 및 상기 처리 용기 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리 (a) 및 상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 처리 (b)를 실행하도록, 상기 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND PROGRAM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치는 고집적화의 경향에 있다. 이에 따라 패턴 사이즈가 현저하게 미세화되고 있다. 이것들의 패턴을 형성할 때, 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 산화 처리나 질화 처리 등의 소정의 처리를 수행하는 공정이 실시되는 경우가 있다.
예컨대 특허문헌 1에는 플라즈마 여기(勵起)한 처리 가스를 이용하여 기판 상에 형성된 패턴 표면을 개질 처리하는 것이 개시되어 있다.
1. 일본 특개 2014-75579호 공보
하지만 기판 처리 장치에서는 기판에 개질 처리 등의 처리를 수행할 때 처리실의 구성 부재의 온도에 따라 처리 레이트가 변동되는 경우가 있다. 그렇기 때문에 처리실의 구성 부재의 온도가 원하는 온도가 되지 않는 것에 의해 원하는 처리 레이트를 얻지 못하거나, 처리실의 온도가 불안정한 것에 의해 피처리 기판마다의 처리 레이트에 편차가 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기; 상기 처리 용기의 외주에 권회(卷回)하도록 설치된 코일 및 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 생성부; 상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대; 상기 기판 재치대에 설치된 히터; 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분(部分)의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 가스 공급계; 및 상기 처리 용기 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리 (a) 및 상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 처리 (b)를 실행하도록, 상기 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부를 포함하고, 상기 가스 공급계는 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 더 공급하는 것이 가능하도록 구성되고, 상기 제어부는, 상기 처리 (b) 후 상기 기판 재치대에 상기 기판을 재치하는 처리 (c), 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 처리 (d) 및 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제2 처리 가스의 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마에 의해 상기 기판 재치대에 재치된 상기 기판을 처리하는 처리 (e)를 실행하도록, 상기 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에서 처리실을 구성하는 처리 용기의 온도에 기인하는 처리 레이트의 저하 또는 피처리 기판마다의 처리 레이트의 편차를 억제하고, 반도체 장치의 품질을 향상시키는 기술이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 플라즈마 생성 원리를 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 제어부의 구성을 도시하는 도면.
도 4(A)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열전대 유닛의 일 구성을 도시하는 도면이며, 도 4(B)는 다른 일 구성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리 공정에서의 본 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리 공정에서의 사전 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 8은 사전 처리 공정을 수행하지 않는 비교예(실험예)에서의 상측 용기의 온도와 기판 상에 형성되는 막의 두께를 플롯한 도면.
도 9는 사전 처리 공정을 수행하는 실시예에서의 상측 용기의 온도와 기판 상에 형성되는 막의 두께를 플롯한 도면이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대해서 도 1 내지 도 4를 이용하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 주로 기판 면상(面上)에 형성된 막에 대하여 산화 처리를 수행하도록 구성된다.
(처리실)
기판 처리 장치(100)는 웨이퍼(200)를 플라즈마 처리하는 반응로(202)를 구비한다. 반응로(202)에는 처리실(201)을 구성하는 처리 용기(203)가 설치된다. 처리 용기(203)는 제1 용기인 돔 형상 또는 통 형상의 상측 용기(210)와, 제2 용기인 완형(碗型)의 하측 용기(211)와에 의해 구성된다. 상측 용기(210)가 하측 용기(211) 상에 피복되는 것에 의해 처리실(201)이 형성된다. 상측 용기(210)는 비금속 재료인 석영(SiO2)으로 형성되고, 하측 용기(211)는 예컨대 알루미늄(Al)으로 형성된다. 즉 반응로(202)의 내측벽의 일부를 구성하는 상측 용기(210)의 내측벽은 석영으로 구성된다.
또한 하측 용기(211)의 하부 측벽에는 웨이퍼(200)의 반입출구(245)와 게이트 밸브(244)가 설치된다.
처리실(201)은 주위에 공진 코일(212)이 설치된 플라즈마 생성 공간(201a)과, 플라즈마 생성 공간(201a)에 연통하고, 웨이퍼(200)가 처리되는 기판 처리 공간(201b)을 포함한다. 플라즈마 생성 공간(201a)은 처리실의 내, 공진 코일(212)의 하단보다 상방이며, 또한 공진 코일(212)의 상단보다 하방의 공간을 말한다. 한편, 기판 처리 공간(201b)은 기판이 플라즈마를 이용하여 처리되는 공간이며, 공진 코일(212)의 하단보다 하방의 공간을 말한다.
(서셉터)
처리실(201)의 저측(底側) 중앙이며 기판 처리 공간(201b) 내에는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치대로서의 서셉터(217)가 배치된다. 서셉터(217)는 예컨대 질화알루미늄, 세라믹스, 석영 등의 비금속 재료로 형성된다.
서셉터(217)의 내부에는 가열 기구로서의 히터(217b)와, 온도 센서로서의 열전대(275)가 매립된다. 히터(217b)는 히터 전력 조정 기구(276)를 개재하여 전력이 공급되면, 웨이퍼(200) 표면을 예컨대 25℃ 내지 750℃ 정도까지 가열할 수 있도록 구성된다. 열전대(275)는 히터(217b)의 온도, 혹은 히터(217b)에 의해 가열되는 서셉터(217)의 온도를 측정하도록 설치된다.
서셉터(217)에는 서셉터를 승강시키는 구동(驅動) 기구를 구비하는 서셉터 승강 기구(268)가 설치된다. 하측 용기(211)의 저면(底面)에는 웨이퍼 승강 핀(266)이 설치되고, 서셉터(217)가 하강했을 때 관통공(217a)을 통과하도록 구성된다. 주로 서셉터(217), 히터(217b) 및 열전대(275)에 의해 본 실시 형태에 따른 기판 재치부가 구성된다.
(가스 공급부)
상측 용기(210)의 상부에는 가스 공급 헤드(236)가 설치된다. 가스 공급 헤드(236)는 캡 형상의 개체(蓋體)(233)와 가스 도입구(234)와 버퍼실(237)과 개구(開口)(238)와 차폐 플레이트(240)와 가스 분출구(239)를 구비한다.
