KR100865580B1 - 기판처리장치 및 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

성막시에 기판상의 압력을 일정하게 할 수 있으면서, 퍼지 시에는 반응가스를 효율적으로 제거하는 것을 가능하게 한다. 기판(8)은 처리실(1) 내에서 서셉터(보지구)(3)에 의해 보지된다. 기판(8)의 주위에 플레이트(2)가 설치된다. 플레이트(2)는 서셉터(3)에 의해 지지된다. 가스 공급구(19, 20)는 기판(8)의 측방으로서 플레이트(2)보다 상방에 설치되어, 플레이트(2)의 상방의 공간(34)로부터 기판(8)에 대해 가스를 공급하도록 구성된다. 플레이트(2)의 적어도 기판(8)보다 상류측과 하류측에 배출구(11)가 설치되어 가스를 플레이트(2)의 하방 공간(3)으로 배출하도록 되어 있다. 처리실(1)을 배기하는 배기구(16)는 배출구(11)와 연통하여 기판(8)을 사이에 두고 가스 공급구(19, 20)와 반대측으로서 플레이트(2)보다 하방에 설치된다. 배출구(11)의 컨덕턴스는 가스의 흐름의 상류측(11A) 쪽이 하류측(11B)보다 크게 되도록 구성되고 있다.

기판, 플레이트, 퍼지, 배기, 처리실

Description

기판처리장치 및 반도체장치의 제조방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 기판의 주위에 플레이트(plate)를 설치하여 기판을 처리하는 기판처리장치 및 반도제장치의 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체의 미세화에 따라 고품질 반도체막의 요구가 높아지고 있는 중에 2종류의 반응가스를 교대로 공급하여 원자층 레벨의 퇴적막을 형성하는 성막방법이 주목받고 있다. 반응가스의 재료로서는 금속함유 원료와 산소 또는 질소를 함유하는 가스가 사용되어 있다. 성막방법으로는 반응의 형태로부터 볼 때 2종류가 있다. 하나는 ALD(Atomic Layer Deposition)이고 다른 하나는 사이클 방법을 적용한 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이다. 이들 방법은 기본적인 가스 공급 방법은 동일하므로 도 14를 공통으로 사용하여 설명한다. 도 14(a)는 플로우 챠트, 도 14(b)는 가스 공급의 타이밍(timing)도이다. 도시한 예에서는 가스화한 금속함유 원료를 원료 A, 산소 또는 질소를 함유하는 가스를 원료 B로 하고 있다.

ALD는 원료 A를 기판에 공급하여 흡착시키고(공정 1), 흡착 후 잔류 원료 A를 배기하고(공정 2), 배기 후 원료 B를 기판에 공급하여 원료 A와 반응시켜서 성막하고(공정 3), 성막 후 잔류 원료 B를 배기하는(공정 4) 4가지 공정을 1사이클로 하여 이를 복수회 반복하는 방법이다. 가스 공급 타이밍은 도 14(b)에 도시한 것과 같이 원료 A와 원료 B를 교대로 공급하는 사이에 퍼지(purge) 가스로 배기하도록 되어 있다.

사이클 방법을 적용한 MOCVD는 원료 A를 기판에 공급하여 열분해시켜 기판에 성막하고(공정 1), 성막 후 잔류 원료 A를 배기하고(공정 2), 배기 후 원료 B를 기판에 공급하여 퇴적막의 개질처리를 하고(공정 3), 개질 후 잔류 원료 B를 배기하는(공정 4) 4가지 공정을 1사이클로 하여 이것을 복수회 반복하는 방법이다. 가스 공급 타이밍은 도 14(b)에 도시한 것과 같이 원료 A와 원료 B를 교대로 공급하는 사이에 퍼지 가스로 배기하도록 되어 있다.

일반적으로 원료 A와 원료 B는 반응성이 극히 높을 경우가 많아 이들 원료를 동시에 공급하는 경우 기상(氣相)반응에 의한 이물의 발생이나 떨어지는 막질이 퇴적하여 수율의 저하를 초래하게 된다. 그 때문에 상술한 공정 2, 4에서는 전(前)공정에서 공급한 원료가 남지 않도록 진공으로 하거나 불활성 가스에 의한 퍼지(배기)를 실시하고 있다. 특히 기판상류부에서의 원료의 잔류는 기판의 성막조건에 직접 영향을 주므로 충분한 퍼지가 필요한데, 퍼지에 필요한 시간이 길어지면 처리량이 저하한다.

한편, 상술한 공정 1, 3에 있어서는 ALD 및 사이클 방법을 적용한 MOCVD 양쪽 모두 원료 A, B의 기판상으로의 공급량을 균일하게 함으로써 기판상에 형성된 막후, 막질의 균일성 향상을 꾀하고 있다. 여기에서 원료의 공급량은 일반적으로 원료의 분압(전체 압력×원료 몰분율)의 함수로 생각된다. 따라서 기판상에 흐르는 가스류(流)의 상류측과 하류측에서의 원료의 분압이 다르면 흡착량은 균일하게 되지 않아 균일성을 얻을 수 없다.

상기 성막방법을 실시하기 위한 반도체제조 장치에 대해서는 매엽(枚葉)식 장치가 주류이다. 매엽식 장치를 사용하여 막후의 고정밀도 제어나 고품질 막을 형성하려면 상술한 막후의 균일성 및 처리량의 관점에서 가스 공급 및 배기 방법이 중요하다. 매엽장치의 기판에 대한 가스 공급, 배기 형태는 구성상 다음 2가지로 대별할 수 있다.

하나의 형태(직경 방향으로 흐르는 형태)는 도 15(a)에 도시한 것과 같이 처리실(50)내의 기판이 보지되어 있는 기판보지영역(41) 상방의 가스공급구(42)로부터 기판면(43)의 중심부에 대하여 가스를 수직방향으로 공급하여 기판면(43) 위를 직경방향으로 흘려 기판외주로부터 배기구(44)를 향해서 가스를 배기하는 방법이다.

다른 형태(한쪽으로 흐르는 형태)는 도 15(b)에 도시한 것과 같이 기판보지영역외(45)의 한쪽측에 설치한 가스공급구(46)로부터 기판면(43)에 대하여 가스를 평행한 방향으로 공급하여 기판면(43)위를 한쪽 방향으로 흘려 가스공급구(46)와 반대측에 설치한 배기구(47)로 배기하는 방법이다.

도 15(a)의 직경방향으로 흐르는 형태의 경우, 가스가 부딪치는 기판중심부에 막후가 두껍게 성막되는 이상점이 발생해 막후의 균일성이 악화된다. 이를 회피하기 위한 것으로서 도 15(c)에 도시한 것과 같이 가스공급구(42)와 기판면(43)사이에 다공판(多孔板)(48)을 설치하여 각 구멍으로부터 가스를 샤워 모양으로 흐르 도록 개량하고 있다. 그러나 배기구(44)로부터의 거리가 다르므로 웨이퍼 위에 있어서 가스류가 치우치기 때문에 기판면(43) 내에 대한 가스의 공급을 균일하게 할 수 없어 막후의 균일성을 확보하기 어렵다.

따라서 직경방향으로 흐르는 형태에서는 종래 가스 배기로의 컨덕턴스(conductance)를 조정함으로써 막후의 균일성을 개선하려고 하는 여러 가지 방안이 생각되어 왔다. 예를 들면 반응가스의 흐름을 기판전면에 걸쳐 균일화하기 위해서 배플(baffle)판의 배기 구멍에 가까운 쪽의 배기 컨덕턴스 조정 구멍의 유로(流路) 단면적을 반대측보다 작게 한 것(예를 들면 특허문헌 1 참조), 배플판의 설치, 배플 구멍의 간격, 배플 구멍의 직경, 배플판 두께, 슬릿(slit) 폭 등을 변화시키는 등을 통해 배기가스를 웨이퍼의 전원주각(全圓周角)에 걸쳐 치우침이 없는 균등한 유량으로 반경 방향으로 유출시키도록 한 것(예를 들면 특허문헌 2 참조), 배플판을 이동시켜 배기로의 개구분포를 변화시킴으로써 배기구와 그 반대측의 배기 컨덕턴스를 변화시켜 이에 따라 처리공간 내의 압력분포를 조정한 것(예를 들면 특허문헌 3 참조) 등이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개번호 제1996-8239호 공보

특허문헌 2: 일본특허공개번호 제2001-179078호 공보

특허문헌 3: 일본특허공개번호 제2003-68711호 공보

상술한 특허문헌 1∼3에 기재된 장치에서는 배플판에 의해 처리 공간 내의 압력분포를 조정하고 있으므로 기판상의 압력을 균등하게 하여 막후의 균일성을 개선할 수 있다. 그러나 어느 것이나 다공판에 의해 처리 가스를 직경 방향 흐름으로 공급하는 형태이기 때문에 다공판 상류의 영역은 고압이 되고 퍼지 공정에 있어서 잔류 가스의 배기에 시간이 필요하게 된다. 또한 배기구와 반대측의 컨덕턴스 조정용 개구에 관하여는, 배기구와 반대 방향을 향해 가스를 흘릴 필요가 있어 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 없어 가스가 배플판의 하방 공간에 체류하거나 그 공간의 내벽에 흡착하여 파티클(particle) 발생의 원인이 되는 것으로 생각된다. 즉 특허문헌 1∼3에 기재된 장치는 재빠르게 배기를 하지 못해 퍼지 효율이 나빠지는 것으로 생각된다.

퍼지 효율이 나쁘면 높은 퍼지 효율이 요구되는 처리, 예를 들면 빈번히 퍼지를 하는 ALD나 사이클 방법을 적용한 MOCVD 등의 사이클 처리에서는 상술한 성막방법 공정 2, 4에 있어서 잔류 가스의 배기에 시간이 소요되기 때문에 처리량이 저하되는 요인이 된다. 배기 시간의 단축 때문에 다공판과 웨이퍼의 간격을 좁게 하여 반응 용적을 축소하는 것도 고려되고 있으나, 반응 용적을 축소한 경우 웨이퍼 상에 다공판 구멍의 자국이 전사되어 막후의 균일성을 확보하는 것이 곤란해진다. 따라서 직경방향 흐름의 형태는 사이클 처리에서의 적용이 곤란하게 된다.

