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KR102454618B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR102454618B1
KR102454618B1 KR1020200101733A KR20200101733A KR102454618B1 KR 102454618 B1 KR102454618 B1 KR 102454618B1 KR 1020200101733 A KR1020200101733 A KR 1020200101733A KR 20200101733 A KR20200101733 A KR 20200101733A KR 102454618 B1 KR102454618 B1 KR 102454618B1
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마사토 아라키
고히치 사토
다다히로 이시자카
다카시 사쿠마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 루테늄막의 평활성을 개선하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
처리 용기 내의 적재대에 기판을 적재하는 공정과, 상기 기판에 루테늄막을 성막하는 공정을 갖고, 상기 루테늄막을 성막하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내로의 상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리 용기 내의 가스를 배기하는 공정을 반복하는, 기판 처리 방법.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 기판에 루테늄막을 성막하는 성막 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 기판의 표면에 루테늄막을 성막하는 성막 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-151025호 공보
일 측면에서는, 본 개시는, 루테늄막의 평활성을 개선하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 양태에 의하면, 처리 용기 내의 적재대에 기판을 적재하는 공정과, 상기 기판에 루테늄막을 성막하는 공정을 갖고, 상기 루테늄막을 성막하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내로의 상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리 용기 내의 가스를 배기하는 공정을 반복하는, 기판 처리 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 루테늄막의 평활성을 개선하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 단면 모식도의 일례이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 일례이다.
도 4는 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 다른 일례이다.
도 5는 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 또 다른 일례이다.
도 6은 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 또 다른 일례이다.
도 7은 루테늄 함유 가스 공급 시간을 변화시킨 경우에 있어서의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 8은 퍼지 시간을 변화시킨 경우에 있어서의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 동작의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
<성막 장치>
본 실시 형태에 따른 성막 장치(기판 처리 장치)(100)에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(100)의 단면 모식도의 일례이다. 도 1에 도시하는 성막 장치(100)는, 웨이퍼 등의 기판(W)에 대하여, 예를 들어 루테늄 함유 가스 등의 프로세스 가스를 공급하여, 기판(W)의 표면에 루테늄막을 성막하는 장치이다.
처리 용기(1)는, 상측에 개구를 갖는 바닥이 있는 용기이다. 지지 부재(2)는 가스 토출 기구(3)를 지지한다. 또한, 지지 부재(2)가 처리 용기(1)의 상측의 개구를 막음으로써, 처리 용기(1)는 밀폐되어, 처리실(1c)을 형성한다. 가스 공급부(4)는, 지지 부재(2)를 관통하는 공급관(2a, 2b)을 통해서, 가스 토출 기구(3)에 루테늄 함유 가스, 캐리어 가스, 희석 가스를 공급한다. 가스 공급부(4)로부터 공급된 루테늄 함유 가스, 캐리어 가스, 희석 가스는, 가스 토출 기구(3)로부터 처리실(1c) 내에 공급된다.
가스 공급부(4)는, 루테늄 함유 가스 공급부(40), 희석 가스 공급부(60)를 갖고 있다.
루테늄 함유 가스 공급부(40)는 배관(41)을 갖고 있다. 배관(41)은, 일단이 원료 탱크(42)와 접속되고, 타단이 공급관(2a)과 접속되어 있다.
원료 탱크(42)는, 성막 원료인 Ru3(CO)12를 수용한다. Ru3(CO)12는 상온에서는 고체이며, 원료 탱크(42) 내에는 성막 원료인 Ru3(CO)12가 고체로서 수용되어 있다. 원료 탱크(42)의 주위에는 히터(42a)가 마련되어 있어, 원료 탱크(42) 내의 성막 원료를 적절한 온도로 가열하여, Ru3(CO)12를 승화시키도록 되어 있다. 또한, 성막 원료로서는, Ru3(CO)12에 한정되지 않고, 예를 들어 η4-2,3-디메틸부타디엔루테늄트리카르보닐(Ru(DMBD)(CO)3), (2,4-dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)ruthenium(Ru(DMPD)(EtCp)), bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium(Ru(DMPD)2), 4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium(Ru(DMPD)(MeCp)), bis(cyclopentadienyl)ruthenium(Ru(C5H5)2), cis-dicarbonyl bis(5-methylhexane-2,4-dionate)ruthenium(II) 등을 사용해도 된다.