가스 도입구(234)에는 산소(O2) 가스를 공급하는 산소 가스 공급관(232a)의 하류단과, 수소(H2) 가스를 공급하는 수소 가스 공급관(232b)의 하류단과, 불활성 가스로서의 아르곤(Ar) 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(232c)이 합류하도록 접속된다. 산소 가스 공급관(232a)에는 상류측부터 순서대로 O2 가스 공급원(250a), 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(252a), 개폐 밸브로서의 밸브(253a)가 설치된다. 수소 가스 공급관(232b)에는 상류측부터 순서대로 H2 가스 공급원(250b), MFC(252b), 밸브(253b)가 설치된다. 불활성 가스 공급관(232c)에는 상류측부터 순서대로 Ar 가스 공급원(250c), MFC(252c), 밸브(253c)가 설치된다. 산소 가스 공급관(232a)과 수소 가스 공급관(232b)과 불활성 가스 공급관(232c)이 합류한 하류측에는 밸브(243a)가 설치되고, 가스 도입구(234)의 상류단에 접속된다. 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)를 개폐시키는 것에 의해 MFC(252a, 252b, 252c)에 의해 각각의 가스의 유량을 조정하면서 가스 공급관(232a, 232b, 232c)을 개재하여 O2 가스, H2 가스, 불활성 가스 등의 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성된다.
주로 가스 공급 헤드(236), 산소 가스 공급관(232a), 수소 가스 공급관(232b), 불활성 가스 공급관(232c), MFC(252a, 252b, 252c), 밸브(253a, 253b, 253c, 243a)에 의해 본 실시 형태에 따른 가스 공급계(가스 공급부)가 구성된다.
(배기부)
하측 용기(211)의 측벽에는 처리실(201) 내로부터 반응 가스 등의 분위기를 배기하는 가스 배기구(235)가 설치된다. 가스 배기구(235)에는 가스 배기관(231)의 상류단이 접속된다. 가스 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(242), 개폐 밸브로서의 밸브(243b), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 설치된다. 주로 가스 배기구(235), 가스 배기관(231), APC 밸브(242), 밸브(243b)에 의해 본 실시 형태에 따른 배기부가 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기부에 포함시켜도 좋다.
(플라즈마 생성부)
처리실(201)의 외주부, 즉 상측 용기(210)의 측벽의 외측에는 처리실(201)을 둘러싸도록 나선 형상의 공진 코일(212)이 설치된다. 공진 코일(212)은 플라즈마 생성 공간(201a)의 외주에 권회하도록 설치되고, 유도 결합 구조를 구성한다. 공진 코일(212)에는 RF 센서(272), 고주파 전원(273), 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력 주파수의 정합을 수행하는 정합기(274)가 접속된다.
고주파 전원(273)은 공진 코일(212)에 고주파 전력을 공급하는 것이다. RF 센서(272)는 고주파 전원(273)의 출력측에 설치되고, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터 하는 것이다. RF 센서(272)에 의해 모니터 된 반사파 전력은 정합기(274)에 입력된다.
공진 코일(212)은 소정의 파장의 정재파를 형성하기 위해서 일정한 파장으로 공진하도록 권회 지름, 권회 피치, 권회 수(卷數)가 설정된다. 즉 공진 코일(212)의 전기적 길이는 고주파 전원(273)으로부터 공급되는 고주파 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배에 상당하는 길이로 설정된다.
공진 코일(212)은 예컨대 800kHz 내지 50MHz, 0.5KW 내지 5KW의 고주파 전력에 의해 0.01가우스 내지 10가우스 정도의 자장을 발생할 수 있도록 50mm2 내지 300mm2의 유효 단면적이자, 또한 200mm 내지 500mm의 코일 지름으로 설정되고, 상측 용기(210)의 외주측에 2회 내지 60회 정도 권회된다.
본 실시 형태에서는 고주파 전력의 주파수를 27.12MHz, 공진 코일(212)의 전기적 길이를 1파장의 길이(약 11미터)로 설정한다.
공진 코일(212)의 양단(兩端)은 전기적으로 접지(接地)되고, 가동 탭(213)을 개재하여 접지된다. 도 1 중의 부호 214는 타방(他方)의 고정 그라운드를 도시한다. 가동 탭(213)은 공진 코일(212)의 공진 특성을 고주파 전원(273)과 대략 동일하게 하도록 위치가 조정된다. 또한 공진 코일(212)의 임피던스를 미조정하기 위해서 공진 코일(212)의 양단 사이에는 가동 탭(215)에 의해 급전부가 구성된다.
차폐판(223)은 공진 코일(212)의 외측의 전계를 차폐하는 것과 함께 공진회로를 구성하는 데 필요한 용량 성분을 공진 코일(212) 사이에 형성한다.
주로 공진 코일(212), RF 센서(272), 정합기(274)에 의해 본 실시 형태에 따른 플라즈마 생성부가 구성된다. 또한 플라즈마 생성부로서 고주파 전원(273)을 포함시켜도 좋다.
여기서 본 실시 형태에 따른 장치의 플라즈마 생성 원리 및 생성되는 플라즈마의 성질에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 본 실시 형태에서는 플라즈마 발생 시의 공진 코일(212)에서의 공진의 어긋남을 전원측에서 보상하기 위해서 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212)로의 반사파 전력을 RF 센서(272)에서 검출하고, 검출된 반사파 전력에 기초하여 정합기(274)가 고주파 전원(273)의 출력을 보정한다.
구체적으로는 정합기(274)는 RF 센서(272)에서 검출된 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212)로부터의 반사파 전력이 최소가 되도록 고주파 전원(273)의 임피던스 또는 출력 주파수를 증가 또는 감소시킨다. 임피던스를 제어하는 경우, 정합기(274)는 미리 설정된 임피던스를 보정하는 가변 콘덴서 제어 회로에 의해 구성되고, 주파수를 제어하는 경우, 정합기(274)는 미리 설정된 고주파 전원(273)의 발진 주파수를 보정하는 주파수 제어 회로에 의해 구성된다.
