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KR-20260061013-A - SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD

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Abstract

본 개시 내용에 의하면, 처리 영역에서의 처리 가스의 상태를 제어하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공할 수 있도록, 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되고, 기판을 재치하는 재치대와, 상기 재치대와 대향하여 배치되고, 상기 기판에 대해 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 사이에 형성되는 처리 영역과, 배기부에 의해 배기되는 배기 영역과, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 간극에 형성되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 흐르는 제1 배기로와, 상기 가스 공급 기구에 설치되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 통류 가능하게 접속하는 제2 배기로와, 상기 배기 영역으로부터 상기 처리 가스가 배기되는 제3 배기로와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 상기 간극과, 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 상기 처리 가스의 공급 조건과, 상기 처리실 내의 압력에 기초하여, 상기 기판의 처리 조건을 조정하는, 기판 처리 장치가 제공된다.

Inventors

  • 고모리 에이이치
  • 오구라 에이토

Assignees

  • 도쿄엘렉트론가부시키가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251017
Priority Date
20241024

Claims (14)

  1. 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되고, 기판을 재치하는 재치대와, 상기 재치대와 대향하여 배치되고, 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 사이에 형성되는 처리 영역과, 배기부에 의해 배기되는 배기 영역과, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 간극에 형성되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 흐르는 제1 배기로와, 상기 가스 공급 기구에 설치되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 통류 가능하게 접속하는 제2 배기로와, 상기 배기 영역으로부터 상기 처리 가스가 배기되는 제3 배기로와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 상기 간극과, 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 상기 처리 가스의 공급 조건과, 상기 처리실 내의 압력에 기초하여, 상기 기판의 처리 조건을 조정하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재치대를 승강시키고, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 상기 간극을 조정하는 승강 기구를 더 구비하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 배기로에 설치된 배기 밸브를 더 갖고, 상기 처리 영역의 압력이 상기 배기 영역의 압력의 2배 이상인 경우에서, 상기 제2 배기로의 유량 조정을 행하는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배기 밸브를 개방한 때, 상기 제2 배기로에 흐르는 상기 처리 가스의 유량은 상기 제1 배기로에 흐르는 상기 처리 가스의 유량보다 많은, 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 처리 영역의 압력을 검출하는 제1 압력 센서에서 검출된 압력과, 상기 배기 영역의 압력을 검출하는 제2 압력 센서에서 검출된 압력에 기초하여, 상기 제2 배기로의 유량 조정을 행하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배기 영역 내의 압력은 상기 제3 배기로에 설치된 압력 제어부에 의해 제어되는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 배기로에 설치된 배기 밸브를 더 갖고, 상기 제어부는, 제1 처리 가스를 상기 처리 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급 공정과, 상기 처리 영역에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 영역의 상기 제1 처리 가스를 퍼지하는 제1 퍼지 가스 공급 공정과, 제2 처리 가스를 상기 처리 영역에 공급하는 제2 처리 가스 공급 공정과, 상기 처리 영역에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 영역의 상기 제2 처리 가스를 퍼지하는 제2 퍼지 가스 공급 공정을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 반복하고, 상기 제1 퍼지 가스 공급 공정 및 상기 제2 퍼지 가스 공급 공정에서 상기 배기 밸브를 개방하고, 상기 제1 처리 가스 공급 공정 및 상기 제2 처리 가스 공급 공정에서 상기 배기 밸브를 폐쇄하는, 기판 처리 장치.