원료 탱크(42)에는, 캐리어 가스인 CO 가스를 원료 탱크(42)에 공급하기 위한 배관(43)이 접속되어 있다. 배관(43)은, 캐리어 가스의 공급원인 캐리어 가스 공급원(44)으로부터 연장되어, 원료 탱크(42)에 접속되어 있다. 배관(43)에는, 캐리어 가스 공급원(44)으로부터 이 순으로, 밸브(45), 매스 플로우 컨트롤러(46), 후술하는 분기부(43a), 후술하는 밸브(52)가 마련되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(46)는, 배관(43)을 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어한다. 밸브(45)는, 캐리어 가스의 공급·정지를 전환한다. 또한, 캐리어 가스로서는, CO 가스에 한정되지 않고, 예를 들어 N2, Ar 등을 사용해도 된다.
또한, 원료 탱크(42)에는, 캐리어 가스 및 루테늄 함유 가스를 처리실(1c)에 공급하기 위한 배관(41)이 접속되어 있다. 배관(41)에는, 원료 탱크(42)로부터 이 순으로, 후술하는 밸브(53), 후술하는 합류부(41a), 매스 플로우 미터(47), 밸브(48)가 마련되어 있다. 매스 플로우 미터(47)는, 처리실(1c)에 공급되는 캐리어 가스 및 루테늄 함유 가스의 유량을 검출한다. 또한, 매스 플로우 미터(47)의 검출값과, 매스 플로우 컨트롤러(46)의 유량의 차분으로부터, 처리실(1c)에 공급되는 루테늄 함유 가스의 유량을 산출한다. 밸브(48)는, 루테늄 함유 가스 공급부(40)로부터 처리실(1c)에 공급되는 가스의 공급·정지를 전환한다. 또한, 배관(41)에는, Ru3(CO)12 가스의 응축 방지를 위한 히터(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 원료 탱크(42) 내에서 승화한 Ru3(CO)12 가스는, 캐리어 가스로서의 CO 가스에 의해 반송되어, 배관(41), 공급관(2a), 가스 토출 기구(3)를 개재하여 처리실(1c)에 공급된다.
또한, 배관(43)의 분기부(43a)(매스 플로우 컨트롤러(46)와 밸브(52) 사이)와, 배관(41)의 합류부(41a)(밸브(53)와 매스 플로우 미터(47) 사이)는, 바이패스 배관(50)에 의해 접속되어 있다. 바이패스 배관(50)에는, 밸브(51)가 마련되어 있다. 배관(43)에는, 분기부(43a)보다도 하류측(원료 탱크(42)측)에, 밸브(52)가 마련되어 있다. 배관(41)에는, 합류부(41a)보다도 상류측(원료 탱크(42)측)에, 밸브(53)가 마련되어 있다.
밸브(52, 53)를 닫고, 밸브(51)를 개방함으로써, 캐리어 가스 공급원(44)으로부터의 캐리어 가스를, 배관(43), 바이패스 배관(50)을 통해서, 배관(41)에 공급하여, 배관(41) 내의 루테늄 함유 가스를 퍼지한다. 또한, 밸브(51)를 닫고, 밸브(52, 53)를 개방함으로써, 캐리어 가스 공급원(44)으로부터의 캐리어 가스를, 배관(43)을 통해서 원료 탱크(42)에 공급한다. 이에 의해, 루테늄 함유 가스 및 캐리어 가스가 배관(41), 공급관(2a), 가스 토출 기구(3)를 통해서 처리실(1c)에 공급된다.
희석 가스 공급부(60)는 배관(61)을 갖고 있다. 배관(61)은, 일단이 공급관(2b)과 접속되고, 타단이 희석 가스의 공급원인 희석 가스 공급원(62)과 접속되어 있다.
배관(61)에는, 희석 가스 공급원(62)으로부터 이 순으로, 밸브(63), 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(64), 밸브(65)가 마련되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(64)는, 배관(61)을 흐르는 희석 가스의 유량을 제어한다. 밸브(63, 65)는, 희석 가스의 공급·정지를 전환한다. 또한, 희석 가스로서는, CO 가스에 한정되지 않고, 예를 들어 N2, Ar, H2 등을 사용해도 된다.
이와 같이, 캐리어 가스는, 원료 탱크(42) 내에서 승화된 Ru3(CO)12 가스를 처리 용기(1) 내에 반송한다. 원료 탱크(42)로부터 처리 용기(1)에 공급되는 Ru3(CO)12 가스의 유량은, 캐리어 가스의 유량에 의해 증감한다. 즉, 캐리어 가스의 유량을 조정함으로써, 원료 탱크(42)로부터 처리 용기(1)에 공급되는 Ru3(CO)12 가스의 유량을 조정한다.
또한, 희석 가스는, 캐리어 가스에 의해 반송되는 Ru3(CO)12 가스를 희석한다. 희석 가스의 유량을 조정함으로써, 처리 용기(1) 내에 공급되는 루테늄 함유 가스 중의 Ru3(CO)12 가스의 농도(분압)를 조정한다. 바꾸어 말하면, 희석 가스의 유량을 조정함으로써, 공급관(2a)으로부터 처리 용기(1)에 공급되는 가스 전체(Ru3(CO)12 가스, 캐리어 가스, 희석 가스)의 유량을 조정한다.
