KR100819639B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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도루 가가야
히로히사 야마자키
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

기판 처리 장치는, 반응관(203)과, 실리콘 웨이퍼(200)를 가열하는 히터(207)을 가지며, 트리메틸알루미늄(TMA)과 오존(O3)을 반응관(203) 내에 교대로 공급하여 웨이퍼(200) 표면에 Al2O3 막을 생성하는 기판 처리 장치로서, 오존과 TMA를 각각 흐르게 하는 공급관(232a, 232b)과, 반응관(203) 내에 가스를 공급하는 노즐(233)을 구비하고, 2 개의 공급관(232a, 232b)을 반응관(203) 내의 웨이퍼(200) 부근의 온도보다도 낮은 온도의 영역에서 히터(207)의 내측에 배치된 노즐(233)에 연결시켜, 오존과 TMA를 노즐(233)을 통해 반응관(203) 내에 각각 공급한다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 디바이스의 제조 방법{SUBSTRATE TREATMENT APPRATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 기판 처리 장치 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, Si 반도체 디바이스를 제조할 때 사용되는, ALD(Atomic layer Deposition) 법에 의한 성막을 행하는 반도체 제조 장치 및 ALD 법에 의한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
먼저, CVD(Chemical Vapor Deposition) 법 중의 하나인 ALD 법을 사용한 성막 처리에 관해 간단히 설명한다.
ALD 법은, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 사용하는 2 종류(또는 그 이상)의 원료 가스를 1 종류씩 교대로 기판상에 공급하고, 1 원자층 단위로 흡착시켜 표면 반응을 이용하여 성막을 행하는 수법이다.
즉, 예컨대 Al2O3(산화 알루미늄) 막을 형성하는 경우에는, ALD 법을 이용하여 TMA(Al(CH3)3, 트리메틸알루미늄)와 O3(오존)을 교대로 공급함으로써 250∼450℃ 의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다. 이와 같이, ALD 법에서는 복수 종류의 반응성 가스를 1 종류씩 교대로 공급함으로써 성막을 행한다. 그리고, 막두께 제어 는, 반응성 가스 공급의 사이클 수로 제어한다. 예컨대, 성막 속도가 1Å/사이클이라고 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 성막 처리를 20 사이클 행한다.
종래, Al2O3 막을 성막하는 ALD 장치는, 1 처리로(爐)로 동시에 처리하는 기판 매수가 1 장∼ 5 장의 매엽(枚葉) 장치라 불리는 형식의 것으로, 25 장 이상의 기판을 반응관의 관축 방향에 평행하게 나열한 배치(batch)식 장치라 불리는 형식의 장치로는 실용화되지 않았다.
TMA와 O3을 사용하여 이와 같은 세로형 배치식 장치로 Al2O3 막을 성막하는 경우, TMA의 노즐과 O3의 노즐을 따로따로 반응로 내에 세워 일으킨 경우, TMA의 가스 노즐 내에서 TMA가 분해되어 Al(알루미늄)이 성막되어서, 두꺼워지면 박리되어 떨어져 이물질 발생원이 될 우려가 있었다.
본 발명의 주된 목적은, 노즐 내에서의 막의 생성을 방지함으로써, 막의 박리에 의한 이물질 발생을 억제할 수 있는 기판 처리 장치 및 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명의 일 양태에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과, 그 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 기판 처리 장치로서,
상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 상기 2 개의 가스 중의 적어도 하나의 가스의 분해 온도 이상의 영역에 그 일부가 연장되어 있는 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
상기 2 개의 공급관을, 상기 적어도 하나의 가스의 분해 온도 미만의 장소에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실의 외측에 배치되고, 상기 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 핫월(hot wall) 식의 처리로를 구비한 기판 처리 장치로서,
상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 그 일부가 상기 가열 부재의 내측에 배치된 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
상기 2 개의 공급관을, 상기 처리실 내의 상기 기판 부근의 온도보다도 낮은 온도의 영역에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과, 그 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 기판 처리 장치로서,
상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 상기 2 개의 가스 중의 적어도 하나의 가스의 분해 온도 이상의 영역에 그 일부가 연장되어 있는 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
상기 2 개의 공급관을, 상기 적어도 하나의 가스의 분해 온도 미만의 장소에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 기판 처리 장치를 사용하고,
상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 교대로 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원하는 막을 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치에 있어서의 세로형 기판 처리로의 개략 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치에 있어서의 세로형 기판 처리로의 개략 횡단면도이다.