따라서 매엽식 장치의 사이클 처리에서의 적용에 대해서는 직경방향 흐름의 형태보다 퍼지 효율이 좋은 한쪽 방향 흐름의 형태가 선택되는 경우가 많다. 그러나 한쪽 방향 흐름의 형태인 경우라도 기판 위를 한쪽 방향으로 가스가 흐를 때 가스 흐름의 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되어 기판처리의 균일성을 얻을 수 없다는 결점이 있었다. 또한 배기구가 웨이퍼의 상방의 공간에 연통(連通)된 경우 배기구로부터의 파티클이 웨이퍼 위에 역류 확산하는 문제도 있었다.

본 발명의 과제는 기판의 측방으로부터 가스를 공급하면서 기판을 사이에 두고 가스 공급측과 반대측에 의해 배기하는 형태의 기판처리장치에 있어서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하여 기판처리의 균일성을 확보하면서 처리실내 잔류 가스를 퍼지할 때에는 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.

기판 측방으로부터 가스를 공급하면서 기판을 사이에 두고 가스 공급측과 반대측에서 배기하는 형태의 기판처리장치에 있어서 파티클의 발생을 억제하기 위하여 반응가스는 본래 기판 위에만 흘리는 것이 바람직하다. 그러나 기판 위에 한쪽 방향으로 가스를 흘리면 가스 흐름의 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되어 기판처리의 균일성을 얻지 못한다. 따라서 본 발명자는, 기판의 주위에 플레이트를 설치하여 기판 위에 흐르는 가스의 일부를 플레이트의 하방 공간에 배출하도록 하고 그 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 하면, 기판상의 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되는 것을 완화할 수 있으며 잔류 가스를 퍼지 할 때 플레이트의 하방 공간의 퍼지 효율이 커진다는 지식을 얻어 본 발명을 창작하기에 이르렀다.

제1의 발명은 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 기판을 보지하는 보지구와, 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트와, 상기 기판의 측방으로서 상기 플레이트의 상방 공간에 연통되도록 설치되어 상기 기판에 대하여 가스를 공급하는 공급구와, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치되어 상기 가스를 상기 플레이트의 하방 공간에 배출하는 배출구와, 상기 기판을 사이에 두고 상기 공급구와 반대측에 설치되어 상기 플레이트의 하방 공간에 연통하여 상기 처리실을 배기하는 배기구를 가지며, 상기 배출구의 컨덕턴스는 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

기판의 측방으로서 플레이트의 상방 공간에 연통하도록 설치된 공급구로부터 가스가 기판에 공급된다. 배기구는 기판을 사이에 두고 공급구와 반대측이며 플레이트의 하방 공간에 연통하여 설치되어 있으므로, 플레이트의 상방 공간에 공급된 가스는 플레이트를 따라 기판상을 한쪽 방향으로 흐른다. 또한 플레이트 기판보다 상류측과 하류측에 배출구가 설치되어 있으므로 공급된 가스의 일부는 기판상을 흐르지 않고 상류측의 배출구로부터 플레이트의 하방 공간에 배출된다. 가스의 나머지는 기판상을 흐른 후에 하류측의 배출구로부터 플레이트의 하방 공간에 배출된다. 이들 배출된 가스는 플레이트의 하방 공간에 연통하는 배기구로 배기된다. 이와 같이 처리실에 가스를 공급하면서 배기함으로써 기판이 처리된다.

제1의 발명에서는 배출구의 컨덕턴스는 상류측의 배출구가 하류측의 배출구보다 크도록 구성되어 있다. 그 때문에 상류측이 하류측보다 유로저항(流路抵抗)이 작게 되어 상류측의 배출구가 하류측의 배출구보다 가스가 배출되기 쉬워진다. 이에 따라 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되는 것이 완화되어 기판상의 압력분포가 균일화되어 기판처리의 균일성이 향상한다.

또한 상류측의 배출구가 하류측의 배출구보다 컨덕턴스가 크도록 구성한 관계로 처리실 내의 잔류 가스를 퍼지 할 때 하류측의 배출구보다 대량의 퍼지 가스가 상류측의 배출구로부터 플레이트의 하방 공간에 배출된다. 따라서 퍼지 가스가 상류측으로부터 플레이트의 하방 공간 전체에 공급되기 때문에 퍼지 효율이 향상된다. 그 결과 플레이트의 하방 공간에 체류하거나 그 공간의 내벽에 흡착하는 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

기판으로서는 실리콘 기판을 들 수 있다. 기판을 처리하는 방법으로는, 2종류 이상의 가스를 교대로 공급하여 막을 퇴적시키는 ALD 또는 사이클 방법을 적용한 MOCVD나 2종류 이상의 가스를 동시에 공급하여 막을 퇴적시키는 통상의 MOCVD 등을 들 수 있다. 기판의 처리 내용으로는 금속 산화막의 성막 등을 들 수 있다. 처리실로는 매엽식을 들 수 있다. 보지구로는 보지되는 기판을 가열하는 서셉터(susceptor) 등을 들 수 있다. 기판의 주위에 설치된 플레이트로는 배출구의 컨덕턴스를 조정하는 컨덕턴스 플레이트를 들 수 있다. 가스로는 금속 함유 원료와 산소 또는 질소를 함유하는 가스를 들 수 있다. 가스를 공급하는 공급구에 다공판을 설치할 필요는 없다. 배출구는 플레이트와 처리실 벽 사이, 플레이트와 기판 사이, 또는 플레이트 영역 내의 어딘가에 설치하든지 또는 이들을 임의로 조합하여 설치할 수도 있다. 기판처리장치로는 매엽식의 처리실을 갖는 반도체 제조장치를 들 수 있다.

제2의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 기판보다 상류측의 상기 배출구는 상기 공급구와 상기 기판 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

기판보다 상류측의 배출구가 공급구와 기판 사이, 즉 공급구보다 하류측으로서 기판보다 상류측에 설치되면, 배기구의 반대쪽을 향해 가스가 흘러가는 것이 없어져, 플레이트의 하방 공간에서 보다 대량의 퍼지 가스를 배출구로 원활하게 배출할 수 있으므로 퍼지 효율이 향상된다.

제3의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 공급구는 상기 배기구와 반대쪽의 상기 플레이트 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

공급구가 플레이트의 외측에 설치되면 상류측의 배출구로부터 플레이트의 하방 공간에 배출되는 가스를 그 공간의 최상류에서 유입시킬 수 있으므로 퍼지 효율이 보다 향상되고 그 공간에 체류하거나 그 공간 내벽에 흡착하는 반응가스를 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

제4의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 배출구는 상기 플레이트에 설치된 개구에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

배출구를 플레이트에 설치된 개구에 의해 구성하면 상류측의 개구와 하류측의 개구면적을 조정하는 것만으로 용이하게 배출구의 컨덕턴스를 조정할 수 있다. 즉 상류측의 개구면적이 하류측보다 크게 되도록 하는 것만으로 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크도록 구성할 수 있다.

제5의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 배출구는 상기 플레이트와 상기 처리실 벽 사이에 형성되는 간격에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

배출구를 플레이트와 처리실 벽 사이에 형성되는 간격에 의해 구성하면 상류측의 간격이 커지고 하류측의 간격이 작게 되도록 플레이트의 위치를 편의(偏椅)시키는 것만으로 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성할 수 있다.

제6의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 배출구의 개구면적은 상류측이 하류측보다 큰 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

배출구의 개구면적을 상류측이 하류측보다 크게 함으로써 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성할 수 있다.

제7의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 배출구의 유로장(流路長)은 상류측이 하류측보다 짧은 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

배출구의 유로장을 상류측이 하류측보다 짧게 함으로써 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성할 수 있다.

제8의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 공급구로부터 2종류 이상의 반응가스를 교대로 복수회 공급하고, 2종류 이상의 반응가스를 교대로 공급하는 사이에 퍼지 가스를 공급하도록 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

제어 수단에 의해 공급구로부터 2종류 이상의 반응가스를 교대로 공급하고 그 사이에 퍼지 가스를 공급하여, 교대로 복수회 공급하도록 제어되는 높은 퍼지 효율이 요구되는 처리에 있어서도 플레이트의 하방 공간에 체류하거나 그 공간 내벽에 흡착하는 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제9의 발명은 제1의 발명에 있어서 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 하류측에는 상기 배출구가 적어도 2개 이상 설치되고 이들 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 간격을 두어 배열되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

플레이트의 기판보다 하류측에 배출구가 적어도 2개 이상 설치되고 이들 배출구가 가스 흐름 방향을 향해 간격을 두어 배열되어 있으면 가스가 고이는 부분에 적극적으로 가스 흐름을 형성할 수 있으므로 플레이트 상의 가스 유속이 작게 되는 부분을 해소할 수 있다.

제10의 발명은 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 기판을 보지하는 보지구와, 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트와, 상기 기판의 측방으로서 상기 플레이트의 상방 공간에 연통하도록 설치되어 상기 기판에 대하여 가스를 공급하는 공급구과, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치되고 상기 가스를 상기 플레이트의 하방 공간으로 배출하는 배출구와, 상기 기판을 사이에 두고 상기 공급구와 반대측에 설치되어 상기 플레이트의 하방 공간에 연통하여 상기 처리실을 배기하는 배기구를 가지고, 상기 플레이트의 기판보다 적어도 하류측에 설치된 상기 배출구는 적어도 제1 배출구와 그것보다 하류에 설치된 제2 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 기판처리장치이다.

기판의 측방으로서 플레이트의 상방 공간에 연통하도록 설치된 공급구로부터 가스가 기판에 대하여 공급된다. 배기구는 기판을 사이에 두고 공급구와 반대측으로서 플레이트의 하방 공간에 연통하여 설치되어 있으므로, 플레이트의 상방 공간에 공급된 가스는 플레이트를 따라 기판상을 한쪽 방향으로 흐른다. 또한 플레이트의 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 배출구가 설치되어, 적어도 기판보다 하류측 배출구는 제1 배출구와 그보다 하류에 설치된 제2 배출구를 가짐으로써, 공급된 가스의 일부는 기판상을 흐르지 않고 상류측에 설치된 배출구로부터 플레이트의 하방 공간에 배출된다. 나머지 가스는 기판상을 흐른 뒤 하류측에 설치된 제1 배출구와 제2 배출구로부터 플레이트의 하방 공간으로 배출된다. 이들 배출된 가스는 플레이트의 하방 공간에 연통하는 배기구로 배기된다. 이와 같이 처리실에 가스를 공급하면서 배기하여 기판이 처리된다.