이러한 구성에 의해 본 실시 형태에서의 공진 코일(212)에서는 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제의 공진 주파수에 의한 고주파 전력이 공급되므로(또는 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제 임피던스에 정합하도록 고주파 전력이 공급되므로), 위상 전압과 역위상 전압이 상시 상쇄되는 상태의 정재파가 형성되고, 상기 공진 코일의 전기적 중점(전압이 제로의 노드)에 가장 높은 위상 전류가 생기(生起)된다. 따라서 전기적 중점의 근방의 플라즈마 생성 공간(201a) 내에서는 처리실벽이나 서셉터(217)와의 용량 결합이 거의 없고, 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 도넛 형상의 유도 플라즈마가 형성된다. 또한 상기 공진 코일의 전기적인 시점 및 종점[즉 공진 코일(212)의 상단 및 하단]의 근방의 플라즈마 생성 공간(201a) 내에도 도 2에 도시하는 바와 같이 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 도넛 형상의 유도 플라즈마가 각각 형성된다. 즉 본 실시 형태에서는 공진 코일(212)의 상단, 중점 및 하단의 각각의 높이 위치에 플라즈마 밀도가 높은 도넛 형상의 유도 플라즈마가 형성된다.
(온도 센서)
상측 용기(210)의 외측에는 상측 용기(210)의 외주면의 온도를 측정하도록 배치된 온도 센서로서의 열전대 유닛(280)이 설치된다. 열전대 유닛(280)의 온도 검출점은 후술하는 압압(押壓) 기구에 의해 상측 용기(210)의 외주면에 압부(押付)되도록 접촉한다. 또한 열전대 유닛(280)을 단순히 열전대라고 부르는 경우도 있다.
열전대 유닛(280)은 상측 용기(210)의 외주면 중 특히 공진 코일(212)의 상단보다 상방에 위치하는 부분의 온도를 측정하도록 설치된다. 구체적으로는 예컨대 공진 코일(212)의 상단부터 상방 10mm 내지 50mm의 범위, 보다 바람직하게는 15mm 내지 30mm의 범위의 소정의 위치의 외주면의 온도를 측정하도록 설치하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 30mm로 한다.
즉 공진 코일(212)에 지나치게 가까운 위치에 열전대 유닛(280)을 설치하는 경우, 공진 코일(212)로 발생하는 고주파 전자계에 의해 열전대 유닛(280)으로부터의 온도 검출 신호에 노이즈가 발생할 가능성이 있는 것 외에, 공진 코일(212)의 전기적 특성에 실질적으로 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 열전대 유닛(280)은 공진 코일(212)의 상단으로부터 적어도 10mm 이상, 바람직하게는 15mm 이상 이간해서 설치되는 것이 바람직하다.
또한 이하의 이유에 의해 열전대 유닛(280)은 가능한 한 공진 코일(212)의 상단에 가까운 외주면의 위치의 온도를 측정하도록 설치하는 것이 바람직하다.
공진 코일(212)의 상단, 중점 및 하단 근방의 위치에서는 다른 위치에 비해 플라즈마 방전이 집중적으로 발생하기 때문에 그것들의 위치에 대응하는 상측 용기(210)의 부분은 플라즈마 방전에 의해 집중적으로 가열된다. 본 실시 형태에서는 전술한 바와 같이 공진 코일(212)의 상단에 가능한 한 가까운 위치에 열전대 유닛(280)을 배치하는 것에 의해, 공진 코일(212)의 상단 근방에 집중적으로 발생하는 플라즈마 방전에 의해 가열되는 상측 용기(210)의 부분(또는 그 부분에 가까운 부분)의 온도를 측정할 수 있으므로, 다른 위치에 설치되는 열전대에 비해 상측 용기(210) 내에서 발생하는 플라즈마 방전에 의한 상측 용기(210)의 온도 변화를 응답성 좋게 검출할 수 있다. 따라서 열전대 유닛(280)은 공진 코일(212)의 상단으로부터 적어도 50mm 이내, 바람직하게는 30mm 이내의 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상측 용기(210)의 외주면의 온도를 측정하는 경우, 공진 코일(212)의 하단보다 하방의 위치에 열전대를 설치하는 방법도 생각해볼 수 있다. 하지만 공진 코일(212)의 하단보다 하방의 위치는 서셉터(217)와 비교적 가깝기 때문에, 서셉터(217)에 설치된 히터(217b)로부터의 열의 영향(특히 복사열의 영향)을 받기 쉽고, 플라즈마 방전에 의한 상측 용기(210)의 온도 변화를 응답성 좋게 검출하기 위한 위치로서는 부적절하다. 특히 플라즈마 방전 시작 이전에 히터(217b)에 의한 가열이 수행되었을 경우, 상측 용기(210)의 공진 코일(212)의 하단보다 하방의 부분은 히터(217b)로부터의 복사열 등의 영향에 의해 온도가 국소적으로 상승하기 때문에 플라즈마 방전에 의한 상측 용기(210)의 온도 변화를 검출하기 위한 위치로서는 부적절하다.
또한 상측 용기(210)의 외주면의 온도를 측정하는 경우, 공진 코일(212)의 중점 근방의 위치에 열전대를 설치하는 방법도 생각해볼 수 있다. 하지만 열전대를 이러한 위치에 설치하려고 하면, 공진 코일(212)의 권회선 사이에 열전대를 설치할 필요가 있기 때문에 열전대가 공진 코일(212)의 전기적 특성에 영향을 미치기 쉽다. 따라서 상기 위치도 열전대를 설치하는 위치로서는 부적절하다.