예를 들어, 원료 탱크(42) 내의 Ru3(CO)12가 사용되면, Ru3(CO)12의 승화량이 저하된다. Ru3(CO)12의 승화량이 저하된 경우에는, 캐리어 가스의 유량을 증가시킨다. 이에 의해, 원료 탱크(42)로부터 처리 용기(1)에 공급되는 Ru3(CO)12 가스의 유량을 유지한다. 또한, 희석 가스의 유량을 감소한다. 이에 의해, 공급관(2a)으로부터 처리 용기(1)에 공급되는 가스 전체(Ru3(CO)12 가스, 캐리어 가스, 희석 가스)의 유량을 유지한다.
스테이지(5)는, 기판(W)을 적재하는 부재이다. 스테이지(5)의 내부에는, 기판(W)을 가열하기 위한 히터(6)가 마련되어 있다. 또한, 스테이지(5)는, 스테이지(5)의 하면 중심부로부터 하방을 향해서 신장되어, 처리 용기(1)의 저부를 관통하는 일단이 승강판(9)을 개재히여 승강 기구(10)에 지지된 지지부(5a)를 갖는다. 또한, 스테이지(5)는, 단열 링(7)을 개재하여, 온도 조절 부재인 온도 조절 재킷(8) 상에 고정된다. 온도 조절 재킷(8)은, 스테이지(5)를 고정하는 판부와, 판부로부터 하방으로 연장되어, 지지부(5a)를 덮도록 구성된 축부와, 판부로부터 축부를 관통하는 구멍부를 갖고 있다.
온도 조절 재킷(8)의 축부는, 처리 용기(1)의 저부를 관통한다. 온도 조절 재킷(8)의 하단부는, 처리 용기(1)의 하방에 배치된 승강판(9)을 개재하여, 승강 기구(10)에 지지된다. 처리 용기(1)의 저부와 승강판(9) 사이에는, 벨로우즈(11)가 마련되어 있어, 승강판(9)의 상하 이동에 의해서도 처리 용기(1) 내의 기밀성은 유지된다.
승강 기구(10)가 승강판(9)을 승강시킴으로써, 스테이지(5)는, 기판(W)의 처리가 행하여지는 처리 위치(도 1 참조)와, 반입출구(1a)를 통해서 외부의 반송 기구(도시하지 않음)와의 사이에서 기판(W)의 전달이 행하여지는 전달 위치(도시하지 않음) 사이를 승강할 수 있다.
승강 핀(12)은, 외부의 반송 기구(도시하지 않음)와의 사이에서 기판(W)의 전달을 행할 때, 기판(W)의 하면으로부터 지지하여, 스테이지(5)의 적재면으로부터 기판(W)을 들어 올린다. 승강 핀(12)은, 축부와, 축부보다도 직경 확대된 헤드부를 갖고 있다. 스테이지(5) 및 온도 조절 재킷(8)의 판부는, 승강 핀(12)의 축부가 삽입 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 또한, 스테이지(5)의 적재면측에 승강 핀(12)의 헤드부를 수납하는 홈부가 형성되어 있다. 승강 핀(12)의 하방에는, 맞닿음 부재(13)가 배치되어 있다.
스테이지(5)를 기판(W)의 처리 위치(도 1 참조)까지 이동시킨 상태에서, 승강 핀(12)의 헤드부는 홈부 내에 수납되고, 기판(W)은 스테이지(5)의 적재면에 적재된다. 또한, 승강 핀(12)의 헤드부가 홈부에 걸림 고정되고, 승강 핀(12)의 축부는 스테이지(5) 및 온도 조절 재킷(8)의 판부를 관통하여, 승강 핀(12)의 축부의 하단은 온도 조절 재킷(8)의 판부로부터 돌출되어 있다. 한편, 스테이지(5)를 기판(W)의 전달 위치(도시하지 않음)까지 이동시킨 상태에서, 승강 핀(12)의 하단이 맞닿음 부재(13)와 맞닿아, 승강 핀(12)의 헤드부가 스테이지(5)의 적재면으로부터 돌출된다. 이에 의해, 승강 핀(12)의 헤드부가 기판(W)의 하면으로부터 지지하여, 스테이지(5)의 적재면으로부터 기판(W)을 들어 올린다.