플레이트의 기판보다 적어도 하류측에 설치된 배출구는, 적어도 제1 배출구와 그보다 하류에 설치된 제2 배출구를 가짐으로써, 처리실 내의 플레이트의 상방 공간 및 플레이트의 하방 공간 양방에 있어서 가스 흐름의 범위가 넓게 되어 각 공간에 있어서 고이지 않게 되기 때문에 각 공간의 퍼지 효율이 향상한다. 그 결과 반응가스가 각각의 공간에 체류하거나 그 공간 내벽에 흡착하는 것을 효율적으로 제거할 수 있다.

제11의 발명은 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 상기 처리실에 반입된 상기 기판의 측방으로부터 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트에 따라 상기 기판에 대하여 가스를 공급하면서, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치된 배출구로부터 상기 플레이트의 하방 공간에 가스를 배출하고, 상기 플레이트의 하방 공간에 상기 기판을 사이에 두고 공급측과 반대측에 의해 배기함으로써 상기 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 상기 기판을 상기 처리실부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 기판처리공정에서는 상기 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

가스는 기판의 측방으로부터 플레이트에 따라 기판상을 한쪽 방향으로 흐른다. 또한 플레이트의 기판보다 상류측과 하류측에 배출구가 설치되어 있으므로 공급된 가스의 일부는 기판상을 흐르지 않고 상류측 배출구로부터 플레이트의 하방 공간으로 배출된다. 가스의 나머지는 기판상을 흐른 후에 하류측 배출구로부터 플레이트의 하방 공간으로 배출된다. 이들 배출된 가스는 플레이트의 하방 공간에서 기판을 사이에 두고 공급측과 반대측으로 배기된다. 이와 같이 처리실에 가스를 공급하면서 배기함으로써 기판이 처리된다.

배출구의 컨덕턴스는 상류측 배출구 쪽이 하류측 배출구보다 크게 되도록 구성되어 있다. 그 때문에 상류측이 하류측보다 유로저항이 작아지고 상류측 배출구 쪽이 하류측 배출구보다 가스가 배출되기 쉬워진다. 이로 인해 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되는 것이 완화되어 기판상의 압력분포가 균일화되어 기판처리의 균일성이 향상된다.

또한 상류측 배출구 쪽이 하류측 배출구보다 컨덕턴스가 크게 되도록 구성된 관계로 처리실 내의 잔류 가스를 퍼지할 때 하류측의 배출구보다 대량의 퍼지 가스가 상류측 배출구로부터 플레이트의 하방 공간으로 배출된다. 따라서 퍼지 가스가 상류측으로부터 플레이트의 하방 공간 전체에 공급되기 때문에 퍼지 효율이 향상한다. 그 결과 플레이트의 하방 공간에 체류하거나 그 공간의 내벽에 흡착하는 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제12의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 기판처리공정에서는 상기 기판에 대하여 2종류 이상의 반응가스를 교대로 복수회 공급하고, 2종류 이상의 반응가스를 교대로 공급하는 사이에 퍼지 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

2종류 이상의 반응가스 사이에 퍼지 가스를 공급하여, 교대로 복수회 공급하도록 하는 높은 퍼지 효율이 요구되는 처리라도 플레이트의 하방 공간에 체류하거나 그 공간 내벽에 흡착하는 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제13의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 기판처리공정은 적어도 1종류의 반응가스를 상기 기판 위에 흡착시키는 공정과, 흡착시킨 상기 반응가스에 대하여 그와는 다른 반응가스를 공급하여 성막반응을 생기게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

흡착 공정에서 사용하는 반응가스와 성막공정에서 사용하는 반응가스 사이에 퍼지 가스를 공급하여, 교대로 복수회 공급하도록 하는 높은 퍼지 효율이 요구되는 처리에 있어서도 흡착 공정에서 사용한 반응가스 및 성막 공정에서 사용한 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제14의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 기판처리공정은, 상기 기판에 대하여 제1의 반응가스를 공급하여 상기 기판 위에 흡착시키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정과, 그 후 상기 기판 위에 흡착시킨 제1 반응가스에 대하여 제2 반응가스를 공급하여 성막반응을 일으키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

ALD과 같이 빈번히 퍼지를 하는 처리라 할지라도 흡착 공정에서 사용한 제1 반응가스 및 성막공정에서 사용한 제2 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제15의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 기판처리공정은, 적어도 1종류의 반응가스를 분해시켜 상기 기판 위에 박막을 퇴적시키는 공정과, 퇴적시킨 상기 박막에 대하여 상기 반응가스와는 다른 반응가스를 공급하여 상기 박막의 개질을 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

퇴적 공정에서 사용하는 반응가스와 개질공정에서 사용하는 반응가스 사이에 퍼지 가스를 공급하여, 교대로 복수회 공급하도록 하는 높은 퍼지 효율이 요구되는 처리라 하더라도 퇴적 공정과 개질공정에서 사용한 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제16의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 기판처리공정은, 상기 기판에 대하여 제1 반응가스를 공급하여 상기 기판 위에 박막을 퇴적시키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정과, 그 후 상기 기판 위에 퇴적시킨 상기 박막에 대하여 제2 반응가스를 공급하여 상기 박막의 개질을 하는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

사이클 방법을 적용한 MOCVD와 같이 빈번히 퍼지를 하는 처리라고 하더라도 퇴적 공정에서 사용한 제1 반응가스 및 개질공정에서 사용한 제2 반응가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

제17의 발명은 제11의 발명에 있어서 상기 플레이트의 기판보다 적어도 하류측에는 상기 배출구가 복수 설치되고, 이들 복수의 배출구는 가스의 흐름 방향을 향해 간격을 두어 배열되어, 상기 기판처리공정에서는 상기 복수의 배출구로부터 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법이다.

플레이트의 기판보다 하류측에 배출구가 복수 설치되고, 이들 복수의 배출구가 가스의 흐름 방향을 향해 간격을 두어서 배열되어 있으면, 가스의 고이는 부분에 적극적으로 가스의 흐름을 형성할 수 있으므로 플레이트 상의 가스 유속이 줄어드는 부분을 해소할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 기판처리장치 처리실의 종단면도.

도 2는 실시예에 따른 기판처리장치 처리실내 평단면도.

도 3은 실시예에 따른 컨덕턴스 플레이트의 형상을 도시한 평면도.

도 4는 실시예에 따른 컨덕턴스 플레이트의 형상을 도시한 평면도.

도 5는 기판상의 압력분포의 해석으로 사용한 4종류의 컨덕턴스 플레이트 형상의 설명도.

도 6은 플레이트 형상에 의한 기판상의 해석에서 구한 압력분포를 나타내는 특성도.

도 7은 샘플 형상 No.1에 있어서 배기 압력만을 133Pa로 변경한 경우의 압력분포를 나타내는 특성도.

도 8은 실시예의 변형예에 따른 컨덕턴스 플레이트의 형상을 도시한 평면도.

도 9은 실시예의 변형예에 따른 컨덕턴스 플레이트의 형상을 도시한 설명도이며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도, (c)는 사시도.

도 10은 실시예를 나타내는 컨덕턴스 플레이트의 평면도로서 (a)는 단수의 배출구로 구성한 비교예, (b)는 복수의 배출구로 구성한 실시예.

도 11은 해석에서 구한 기판상의 원료 가스 몰 분율의 퍼지 시간 의존을 나타내기 위한 특성도.

도 12는 다른 실시예의 변형예에 따른 컨덕턴스 플레이트의 평면도로서, (a), (b)는 내측에만 배출구를 가지는 형태의 플레이트 변형예, (c)는 외측에도 배출구를 갖는 형태의 플레이트 변형예.

도 13은 다른 실시예의 변형예에 따른 다른 컨덕턴스 플레이트의 평면도.

도 14는 ALD와 사이클 방법을 적용한 MOCVD의 공통된 가스 공급 방법의 설명도로서, (a)는 플로우챠트, (b)는 가스 공급의 타이밍도.

도 15는 일반적인 매엽장치의 기판에 대한 가스 공급 형태를 나타내는 설명도로서, (a)는 직경 방향 흐름 형태, (b)는 한쪽 방향 흐름 형태, (c)는 직경 방향으로 흐르는 형태의 개량예.

<부호의 설명>

1 : 처리실 2 : 컨덕턴스 플레이트

3 : 서셉터(보지구) 8 : 기판

11 : 배출구 16 : 배기구

18 : 스커트(측판) 19, 20 : 공급구

33 : 플레이트의 하방 공간 34 : 플레이트의 상방 공간

38 : 반송 로봇

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 매엽식 기판처리장치의 세로 단면도, 도 2는 상기 기판처리장치를 구성하는 처리실 내를 위에서 본 평단면도이다.

도 1에 도시한 것과 같이 기판처리장치는, 예를 들면 1장의 실리콘 기판(8)을 내부에서 대략 수평자세로 처리하는 편평한 처리실(1)과, 처리실(1)내의 기판(8)에 대하여 가스를 공급하는 가스 공급구(19, 20)와, 처리실(1)내를 배기하는 배기구(16)와, 기판(8)을 대략 수평으로 보지하는 보지구로서의 서셉터(3)와, 서셉터(3)위에 보지된 기판(8)의 주위에 대략 수평으로 지지되는 컨덕턴스 플레이트(2)[이하 단지 플레이트(2)이라고 할 경우도 있다]와, 컨덕턴스 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 가스를 배출하는 배출구(11)를 주로 구비한다. 여기에서 플레이트(2)의 하방 공간(33)에는 기판 밑의 공간, 즉 서셉터(3)의 뒤쪽 공간도 포함된다.

처리실(1)은 상용기(26)와 하용기(27)에 의해 구성되고 밀폐된 내부공간에서 기판(8)을 처리하도록 구성되어 있다.

상용기(26)에는 기판(8)에 대하여 가스를 공급하는 복수의 공급구, 예를 들면 2개의 가스 공급구(19, 20)가 설치된다. 가스 공급구(19, 20)는, 기판(8)이 보지되어 있는 기판보지 영역의 상방이 아니라, 기판(8)이 보지되어 있는 기판보지 영역에서 벗어난 기판(8)의 측방이며, 또한 기판(8)의 주위에 설치된 플레이트(2)의 외측으로서 플레이트(2)의 표면 레벨보다 윗쪽에 설치된다.

가스 공급구(19, 20)는 처리실(1)의 플레이트(2)의 상방 공간(34)에 연통되어 있다. 가스 공급구(19)는 처리실(1)내에 제1 반응가스 또는 퍼지 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된다. 가스 공급구(20)는 가스 공급구(19)에 인접하여 설치되어 처리실(1)내에 제2 반응가스 또는 퍼지 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된 다. 가스 공급구(19, 20)에는 가스를 공급하기 위한 2계통의 라인이 각각 연결된다. 한 쪽 계통은 금속산화막, 예를 들면 알루미늄 산화막의 유기액체원료인 TMA[Al(CH₃): 트리메틸알미늄]을 공급하는 TMA 공급 라인(4)이며, 다른 쪽의 계통은 예를 들면 원료와 반응성이 높은 가스인 물을 공급하는 물 공급 라인(5)이다.