계속해서 열전대 유닛(280)의 보다 상세한 구성을 도 4(A)에 도시한다. 열전대 유닛(280)은 열전대(281)와, 열전대(281)의 온도 검출점인 선단(先端) 부분을 피복하도록 설치된 알루미늄 등으로 형성된 금속 블록(282)과, 열전대(281)를 내측에서 보지하는 외관(283)과, 외관(283)의 내측에서 열전대(281)의 플랜지 부분에 접하게 설치된 탄성체로서의 용수철(284)과, 용수철(284)을 열전대(281)의 플랜지 부분에 압부하게 설치된 압압 부재(285)와, 외관(283)을 매달도록 보지하는 보지부(286)에 의해 구성된다. 열전대(281)의 선단에 금속 블록(282)을 설치하는 것에 의해 상측 용기(210)와의 접촉 면적을 넓히는 것과 함께. 용수철(284)과 압압 부재(285)에 의해 구성되는 압압 기구에 의해 열전대(281)를 상측 용기(210)의 외주면에 압부하는 것에 의해 열전대(281)와 상측 용기(210)의 외주면의 접촉을 안정시킨다. 이에 의해 상측 용기(210)의 온도 변화에 대하여 열전대(281)로 의한 검출 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한 도 4(B)에는 열전대 유닛(280)의 다른 형태인 열전대 유닛(280')을 도시한다. 열전대 유닛(280')은 선단에게 금속 패드가 용접되어 일체화된 열전대(281')를 구비한다. 선단에 금속 패드를 직접 용접하는 구조로 하는 것에 의해 상측 용기(210)와의 접촉 면적을 넓히는 것과 함께, 열전대(281')의 온도 검출점과 상측 용기(210)와의 접촉면의 거리를 보다 작게 할 수 있다.
(제어부)
제어부로서의 컨트롤러(221)는 도 1에 도시된 신호선 A 내지 G를 통해서 접속된 각 구성을 각각 제어하도록 구성된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(221)는 CPU(Central Processing Unit)(221a), RAM(Random Access Memory)(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)는 내부 버스(221e)를 개재하여 CPU(221a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(221)에는 예컨대 터치패널이나 디스플레이 등으로서 구성된 입출력 장치(222)가 접속된다.
기억 장치(221c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(221c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 처리 공정의 순서나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(221)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(221b)은 CPU(221a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역으로서 구성된다.
I/O 포트(221d)는 도 3에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(221)와 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 구성을 신호선 A 내지 G를 개재하여 접속한다.
CPU(221a)는 기억 장치(221c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(221c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(221a)은 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 신호선A를 통해서 APC 밸브(242)의 개도(開度) 조정 동작, 밸브(243b)의 개폐 동작 및 진공 펌프(246)의 기동·정지를 제어하고, 신호선 B를 통해서 서셉터 승강 기구(268)의 승강 동작을 제어하고, 신호선 C를 통해서 히터 전력 조정 기구(276)에 의한 히터(217b)에의 공급 전력량 조정 동작을 제어하고, 신호선 D를 통해서 게이트 밸브(244)의 개폐 동작을 제어하고, 신호선 E를 통해서 RF 센서(272), 정합기(274) 및 고주파 전원(273)의 동작을 제어하고, 신호선 F를 통해서 MFC(252a 내지 252c)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작 및 밸브(253a 내지 253c, 243a)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성된다. 또한 CPU(221a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 실행하기 위해서 신호선 A를 통해서 열전대(275)에 의한 측정 온도값을 취득하고, 신호선 G를 통해서 열전대(280)에 의한 측정 온도값을 취득하도록 구성된다.
컨트롤러(221)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리](223)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(221c)나 외부 기억 장치(223)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 말한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(221c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(223) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(223)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 처리 공정
제1 실시 형태에 따른 처리 공정은 도 5에 도시하는 바와 같이 주로 플라즈마 생성 공간(201a)에서 플라즈마 방전을 발생시켜서 처리실(201)[특히 상측 용기(210)]의 가열 처리를 수행하는 사전 처리 공정(플라즈마 예비 가열 공정)(S400)과, 산화 플라즈마 처리를 수행하여 제품용 기판을 처리하는 본 처리 공정(제품용 기판 처리 공정)(S500)으로 구성된다. 이 처리 공정은 예컨대 플래시 메모리 등의 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 처리 장치(100)에 의해 실시된다.
이하, 제1 실시 형태에 따른 처리 공정을 도 5 내지 도 7을 이용하여 설명한다. 또한 이하에 설명하는 본 실시 형태에 따른 처리 공정에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(221)에 의해 제어된다.
(2-1) 히터 승온 공정(S100)
우선 히터(217b)에 전력을 공급하여 서셉터(217)의 가열을 시작한다. 히터(217b)는 제2 온도 센서로서의 열전대(275)에 의해 측정된 온도가 소정의 온도(제2 온도) 이상이 되도록, 보다 바람직하게는 이 소정의 온도 이상으로 정해진 목표 온도 또는 목표 온도 범위 내가 되도록 제어된다. 이후, 전 처리 공정이 종료될 때까지 히터(217b)에 의한 가열은 계속된다. 이 목표 온도(범위)는 본 처리 공정(S500)에서 설정되는 히터(217b)의 목표 온도(범위)와 동일하다. 단, 사전 처리 공정(S400) 시작까지는 이 목표 온도(범위)를 본 처리 공정(S500)에서의 것보다 낮게 설정해도 좋다.
(2-2) 기판 처리 지시 대기(아이들링)(S200)
계속해서 기판 처리 장치(100)에 대하여 본 처리 공정(S500)을 실행하여 기판을 처리시키는 지시가 입출력 장치(222) 등을 개재하여 입력될 때까지 대기한다(아이들링 상태에서 대기한다). 구체적으로는 지시 입력 판정(S200)에서 상기 지시가 입력되지 않은 경우에는 일정 간격으로 상기 판정을 재차 실행하고, 상기 지시가 입력된 경우에는 다음 스텝을 진행한다. 상기 지시에서 본 처리 공정(S500)에서 처리되는 기판의 매수의 지시[즉, 본 처리 공정(S500)의 실행 횟수]도 함께 입력된다.
(2-3) 처리 용기 온도 판정(S300)
계속해서 온도 판정(S300)에서 제1 온도 센서로서의 열전대 유닛(280)(또는 280')에 의해 측정되는 상측 용기(210)의 외주면의 온도가 소정의 온도(판정용 온도) 이상인지 아닌지를 판정한다. 상기 측정된 온도가 판정용 온도 이상이라고 판정된 경우, 본 처리 공정(S500)을 진행한다. 상기 측정된 온도가 판정용 온도 미만이라고 판정된 경우, 사전 처리 공정(S400)을 진행한다. 이 판정용 온도에 대해서는 별도로 설명한다.