환상 부재(14)는 스테이지(5)의 상방에 배치되어 있다. 스테이지(5)를 기판(W)의 처리 위치(도 1 참조)까지 이동시킨 상태에서, 환상 부재(14)는 기판(W)의 상면 외주부와 접촉하여, 환상 부재(14)의 자중에 의해 기판(W)을 스테이지(5)의 적재면에 압박한다. 한편, 스테이지(5)를 기판(W)의 전달 위치(도시하지 않음)까지 이동시킨 상태에서, 환상 부재(14)는 반입출구(1a)보다도 상방에서 도시하지 않은 걸림부에 의해 걸림 고정된다. 이에 의해, 반송 기구(도시하지 않음)에 의한 기판(W)의 전달을 저해하지 않도록 되어 있다.
칠러 유닛(15)은, 배관(15a, 15b)을 통해서, 온도 조절 재킷(8)의 판부에 형성된 유로(8a)에 냉매, 예를 들어 냉각수를 순환시킨다.
전열 가스 공급부(16)는, 배관(16a)를 통해서, 스테이지(5)에 적재된 기판(W)의 이면과 스테이지(5)의 적재면 사이에, 예를 들어 He 가스 등의 전열 가스를 공급한다.
퍼지 가스 공급부(17)는, 배관(17a), 스테이지(5)의 지지부(5a)와 온도 조절 재킷(8)의 구멍부 사이에 형성된 간극부, 스테이지(5)와 단열 링(7) 사이에 형성되어 직경 방향 외측을 향해서 연장되는 유로(도시하지 않음), 스테이지(5)의 외주부에 형성된 상하 방향의 유로(도시하지 않음)에 퍼지 가스를 흘린다. 그리고, 이들 유로를 통해서, 환상 부재(14)의 하면과 스테이지(5)의 상면 사이에, 예를 들어 CO 가스 등의 퍼지 가스를 공급한다. 이에 의해, 환상 부재(14)의 하면과 스테이지(5)의 상면 사이의 공간에 프로세스 가스가 유입되는 것을 방지하여, 환상 부재(14)의 하면이나 스테이지(5)의 외주부의 상면에 성막되는 것을 방지한다.
처리 용기(1)의 측벽에는, 기판(W)을 반입출하기 위한 반입출구(1a)와, 반입출구(1a)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 하방의 측벽에는, 배기관(1b)을 재재하여, 진공 펌프 등을 포함하는 배기부(19)가 접속된다. 배기부(19)에 의해 처리 용기(1) 내가 배기되어, 처리실(1c) 내가 소정의 진공 분위기(예를 들어, 1.33Pa)로 설정, 유지된다.
제어 장치(20)는, 가스 공급부(4), 히터(6), 승강 기구(10), 칠러 유닛(15), 전열 가스 공급부(16), 퍼지 가스 공급부(17), 게이트 밸브(18), 배기부(19) 등을 제어함으로써, 성막 장치(100)의 동작을 제어한다.
<성막 장치의 동작>
성막 장치(100)의 동작의 일례에 대해서, 도 2를 사용해서 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(100)의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 개시 시에 있어서, 처리실(1c) 내는, 배기부(19)에 의해 진공 분위기로 되어 있다. 또한, 스테이지(5)는 전달 위치로 이동하여 있다.
스텝 S101에서, 제어 장치(20)는, 기판(W)의 반입을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는 게이트 밸브(18)를 연다. 여기서, 외부의 반송 기구(도시하지 않음)에 의해, 승강 핀(12) 상에 기판(W)이 적재된다. 반송 기구(도시하지 않음)가 반입출구(1a)로부터 퇴피하면, 제어 장치(20)는 게이트 밸브(18)를 닫는다. 제어 장치(20)는, 승강 기구(10)를 제어해서 스테이지(5)를 처리 위치로 이동시킨다. 이때, 스테이지(5)가 상승함으로써, 승강 핀(12) 상에 적재된 기판(W)이 스테이지(5)의 적재면에 적재된다. 또한, 환상 부재(14)가 기판(W)의 상면 외주부와 접촉하여, 환상 부재(14)의 자중에 의해 기판(W)을 스테이지(5)의 적재면에 압박한다.
스텝 S102에서, 제어 장치(20)는, 히터(6)를 동작시켜, 기판(W)을 승온한다. 또한, 이때, 제어 장치(20)는, 전열 가스 공급부(16)를 제어하여, 스테이지(5)에 적재된 기판(W)의 이면과 스테이지(5)의 적재면 사이에 전열 가스를 공급한다. 또한, 제어 장치(20)는, 퍼지 가스 공급부(17)를 제어하여, 환상 부재(14)의 하면과 스테이지(5)의 상면 사이에 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스는, 환상 부재(14)의 하면측의 유로를 통과하여, 배기관(1b)을 통해서 배기부(19)에 의해 배기된다.