도 3A는 본 발명의 일실시예의 기판 처리 장치에 있어서의 세로형 기판 처리 로의 노즐(233)을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3B는 도 3A의 A부의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 바람직한 형태
본 발명의 바람직한 실시예의 배치식 처리 장치에 있어서는, 원료로서 트리메틸알루미늄(화학식 Al(CH3)3, TMA)과 오존(O3)을 사용하고, 기판을 복수장 유지 가능한 기판 유지 지그와, 그 기판 유지 지그가 삽입되어 기판의 처리를 실시하는 반응관과, 기판을 가열하는 가열 수단과, 반응관 내의 가스를 배기 가능한 진공 배기 장치와, 기판에 대하여 기판면 방향과 평행하게 가스를 분출하는 1 개의 가스 노즐을 구비하고, 그 노즐에 연결된 TMA와 O3의 가스 공급 라인이 반응실 내에서 합류하고 있고, TMA와 O3을 교대로 기판상에 공급함으로써 알루미늄 산화막(Al2O3 막)을 형성한다. 또, 기판상에는 TMA가 흡착하고, 다음에 흐르는 O3 가스와 흡착한 TMA가 반응하여, 1 원자층의 Al2O3 막이 생성된다.
TMA는, 압력, 온도가 모두 높아지면, 자기 분해가 일어나기 쉬워져 Al 막이 생성된다. 상기 가스 노즐에는 가스를 분출하는 노즐 구멍이 형성되어 있는데, 이 노즐 구멍은 작기 때문에 노즐 내 압력은 로 내 압력에 비해 높아진다. 예컨대, 로 내 압력이 0.5Torr(약 67Pa)일 때, 노즐 내 압력은 10Torr(약 1330Pa)가 될 것 으로 예상된다. 그 때문에, 특히 고온 영역에 있는 노즐 내에서 TMA의 자기 분해가 일어나기 쉬워진다. 이에 비해, 로 내에서는 온도는 높지만, 압력이 노즐 내만큼 높아지지 않기 때문에, TMA의 자기 분해는 잘 일어나지 않는다. 그 때문에, 노즐 내에서의 Al 막 생성 문제가 현저해진다.
또, 반응관 내벽에 부착된 Al2O3 막을 제거하기 위해, ClF3 가스를 흐르게 하여 클리닝을 행하지만, 이 클리닝 가스를 노즐로부터 공급하면, 노즐 내의 Al2O3 막도 동시에 제거할 수 있어, 클리닝의 용이화, 효율화도 가능해진다.
또한, 본 발명은 Al2O3 막의 생성 뿐만 아니라, HfO2 막의 생성에도 적합하게 적용된다. Hf 원료도 TMA와 동일한 문제가 생기기 때문이다. 또한, 이 경우, 기화시킨 테트라키스(N-에틸-N-메틸아미노)하프늄(상온에서 액체)의 Hf 원료 가스와 O3 가스를 교대로 흐르게 하여 HfO2 막의 성막을 행한다.
또한, 본 발명은 이하의 재료를 사용한 SiO2 막의 생성에도 적합하게 적용된다.
(1) O3과 Si2Cl6(헥사클로로디실란)을 교대로 흐르게 하여 ALD 법에 의해 SiO2 막의 성막을 행하는 경우.
(2) O3과 HSi(OC2H5)3(TRIES)를 교대로 흐르게 하여 ALD 법에 의해 SiO2 막의 성막을 행하는 경우.