(2-4) 본 처리 공정(제품용 기판 처리 공정)(S500)
본 처리 공정(S500)에서는 제품용 기판인 웨이퍼(200)의 표면상에 형성된 실리콘(Si)막에 개질 처리로서의 산화 플라즈마 처리를 수행하고, 실리콘산화막(SiO2막)을 형성한다. 또한 본 실시 형태에서는 본 처리 공정으로서 산화 플라즈마 처리를 수행하는 예에 대해서 설명하지만, 다른 처리 가스를 이용한 플라즈마 처리나, 다른 처리 대상 기판, 처리 대상 막종에 대한 플라즈마 처리를 수행하는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.
본 처리 공정(S500)은 도 6에 도시하는 기판 반입 공정(S510), 진공 배기 공정(S520), 반응 가스 공급 공정(S530), 플라즈마 처리 공정(S540), 진공 배기 공정(S550), 기판 반출 공정(S560)으로 구성된다.
[기판 반입 공정(S510))]
서셉터 승강 기구(268)가 서셉터(217)를 하강시켜 웨이퍼 승강 핀(266)이 서셉터(217) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태로 한다. 계속해서 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실로부터 웨이퍼 반송 기구를 이용하여 웨이퍼 승강 핀(266) 상에 웨이퍼(200)를 이재한다. 그 후 서셉터 승강 기구(268)가 서셉터(217)를 상승시키는 것에 의해 웨이퍼(200)는 서셉터(217)의 상면에 지지된다.
[진공 배기 공정(S520)]
계속해서 웨이퍼(200)의 승온을 수행한다. 서셉터(217)는 히터(217b)에 의해 히터 승온 공정(S100)의 단계부터 미리 가열되고, 예컨대 150℃ 내지 750℃의 범위 내의 소정값으로 서셉터(217)상의 웨이퍼(200)를 가열한다. 여기서는 웨이퍼(200)의 온도가 600℃가 되도록 가열한다. 히터(217b)를 제어할 때의 목표 온도(범위)도 같은 소정값이 설정된다. 단, 히터(217b)의 목표 온도(범위)는 이것들의 소정값보다 높은 값이 설정되어도 좋다. 또한 웨이퍼(200)의 승온을 수행하는 동안 진공 펌프(246)에 의해 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 값으로 한다.
[반응 가스 공급 공정(S530)]
다음으로 반응 가스(제2 처리 가스)로서 산소 함유 가스인 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 시작한다. 구체적으로는 밸브(253a 및 253b)를 열고, MFC(252a 및 252b)로 유량 제어하면서 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스를 공급한다. 이 때 O2 가스의 유량을 예컨대 20sccm 내지 2,000sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 또한 H2 가스의 유량을 예컨대 20sccm 내지 1,000sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 또한 처리실(201) 내의 압력이 예컨대 50Pa 내지 200Pa의 범위 내의 소정 압력이 되도록, APC(242)의 개도를 조정한다. 이와 같이 후술하는 플라즈마 처리 공정(S540)의 종료 시까지 반응 가스의 공급을 계속한다.
[플라즈마 처리 공정(S540)]
다음으로 공진 코일(212)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 고주파 전력의 인가를 시작한다. 공진 코일(212)에 공급하는 고주파 전력은 예컨대 100W 내지 5,000W의 범위 내의 소정의 전력이며, 바람직하게는 100W 내지 3,500W, 보다 바람직하게는 1,000W 내지 3,500W로 한다. 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시키기 위해서는 1,000W 이상인 것이 바람직하고, 전력이 100W보다 낮은 경우, 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시키는 것이 어렵다.
이에 의해 O2 가스 및 H2 가스가 공급되는 플라즈마 생성 공간(201a) 내에 고주파 전계가 형성되고, 유도 플라즈마가 여기된다. 플라즈마 형상의 O2 가스 및 H2 가스는 해리(解離)하고, 산소를 포함하는 산소 래디컬(산소 활성종)이나 산소 이온, 수소를 포함하는 수소 래디컬(수소 활성종)이나 수소 이온 등의 반응종이 생성된다.
웨이퍼(200)의 표면에는 유도 플라즈마에 의해 생성된 래디컬 등이 공급된다. 공급된 래디컬 등은 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 Si막과 균일하게 반응하고, Si막 표면을 SiO2층으로 개질한다.
그 후, 소정의 처리 시간, 예컨대 10초 내지 300초가 경과하면, 고주파 전원(273)으로부터의 전력의 출력을 정지하고, 처리실(201) 내에서의 플라즈마 방전을 정지한다. 또한 반응 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다.
[진공 배기 공정(S550)]
그 후, 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내의 반응 가스 등을 처리실(201)외로 배기한다. 그 후 APC 밸브(242)의 개도를 조정하고, 처리실(201) 내의 압력을 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실과 같은 압력으로 조정한다.
[기판 반출 공정(S560)]
처리실(201) 내가 소정의 압력이 되면, 서셉터(217)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키고, 웨이퍼 승강 핀(266) 상의 웨이퍼(200)를 웨이퍼 반송 기구를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리실(201) 외로 반출한다. 이상으로 본 처리 공정(S500)으로서의 산화 플라즈마 처리 공정을 종료한다.
(2-5) 반복 횟수 판정(S600)
본 처리 공정(S500) 종료 후, 기판 처리 지시 대기(S200) 시에 입력된 피처리 기판의 매수의 지시[즉 본 처리 공정(S500)의 실행 횟수]를 참조하여 지시된 매수의 기판 처리가 완료했는지의 여부를 판정한다. 완료했다고 판정된 경우, 다음 스텝을 진행한다. 완료하지 않았다고 판정된 경우, 재차 다른 피처리 기판에 대하여 본 처리 공정(S500)을 실행한다.
(2-6) 장치 운용 정지 판정(S700)
반복 횟수 판정(S600) 종료 후, 기판 처리 장치(100)의 운용을 정지하는 지시가 입력된 경우, 기판 처리 장치(100)의 운용을 정지하고 처리를 종료한다. 운용 정지 지시가 입력되지 않은 경우, 재차, 기판 처리 지시 대기(S200) 이후를 실행한다.