TMA 공급 라인(4)에는 TMA 액체를 유량 제어하는 액체 유량 제어 수단(22), 유량 제어된 TMA 액체를 기화하는 기화 수단(23) 및 라인(4)을 개폐하는 밸브(9)가 설치된다. 이 TMA 공급 라인(4)의 기화 수단(23)과 밸브(9)와의 사이에는 Ar 공급 라인(17)이 접속되어, 유량 제어 수단(21)에서 유량 제어된 Ar 가스를 밸브(12)를 개재하여 TMA 공급 라인(4)에 공급하도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성함으로써 공급구(19)로의 가스 도입은 다음 3가지 선택이 가능하게 된다. 첫째, TMA 공급 라인(4)의 밸브(9)를 열고 Ar 공급 라인(17)의 밸브(12)를 닫음으로써 기화 수단(23)으로 기화한 TMA 가스만을 TMA 공급 라인(4)으로부터 단독으로 공급구(19)에 도입한다. 둘째, Ar 공급 라인(17)의 밸브(12)를 열어 TMA 가스와 Ar 가스의 혼합 가스를 TMA 공급 라인(4)으로부터 공급구(19)에 도입한다. 셋째, 기화 수단(23)으로부터의 TMA 가스를 정지시켜 TMA 공급 라인(4)으로부터 Ar 가스만을 단독으로 공급구(19)에 도입한다.

물 공급 라인(5)에는 물을 유량 제어하는 액체 유량제어 수단(24), 유량 제어된 물을 기화하는 기화 수단(25) 및 라인(5)을 개폐하는 밸브(10)가 설치된다. 상기 물 공급 라인(5)의 기화 수단(25)과 밸브(10) 사이에는 상술한 Ar 공급 라 인(17)이 분기 라인(17a)에 의해 분기 접속되어, 유량 제어 수단(21)에서 유량 제어된 Ar 가스를 밸브(13)를 개재하여 물 공급 라인(5)에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성함으로써 공급구(20)로의 가스 도입은 다음 3가지 선택이 가능하게 된다. 첫째, 물 공급 라인(5)의 밸브(10)를 열고 분기 라인의 밸브(13)를 닫음으로써 기화 수단(25)에서 기화한 수증기만을 물 공급 라인(5)으로부터 단독으로 공급구(20)에 도입한다. 둘째, 분기 라인의 밸브(13)를 열어 수증기와 Ar 가스의 혼합 가스를 물 공급 라인(5)으로부터 공급구(20)에 도입한다. 셋째, 기화 수단(25)으로부터의 수증기를 정지시켜 물 공급 라인(5)으로부터 Ar 가스만을 단독으로 공급구(20)에 도입한다.

하용기(27)의 한쪽 벽에는 배기구(16)가 설치되어 있다. 배기구(16)는, 기판(8)을 대략 수평 방향으로 사이에 두고 가스 공급구(19, 20)와 반대측으로서 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 개구하도록 구성되어 있다. 이에 따라 배기구(16)는 플레이트(2)의 하방 공간(33)을 개재하여 배출구(11)와 연통한다. 이 배기구(16)는 압력 제어 수단(15) 및 진공 펌프(37)를 개설(介設)한 배기 배관으로서의 가스 배기 라인(6)에 접속되어 처리실(1)내의 가스를 배기하게 되어 있다. 처리실(1)내는 압력 제어 수단(15)에 의해 소정의 압력으로 제어할 수 있게 되어 있다. 한편, 압력 제어 수단(15)은 사용하지 않아도 된다.

또한 하용기(27)의 한쪽 벽과 대향하는 다른 쪽 벽에는 기판 반입반출구(30)가 설치되어 있다. 상기 기판 반입반출구(30)로부터 외측에 연출(延出)된 연출부의 개구에 게이트 밸브(7)가 설치되고, 반송 수단으로서의 반송 로봇(38)에 의해 게이트 밸브(7)를 개재하여 기판 반입반출구(30)로부터 기판(8)을 처리실(1) 내외에 반송할 수 있게 되어 있다.

상용기(26)와 하용기(27)는 예를 들면 알루미늄, 스테인리스 등의 금속으로 구성된다.

서셉터(3)는 원판상으로서 처리실(1)내에 설치되어 있으며 그 위에 기판(8)을 보지하도록 구성되어 있다. 서셉터(3)는 세라믹 히터 등의 히터(55)를 내장하여 기판(8)을 소정 온도로 가열함과 동시에, 보지된 기판(8)의 외주에 플레이트(2)를 지지하도록 구성된다. 서셉터(3)는 지지축(29)을 구비하고 있다. 지지축(29)은 처리실(1)의 하용기(27)의 밑면 중앙에 설치된 관통공(28)으로부터 연직 방향으로 삽입되어, 서셉터(3)를 승강기구(56)에 의해 상하로 움직이도록 되어 있다. 서셉터(3)가 상방에 있는 성막 위치(도시한 위치)에 있을 때 성막처리가 되고, 하방의 대기 위치에서 기판(8)의 반송이 이루어진다. 플레이트(2)를 지지한 서셉터(3)가 상술한 성막 위치에 있을 때, 처리실(1)내를 상하로 구분하는 플레이트(2) 및 기판(8) 및 서셉터(3)에 의해, 플레이트(2)의 상방 공간(34)과 플레이트(2)의 하방 공간(33)이 처리실(1)내의 상하에 형성된다.

서셉터는 예를 들면 석영, 카본, 세라믹스, 탄화 규소(SiC), 산화 알루미늄(Al₂O₃) 또는 질화 알루미늄(AlN) 등으로 구성된다.

컨덕턴스 플레이트(2)는 기판(8)의 주위에 설치되고 기판 위에 흐르는 가스 의 흐름을 제어하도록 구성된다. 본 실시예에서는 컨덕턴스 플레이트(2)는 서셉터(3)로부터 처리실 내벽(32)을 향해 돌출하도록 서셉터(3)의 외주 상에 지지된다. 또한 플레이트(2)는 그 표면과 기판(8)의 표면이 동일면이 되도록 설치된다. 또는 플레이트(2)는 상용기(26)에 고정되고 기판(8)이 서셉터(3)와 함께 상승하여 플레이트(2)와 기판(8)이 동일면이 되도록 설치된다. 이에 따라 반응가스 또는 퍼지 가스(이하 단순히 가스라고 하는 경우도 있다)를 기판면 상에 평행하고 균일하게 공급할 수 있도록 된다.

또한 컨덕턴스 플레이트(2)의 외주에, 컨덕턴스 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 가스를 배출하는 배출구(11)가 설치된다. 이 배출구(11)의 배기 컨덕턴스는 플레이트(2)의 위치를 편의(偏椅)시키거나 플레이트(2)의 형상을 바꾸거나 함으로써 조정할 수 있게 되어 있다. 플레이트(2)의 두께는 도시한 예에서는 기판(8)보다 약간 두껍게 되어 있으나 기판(8)의 두께와 같든지 또는 기판(8)보다 얇아도 된다. 플레이트(2)는 예를 들면 세라믹스로 구성된다.

배출구(11)는 컨덕턴스 조정용 개구로서, 플레이트(2)의 상방 공간(34)으로부터 상기 배출구(11)를 개재하여 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 배출되는 가스의 양을 제어하여 기판(8) 위에 공급되는 가스의 가스 압력을 제어한다.

배출구(11)는 플레이트(2)의 기판(8)보다 적어도 상류측과 하류측에 설치되어, 플레이트(2)의 상방 공간(34)으로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 상류측의 배출구(11A) 및 하류측의 배출구(11B)를 개재하여 가스를 배출하게 되어 있다.

배출구(11)를 플레이트(2)의 상류측과 하류측에 설치하는 이유는 상류측, 하 류측 각각의 배출구 컨덕턴스를 조정함으로써 가스 흐름을 제어하고 기판(8) 위의 압력분포를 균일화하는데 유효하기 때문이다.

또한 배출구(11)를 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 가스를 배출하도록 설치하는 이유는, 가스 공급구(19, 20)로부터 공급되는 가스 중 플레이트(2)의 상방 공간(34)에 흐르는 가스에 대하여 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 흐르는 가스량을 변화시킴으로써 기판상의 압력분포를 제어하는 것이 가능하여 플레이트(2)의 하방 공간(33)의 퍼지 효율을 향상할 수 있게 되기 때문이다.

본 실시예에 따른 배출구(11)는 플레이트(2)의 외주에 연속하여 설치되는 구성이다. 즉 배출구(11)는 처리실 내벽(32)과 플레이트(2)의 외주부와의 사이에 링 모양의 간격으로서 형성된다. 링 모양의 간격을 형성하는 처리실 내벽(32), 플레이트(2) 및 기판(8)의 배치 관계를 도 2에 도시한다.

도 2에 도시한 것과 같이 처리실(1)을 구성하는 처리실 벽은 단면 원형이다. 처리실 벽의 한 측벽에 기판 반입반출구(30)가 설치되고 외부에 연출한 기판 반입반출구(30)의 측부 개구에 게이트 밸브(7)가 설치된다. 기판반입반출구(30)가 설치된 처리실(1)과 반대측의 처리실의 다른 측벽에 배기구(16)가 설치되고, 이 배기구(16)에 가스 배기 라인(6)이 접속되어 있다. 상술한 공급구(19, 20)는 기판 반입반출구(30)의 대략 중앙 위치에 대응하는 처리실 윗벽에 서로 인접하여 설치되어 있다.

처리실(1) 내에 설치되는 플레이트(2)는 링 모양이고, 그 모양 속에 서셉터(3)에 보지되는 기판(8)이 정확히 들어가도록 되어 있다. 플레이트(2)가 링 모양 으로 되어 있기 때문에 배출구(11)는 상술한 것과 같이 플레이트(2)의 외주부와 처리실 내벽(32) 사이에 형성되는 링 모양의 간격(G)으로서 구성된다. 따라서 링 모양의 간격(G)에 의해 구성되는 배출구(11)는 플레이트(2)의 기판(8)보다 상류측과 하류측에 그치지 않고 플레이트(2)의 전주(全周)에 걸쳐 설치되게 된다.