(3) O3과 HSi[N(CH3)2]3(TrisDMAS)를 교대로 흐르게 하여 ALD 법에 의해 SiO2 막의 성막을 행하는 경우.
실시예 1
도 1은, 본 실시예에 따른 세로형 기판 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면으로 나타내고, 도 2는 본 실시예에 따른 세로형 기판 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 횡단면으로 나타낸다. 도 3A는, 본 실시예의 기판 처리 장치에 있어서의 세로형 기판 처리로의 노즐(233)을 설명하기 위한 개략도이며, 도 3B는 도 3A의 A부의 부분 확대도이다.
가열 수단인 히터(207)의 내측에, 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단에는, 예컨대 스테인레스 등으로 이루어지는 매니폴드(209)가 걸려 맞춰지고, 또한 그 하단 개구는 커버인 시일 캡(219)에 의해 기밀 부재인 O 링(220)을 통해 공기가 통하지 않게 폐색되고, 적어도 이 히터(207), 반응관(203), 매니폴드(209) 및 시일 캡(219)에 의해 처리로(202)를 형성하고 있다. 이 매니폴드(209)는 유지 수단(이하 히터 베이스(251))에 고정된다.
반응관(203)의 하단부 및 매니폴드(209)의 상부 개구 단부에는, 각각 고리 모양의 플랜지가 설치되고, 이들 플랜지 사이에는 기밀 부재(이하 O 링(220))가 배치되고, 양자 간은 공기가 통하지 않게 밀폐되어 있다.
시일 캡(219)에는 석영 캡(218)을 통해 기판 유지 수단인 보우트(217)가 입설(立設)되고, 석영 캡(218)은 보우트(217)를 유지하는 유지체로 되어 있다. 그리고, 보우트(217)는 처리로(202)에 삽입된다. 보우트(217)에는 배치(batch) 처리되 는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 관축 방향으로 다단으로 적재된다. 히터(207)는 처리로(202)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정 온도로 가열한다.
처리로(202)에는 복수 종류, 여기서는 2 종류의 가스를 공급하는 공급관으로서의 2 개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)은, 매니폴드(209)의 하부를 관통하여 설치되어 있고, 가스 공급(232b)은, 처리로(202) 내에서 가스 공급관(232a)과 합류하여, 2 개의 가스 공급관(232a, 232b)이 1 개의 다공 노즐(233)에 연통되어 있다. 노즐(233)은 처리로(202) 내에 설치되어 있고, 가스 공급관(232b)으로부터 공급되는 TMA의 분해 온도 이상의 영역에 그 상부가 연장되어 있다. 그러나, 가스 공급관(232b)이, 처리로(202) 내에서 가스 공급관(232a)과 합류하고 있는 곳은, TMA의 분해 온도 미만의 영역이고, 웨이퍼(200) 및 웨이퍼(200) 부근의 온도보다 낮은 온도의 영역이다. 여기서는, 제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 유량 제어 수단인 제1 매스플로우 컨트롤러(241a) 및 개폐 밸브인 제1 밸브(243a)를 통하여, 또한 후술하는 처리로(202) 내에 설치된 다공 노즐(233)을 통하여, 처리로(202)에 반응 가스(O3)가 공급되고, 제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 유량 제어 수단인 제2 매스플로우 컨트롤러(241b), 개폐 밸브인 제2 밸브(252), TMA 용기(260) 및 개폐 밸브인 제3 밸브(250)를 통하여, 앞서 기술한 다공 노즐(233)을 통해 처리로(202)에 반응 가스(TMA)가 공급된다. TMA 용기(260)에서 매니폴드(209)까지의 가스 공급관(232b)에는 히터(300)가 설치되어 가스 공급관(232b)을 50∼60℃로 유지하고 있다.
가스 공급관(232b)에는, 불활성 가스의 라인(232c)이 개폐 밸브(253)를 통해 제3 밸브(250)의 하류측에 접속되어 있다. 또한, 가스 공급관(232a)에는, 불활성 가스의 라인(232d)이 개폐 밸브(254)를 통해 제1 밸브(243a)의 하류측에 접속되어 있다.