(2-7) 사전 처리 공정(플라즈마 예비 가열 공정)
다음으로 사전 처리 공정(S400)에 대해서 설명한다. 사전 처리 공정(S400)은 처리실(201)을 구성하는 부재, 특히 상측 용기(210)를 가열하기 위해서 본 처리 공정(S500) 전단계에서 실행된다.
여기서 사전 처리 공정(S400)을 실행하는 필요성에 대해서 우선 설명한다. 도 8은 본 공정을 수행하지 않고 상측 용기(210)의 가열이 되지 않은 상태에서 25매의 피처리 기판 각각에 대하여 본 처리 공정(S500)을 순차 반복 실행한 비교예(실험예)에서의, 상측 용기(210)의 온도[즉, 열전대 유닛(280)의 측정 온도]와, 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 SiO2막의 막 두께를 플롯한 것이다. 발명자는 본 실험예의 결과가 나타내는 바와 같이, 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 막의 두께가 웨이퍼(200)의 온도뿐만 아니라 상측 용기(210)의 온도에도 의존하는 것을 발견했다.
상측 용기(210)의 온도는 본 처리 공정(S500)을 반복 실행하는 것에 의해 안정 온도(정상 온도)에 달하고, 안정 온도에 달한 후에는 SiO2막의 막 두께도 안정된다. 본 실험예에서는 7매째의 처리가 수행된 시점으로 안정 온도(a)(약 224℃)에 달한다. 하지만 상측 용기(210)의 온도가 안정 온도에 달할 때까지의 동안 SiO2막의 막 두께는 안정 시보다 낮아지고 있기 때문에, 1매째부터 모든 피처리 기판에 대하여 안정된 막 두께의 SiO2막을 형성할 수 없다.
본 공정에서는 제품용 기판을 처리하는 본 처리 공정(S500)에 앞서 플라즈마 생성 공간(201a) 내에서 플라즈마 방전을 발생시키는 것에 의해 상측 용기(210) 등의 처리실(201)을 구성하는 부재의 온도를 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 막의 막 두께가 안정되는 온도가 될 때까지 가열한다. 이에 의해 본 처리 공정(S500)에서 처리되는 기판의 1매째부터 모든 피처리 기판에 대하여 안정된 두께의 막을 형성할 수 있다.
또한 기판 처리 장치(100)와 같이 처리실의 일부를 구성하는 처리 용기의 외주에 플라즈마 여기를 위한 공진 코일(212)과 같은 구성이 설치되는 경우, 처리 용기를 가열하기 위한 히터를 처리 용기의 외주에 설치하는 것은 공간적인 제약에 의해 곤란하다. 따라서 본 실시 형태의 장치 구성에서 처리 용기 자체를 가열하는 수단으로서 플라즈마 방전을 이용한 가열 처리를 실행하는 것은 가장 바람직한 형태 중 하나다.
이하, 사전 처리 공정(S400)을 구성하는 각 공정을 도 7을 이용하여 설명한다. 또한 사전 처리 공정(S400)은 더미 기판으로서의 웨이퍼(200)를 서셉터(217) 상에 재치한 상태에서 수행할 수도 있지만, 여기서는 더미 기판을 이용하지 않는 예에 대해서 설명한다.
[진공 배기 공정(S410)]
우선 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 값으로 한다. 진공 펌프(246)는 적어도 배기·조압 공정(S440)이 종료될 때까지 작동시켜둔다. 또한 히터(217b)는 히터 승온 공정(S100)부터 계속해서 서셉터(217)를 가열하도록 제어된다.
[방전 가스 공급 공정(S420)]
다음으로 방전용 가스(제1 처리 가스)로서 본 처리 공정(S500)에서의 반응 가스(제2 처리 가스)와 마찬가지로 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 구체적인 가스 공급 순서나, 공급 가스 유량, 처리실(201) 내의 압력 등의 조건에 대해서는 본 처리 공정(S500)과 마찬가지이다. 이와 같이 후술하는 플라즈마 처리 공정(S540)의 종료 시까지 방전용 가스의 공급을 계속한다.
또한 플라즈마 방전 공정(S430)에서의 플라즈마 방전을 촉진시키는 등의 목적을 위해서 Ar 가스 등의 다른 가스를 공급해도 좋고, O2 가스 및 H2 가스 중 적어도 어느 하나를 공급하지 않아도 좋다. 또한 공급 가스 유량이나, 처리실(201) 내의 압력 등의 조건에 대해서 다른 조건을 설정해도 좋다. 단, 본 처리 공정(S500)에서의 반응 가스와 같은 방전용 가스를 이용하는 형태는 상측 용기(210)를 가열하는 것 외에도 처리실(201) 내의 환경을 본 처리 공정(S500)의 안정 상태에 근접시키는 효과가 있기 때문에 바람직한 형태 중 하나다.
[플라즈마 방전 공정(S430)]
다음으로 공진 코일(212)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 고주파 전력의 인가를 시작한다. 공진 코일(212)에 공급하는 고주파 전력의 크기는 본 처리 공정(S500)과 마찬가지이다. 단, 고주파 전력의 크기는 플라즈마 방전을 촉진시키기 위해서 본 처리 공정(S500)보다 크게 해도 좋고, 또한 다른 처리 조건에 맞춰서 100W 내지 5,000W의 범위 내에서 다르게 해도 좋다.
이에 의해 플라즈마 생성 공간(201a) 내의, 특히 공진 코일(212)의 상단, 중점 및 하단의 각각의 높이 위치에 집중적으로 플라즈마 방전이 발생한다. 발생한 플라즈마 방전은 상측 용기(210)를 내측으로부터 가열한다. 특히 집중적으로 플라즈마 방전이 발생하는 전술한 높이 위치에 대응하는 상측 용기(210)의 부분 및 그 근방은 집중적으로 가열된다.
컨트롤러(221)는 열전대 유닛(280)에 의해 적어도 본 공정 동안, 상측 용기(210)의 외주면의 온도를 측정(모니터)하고 있으며, 이 측정 온도가 소정의 온도(제1 온도) 이상이 될 때까지 공진 코일(212)로의 고주파 전력의 인가를 계속하고, 플라즈마 방전을 유지한다. 이 측정 온도가 제1 온도 이상이 된 것을 검지하면, 컨트롤러(221)는 고주파 전원(273)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하는 것과 함께, 방전용 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지하고, 본 공정을 종료한다. 또한 본 공정에서의 제1 온도는 처리 용기 온도 판정(S300)에서 정해진 판정용 온도와 같지만, 이 판정용 온도를 제1 온도보다 높은 값으로 설정해도 좋다.