스텝 S103에서, 제어 장치(20)는, 가스 공급부(4)를 제어하여, 처리 용기(1)의 처리실(1c) 내에 CO 가스를 공급한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 밸브(52, 53)를 닫고, 밸브(45, 51, 48)를 연다. 캐리어 가스 공급원(44)으로부터, 배관(43), 바이패스 배관(50), 배관(41)을 통해서, 처리 용기(1)의 처리실(1c) 내에 캐리어 가스(CO 가스)를 공급한다. 또한, 제어 장치(20)는, 매스 플로우 미터(47)의 검출값을 참조하면서 매스 플로우 컨트롤러(46)를 제어해서 캐리어 가스의 유량을 안정화시킨다.
스텝 S104에서, 제어 장치(20)는, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 처리실(1c) 내에 공급하는 공급 공정을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 밸브(51)를 닫고, 밸브(45, 52, 53, 48)를 연다. 캐리어 가스로서, 캐리어 가스 공급원(44)으로부터 배관(43)을 통해서 CO 가스를 원료 탱크(42) 내에 공급한다. 원료 탱크(42) 내에서 승화된 Ru3(CO)12 가스는 CO 가스에 의해 반송되어, 배관(41)을 통해서 루테늄 함유 가스로서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 또한, 제어 장치(20)는 밸브(63, 65)를 연다. 희석 가스로서, 희석 가스 공급원(62)으로부터 배관(61)을 통해서 CO 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, 기판(W)에 성막 등의 소정의 처리가 행하여진다. 처리 후의 가스는, 환상 부재(14)의 상면측의 갭(유로)을 통과하여, 배기관(1b)을 통해서 배기부(19)에 의해 배기된다. 이후, CO 가스는, 희석 가스, 또는 캐리어 가스의 어느 것, 또는 그 양쪽을 나타내는 경우가 있다.
스텝 S105에서, 제어 장치(20)는, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스의 공급을 정지하는 퍼지 공정을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 스텝 S104의 상태로부터 밸브(48, 65)를 닫는다. 이에 의해, 가스 공급부(4)로부터의 가스의 공급이 정지된다. 또한, 배기부(19)에 의해, 처리실(1c) 내의 가스가 배기된다.
스텝 S106에서, 제어 장치(20)는, 스텝 S104의 공급 공정 및 스텝 S105의 퍼지 공정을 1사이클로 하고, 소정의 사이클수가 종료되었는지 여부를 판정한다. 또한, 소정의 사이클수는, 예를 들어 루테늄막의 막 두께가 원하는 두께로 되도록 설정된다. 소정의 사이클수가 종료되지 않은 경우(S106·"아니오"), 제어 장치(20)의 처리는 스텝 S104로 돌아간다. 소정의 사이클수가 종료되었을 경우(S106·"예"), 제어 장치(20)의 처리는 스텝 S107로 진행한다.
여기서, 스텝 S104 내지 스텝 S106에서의 사이클 처리에 대해서, 도 3을 사용해서 더 설명한다. 도 3은, 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 일례이다. 또한, 도 3의 예에서는, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)과 CO 가스 공급 시간(T2)은 동등한 것으로 한다. 또한, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍과 CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍이 동등하고, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍과 CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍이 동등한 것으로 한다.
스텝 S104에서, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급한다. 캐리어 가스로서 CO 가스를 사용함으로써, Ru3(CO)12의 분해 반응을 억제하여, 루테늄 함유 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 그리고, 이하의 식 (1)에 나타내는 바와 같이, 히터(6)에 의해 가열된 기판(W)의 표면 상에서 루테늄 함유 가스가 열분해된다.
Ru3(CO)12→3Ru+12CO … (1)
또한, 기판(W)의 표면에서는, 이하의 식 (2) 및 식 (3)에 나타내는 바와 같이, 흡착(ad)과 탈리의 반응이 생기고 있다고 생각된다.
Ru3(CO)12(g)←→Ru3(CO)y(ad)+(12-y)CO(ad) … (2)
Ru3(CO)y(ad)+(12-y)CO(ad)←→3Ru(s)+12CO(g) … (3)
여기서, 식 (2) 및 식 (3)에 나타내는 반응은 평형 반응이다. 스텝 S105에 나타내는 퍼지 공정에서, 처리 용기(1) 내의 가스를 배기함으로써, 식 (2)에 나타내는 반응은 식 중의 좌측 방향으로 진행되기 쉬워지고, 식 (3)에 나타내는 반응은 식 중의 우측 방향으로 진행되기 쉬워진다. 이 때문에, 금속 루테늄의 개개의 핵의 성장이 억제되어, 작은 핵이 다수 형성된다. 이렇게 성장이 억제된 작은 핵을 기점으로 루테늄막을 성막함으로써, 평활성이 높은 치밀한 루테늄막을 성막할 수 있다.