처리로(202)는 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해 제4 밸브(243d)를 통해 배기 수단인 진공 펌프(246)에 접속되고, 진공 배기되도록 되어 있다. 또한, 이 제4 밸브(243d)는 밸브를 개폐하여 처리로(202)의 진공 배기ㆍ진공 배기 정지가 가능하고, 또한 밸브 개방도를 조절하여 압력 조정이 가능하게 되어 있는 개폐 밸브다.
노즐(233)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 배치되어 있다. 그리고 노즐(233)에는 복수의 가스를 공급하는 공급 구멍인 가스 공급 구멍(248b)이 형성되어 있다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 복수 장의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일 간격으로 두는 보우트(217)가 설치되어 있고, 이 보우트(217)는 도면 중 생략한 보우트 엘리베이터 기구에 의해 반응관(203)에 출입 가능하도록 되어 있다. 또한 처리의 균일성을 향상시키기 위해 보우트(217)를 회전시키기 위한 회전 수단인 보우트 회전 기구(267)가 설치되어 있고, 보우트 회전 기구(267)를 회전시킴으로써, 석영 캡(218)에 유지된 보우트(217)를 회전시키도록 되어 있다.
제어 수단인 컨트롤러(121)는, 제1, 제2 매스플로우 컨트롤러(241a, 241b), 제1∼제4 밸브(243a, 252, 250, 243d), 밸브(253, 254), 히터(207), 진공 펌프(246), 보우트 회전 기구(267), 도면 중 생략한 보우트 승강 기구에 접속되어 있 고, 제1, 제2 매스플로우 컨트롤러(241a, 241b)의 유량 조정, 제1∼제3 밸브(243a, 252, 250), 밸브(253, 254)의 개폐 동작, 제4 밸브(243d)의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207)의 온도 조절, 진공 펌프(246)의 기동ㆍ정지, 보우트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보우트 승강 기구의 승강 동작 제어가 행해진다.
다음으로 ALD 법에 의한 성막 예로서, TMA 및 O3 가스를 사용하여 Al2O3 막을 성막하는 경우를 설명한다.
먼저, 성막하고자 하는 반도체 실리콘 웨이퍼(200)를 보우트(217)에 장전하고 처리로(202)에 반입한다. 반입 후, 다음의 3 가지 단계를 순서대로 실행한다.
[단계 1]
단계 1에서는 O3 가스를 흐르게 한다. 먼저, 제1 가스 공급관(232a)에 설치한 제1 밸브(243a), 및 가스 배기관(231)에 설치한 제4 밸브(243d)를 모두 열어, 제1 가스 공급관(232a)으로부터 제1 매스플로우 컨트롤러(243a)에 의해 유량 조정된 O3 가스를 노즐(233)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리로(202)에 공급하면서 가스 배기관(231)으로 배기한다. O3 가스를 흐르게 할 때에는, 제4 밸브(243d)를 적정하게 조절하여 처리로(202) 내 압력을 10∼100Pa 로 한다. 제1 매스플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 O3의 공급 유량은 1000∼10000sccm이다. O3에 웨이퍼(200)를 노출시키는 시간은 2∼120 초간이다. 이 때의 히터(207) 온도는 웨이퍼의 온도가 250∼450℃ 가 되도록 설정되어 있다.
동시에 가스 공급관(232b)의 도중에 연결되어 있는 불활성 가스의 라인 (232c)으로부터 개폐 밸브(253)를 열어 불활성 가스를 흐르게 하면 TMA 측에 O3 가스가 돌아 들어오는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 처리로(202) 내에 흐르게 하고 있는 가스는 O3과 N2, Ar 등의 불활성 가스 뿐이며, TMA는 존재하지 않는다. 따라서, O3은 기상 반응을 일으키지 않고, 웨이퍼(200) 상의 베이스막과 표면 반응한다.