여기서 제1 온도에 대해서 상세히 서술한다. 제1 온도의 제1 설정예는 열전대 유닛(280)의 측정 온도[상측 용기(210)의 외주면의 온도]의 안정 온도를 설정하는 것이다. 즉 예컨대 도 8에 도시되는 전술한 실험예와 같이 사전에 본 처리 공정(S500)을 연속적으로 실행하는 것에 의해 그 때의 안정 온도의 값을 취득하고, 그 안정 온도의 값을 제1 온도로서 설정한다. 도 8의 실험예의 안정 온도를 적용하는 경우, 제1 온도로서 안정 온도(a)를 224℃로 설정한다. 본 실시 형태에서는 제1 온도로서 안정 온도(a)를 설정한다.
또한 제2 설정예로서 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 막 두께가 소정의 편차 이하가 될 수 있는 측정 온도의 범위의 값(예컨대 그 범위의 하한값)을 제1 온도로서 설정한다. 즉 예컨대 소정의 막 두께 편차를 0.5Å 이하로 설정한 경우, 도 8의 실험예에서는 본 처리 공정(S500)이 3회 이상(피처리 기판이 3매째 이후) 실행되면, 막 두께의 편차가 0.5Å 이하로 결속되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 3회째 이후의 본 처리 공정(S500)에서의 측정 온도의 값 중 어느 하나나, 그중 가장 낮은 측정 온도인 3회째의 측정 온도[하한 온도(b)] 이상의 소정값이나, 하한 온도(b)와 안정 온도(a)의 사이의 소정값 등을 제1 온도로서 설정할 수 있다.
이와 같이 열전대 유닛(280)의 측정 온도가 제1 온도 이상이 될 때까지 플라즈마 방전을 발생시켜서 상측 용기(210) 등을 가열하는 것에 의해 본 공정에 계속되는 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 막의 두께를 소정의 편차 범위에 수용할 수 있다.
[배기·조압 공정(S440)]
처리실(201) 내의 가스를 처리실(201) 외로 배기한다. 그 후 APC 밸브(242)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 진공 반송실과 같은 압력으로 한다. 이에 의해 사전 처리 공정(S400)을 종료하고, 계속해서 본 처리 공정(S500)이 실행된다.
(제1 실시 형태의 효과)
도 9는 사전 처리 공정(S400)을 실행하고, 상측 용기(210)를 예비 가열한 상태에서 25매의 피처리 기판 각각에 대하여 본 처리 공정(S500)을 순차 반복 실행한 실시예에서의 상측 용기(210)의 온도와, 본 처리 공정(S500)에서 형성되는 SiO2막의 막 두께를 플롯한 것이다. 본 실시예에서는 사전 처리 공정(S400)에서의 제1 온도를 220℃로 설정했다.
본 실시예에서는 1매째의 피처리 기판이 처리되는 단계부터 상측 용기(210)의 온도가 220℃ 근방에서 안정된 것을 알 수 있다. 또한 2매째 이후의 피처리 기판으로부터 막 두께 편차가 0.2Å 이하의 범위로 안정된 것을 알 수 있다. 즉 본 실시 형태에 따른 실시예에 따르면, 2매째 이후의 모든 피처리 기판에 대하여 안정된 막 두께의 SiO2막을 형성할 수 있다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
계속해서 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태에서의 사전 처리 공정(S400)에서는 플라즈마 방전 공정(S430)을 열전대 유닛(280)의 측정 온도가 제1 온도 이상이 될 때까지 계속해서 수행하는 형태로 했지만, 제2 실시 형태에서는 플라즈마 방전 공정(S430)에서 플라즈마 방전을 간헐적으로 1회 또는 복수 회 실행하도록 구성된다.
구체적으로는 방전 가스 공급 공정(S420) 후, 플라즈마 방전 공정(S430)의 서브세트인 간헐 방전 공정으로서 고주파 전력을 공진 코일(212)에 인가하여 플라즈마 방전을 발생시키고, 소정 시간(예컨대 1분 내지 2분간) 경과 후, 고주파 전력의 인가를 정지한다. 컨트롤러(221)는 열전대 유닛(280)에 의해 적어도 간헐 방전 공정 동안 상측 용기(210)의 온도를 측정하고, 간헐 방전 공정 동안 또는 종료한 시점에서 이 측정 온도가 제1 온도 이상이 되었는지의 여부를 판정한다. 측정 온도가 제1 온도 이상이 된 것을 검지하면, 컨트롤러(221)는 고주파 전력의 공급을 정지하는 것과 함께, 방전용 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지하고, 플라즈마 방전 공정(S430)을 종료한다. 측정 온도가 제1 온도 미만인 경우, 컨트롤러(221)는 재차 간헐 방전 공정을 실행하고, 이후 측정 온도가 제1 온도 이상이 될 때까지 간헐 방전 공정을 반복한다.
각 간헐 방전 공정 동안 처리실(201) 내의 가스를 처리실(201) 외로 배기하는 퍼지 공정을 실행해도 좋다. 또한 간헐 방전 공정의 실행 중에 측정 온도가 제1 온도 이상이 된 것을 검지한 시점에서 상기 간헐 방전 공정을 중지하고, 플라즈마 방전 공정(S430)을 종료해도 좋다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
계속해서 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제1 실시 형태에서는 기판 처리 지시 대기(S200) 및 사전 처리 공정(S400)에서 설정되는 제1 온도를 미리 실험 등에 의해 취득한 소정의 값으로 하는 형태로 했지만, 제3 실시 형태에서는 제1 온도의 값을 기판 처리 장치(100)의 운용 중에 갱신하도록 해도 좋다.