여기에서 기판(8)보다 상류측이란 가스 흐름과 직교하고 기판(8)의 외주와 공급구(19, 20) 측에서 접하는 가상선(a)보다 상류측을 말하고, 기판(8)보다 하류측이란 가스 흐름과 직교하고 기판(8)의 외주와 배기구(16) 측에서 접하는 가상선(b)보다 하류측을 말한다. 따라서 플레이트(2)의 기판(8)보다 상류측이란 가상선(a)보다 상류측에 존재하는 플레이트부(2a)를 말한다. 또한 플레이트(2)의 기판(8)보다 하류측이란 가상선(b)보다 하류측에 존재하는 플레이트부(2b)를 말한다. 또한 플레이트(2)의 기판(8)보다 적어도 상류측과 하류측이란, 2개의 가상선(a), (b) 사이를 중류층이라고 한다면, 상류측과 하류측뿐만 아니라 중류측의 플레이트부(2c)도 포함된다.

도시한 예에서는 기판(8)은 처리실(1) 내에 처리실 내벽(32)과 동심원상으로 배치되어 있으나 플레이트(2)는 상기 동심원상의 배치로부터 벗어나 있다. 플레이트(2)의 중심은 처리실 내벽(32)의 원의 중심에 대하여 배기구(16) 쪽으로 편의되어 있다. 이에 따라 링 모양의 배출구(11) 간격의 개구면적은 배기구(16) 측에서 가스 공급구(19, 20) 측을 향해 점차 커지도록 구성된다. 간격(G)의 개구면적으로 의해 배출구(11)의 컨덕턴스가 결정되기 때문에 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 통하는 배출구(11)의 컨덕턴스는 상류측이 하류측보다 점차 크게 되도록 구성된다.

여기서 도 1로 돌아가 처리실(1) 내의 가스 흐름에 대해서 설명한다. 도시하는 것과 같이 처리실 내벽(32) 중 가스 공급구(19, 20)의 직하 부분의 내벽(32)에서는 플레이트 면과 동일면이 되는 곳에 내측으로 돌출한 돌출 내벽(32a)을 설치하고, 상기 돌출 내벽(32a)과 상기 돌출 내벽에 대향하는 플레이트(2)의 외주부 사이에 상류측의 배출구(11A)를 설치하도록 하고 있다. 가스 공급구(19, 20)로부터 처리실(1) 내의 플레이트(2)의 상방 공간(34)에 흘러들어간 가스는 상기 돌출 내벽(32a)에 부딪쳐 진로를 변경해, 일부는 상류측의 배출구(11A)로부터 화살표로 나타낸 것처럼 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 흘러들어가 기판 밑을 배기구(16)로 향해 한쪽 방향으로 흐른다. 나머지는 상류측의 플레이트(2)를 따라 화살표로 나타낸 것처럼 기판(8)위를 배기구(16)를 향해 한쪽 방향으로 흐른다. 이와 같이 가스 공급구(19, 20)의 바로 밑에 가스를 받아 흘리는 돌출 내벽(32a)를 설치함으로써 가스 공급구(19, 20)가 처리실(1)의 상용기(26) 상부에 설치되었음에도 불구하고 플레이트(2)의 상방 공간(34)에 공급된 가스가 플레이트(2)에 따라 기판(8) 위에 평행으로 흐를 수 있도록 하고 있다.

그리고 기판(8) 위를 흘러 하류측의 플레이트(2)를 거쳐 하류측의 배출구(11B)로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출된 가스와, 상류측의 배출구(11A)로부터 하방 공간(33)으로 배출되어 서셉터(3)의 밑쪽을 흘러온 가스가 배기구(16)에서 합류하여 가스 배기 라인(6)으로 배기된다.

이상 말한 것과 같은 실시예의 기판처리장치가 구성된다.

다음으로 상술한 기판처리장치를 이용해서 반도체장치를 제조하는 공정의 하 나로서 기판을 처리하는 방법을 설명한다. 여기에서는 실리콘 기판에 알루미늄 산화막을 성막하는 프로세스를 예로 들어 설명한다. 성막방법에는 금속원료와 산소 또는 질소를 함유하는 가스를 교대로 공급하여 막을 퇴적시키는 ALD를 사용한다. 또한 금속원료에는 상온에서 액체인 TMA를 사용하고 산소 또는 질소를 함유하는 가스로는 물을 사용한다.

기판처리에서는 먼저 서셉터(3)를 대기 위치에 하강시킨 뒤에 게이트 밸브(7)를 개방한다. 반송 로봇(38)에 의해 1매의 실리콘 기판(8)을 기판반입반출구(30)를 개재하여 처리실(1) 내로 반입하고, 서셉터(3) 위로 이재(移載)하여 보지한다. 게이트 밸브(7)를 닫은 후 승강기구(56)에 의하여 서셉터(3)를 소정의 성막위치까지 상승시킨다. 온도제어수단(14)에 의해 히터(55)을 제어하면서 서셉터(3)를 가열하고 실리콘 기판(8)을 일정시간 가열한다. 처리실(1) 내를 진공 펌프(37)로 빨아들이고 압력 제어 수단(15)에 의해 처리실(1) 내를 소정의 압력으로 제어한다. 기판이 소정 온도로 가열되고 압력이 안정된 후 기판상에 성막을 시작한다. 성막은 다음 4개의 공정부터 이루어지며 4개의 공정을 1사이클로 하여 소망하는 두께의 막이 형성될 때까지 복수 사이클 반복한다.

공정1에서는 밸브(9)가 열리고 액체 유량 제어 수단(22)으로 유량제어된 액체원료 TMA가 기화 수단(23)으로 공급되고, 기화 수단(23)에 의하여 기화된 제1 반응가스로서의 TMA 가스가 TMA 공급 라인(4)으로부터 공급구(19)를 개재하여 처리실(1) 내로 공급된다. TMA 가스를 희석할 경우에는 다시 밸브(12)를 열고 유량 제어 수단(21)으로 유량 제어된 Ar 가스를 Ar 공급 라인(17)으로부터 TMA 공급 라 인(4)에 흘리고 Ar 가스와 혼합된 TMA 가스가 TMA 공급 라인(4)으로부터 공급구(19)를 개재하여 처리실(1) 내로 공급된다. TMA 가스는 실리콘 기판(8) 위에 공급되어 그 표면에 흡착한다. 잉여 가스는 플레이트(2)의 외주에 설치한 배출구(11)로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 배출되어 그 공간(33)을 그림 중의 화살표 방향으로 흘러 배기구(16)로 배기된다.

공정2에서는 밸브(9)를 연 상태로 유지한 채 기화 수단(23)으로부터의 TMA가스의 공급을 정지한다. 이때 밸브(12)가 닫혔을 때에는 이것을 연다. 유량 제어 수단(21)에 의해 유량 제어된 Ar 가스를 Ar 공급 라인(17)으로부터 TMA 공급 라인(4)에 흘리고, 공급구(19)를 개재하여 처리실(1) 내에 공급하고, TMA 공급 라인(4) 및 처리실(1) 내에 잔류하고 있는 TMA 가스를 Ar 가스로 치환하여 배기구(16)로 배기한다.

공정3에서는 밸브(9, 12)를 모두 닫고 대신에 밸브(10)를 열고, 액체 유량 제어 수단(24)으로 유량 제어된 물이 기화 수단(25)에 공급되고, 기화 수단(25)에 의해 기화된 수증기가 물 공급 라인(5)으로부터 공급구(20)를 개재하여 처리실(1) 내로 공급된다. 또는 밸브(13)를 열어 유량 제어 수단(21)으로 유량 제어된 캐리어 가스(carrier gas) Ar을 Ar 공급 라인(17)으로부터 물 공급 라인(5)에 흘리고, Ar가스와 혼합한 수증기가 물 공급 라인(5)으로부터 공급구(20)를 개재하여 처리실(1)내로 공급된다. 실리콘 기판(8) 상에는 공정1에서 흡착한 TMA와 수증기가 반응하여 알루미늄 산화막이 형성된다. 잉여 가스는 플레이트(2)의 외주에 설치한 배출구(11)로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 배출되어 이 공간(33)을 그림 중의 화살표의 방향으로 흘러 배기구(16)로 배기된다.

공정4에서는 밸브(10)를 연 상태로 유지한 채 기화 수단(25)으로부터의 수증기의 공급을 정지한다. 밸브(13)가 닫혔을 때는 이것을 연다. 유량 제어 수단(21)에 의해 유량 제어된 Ar 가스를 Ar 공급 라인(17)으로부터 물 공급 라인(5)에 흘리고, 공급구(20)를 개재하여 처리실(1) 내에 공급하고 물 공급 라인(5) 및 처리실(1)내에 잔류하고 있는 수증기를 Ar 가스로 치환하여 배기구(16)로 배기한다.

상술한 공정1∼4에 요하는 시간은 처리량 향상을 위하여 각 공정에서 1초 이하가 바람직하다. 이 4개의 공정을 1사이클로 하여 이를 복수회 반복하여 소망하는 막 두께를 갖는 알루미늄 산화막을 기판(8)상에 성막한다. 성막 종료 후 서셉터(3)는 승강기구(56)에 의해 대기 위치까지 강하한다. 성막처리 후의 실리콘 기판(8)은 반송 로봇(38)에 의해 게이트 밸브(7)를 개재하여 처리실(1) 밖으로 반출된다.

상기 처리 조건의 범위로서 기판온도 100∼500℃, 처리실 내의 압력 13.3∼133Pa(0.1∼1Torr), 캐리어 가스와 반응 가스를 더한 총유량 0.1∼2slm, 막 두께 1∼50nm가 바람직하다.

한편, 각 공정에 있어서의 기판온도, 처리실 내 압력은 각각 온도 제어 수단(14), 압력 제어 수단(15)으로 제어된다. 또한 상기 온도 제어 수단(14), 압력 제어 수단(15) 및 각 밸브(9, 10, 12, 13) 또는 기화 수단(23, 25), 유량 제어 수단(21, 22, 24)은 제어 수단(40)에 의해 통합 제어된다.

이하에 상술한 실시예의 작용에 대해서 기술한다.

공정1∼4에 있어서 가스 공급구(19, 20)로부터 공급되는 가스는 플레이트(2) 의 상방 공간(34)에 흐른다. 흐른 가스의 일부는 기판(8)보다 상류측의 배출구(11A) 및 중류측의 배출구(11C)[이하 단순히 상류측의 배출구(11A) 등이라고 한다]로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출되어 서셉터(3) 밑을 배기구(16)를 향해 흘러 배기구(16)로 배기된다. 가스의 나머지는 기판(8)의 측방으로부터 플레이트(2)를 따라 기판(8) 위를 한쪽 방향으로 흘러 중류측의 배출구(11C) 및 기판(8)보다 하류측의 배출구(11B)[이하 단순히 하류측의 배출구(11B) 등이라고 한다)를 향해 흐른다. 그리하여 하류측의 배출구(11B) 등으로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출되어 배기구(16)로 배기된다. 이와 같이 처리실(1)내의 공간(34, 33)에 가스를 공급하면서 배출하여 기판(8) 위에 박막이 성막 된다.