도 2로 돌아가서, 스텝 S107에서, 제어 장치(20)는, 처리 용기(1) 내를 진공화한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 가스 공급부(4)로부터의 가스의 공급을 정지하고(밸브(48, 65)를 닫고) 배기부(19)에 의해 처리 용기(1) 내의 가스를 배기한다.
스텝 S108에서, 제어 장치(20)는 기판(W)의 반출을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 승강 기구(10)를 제어해서 스테이지(5)를 처리 위치로부터 전달 위치로 이동시킨다. 이때, 스테이지(5)가 하강함으로써, 환상 부재(14)가 도시하지 않은 걸림부에 의해 걸림 고정된다. 또한, 승강 핀(12)의 하단이 맞닿음 부재(13)와 맞닿음으로써, 승강 핀(12)의 헤드부가 스테이지(5)의 적재면으로부터 돌출되어, 스테이지(5)의 적재면으로부터 기판(W)을 들어 올린다. 또한, 제어 장치(20)는 게이트 밸브(18)를 연다. 여기서, 외부의 반송 기구(도시하지 않음)에 의해, 승강 핀(12) 상에 적재된 기판(W)이 반출된다. 반송 기구(도시하지 않음)가 반입출구(1a)로부터 퇴피하면, 제어 장치(20)는 게이트 밸브(18)를 닫는다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(100)는, 기판(W) 상에 루테늄막을 성막할 수 있다.
또한, 도 3의 예에서는, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)과 CO 가스 공급 시간(T2)은 동등하고, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍과 CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍이 동등하고, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍과 CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍이 동등한 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 4는, 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 다른 일례이다. 도 4에 도시하는 예에서는, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)보다도 CO 가스 공급 시간(T2)이 길게 되어 있다. 또한, CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍이 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍보다도 앞선 것으로 되어 있다. 구체적으로는, 밸브(65)를 열고 나서 소정의 시간 후에 밸브(48)를 연다.
또한, 예를 들어 CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍에 있어서, 희석 가스와 캐리어 가스를 공급한 후, 밸브를 전환해서 루테늄 함유 가스를 공급하도록 해도 된다. 구체적으로는, 밸브(52, 53)를 닫고, 밸브(45, 51, 48)를 열어, 캐리어 가스 공급원(44)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 또한, 밸브(63, 65)를 열어, 희석 가스 공급원(62)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍에 있어서, 밸브(52, 53)를 열고, 밸브(51)를 닫는다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1) 및 CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍에 있어서, 밸브(48, 65)를 닫는다.
이러한 제어에 의해, 루테늄 함유 가스를 처리실(1c)에 공급하기 전에, 처리실(1c) 내를 CO 가스 분위기로 할 수 있다. 따라서, 기판(W)에서의 금속 루테늄의 핵의 성장을 억제하여, 평활성이 높은 치밀한 루테늄막을 성막할 수 있다.
도 5는, 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 또 다른 일례이다. 도 5에 도시하는 예에서는, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)보다도 CO 가스 공급 시간(T2)이 길게 되어 있다. 또한, CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍이 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍보다도 나중으로 되어 있다. 구체적으로는, 밸브(48)를 닫고 나서 소정의 시간 후에 밸브(65)를 닫는다.
또한, 예를 들어 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1) 및 CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍에 있어서, 밸브(51)를 닫고, 밸브(45, 52, 53, 48)를 열어, 캐리어 가스인 CO 가스와 함께 루테늄 함유 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 또한, 밸브(63, 65)를 열어, 희석 가스 공급원(62)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다.
그리고, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍에 있어서, 루테늄 함유 가스와 CO 가스를 공급한 후, 밸브를 전환해서 희석 가스와 캐리어 가스를 공급하도록 해도 된다. 구체적으로는, 밸브(51)를 열고, 밸브(52, 53)를 닫는다. 이에 의해, 캐리어 가스 공급원(44)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 또한, 희석 가스 공급원(62)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1) 및 CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍에 있어서, 밸브(48, 65)를 닫는다.
이러한 제어에 의해, 스텝 S105에 나타내는 퍼지 공정에서, 배관(41) 내는 CO 가스 분위기로 되어 있다. 즉, 배관(41) 내의 루테늄 함유 가스가 퍼지된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 배관(41) 내에 루테늄막이 성막되는 것 억제할 수 있다.