본 실시 형태에서는 예컨대 본 처리 공정(S500)이 연속적으로 소정 횟수(예컨대 20회 이상) 반복 실행된 시점으로 열전대 유닛(280)으로부터 취득된 온도(즉 안정 온도와 간주하는 것이 가능한 온도)를 제1 온도로서 새로 설정한다. 또한 제1 온도로서의 설정값은 예컨대 컨트롤러(221)의 RAM(221b) 상에 기억되고, 이 설정값이 컨트롤러(221)에서 갱신되어 간다.
본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에서 처리실을 구성하는 처리 용기의 온도에 기인하는 처리 레이트의 저하나, 피처리 기판마다의 처리 레이트의 편차를 억제하고, 반도체 장치의 품질을 향상시키는 기술이 제공된다.
100…기판 처리 장치 200…웨이퍼
201…처리실 210…상측 용기
212…공진 코일 217…서셉터

Claims (23)

  1. 기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기;
    상기 처리 용기의 외주에 권회(卷回)하도록 설치된 코일 및 상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 생성부;
    상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대;
    상기 기판 재치대에 설치된 히터;
    상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분(部分)의 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 가스 공급계; 및
    상기 처리 용기 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리 (a) 및 상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 처리 (b)를 실행하도록, 상기 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하고,
    상기 가스 공급계는 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 더 공급하는 것이 가능하도록 구성되고,
    상기 제어부는, 상기 처리 (b) 후 상기 기판 재치대에 상기 기판을 재치하는 처리 (c), 상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 처리 (d) 및 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제2 처리 가스의 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마에 의해 상기 기판 재치대에 재치된 상기 기판을 처리하는 처리 (e)를 실행하도록, 상기 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 (a) 및 처리 (b)는 상기 기판이 상기 처리 용기 내에 수용되지 않는 상태에서 실행되는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리 (b)에서 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 상기 제1 온도 이상이 될 때까지 고주파 전력의 상기 코일에의 공급의 시작과 정지를 간헐적으로 1회 또는 복수 회 반복 실행하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리 (c) 내지 처리 (e)를 소정 횟수 이상 반복 실행하고, 상기 소정 횟수 실행된 상태에서의 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도를 취득하고, 상기 취득된 온도를 새로운 상기 제1 온도로서 기억부에 설정하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리 (a) 내지 처리 (e) 중 어느 하나에서도 상기 기판 재치대를 가열하도록, 상기 히터를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히터 및 상기 기판 재치대 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리 (a) 내지 처리 (e)에서 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제2 온도 이상이 되도록 상기 히터를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 처리 (a) 전에 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도가 상기 제2 온도 이상이 되도록 상기 히터에 의한 승온을 수행하는 처리 (f)를 실행하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 코일의 상단부터 15mm 이상 30mm 이하의 소정의 높이 위치에서의 상기 처리 용기의 온도를 측정하도록 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전원은 상기 코일을 포함하는 유도 결합 구조의 전기 길이의 정수배의 파장을 포함하는 고주파 전력을 상기 코일에 공급하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 코일을 포함하는 유도 결합 구조의 공진 주파수를 포함하는 고주파 전력을 상기 코일에 공급하도록 상기 고주파 전원을 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 처리 (b)에서 상기 코일의 상단의 높이 위치에 링 형상의 플라즈마를 형성하도록 상기 고주파 전원을 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기는 석영에 의해 형성된 통 형상 또는 돔 형상의 용기인 기판 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 처리 용기의 외주면의 온도를 측정하도록 설치되는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 온도 센서는 열전대에 의해 구성되고, 상기 온도 센서는 상기 열전대의 온도 검출점을 상기 처리 용기의 외주면에 압압하도록 구성된 압압 기구를 구비하는 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 열전대의 선단은 상기 처리 용기의 외주면에 대향하는 면을 포함하는 판 형상 부재에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스와 상기 제2 처리 가스는 동일한 가스인 기판 처리 장치.
  18. 기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 설치된 코일을 구비하는 플라즈마 생성부와, 상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대에 설치된 히터와, 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 공정;
    상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 공정;
    상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서, 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 공정;
    상기 정지하는 공정 후에 상기 기판 재치대에 상기 기판을 재치하는 공정;
    상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 공정; 및
    고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제2 처리 가스의 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마에 의해 상기 기판 재치대에 재치된 상기 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 설치된 코일을 구비하는 플라즈마 생성부와, 상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대에 설치된 히터와, 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치에,
    상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 순서;
    상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 순서;
    상기 정지하는 순서 후에 상기 기판 재치대에 상기 기판을 재치하는 순서;
    상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 순서; 및
    고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제2 처리 가스의 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마에 의해 상기 기판 재치대에 재치된 상기 기판을 처리하는 순서
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 기록 매체에 저장된 프로그램.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 처리 (a) 및 처리 (b)는 더미 기판이 상기 처리 용기 내에 수용된 상태에서 실행되는 기판 처리 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 처리 (b)에서 상기 코일에 공급되는 고주파 전력의 크기는, 상기 처리 (e)에서 상기 코일에 공급되는 고주파 전력의 크기와 다른 기판 처리 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 처리 (b)에서 상기 코일에 공급되는 고주파 전력의 크기는, 상기 처리 (e)에서 상기 코일에 공급되는 고주파 전력의 크기보다 큰 기판 처리 장치.
  23. 기판을 처리하는 처리실의 적어도 일부를 형성하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 외주에 권회하도록 설치된 코일을 구비하는 플라즈마 생성부와, 상기 처리실 내이며 상기 코일의 하단보다 하방에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대에 설치된 히터와, 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 부분의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 공정;
    상기 처리 용기 내에 제1 처리 가스를 공급하는 공정;
    상기 온도 센서에 의해 상기 코일의 상단보다 상방에 위치하는 상기 처리 용기의 상기 부분의 온도를 측정하면서, 고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제1 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 처리 용기를 가열하고, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 제1 온도 이상이 되면 상기 코일로의 고주파 전력의 공급을 정지하는 공정;
    상기 정지하는 공정 후에 상기 기판 재치대에 상기 기판을 재치하는 공정;
    상기 처리 용기 내에 제2 처리 가스를 공급하는 공정; 및
    고주파 전력을 상기 코일에 공급하여 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 제2 처리 가스의 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마에 의해 상기 기판 재치대에 재치된 상기 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
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