  8. 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되고, 기판을 재치하는 재치대와, 상기 재치대와 대향하여 배치되고, 상기 기판에 대하여 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 사이에 형성되는 처리 영역과, 배기부에 의해 배기되는 배기 영역과, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 간극에 형성되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 흐르는 제1 배기로와, 상기 가스 공급 기구에 설치되고, 상기 처리 영역으로부터 상기 배기 영역으로 상기 처리 가스가 통류 가능하게 접속하는 제2 배기로와, 상기 배기 영역으로부터 상기 처리 가스가 배기되는 제3 배기로를 구비하고, 상기 기판에 대하여 처리를 행하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법에 있어서, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 상기 간극과, 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 상기 처리 가스의 공급 조건과, 상기 처리실 내의 압력에 기초하여, 상기 기판의 처리 조건을 조정하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 재치대를 승강시키고, 상기 재치대와 상기 가스 공급 기구의 상기 간극을 조정하는 승강 기구를 더 구비하는, 기판 처리 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2 배기로에 설치된 배기 밸브를 더 갖고, 상기 처리 영역의 압력이 상기 배기 영역의 압력의 2배 이상인 경우에 있어서, 상기 제2 배기로의 유량 조정을 행하는, 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배기 밸브를 개방한 때, 상기 제2 배기로에 흐르는 상기 처리 가스의 유량은 상기 제1 배기로에 흐르는 상기 처리 가스의 유량보다 많은, 기판 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 처리 영역의 압력을 검출하는 제1 압력 센서에서 검출된 압력과, 상기 배기 영역의 압력을 검출하는 제2 압력 센서에서 검출된 압력에 기초하여, 상기 제2 배기로의 유량 조정을 행하는, 기판 처리 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 배기 영역 내의 압력은 상기 제3 배기로에 설치된 압력 제어부에 의해 제어되는, 기판 처리 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제2 배기로에 설치된 배기 밸브를 더 갖고, 제1 처리 가스를 상기 처리 영역에 공급하는 제1 처리 가스 공급 공정과, 상기 처리 영역에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 영역의 상기 제1 처리 가스를 퍼지하는 제1 퍼지 가스 공급 공정과, 제2 처리 가스를 상기 처리 영역에 공급하는 제2 처리 가스 공급 공정과, 상기 처리 영역에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 영역의 상기 제2 처리 가스를 퍼지하는 제2 퍼지 가스 공급 공정을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 반복하고, 상기 제1 퍼지 가스 공급 공정 및 상기 제2 퍼지 가스 공급 공정에서 상기 배기 밸브를 개방하고, 상기 제1 처리 가스 공급 공정 및 상기 제2 처리 가스 공급 공정에서 상기 배기 밸브를 폐쇄하는, 기판 처리 방법.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD } 본 개시는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 특허문헌 1에는, 승강되는 재치대와 천판 부재의 오목부의 사이에 확산 공간을 형성하고, 이 확산 공간에 처리 가스를 공급함으로써 ALD 프로세스로 기판에 성막 처리를 실시하는 반도체 제조 장치가 개시되어 있다. 도 1은 기판 처리 장치의 구성예를 나타낸 개략도의 일례이다. 도 2는 샤워 헤드를 하방에서 바라본 도면의 일례이다. 도 3은 가스의 흐름을 설명하는 도면의 일례이다. 도 4는 기판 처리 방법을 나타낸 흐름도의 일례이다. 도 5는 기판 처리 방법의 레시피(recipe)를 나타낸 도면의 일례이다. 도 6은 압력 변화의 일례를 나타낸 그래프이다. 이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에서, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략하는 경우가 있다. 