도 6은, 공급 공정과 퍼지 공정을 반복 실시할 때에 있어서의 CO 가스와 루테늄 함유 가스의 공급과 정지를 설명하는 타이밍 차트의 또 다른 일례이다. 도 6에 도시하는 예에서는, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)보다도 CO 가스 공급 시간(T2)이 길게 되어 있다. 또한, CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍이 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍보다도 앞선 것으로 되어 있다. 또한, CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍이 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍보다도 나중으로 되어 있다. 구체적으로는, 밸브(65)를 열고 나서 소정의 시간 후에 밸브(48)를 연다. 또한, 밸브(48)를 닫고 나서 소정의 시간 후에 밸브(65)를 닫는다.
또한, 예를 들어 CO 가스 공급 시간(T2)의 개시 타이밍에 있어서, 희석 가스와 캐리어 가스를 공급한 후, 밸브를 전환해서 루테늄 함유 가스를 공급한다. 또한, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍에 있어서, 루테늄 함유 가스와 CO 가스를 공급한 후, 밸브를 전환해서 희석 가스와 캐리어 가스를 공급하도록 해도 된다. 구체적으로는, 밸브(52, 53)를 닫고, 밸브(45, 51, 48)를 열어, 캐리어 가스 공급원(44)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 또한, 밸브(63, 65)를 열어, 희석 가스 공급원(62)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 개시 타이밍에 있어서, 밸브(52, 53)를 열고, 밸브(51)를 닫는다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)의 종료 타이밍에 있어서, 밸브(51)를 열고, 밸브(52, 53)를 닫는다. 이에 의해, 캐리어 가스 공급원(44)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 또한, 희석 가스 공급원(62)의 CO 가스를 처리실(1c)에 공급한다. 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1) 및 CO 가스 공급 시간(T2)의 종료 타이밍에 있어서, 밸브(48, 65)를 닫는다.
이러한 제어에 의해, 루테늄 함유 가스를 처리실(1c)에 공급하기 전에, 처리실(1c) 내를 CO 가스 분위기로 할 수 있다. 따라서, 기판(W)에서의 금속 루테늄의 핵의 성장을 억제하여, 평활성이 높은 치밀한 루테늄막을 성막할 수 있다. 또한, 이러한 제어에 의해, 스텝 S105에 나타내는 퍼지 공정에서, 배관(41) 내는 CO 가스 분위기로 되어 있다. 즉, 배관(41) 내의 루테늄 함유 가스가 퍼지된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 배관(41) 내에 루테늄막이 성막되는 것 억제할 수 있다.
도 7은, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)을 변화시킨 경우에 있어서의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 여기에서는, 이하의 프로세스 조건에서 성막을 행하였다.
웨이퍼 온도: 130 내지 250℃
압력: 5 내지 200mTorr
CO 유량: 50 내지 300sccm
스테이지-가스 토출 기구간 갭: 50 내지 60mm
루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)=25s으로 한 경우의 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 흑색 원 표시 및 실선으로 나타낸다. 또한, 참고예는, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 연속적으로 공급해서 기판(W) 상에 루테늄막을 성막한 경우를 나타낸다. 참고예에서의 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 백색 원 표시 및 일점쇄선으로 나타낸다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 도 2에 도시하는 플로우에 의해 루테늄막을 성막함으로써, 참고예와 비교해서 헤이즈값이 저감하는, 즉, 루테늄막의 평활성이 향상된다.
또한, 도 7에서, T1=50s이고 12사이클 행한 경우, T1=100s이고 6사이클 행한 경우, T1=200s이고 3사이클 행한 경우에 있어서의, 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타낸다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)이 짧을수록, 헤이즈값이 저감하는, 즉, 루테늄막의 평활성이 향상된다. 또한, 루테늄 함유 가스 공급 시간(T1)이 짧을수록, 성막 레이트가 저하된다.
도 8은, 퍼지 시간(T3)을 변화시킨 경우에 있어서의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 여기에서는, 이하의 프로세스 조건에서 성막을 행하였다.
웨이퍼 온도: 130 내지 250℃
압력: 5 내지 200mTorr
CO 유량: 50 내지 300sccm
스테이지-가스 토출 기구간 갭: 50 내지 60mm
퍼지 시간 T3=60s로 한 경우의 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 흑색 원 표시 및 실선으로 나타낸다. 또한, 참고예는, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 연속적으로 공급해서 기판(W) 상에 루테늄막을 성막한 경우를 나타낸다. 참고예에서의 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 백색 원 표시 및 일점쇄선으로 나타낸다.
또한, 도 8에서, T3=40s인 경우, T3=20s인 경우, T3=5s인 경우에 있어서의, 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타낸다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 퍼지 시간 T3=20s 이상이면, 헤이즈값이 저감하는, 즉, 루테늄막의 평활성이 향상된다. 한편, 퍼지 시간 T3=5s에서는, 헤이즈값의 저감 효과가 감소한다.