[단계 2]
단계 2에서는, 제1 가스 공급관(232a)의 제1 밸브(243a)를 닫아 O3의 공급을 멈춘다. 또한, 가스 배기관(231)의 제4 밸브(243d)는 열린 채로 진공 펌프(246)에 의해, 처리로(202)를 20Pa 이하로 배기하고, 잔류 O3을 처리로(202)로부터 배제한다. 또, 이 때에는 N2 등의 불활성 가스를, O3 공급 라인인 제1 가스 공급관(232a) 및 TMA 공급 라인인 제2 가스 공급관(232b)으로부터 각각 처리로(202)에 공급하면, 잔류 O3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
[단계 3]
단계 3에서는 TMA 가스를 흐르게 한다. TMA는 상온에서 액체이며, 처리로(202)에 공급하려면, 가열하여 기화시키고 나서 공급하는 방법, 캐리어 가스라 불리는 질소나 희소 가스 등의 불활성 가스를 TMA 용기(260) 중에 통과시켜, 기화된 만큼을 그 캐리어 가스와 함께 처리로로 공급하는 방법 등이 있지만, 예로서 후자의 케이스를 설명한다. 먼저, 캐리어 가스 공급관(232b)에 설치한 밸브 (252), TMA 용기(260)와 처리로(202) 사이에 설치된 밸브(250) 및 가스 배기관(231)에 설치한 제4 밸브(243d)를 모두 열어, 캐리어 가스 공급관(232b)으로부터 제2 매스플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조절된 캐리어 가스가 TMA 용기(260) 중을 통과하고, TMA와 캐리어 가스의 혼합 가스로서, 노즐(233)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리로(202)에 공급하면서 가스 배기관(231)으로 배기한다. TMA 가스를 흐르게 할 때에는, 제4 밸브(243d)를 적정하게 조정하여 처리로(202) 내 압력을 10∼900Pa로 한다. 제2 매스플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 캐리어 가스의 공급 유량은 10000sccm 이하이다. TMA를 공급하기 위한 시간은 1∼4 초 설정한다. 그 후 더욱 흡착시키기 위해 상승한 압력 분위기 중에 노출시키는 시간을 0∼4 초로 설정해도 된다. 이 때의 웨이퍼 온도는 O3의 공급시와 동일하게 250∼450℃ 이다. TMA의 공급에 의해, 베이스막 위의 O3와 TMA가 표면 반응하여 웨이퍼(200) 상에 Al2O3 막이 성막된다.
동시에 가스 공급관(232a)의 도중에 연결되어 있는 불활성 가스의 라인(232d)으로부터 개폐 밸브(254)를 열어 불활성 가스를 흐르게 하면 O3 측에 TMA 가스가 돌아 들어오는 것을 방지할 수 있다.
성막 후, 밸브(250)를 닫고, 제4 밸브(243d)를 열어 처리로(202)를 진공 배기하여, 잔류하는 TMA의 성막에 기여한 후의 가스를 배제한다. 또한, 이 때에는 N2 등의 불활성 가스를, O3 공급 라인인 제1 가스 공급관(232a) 및 TMA 공급 라인인 제2 가스 공급관(232b)으로부터 각각 처리로(202)에 공급하면, 잔류하는 TMA의 성막 에 기여한 후의 가스를 처리로(202)로부터 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 단계 1∼3을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복함으로써 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 Al2O3 막을 성막한다.
처리로(202) 내를 배기하여 O3 가스를 제거하고 나서 TMA를 흐르게 하므로, 양자는 웨이퍼(200)로 향하는 도중에 반응하지 않는다. 공급된 TMA는, 웨이퍼(200)에 흡착되어 있는 O3과만 유효하게 반응시킬 수 있다.