〔기판 처리 장치〕 본 실시예와 관련된 기판 처리 장치(100)에 대해, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 기판 처리 장치(100)의 구성예를 나타낸 개략도의 일례이다. 기판 처리 장치(100)는 감압 상태의 처리 용기(1) 내에서 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 의해 웨이퍼 등의 기판(W)에 원하는 막을 성막하는 장치이다. 참고로, 이하의 설명에서는, 기판(W)에 ALD 프로세스로 TiN막을 성막하는 경우를 예로 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(처리실)(1)와 재치대(2)와 샤워 헤드(가스 공급 기구)(3)와 배기부(4)와 가스 공급부(5)와 RF 전력 공급부(8)와 제어부(9)를 갖고 있다. 처리 용기(1)는 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(1)는 기판(W)을 수용한다. 처리 용기(1)의 측벽에는 기판(W)을 반입 또는 반출하기 위한 반입출구(11)가 형성되고, 반입출구(11)는 게이트 밸브(12)에 의해 개폐된다. 처리 용기(1)의 본체 상에는, 단면이 직사각형 형상을 이루는 원환(圓環) 형상의 배기 덕트(13)가 설치되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 대략 원환 형상의 배기 공간(배기 영역)(13a)이 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 외벽에는, 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는, 절연체 부재(16)를 통해 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 천벽(또는, 천장벽)(14)이 설치되어 있다. 배기 덕트(13)와 절연체 부재(16)의 사이는 실링 링(15)으로 기밀하게 밀폐되어 있다. 구획 부재(17)는 재치대(2)(및 커버 부재(22))가 후술하는 처리 위치로 상승한 때, 처리 용기(1)의 내부를 상하로 구획하여 상부 공간과 하부 공간을 형성한다. 이 처리 용기(1)의 상부 공간 중, 후술하는 처리 공간(38) 및 환(環) 형상 간극(39)보다 직경 방향 외측의 공간이 배기 공간(13a)이 된다. 또한, 이 처리 용기(1)의 상부 공간 중, 후술하는 환 형상 간극(39)보다 직경 방향 내측의 공간이 처리 공간(38)이 된다. 재치대(2)는 처리 용기(1) 내에서 기판(W)을 수평으로 지지한다. 재치대(2)는 기판(W)에 대응하는 크기의 원판 형상으로 형성되어 있고, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 재치대(2)는 AlN 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈 합금 등의 금속 재료로 형성되어 있고, 내부에 기판(W)을 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는 히터 전원(미도시)으로부터 급전되어 발열한다. 그리고 재치대(2)의 상면의 근방에 설치된 열전대(미도시)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 기판(W)이 소정의 온도로 제어된다. 재치대(2)에는, 상면의 외주 영역 및 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성된 커버 부재(22)가 설치되어 있다. 재치대(2)의 저면(또는, 바닥면)에는, 재치대(2)를 지지하는 지지 부재(23)가 설치되어 있다. 지지 부재(23)는 재치대(2)의 저면의 중앙으로부터 처리 용기(1)의 저벽(또는, 바닥벽)에 형성된 구멍부를 관통하여 처리 용기(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의해, 재치대(2)가 지지 부재(23)를 통해 도 1에서 실선으로 나타낸 처리 위치와, 그 하방의 이점 쇄선으로 나타낸 기판(W)의 반송이 가능한 반송 위치의 사이에서 승강한다. 지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는, 플랜지(flange)부(25)가 설치되어 있고, 처리 용기(1)의 저면과 플랜지부(25)의 사이에는, 처리 용기(1) 내의 환경(또는, 분위기)을 외기와 구획하고, 재치대(2)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(bellows)(26)가 설치되어 있다. 처리 용기(1)의 저면의 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 기판 지지핀(27)이 설치되어 있다. 기판 지지핀(27)은 처리 용기(1)의 하방에 설치된 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 통해 승강된다. 기판 지지핀(27)은 반송 위치에 있는 재치대(2)에 마련된 관통구(2a)에 삽통되어 재치대(2)의 상면에 대해 돌몰(突沒) 가능하게 되어 있다. 기판 지지핀(27)을 승강시킴으로써, 반송 기구(미도시)와 재치대(2)의 사이에서 기판(W)의 수도(受渡)가 행하여진다. 샤워 헤드(3)는 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워 형태로 공급한다. 