<성막 장치의 다른 동작>
성막 장치(100)의 동작의 다른 일례에 대해서, 도 9를 사용해서 설명한다. 도 9는, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(100)의 동작의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 개시 시에 있어서, 처리실(1c) 내는, 배기부(19)에 의해 진공 분위기로 되어 있다. 또한, 스테이지(5)는 전달 위치로 이동하여 있다.
또한, 도 9에 도시하는 흐름도에 있어서, 스텝 S201 내지 스텝 S206에서의 처리는, 도 2의 스텝 S101 내지 스텝 S106의 처리와 마찬가지이며, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S206에서의 소정의 사이클수는, 스텝 S106에서의 소정의 사이클수보다도 작아도 된다. 또한, 스텝 S206에서의 소정의 사이클수는, 예를 들어 기판(W)의 표면에 루테늄막의 치밀한 막(예를 들어, 1 내지 4nm)이 성막되도록 설정되어도 된다.
스텝 S207에서, 제어 장치(20)는, 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 처리실(1c) 내에 연속적으로 공급하는 연속 공급 공정을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(20)는, 밸브(51)를 닫고, 밸브(45, 52, 53, 48)를 연다. 또한, 제어 장치(20)는 밸브(63, 65)를 연다. 이에 의해, 기판(W)에 성막 등의 소정의 처리가 행하여진다. 또한, 연속 공급 공정의 처리 시간은, 예를 들어 루테늄막의 막 두께가 원하는 두께로 되도록 설정된다.
이후, 스텝 S208 내지 스텝 S209에서의 처리는, 도 2의 스텝 S107 내지 스텝 S108의 처리와 마찬가지이며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은, 막 두께와 헤이즈값의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 여기에서는, 이하의 프로세스 조건에서 성막을 행하였다.
웨이퍼 온도: 130 내지 250℃
압력: 5 내지 200mTorr
CO 유량: 50 내지 300sccm
스테이지-가스 토출 기구간 갭: 50 내지 60mm
참고예에서의 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 백색 원 표시 및 일점쇄선으로 나타낸다. 또한, 도 2에 도시하는 공급 공정과 퍼지 공정의 사이클 처리에 의해 루테늄막을 성막했을 때의, 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 흑색 원 표시 및 실선으로 나타낸다(cycle). 또한, 도 9에 도시하는 공급 공정과 퍼지 공정의 사이클 처리와, 연속 공급 공정의 2스텝으로 루테늄막을 성막했을 때의, 루테늄막의 막 두께와 헤이즈값의 관계를 흑색 삼각 표시 및 파선으로 나타낸다(2step).
도 10에 도시하는 바와 같이, 도 9에 도시하는 처리에서도, 도 2에 도시하는 처리와 마찬가지의 헤이즈값의 저감 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 도 9에 도시하는 처리에 의한 성막 처리는, 도 2에 도시하는 처리에 의한 성막 처리와 비교하여, 성막 시간을 단축할 수 있었다.
이상, 성막 장치(100)에 의한 본 실시 형태의 성막 방법에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 개시의 요지의 범위 내에서, 다양한 변형, 개량이 가능하다.

Claims (6)

  1. 처리 용기 내의 적재대에 기판을 적재하는 공정과,
    상기 기판에 루테늄막을 성막하는 공정을 포함하고,
    상기 루테늄막을 성막하는 공정은,
    상기 처리 용기 내에 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내로의 상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리 용기 내의 가스를 배기하는 공정을 반복하며,
    상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스를 공급하는 공정은,
    상기 루테늄 함유 가스의 공급을 개시하는 타이밍보다도 앞서서, 상기 CO 가스의 공급을 개시하는, 기판 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스를 공급하는 공정은,
    상기 루테늄 함유 가스의 공급을 정지하는 타이밍보다도 나중에, 상기 CO 가스의 공급을 정지하는, 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 루테늄막을 성막하는 공정은,
    상기 반복하는 공정 후에,
    상기 처리 용기 내에 상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스를 연속적으로 공급하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 기판을 적재하는 적재대를 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기부와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 적재대에 상기 기판을 적재하는 공정과,
    상기 기판에 루테늄막을 성막하는 공정을 포함하고,
    상기 루테늄막을 성막하는 공정은,
    상기 처리 용기 내에 루테늄 함유 가스 및 CO 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내로의 상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리 용기 내의 가스를 배기하는 공정을 반복하며,
    상기 루테늄 함유 가스 및 상기 CO 가스를 공급하는 공정은,
    상기 루테늄 함유 가스의 공급을 개시하는 타이밍보다도 앞서서, 상기 CO 가스의 공급을 개시하는,
    기판 처리 장치.
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