또, O3 공급 라인인 제1 가스 공급관(232a) 및 TMA 공급 라인인 제2 가스 공급관(232b)을 처리로(202) 내에서 합류시킴으로써, TMA와 O3을 노즐(233) 내에서도 교대로 흡착, 반응시켜 퇴적막을 Al2O3로 할 수 있고, TMA와 O3을 별개의 노즐로 공급하는 경우에 TMA 노즐 내에서 이물질 발생원이 될 가능성이 있는 Al 막이 생성되는 문제를 없앨 수 있다. Al2O3 막은, Al 막보다도 밀착성이 좋고, 잘 박리되지 않기 때문에, 이물질 발생원이 되기 어렵다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명이 적합하게 적용되는 기판 처리 장치의 일례인 반도체 제조 장치에 관한 개략을 설명한다.
케이스(101) 내부의 전면 측에는, 도시하지 않는 외부 반송 장치와의 사이에 기판 수납 용기로서의 카세트(100)의 수수(授受)를 행하는 유지구 수수 부재로서의 카세트 스테이지(105)가 설치되고, 카세트 스테이지(105)의 후측에는 승강 수단으로서의 카세트 엘리베이터(115)가 설치되고, 카세트 엘리베이터(115)에는 반송 수 단으로서의 카세트 이동 탑재기(114)가 장착되어 있다. 또한, 카세트 엘리베이터(115)의 후측에는, 카세트(100)의 적재 수단으로서의 카세트 선반(109)이 설치되는 동시에 카세트 스테이지(105)의 위쪽에도 예비 카세트 선반(110)이 설치되어 있다. 예비 카세트 선반(110)의 위쪽에는 클린 유닛(118)이 설치되어 클린 에어를 케이스(101)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
케이스(101)의 후부 위쪽에는 처리로(202)가 설치되고, 처리로(202)의 아래쪽에는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 다단으로 유지하는 기판 유지 수단으로서의 보우트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강 수단으로서의 보우트 엘리베이터(121)가 설치되고, 보우트 엘리베이터(121)에 장착된 승강 부재(122)의 선단부에는 커버로서의 시일 캡(219)이 장착되어 보우트(217)를 수직으로 지지하고 있다. 보우트 엘리베이터(121)와 카세트 선반(109) 사이에는 승강 수단으로서의 이동 탑재 엘리베이터(113)가 설치되고, 이동 탑재 엘리베이터(113)에는 반송 수단으로서의 웨이퍼 이동 탑재기(112)가 장착되어 있다. 또, 보우트 엘리베이터(121) 옆에는, 개폐 기구를 가지며 처리로(202)의 하면을 막는 차폐 부재로서의 로 입구(爐口) 셔터(116)가 설치되어 있다.
웨이퍼(200)가 장전된 카세트(100)는, 도시하지 않은 외부 반송 장치로부터 카세트 스테이지(105)에 웨이퍼(200)가 상향 자세로 반입되고, 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되도록 카세트 스테이지(105)에서 90℃ 회전된다. 또한, 카세트(100)는, 카세트 엘리베이터(115)의 승강 동작, 횡행(橫行) 동작 및 카세트 이동 탑재기(114)의 진퇴 동작, 회전 동작의 협동에 의해 카세트 스테이지(105)로부터 카세트 선반(109) 또는 예비 카세트 선반(110)에 반송(搬送)된다.
카세트 선반(109)에는 웨이퍼 이동 탑재기(112)의 반송 대상이 되는 카세트(100)가 수납되는 이동 탑재 선반(123)이 있고, 웨이퍼(200)가 이동 탑재에 제공되는 카세트(100)는 카세트 엘리베이터(115), 카세트 이동 탑재기(114)에 의해 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재된다.
카세트(100)가 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재되면, 웨이퍼 이동 탑재기(112)의 진퇴 동작, 회전 동작 및 이동 탑재 엘리베이터(113)의 승강 동작의 협동에 의해 이동 탑재 선반(123)으로부터 강하 상태의 보우트(217)에 웨이퍼(200)를 이동 탑재한다.