공정1, 3에서는 상류측의 배출구(11A) 등이 하류측의 배출구(11B) 등보다 컨덕턴스가 크게 되도록 구성되어 있기 때문에 기판 위에 막 두께의 균일성이 양호한 막을 성막한다.

즉, 상류측의 배출구(11A)를 개재하여 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출되는 가스의 유로저항이 하류측의 배출구(11B)를 개재하여 배출되는 가스의 유로저항보다 작아진다. 따라서 하류측보다 상류측의 배출구(11A)로부터의 가스가 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출되기 쉬워져 대량으로 배출된다. 그 결과 상류측이 고압이 되고 하류측이 저압이 되는 것이 완화되어 기판(8) 위에 공급되는 TMA 가스 및 수증기의 압력분포가 균일하게 된다. 이 균일화된 압력분포 하에서 기판(8)상에 TMA 가스 및 수증기가 흡착한다.

이 흡착에 관해서는 실험적 및 이론적 고찰로부터 어떤 표면과 기체분자 사 이에 있어서 온도가 일정할 때 흡착량은 기상(氣相) 압력에 의해 나타나는 것을 알고 있다. 따라서 공정1, 3에 있어서 기판상의 압력분포가 균일화되므로 기판상으로의 가스의 흡착량이 균일화되어 기판상에 막 두께의 균일성이 양호한 막이 성막된다. 또한 반도체장치의 수율을 향상할 수 있다.

한편 공정2, 4에서는 상류측의 배출구(11A) 등의 쪽이 하류측의 배출구(11B) 등보다 컨덕턴스가 크게 되도록 구성되어 있기 때문에 재빨리 배기되어 퍼지 효율을 향상할 수 있다.

즉 처리실(1) 내의 퍼지를 할 때 가스 공급구(19, 20)로부터 처리실(1) 내에 퍼지 가스를 공급하면 하류측의 배출구(11B) 등보다 대량의 퍼지 가스가 상류측의 배출구(11A)등으로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)으로 배출되어 배기구(16)를 향해 흐른다. 따라서 퍼지 가스가 플레이트(2)의 하방 공간(33) 전체에 재빠르게 퍼지기 때문에 퍼지 효율이 비약적으로 향상한다. 그 결과 공정1, 3에 있어서 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 체류하거나 그 공간(33)의 내벽인 처리실 내벽(32)에 흡착한 TMA 가스나 수증기 등의 잔류 가스 또는 부생성물을 효율적으로 제거할 수 있다. 이와 같이 공정1, 3에서 생긴 잔류 가스 및 부생성물을 효율성 있게 단시간에 처리실(1)로부터 배기할 수 있으므로 처리량을 향상할 수 있다.

상술한 압력분포의 균일화의 효과는 특히 기판(8)에 대하여 가스를 한쪽 방향으로 흘리는 ALD에 의해 기판(8) 상에 박막을 형성할 경우에 유효하게 발휘된다. 기판(8)에 공급하는 반응가스의 유량을 많게 하면 기판(8) 상에 필연적으로 압력차가 생기는데 이 압력차를 해소할 수 있기 때문이다.

또한 상류측의 배출구(11A)가 공급구(19, 20)보다 하류측으로서 기판(8)보다 상류측에 설치되어 있으므로, 플레이트(2)의 하방 공간(33) 전체에서 원활하게 보다 대량의 퍼지 가스를 배출구(11A)로 배출할 수 있고 퍼지 효율이 보다 향상한다.

또한 공급구는 플레이트 외측에 설치되어 있으므로 상류측의 배출구(11A)로부터 플레이트(2)의 하방 공간(33)에 배출되는 가스를 이 공간(33)의 최상류로부터 유입시킬 수 있으므로 퍼지 효율이 보다 향상한다.

또한 실시예에서는 기판(8)의 측방으로부터 기판(8)에 대하여 다공판을 사용하지 않고 가스를 공급하여, 공급측과 반대측으로 배기함과 동시에 가스 공급구(19, 20)보다 하류측이며 기판(8)보다 상류측에, 하류측의 배출구(11B)보다 컨덕턴스를 크게 한 배출구(11A)를 설치하고 기판을 사이에 두어 가스 공급측과 반대측으로 배기하고 있으므로, 종래와 같이 기판의 윗쪽에 설치한 다공판으로부터 기판에 대하여 가스를 샤워 모양으로 공급하는 것에 비해 가스 공급구의 상류측이 고압이 되지 않고 잔류 가스를 신속하게 배기할 수 있다. 또한 한쪽 방향으로 흘림으로써 배기구로부터 파티클의 역류 확산을 방지하고 웨이퍼 상의 압력분포를 균일화할 수 있다.

또한 실시예에 따르면 배출구(11)는 플레이트(2)와 처리실 내벽(32) 사이에 형성되는 간격(G)에 의하여 구성되어 있으므로 플레이트(2)의 위치를 상류측의 간격(Gu)이 크고 하류측 간격(Gd)가 작아지도록 편의시킴으로써 상류측이 하류측보다 컨덕턴스가 큰 배출구(11)를 용이하게 설치할 수가 있다. 이에 의해 기판상의 압력분포를 균일화함과 동시에 플레이트(2)의 하방 공간(33) 내의 잔류 가스를 효율적 으로 제거할 수 있다.

실시예에서는 ALD에 대하여 설명했으나 본 발명은 사이클 방법을 적용한 MOCVD나 2종류 이상의 가스를 동시에 공급하여 막을 퇴적시키는 통상의 MOCVD에 있어서도 이용할 수 있는 것은 말할 나위없다.

다음으로 플레이트 형상 또는 플레이트의 편의가 기판상의 압력분포 균일화에 주는 영향을 해석하고, 상술한 바와 같이 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성함으로써 기판상 분압분포의 균일성이 향상하는 것을 검증한다.

본 발명자들의 기판상의 압력분포 해석방법을 도 3∼6을 참조해 설명한다. 도 3, 4는 본 해석에서 사용한 컨덕턴스 플레이트의 형상을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 것은 후술하는 상류측 간격과 하류측 간격이 등간격으로 되어 있다. 도 4에 도시한 것은 상류측 간격이 넓고 하류측 간격이 좁게 되어 있다.

도 5에 도시한 4종류의 샘플의 컨덕턴스 플레이트 형상에 관하여, 플루언트(Fluent)사의 3차원 열유체 해석 소프트웨어를 사용하여 각 기판상의 압력분포를 구했다. 4종류의 컨덕턴스 플레이트 형상 No.1∼No.4는 상류측의 배출구(11A)의 간격(이하 단순히 상류측 간격이라고 한다)(Gu)을 5㎜, 6㎜, 7㎜, 8㎜로 크게 되도록 변화하고 하류측의 배출구(11B)의 간격(이하 단순히 하류측 간격이라고 한다)(Gd)은 반대로 5㎜, 4㎜, 3㎜, 2㎜로 작아지도록 변화시킨 것이다. 형상 No.1의 경우는 도 3에 도시한 것과 같이 상류측 간격(Gu), 하류측 간격(Gd)이 모두 5㎜과 등간격이 되어 있다. 형상 No.2∼No.4의 경우는 도 4에 도시한 것과 같이 상류측 간 격(Gu)이 넓고 하류측 간격이 좁게 되어 있다.

해석의 조건으로서는 기판직경 300㎜, 기판온도 300℃, 처리실 내 압력 13Pa, Ar 가스 유량 1slm, 수증기 몰(mol) 분률 0.027, 처리실 내벽 온도 100℃, 컨덕턴스 플레이트 온도 50℃로 했다.

도 6은 본 해석에서 구한 기판상의 압력분포를 나타내는 도면이다. 기판상에서의 압력분포는 도 3 가운데의 실선 상에서의 압력치로 대표된다. 도 6으로부터 샘플 전부에 대해 상류측이 높고 하류측에 걸쳐 낮아지는 경향이 있고, 상류측 간격(Gu)을 넓게 하고 하류측 간격(Gd)을 좁게 함에 따라 기판상의 압력 균일성이 향상하고 있으며, 샘플 형상 No.4가 가장 압력 균일성이 좋은 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 컨덕턴스 플레이트와 처리실 내벽과의 간격, 즉 배출구의 개구면적을 변경해 상류측에 흐르는 가스량을 증가시킴에 따라 가스 상류측의 압력이 높아지는 경향을 완화시킬 수 있다.

이러한 것은 흐름의 컨덕턴스에 주목하면 다음과 같이 환언할 수 있다. 도 4에 있어서 가스 공급구 중심(A)과 배기구 중심(B)을 연결하는 직선(35)에, 기판(8)의 표면과 평행한 면 내에서 직교하고 또한 기판(8)의 중심을 지나가는 직선(36)을 경계로 한다. 여기에서는 이 경계보다 가스 공급구 측을 가스 상류측으로 하고, 이 경계보다 배기구 측을 가스 하류측으로 한다. 이때 가스 상류측의 배출구(11AA)에 흐르는 공간의 컨덕턴스를 가스 하류측의 배출구(11BB)의 그것보다 크게 함으로써 기판면 내의 압력분포를 향상시킬 수 있다.

배출구(11)는 상기 상류측의 영역 내의 어느 하나에, 또한 하류측의 영역 내의 어느 하나에 각기 설치되어 있으면 되고, 플레이트(2)의 기판(8)보다 적어도 상류측과 하류측에 배출구(11)를 설치하는 것만으로도 기판면 내의 압력분포를 향상시킬 수 있다.

배출구(11)의 컨덕턴스의 값은 가스가 흘러들어 오는 플레이트(2)의 높이가 상류측과 하류측에서 같을 경우, 간격의 면적(개구면적)이 큰 쪽이 컨덕턴스가 커진다. 따라서 배출구의 개구면적을 상류측이 하류측보다 크게 되도록 함으로써 배출구(11)의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성할 수 있다.

해석 결과에 의해 플레이트(2)의 위치를 배기측에 편의시켜 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성함으로써 기판상의 분압분포의 균일성이 향상되는 것을 검증할 수 있었다.