샤워 헤드(3)는 금속제이고, 재치대(2)에 대향하도록 설치되어 있고, 재치대(2)와 대략 동일한 직경을 갖고 있다. 샤워 헤드(3)는 처리 용기(1)의 천벽(14)에 고정된 본체부(31)와, 본체부(31)의 아래 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32)의 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(33)에는 처리 용기(1)의 천벽(14) 및 본체부(31)의 중앙을 관통하도록 가스 도입구(36)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 주연(周緣)부에는 하방으로 돌출되는 환 형상 돌기부(34)가 형성되어 있다. 환 형상 돌기부(34)의 내측의 평탄면에는, 가스 토출구(35)가 형성되어 있다. 재치대(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 재치대(2)와 샤워 플레이트(32)의 사이에 처리 공간(처리 영역)(38)이 형성되고, 커버 부재(22)의 상면과 환 형상 돌기부(34)가 근접하여 환 형상 간극(제1 배기로)(39)이 형성된다. 배기부(4)는 처리 용기(1)의 내부를 배기한다. 배기부(4)는 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(제3 배기로)(41)과 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(42)와 개폐 밸브(43)와 진공 펌프(배기 펌프)(44)를 갖는다. 배기 배관(41)의 일단은 배기 덕트(13)의 배기구(13b)에 접속되고, 타단은 진공 펌프(44)의 흡입 포트에 접속된다. 배기 덕트(13)와 진공 펌프(44)의 사이에는, 상류측으로부터 순서대로, APC 밸브(42), 개폐 밸브(43)가 설치된다. APC 밸브(42)는 배기 경로의 컨덕턴스(conductance)를 조정하여 배기 공간(13a)의 압력을 조정하고, 처리 공간(38)의 압력을 조정한다. 개폐 밸브(43)는 배기 배관(41)의 개폐를 전환한다. 가스 공급부(5)는 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급부(5)는 원료 가스 공급원(51a), 반응 가스 공급원(52a), 퍼지 가스 공급원(53a,54a)을 갖는다. 원료 가스 공급원(51a)은 가스 공급 라인(51b)을 통해 원료 가스(제1 처리 가스)를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이하의 설명에서는, 원료 가스로서, 예를 들어, TiCl4를 이용한다. 가스 공급 라인(51b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(MFC: Mass Flow Controller)(51c), 저류(貯留) 탱크(51d) 및 밸브(51e)가 설치되어 있다. 가스 공급 라인(51b)의 밸브(51e)의 하류측은 가스 도입구(36)에 접속되어 있다. 원료 가스 공급원(51a)으로부터 공급되는 원료 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(51d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(51d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(51d)로부터 처리 용기(1)로의 원료 가스의 공급 및 정지는 밸브(51e)의 개폐에 의해 행하여진다. 이와 같이, 저류 탱크(51d)로 원료 가스를 일단 저류시킴으로써, 비교적 큰 유량의 원료 가스를 처리 용기(1) 내에 안정적으로 공급할 수 있다. 반응 가스 공급원(52a)은 가스 공급 라인(52b)을 통해 반응 가스(제2 처리 가스)를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이하의 설명에서는, 반응 가스로서, 예를 들어, NH3를 이용한다. 가스 공급 라인(52b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(MFC)(52c), 저류 탱크(52d) 및 밸브(52e)가 설치되어 있다. 가스 공급 라인(52b)의 밸브(52e)의 하류측은 가스 도입구(36)에 접속되어 있다. 반응 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 반응 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(52d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(52d)로부터 처리 용기(1)로의 반응 가스의 공급 및 정지는, 밸브(52e)의 개폐에 의해 행하여진다. 이와 같이, 저류 탱크(52d)에 반응 가스를 일단 저류시킴으로써, 비교적 큰 유량의 반응 가스를 처리 용기(1) 내에 안정적으로 공급할 수 있다. 퍼지 가스 공급원(53a,54a)은 가스 공급 라인(53b,54b)을 통해 퍼지 가스(제3 처리 가스)로서의 불활성 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이하의 설명에서는, 퍼지 가스로서, 예를 들어, N2를 이용한다. 가스 공급 라인(53b,54b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(MFC)(53c,54c) 및 밸브(53e,54e)가 설치되어 있다. 가