보우트(217)에 소정 매수의 웨이퍼(200)가 이동 탑재되면 보우트 엘리베이터(121)에 의해 보우트(217)가 처리로(202)에 삽입되고, 시일 캡(219)에 의해 처리로(202)에 공기가 통하지 않도록 폐색된다. 공기가 통하지 않게 폐색된 처리로(202) 내에서는 웨이퍼(200)가 가열되는 동시에 처리 가스가 처리로(202) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
웨이퍼(200)에의 처리가 완료되면, 웨이퍼(200)는 상기한 작동의 역순으로, 보우트(217)로부터 이동 탑재 선반(123)의 카세트(100)에 이동 탑재되고, 카세트(100)는 카세트 이동 탑재기(114)에 의해 이동 탑재 선반(123)으로부터 카세트 스테이지(105)로 이동 탑재되어, 도시하지 않은 외부 반송 장치에 의해 케이스(101)의 외부로 반출된다. 또한, 로 입구 셔터(116)는, 보우트(217)가 강하 상태일 때에 처리로(202)의 하면을 막아, 외기가 처리로(202) 내로 들어오는 것을 방지하고 있다.
상기 카세트 이동 탑재기(114) 등의 반송 동작은, 반송 제어 수단(124)에 의해 제어된다.
명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2003년 8월 15일 제출한 일본국 특허출원 2003-293953호의 개시 내용 전체는, 그대로 인용하여 본 명세서에 포함된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일양태에 의하면, 양산성이 뛰어난 배치식 처리 장치로 ALD 법에 의한 Al2O3 막 등의 성막이 가능해지고, 또한 부 생성물인 노즐 내의 Al 막 등의 성막을 억제할 수 있게 된다.
그 결과, 본 발명은, 반도체 웨이퍼를 처리하는 기판 처리 장치 및 그것을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판을 수용하는 처리실과, 그 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 기판 처리 장치로서,
    상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 상기 2 개의 가스 중의 적어도 하나의 가스의 분해 온도 이상의 영역에 그 일부가 연장되어 있는 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
    상기 2 개의 공급관을, 상기 적어도 하나의 가스의 분해 온도 미만의 장소에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 부재가, 다수의 가스 분출구를 가진 노즐인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 처리실을 형성하고, 적층된 복수의 기판을 수용가능한 반응관을 더 구비하고, 상기 노즐이, 상기 반응관의 하부로부터 상부에 걸쳐 상기 기판의 적재 방향을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2 개의 공급관과 상기 가스 공급 부재의 연결 개소는, 상기 처리실 내인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 부재의 내벽에, 상기 적어도 2 개의 가스의 반응에 의해 생성되는 막이 부착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 클리닝 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 공급하여, 상기 처리실의 클리닝과 상기 가스 공급 부재에 부착된 막의 제거를 실시하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스는 트리메틸알루미늄과 오존으로서, 상기 기판의 표면에 알루미늄 산화막을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스는, 테트라키스(N-에틸-N-메틸아미노)하프늄과 오존으로서, 상기 기판의 표면에 하프늄 산화막을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실의 외측에 배치되고, 상기 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 핫월식의 처리로를 구비한 기판 처리 장치로서,
    상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 그 일부가 상기 가열 부재의 내측에 배치된 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
    상기 2 개의 공급관을, 상기 처리실 내의 상기 기판 부근의 온도보다도 낮은 온도의 영역에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 기판을 수용하는 처리실과, 그 기판을 가열하는 가열 부재를 가지며, 서로 반응하는 적어도 2 개의 가스를 교대로 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판의 표면에 원하는 막을 생성하는 기판 처리 장치로서,
    상기 2 개의 가스가 서로 독립적으로 각각 흐르는 2 개의 공급관과,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 단일한 가스 공급 부재로서, 상기 2 개의 가스 중의 적어도 하나의 가스의 분해 온도 이상의 영역에 그 일부가 연장되어 있는 상기 단일한 가스 공급 부재를 구비하고,
    상기 2 개의 공급관을, 상기 적어도 하나의 가스의 분해 온도 미만의 장소에서, 상기 가스 공급 부재에 연결시켜, 상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 각각 공급하는 기판 처리 장치를 사용하고,
    상기 2 개의 가스를 상기 가스 공급 부재를 통해 상기 처리실 내에 교대로 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원하는 막을 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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