그런데 도 7은 상류측과 하류측의 컨덕턴스가 동일한 샘플 형상No.1에 있어서, 상기 해석의 조건 중 처리실 내 압력만을 13Pa로부터 133Pa까지 변경시킨 경우 기판상의 압력분포를 나타내는 도면이다. 동도로부터 알 수 있듯이 압력이 133Pa로 높을 경우 상류측과 하류측의 컨덕턴스가 동등하더라도 압력 균일성은 양호하게 된다. 이를 감안하면 상류측의 컨덕턴스를 하류측의 컨덕턴스보다 크게 한다고 하는 본 발명은, 도 6의 기판상의 압력분포를 구했을 때와 마찬가지로, 특히 10Pa 부근 또는 그 이하의 처리실 내 압력에 있어서 유효한 수단이라고 할 수 있다.

또한 샘플 형상 No.1에 있어서 배기 압력을 13Pa라고 했을 경우에 있어서, 배출구(11)의 컨덕턴스를 매우 작게 하면, 다시 말해서 플레이트(2)와 처리실 내벽(32) 사이에 형성되는 간격(G)을 매우 작게 하면 기판상의 압력이 상승하고, 배 기 압력이 133Pa의 경우와 마찬가지로 기판상의 압력분포특성의 개선 효과를 충분히 기대할 수 있다. 그러나 그렇게 하면 공정2, 4에 있어서 잔류 가스 및 부생성물을 배기하는 시간이 길어지고 처리량 저하를 초래하므로 유효한 수단이라고는 말할 수 없다.

상술한 실시예에서는 배출구를 플레이트와 처리실 내벽과의 사이에 형성하도록 했으나 그에 한정하지 않고 예를 들면 배출구를 플레이트 자체에 형성해도 된다. 또한 배출구 컨덕턴스의 크기를 간격의 면적(개구면적)을 바꿈으로써 변경했으나 그에 한정하지 않고 예를 들면 배출구의 유로장을 바꿈으로써 변경해도 된다. 또한 상류측과 하류측에 각각 형성되는 배출구를 가스 흐름에 대하여 하나의 배출구로 구성했으나 그에 한정하지 않고 예를 들면 가스 흐름에 대하여 복수의 배출구로 구성해도 된다. 이하에서 이들의 변형예에 대해서 각각 설명한다.

도 8은 배출구를 플레이트 자체에 설치한 실시예의 한 예를 나타낸 것이다. 플레이트(2)의 하방 공간(33)(도 1 참조)은 플레이트(2) 외경을 처리실 내벽(32)의 내경과 일치시켜 플레이트(2)로 막고 있다. 이 플레이트(2)의 기판(8)의 상류측과 하류측에 각각 개구(51A, 51B)를 설치하고 이를 상류측과 하류측의 배출구(11A, 11B)로 한다. 개구(51A, 51B)는 예를 들면 링 모양의 플레이트 형상에 따르도록 호상(弧狀)으로 설치하고 그 호상의 개구면적을 상류측 쪽이 하류측보다 커지도록 함으로써 배출구(11)의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성하고 있다. 개구(51)는 도시하는 예와 같이 플레이트면 내에서 개구가 닫히도록 형성해도 되지만 플레이트 외주부를 잘라내어 개구가 개방되도록 형성해도 된다.

이 실시예는 컨덕턴스 플레이트(2)의 배출구(11)가 상류측과 하류측에서 연속하지 않고 있는 구성이지만, 가스 상류측의 개구(51A)의 컨덕턴스를 가스 하류측의 개구(51B)보다 크게 함으로써 기판(8) 위의 압력분포를 향상하면서 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

또한 도 9는 배출구(11)의 유로장을 바꿈으로써 배출구(11)의 컨덕턴스의 크기를 변경하도록 한 것이다. 플레이트(2)의 외주에 플레이트의 두께보다 긴 스커트(skirt: 측판)(18)를 늘어뜨리고 그 스커트(18)의 길이를 상류측으로부터 하류측을 향해 점차 길어지도록 구성한다[도 9(c)]. 플레이트(2)와 처리실 내벽(32)과의 사이에 형성되는 간격(G)은 플레이트(2) 전주에 있어서 등간격으로 되어 있으나[도 9(a)], 컨덕턴스 플레이트(2)의 스커트(18)의 길이는 상류측에서 짧고 하류측에서 길어지도록 구성되어 있다 [도 9(b), (c)].

가스가 흐르는 배출구(11)의 유로장이 짧은 쪽이 컨덕턴스가 커지므로 도시한 예에서는 가스 상류측의 컨덕턴스가 가스 하류측의 그것보다 커진다. 따라서 기판면 내의 압력분포를 향상시키면서 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

한편, 도시한 예에서는 유로가 단순하기 때문에 상류측의 유로장을 하류측보다 짧게 함으로써 배출구의 컨덕턴스를 상류측 쪽이 하류측보다 크게 구성할 수 있다. 유로가 복잡할 경우에도 유로의 컨덕턴스를 합성하고 그 합성 컨덕턴스의 대소를 판정함으로써 상류측의 합성 컨덕턴스가 하류측의 합성 컨덕턴스보다 크게 되도록 하면 된다.

도 10은 다른 실시예를 나타내는 컨덕턴스 플레이트의 평면도로서, (b)는 상 류측과 하류측에 형성되는 배출구의 각각을 가스 흐름에 대하여 복수의 배출구로 구성한 실시예를 나타내며, (a)는 가스 흐름에 대하여 단수의 배출구로 구성한 실시예이다. 이 형태에서는 배출구의 컨덕턴스는 상류측과 하류측에서 동등하게 구성되어 있다.

도10(b)에 도시한 것처럼 이 실시예에서는 처리실 내벽(32), 플레이트(201) 및 기판(8)을 모두 동심원 상에 배치한다. 또한 링 모양의 플레이트(201)의 외경을 처리실 내벽(32)의 내경보다 작게, 플레이트(201)의 내경을 기판(8)의 외경보다 크게 형성하여 플레이트(201)의 외측과 내측에 각각 제1 배출구(111), 제2 배출구(211)를 설치한다. 즉, 처리실 내벽(32)과 플레이트(201) 외주 사이, 플레이트(201)의 내주와 기판(8)외주 사이에 링 모양의 간격(Gl)(외측 간격), 간격(G2)(내측 간격)을 설치한다. 이와 같은 플레이트 형상으로 함으로써 가스 흐름의 상류측에 형성되는 배출구(11A)를 상류측 제1 배출구(111A)와 그보다 하류측에 설치된 제2 배출구(211A)로 구성하고 있다. 또한 하류측에 형성되는 배출구(11B)를 상류측 제2 배출구(211B)와 그보다 하류측에 설치된 제1 배출구(111B)로 구성하고 있다.

여기서 복수의 배출구가 퍼지에 주는 영향을 해석하고 내측과 외측 양쪽에 간격을 갖는 플레이트가 퍼지 효율이 높은 것을 검증한다. 샘플로서 내측 7㎜, 외측 2㎜의 간격을 갖는 플레이트(201)[도 10(b)]와, 비교를 위해 내측 7㎜의 간격만을 갖는 플레이트(202)[도 10(a)]를 준비했다.

도 11은 해석에서 구한 기판(8) 위의 원료 가스 몰 분율의 퍼지 시간 의존을 도시한 특성도이다. 이로부터 도 10(b)의 내측의 배출구(211)에 추가하여 외측에도 배출구(111)를 가지는 쪽이 원료 가스 몰 분율의 감소가 현저한 것을 알 수 있다. 즉 내측과 외측 양쪽에 배출구(111, 211)를 가지기 때문에 퍼지 효과가 향상하고 가스 치환이 촉진되었다고 생각된다. 이는 내측의 배출구(211)만으로는 처리실 내벽(32) 근방에 가스가 체류함에 반하여,외측에도 배출구(111)를 설치함으로써 이들 체류 가스가 신속하게 배기된 것에 따른 것이다. 이 해석 결과로부터 내측과 외측 양쪽에 간격을 갖는 플레이트 쪽이 퍼지 효율이 향상하는 것을 검증할 수 있었다.

따라서 내측의 배출구(211)에 추가하여 외측에도 배출구(111)를 가지면 처리실(1) 내의 플레이트(2)의 상방 공간(34) 및 플레이트(2)의 하방 공간(33)의 양쪽에서 가스 흐름의 범위가 넓어지고 각각의 공간(33, 34)에 있어서 가스가 고이는 것이 없어지기 때문에 각각의 공간(33, 34)의 퍼지 효율을 향상시킬 수 있다.

그런데 상술한 플레이트의 내측에만 배출구를 가지는 형태[도 10(a)]와 외측에도 배출구를 갖는 형태[도 10(b)]에서 플레이트 상의 가스 유속분포를 측정하였더니, 어느 형태든 가스 유속이 작아지는 부분(가스가 고이는 부분)이 있고, 가스의 고임은 플레이트의 기판보다 하류측에 발생하고 있는 것을 알았다. 가스가 고이면 가스의 고임 근방의 플레이트 및 처리실 내벽에 흡착하는 원료 가스의 흡착량이 증가하고 퍼지 시간의 증대 즉 처리량의 저하를 초래한다. 또한 가스가 고이는 부분에 있어서는 퍼지가 충분히 이루어지지 않고 이것이 파티클 발생의 원인이 되고 수율이 저하한다.

따라서 플레이트 상의 가스 고임의 발생을 방지하는 것이 바람직한데, 어느 형태든 플레이트 상의 가스의 고임부에 대응하는 위치에 배출구를 설치함으로써 플레이트 상의 가스의 고임을 해소할 수 있는 것을 알았다.

도 12는 그러한 가스의 고임 방지용 배출구를 설치한 플레이트의 변형예를 나타내는 것으로서, (a), (b)는 상술한 내측에만 배출구(211)를 갖는 형태의 플레이트 변형예를 나타내고, (c)는 상술한 외측에도 배출구(111)를 갖는 형태의 플레이트 변형예를 나타낸다. 도 12(a)의 변형예는 가스의 고임 방지용 배출구(112)를 하나 설치하도록 한 것이며 도12(b)의 변형예는 가스의 고임 방지용의 배출구를 복수 설치하고, 이들 복수의 배출구(112, 113)를 플레이트(202)의 직경 방향으로, 즉 가스 흐름의 방향을 향해 간격을 두어 배열하도록 한 것이다. 이들 배출구(112, 113)를 설치하는 위치는 플레이트(202)의 기판(8)보다 하류측으로서 처리실 내벽(32)과 배출구(211) 사이의 가스가 고이는 부분으로 한다. 즉 도 12(a)의 변형예의 경우 기판(8)보다 상류측에는 하나의 배출구(211A)가 설치되고 기판(8)보다 하류측에는 2개의 배출구(211B, 112)가 설치되며 이들 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 그 순서로 배열하게 된다. 또한 도 12(b)의 변형예의 경우 기판(8)보다 상류측에는 하나의 배출구(211A)가 설치되고 기판(8)보다 하류측에는 3개의 배출구(211B, 113, 112)가 설치되어 이들 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 그 순서로 배열하게 된다.

도 12(c)의 변형예는 가스의 고임 방지용의 배출구(212)를 하나 설치하도록 한 것으로서 배출구(212)를 설치하는 위치는 플레이트(201)의 기판(8)보다 하류측으로서 제1 배출구(111)와 제2 배출구(211) 사이의 가스가 고이는 부분으로 한다. 즉 도 12(c)의 변형예의 경우 기판(8)보다 상류측에는 2개의 배출구(111A, 211A)가 설치되며 기판(8)보다 하류측에는 3개의 배출구(211B, 212, 111B)가 설치되고 이들 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 그 순서로 배열된다.

즉 이들의 변형예에서는 플레이트의 기판(8)보다 적어도 하류측에 적어도 2개 이상 다시 말해서 복수의 배출구를 설치하고, 이들 배출구를 가스 흐름을 향해 한쪽 방향으로 배열하도록 하고 있다. 또한 기판(8)보다 하류측의 배출구의 수가 기판(8)보다 상류측의 배출구의 수보다 많아지도록 하고 있다. 이들의 가스의 고임 방지용의 배출구(112, 113, 212)의 형상은 모두 링 모양의 플레이트(202, 201)의 형상에 따르는 호상으로 하고, 그 호의 크기 즉 배출구(112, 113, 212)의 개구면적은 가스의 고임을 해소할 수 있을 정도의 크기이면 되고, 모두 배출구(211) 또는 배출구(111)의 개구면적보다 작게 되도록 형성되고 있다.

이와 같이 플레이트상 가스가 고이는 부분에 배출구(211)나 배출구(111)와는 다른 배출구를 설치함으로써, 즉 플레이트의 기판보다 적어도 하류측에 적어도 2개 이상의 배출구를 설치하고 이들 배출구를 가스 흐름 방향을 향해 배열하는 것에 의해, 가스가 고인 부분에 적극적으로 가스류를 형성할 수 있어 플레이트 상의 가스의 고임을 방지할 수 있다. 따라서 가스가 고여 있는 부분의 플레이트 및 처리실 내벽에 원료 가스의 흡착량을 감소할 수 있으며 퍼지 시간의 증대를 막아 처리량이 저하하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한 가스가 고인 부분에 있어서도 충분한 퍼지 효과를 얻을 수 있으므로 파티클 발생으로 기인한 수율 저하도 방지할 수 있다

이들 변형예에 있어서 가스의 고임 방지의 원리는 예를 들면 도 8과 같은 형태의 플레이트에 적용하여 도 13과 같이 해도 된다. 도 13의 변형예인 경우 기판(8)보다 상류측의 플레이트(2) 외측에 호상의 배출구(11A)를, 기판(8)보다 하류측의 플레이트(2) 외측에 호상의 배출구(11B, 11C)를 각기 설치하고, 또한 플레이트(2) 내측에도 링 모양의 배출구(211)를 설치하고 있다. 배출구(11B, 11C)의 각 개구면적은 배출구(11A)의 개구면적보다 작아지도록 형성되어 있다. 즉 기판(8)보다 상류측에는 2개의 배출구(11A, 211A)가 설치되고 기판(8)보다 하류측에는 3개의 배출구(211B, 11B, 11C)가 설치되어 이들의 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 그 순서로 배열되게 된다. 이에 따라 상류측, 하류측 각 배출구의 컨덕턴스를 조정할 수 있으며 이에 의하여 기판상의 압력분포를 향상시킬 수 있고, 또한 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다는 효과뿐 아니라 가스의 고임을 방지할 수 있어 퍼지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져다준다.

한편, 상술한 실시예에 있어서 ‘반응가스’는, 제1 원료로서의 금속함유 원료와 이에 반응할 수 있는 제2 원료로서의 화합물 및 요소이다. 구체적인 금속함유원료(제1 원료)로서는 예시한 Al을 포함한 TMA 가스 이외에 Si, Ti, Sr, Y, Zr, Nb, Ru, Sn, Ba, La, Hf, Ta, Ir, Pt, W, Pb, Bi중 어느 것을 포함하는 가스가 있다.

또한 화합물 및 요소(제2 원료)로서는 적절한 비금속 반응물, 즉 통상 물, 산소, 암모니아 등의 산소 또는 질소를 함유하는 가스면 되지만, 때로는 어떠한 방법으로 활성화된 라디컬(Radical)이나 이온(ion)인 경우도 있다. 또한 실제로는 금 속함유 원료와 반응을 일으키지 않지만 금속함유 원료의 자기 분석 반응에 에너지를 부여하는 것이라도 좋다. 예를 들면 플라즈마 등으로 활성화된 희(稀)가스나 불활성 가스의 경우도 있다. 산소 또는 질소를 함유하는 가스로서 구체적으로는 예시한 H₂O 이외에, O₂, O₃, NO, N₂O, H₂O₂, N₂, NH₃, N₂H₆ 중 어느 것과 활성화 수단에 의해 활성화시킴으로써 생성된 이들 라디컬 또는 이온이 있다.

또한 ‘퍼지 가스’는 처리실(1)에 공급되어 기판(8)에 흡착한 반응물 이외의 불필요한 반응물을 제거하는 경우나 2개의 다른 기(基)의 반응 가스가 기판(8)의 면 내 이외의 장소에서 서로 섞여 반응하는 것을 막기 위해서 사용한다. 이 퍼지 가스에는 예시한 Ar 이외로 그 이외의 희(稀)가스나 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용된다.

본 발명에 따르면 기판처리의 균일성을 확보하면서, 처리실 내의 잔류 가스를 퍼지할 때 잔류 가스가 플레이트의 하방 공간에 체류하지 않고 그 공간 내벽에 흡착하지 않으므로 잔류 가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

Claims (17)

1. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 기판을 보지하는 보지구와, 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트와, 상기 기판의 측방으로서 상기 플레이트의 상방 공간에 연통되도록 설치되어 상기 기판에 대하여 가스를 공급하는 공급구와, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치되어 상기 가스를 상기 플레이트의 하방 공간에 배출하는 배출구와, 상기 기판을 사이에 두고 상기 공급구와 반대측에 설치되어 상기 플레이트의 하방 공간에 연통하여 상기 처리실을 배기하는 배기구를 가지며, 상기 배출구의 컨덕턴스는 상류측이 하류측보다 크게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판보다 상류측의 상기 배출구는 상기 공급구와 상기 기판과의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급구는 상기 배기구와 반대측의 상기 플레이트 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 배출구는 상기 플레이트에 설치된 개구에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 배출구는 상기 플레이트와 상기 처리실 벽 사이에 형성되는 간격에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 배출구의 개구면적은 상류측이 하류측보다 큰 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 배출구의 유로장은 상류측이 하류측보다 짧은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 공급구로부터 2종류 이상의 반응가스를 교대로 복수회 공급하고, 2종류 이상의 반응가스를 교대로 공급하는 사이에 퍼지 가스를 공급하도록 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 하류측에는 상기 배출구가 2개 이상 설치되고, 이들 배출구는 가스 흐름 방향을 향해 간격을 두어 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
10. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 기판을 보지하는 보지구와, 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트와, 상기 기판의 측방으로서 상기 플레이트의 상방 공간에 연통하도록 설치되어 상기 기판에 대하여 가스를 공급하는 공급구과, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치되고 상기 가스를 상기 플레이트의 하방 공간으로 배출하는 배출구와, 상기 기판을 사이에 두고 상기 공급구와 반대측에 설치되어 상기 플레이트의 하방 공간에 연통하여 상기 처리실을 배기하는 배기구를 가지고, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 하류측에 설치된 상기 배출구는 적어도 제1 배출구와 그것보다 하류에 설치된 제2 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
11. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 상기 처리실에 반입된 상기 기판의 측방으로부터 상기 기판의 주위에 설치된 플레이트에 따라 상기 기판에 대하여 가스를 공급하면서, 상기 플레이트의 상기 기판보다 적어도 상류측과 하류측에 설치된 배출구로부터 상기 플레이트의 하방 공간에 가스를 배출하고, 상기 플레이트의 하방 공간에 상기 기판을 사이에 두고 공급측과 반대측에 의해 배기함으로써 상기 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 상기 기판을 상기 처리실부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 기판처리공정에서는 상기 배출구의 컨덕턴스를 상류측이 하류측보다 크게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 기판처리공정에서는 상기 기판에 대하여 2종류 이상의 반응가스를 교대로 복수회 공급하고, 2종류 이상의 반응가스를 교대로 공급하는 사이에 퍼지 가스를 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 기판처리공정은 적어도 1종류의 반응가스를 상기 기판상에 흡착시키는 공정과, 흡착시킨 반응가스에 대하여 그와는 다른 반응가스를 공급하여 성막반응을 일으키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 기판처리공정은 상기 기판에 대하여 제1 반응가스를 공급하여 상기 기판상에 흡착시키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정과, 그 후 상기 기판상에 흡착시킨 상기 제1 반응가스에 대하여 제2의 반응가스를 공급하여 성막반응을 일으키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 기판처리공정은 적어도 1종류의 반응가스를 분해시켜서 상기 기판상에 박막을 퇴적시키는 공정과, 퇴적시킨 상기 박막에 대하여 상기 반응가스와는 다른 반응가스를 공급하여 상기 박막의 개질을 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 기판처리공정은 상기 기판에 대하여 제1 반응가스를 공급하여 상기 기판상에 박막을 퇴적시키는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정과, 그 후 상기 기판상에 퇴적시킨 상기 박막에 대하여 제2 반응가스를 공급하여 상기 박막의 개질을 하는 공정과, 그 후 퍼지를 하는 공정을 복수회 반복하는 것을 특징으 로 하는 반도체장치의 제조방법.
17. 제11항에 있어서, 상기 플레이트의 기판보다 적어도 하류측에는 상기 출구가 복수 설치되고, 이들 복수의 배출구는 가스 흐름의 방향을 향해 간격을 두고 배열되고, 상기 기판처리공정에서는 이 복수의 배출구부터 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.

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