KR101132231B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 처리실 내로의 파티클의 확산을 억제하고, 가스 필터의 교환에 요하는 비용을 저감하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 가스 공급부는, 상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와, 상기 가스 공급 노즐에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구를 포함하고, 상기 필터는, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되는 원통부와, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되어 상기 원통부의 하류단에 접속되는 필터 부재를 포함하고, 상기 원통부의 상류단이 상기 가스 공급 노즐에 기밀하게 접속되어 있다.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
고밀도화가 진행되는 DRAM 등의 반도체 장치에서는, 게이트 절연막이나 캐패시터(capacitor) 절연막으로서, 예를 들면 하프늄(Hf) 원소나 지르코늄(Zr) 원소를 포함하는 고유전율막(High－k막)이 이용되게 되었다. 예를 들면, 막두께가 1.6nm의 HfO2막은, 막두께가 4.5nm의 SiO2막과 동일한 정도의 높은 유전율을 얻을 수 있기 때문이다. Hf 원소나 Zr 원소를 포함하는 고유전율막을 형성하는 방법으로서, 예를 들면 TEMAH[Hf［N(CH3)CH2CH3]4：테트라키스메틸에틸아미노하프늄]이나 TEMAZ[Zr［N(CH3)CH2CH3]4：테트라키스에틸메틸아미노지르코늄] 등의 유기계 화합물(액체 원료)을 기화기에 의해 기화시킴으로써 생성한 기화 가스와, 오존(O3) 가스 등의 산화 가스를, 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 수용한 처리실 내에 교대로 공급하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 이용되게 되었다.
TEMAH나 TEMAZ 등의 유기계 화합물을 이용하여 고유전율막을 형성하면, 기화기 내에 탄화물이 잔류하거나, 기화기 내와 처리실 내를 연결하는 배관 내에 기화 가스의 불순물을 포함하는 부생성물, 예를 들면, 기화 가스의 산화물이 형성되는 경우가 있었다. 이들 탄화물이나 산화물은, 반도체 장치의 제조 수율(yield)을 악화시키는 파티클(이물질)의 발생 요인이 될 수 있다. 또한, TEMAH나 TEMAZ라고 하는 유기계 화합물은, 수분과 반응하기 쉬운 성질이 있다. 그 때문에, 기화기나 배관을 교환한 후, 수분 제거를 위해서 실시하는 기화기 내부나 배관 내의 퍼지가 불충분하거나, 기화기나 배관의 가열에 얼룩이 있으면, 기화기 내부나 배관 내에 잔류하고 있는 수분과 유기계 화합물이 반응하여 파티클이 발생해버리는 경우가 있었다.
기화기 내부나 배관 내에 생긴 파티클의 처리실 내로의 확산을 억제하기 위해, 종래의 기판 처리 장치에 있어서는, 기화기와 처리실을 연결하는 배관에 필터가 설치되어 있었다. 그러나, 이러한 구성에서는, 필터를 교환할 때 기화기 내부나 배관 내부가 대기(大氣)에 노출되어버리고, 이들 내벽에 수분이 부착해버려, 파티클의 발생을 초래하는 경우가 있었다. 필터의 교환에 따라, 대기에 노출되는 일부의 배관 부재 등을 함께 교환하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 필터의 교환 작업에 요하는 시간의 증대나 비용의 증가가 과제로 된다. 특히, 배관 부재 등의 교환 시에는, 배관 주변에 설치되어 있는 가열용 히터 등의 탈착(脫着)도 함께 필요하게 되는 경우가 있기 때문에, 필터의 교환 작업에 요하는 시간의 증대나 비용의 증가가 과제로 된다.
본 발명은 처리실 내로의 파티클의 확산을 억제하고, 필터의 교환에 요하는 비용을 저감할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 가스 공급부는, 상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와, 상기 가스 공급 노즐에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구를 포함하고, 상기 필터는, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되는 원통부와, 상기 가스 공급 노즐 내에 배치되어 상기 원통부의 하류단에 접속되는 필터 부재를 포함하고, 상기 원통부의 상류단이 상기 가스 공급 노즐에 기밀하게 접속되어 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 처리실 내로의 파티클의 확산을 억제하고, 필터의 교환에 요하는 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 처리로의 종단면 개략도를, (b)는 처리로의 횡단면 개략도를 각각 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 개략 구성도이다.
도 5는 종래의 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 처리실 내의 온도 분포의 측정 결과를 예시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 처리로의 종단면 개략도를, (b)는 처리로의 횡단면 개략도를 각각 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 개략 구성도이다.
도 5는 종래의 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 처리실 내의 온도 분포의 측정 결과를 예시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(101)의 구성예에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치(101)는 광체(筐體, 111)를 구비하고 있다. 실리콘 등으로 이루어지는 웨이퍼(기판)(200)를 광체(111) 내외로 반송하기 위해서는, 복수의 웨이퍼(200)를 수납하는 웨이퍼 캐리어(기판 수납 용기)로서의 카세트(110)가 사용된다. 광체(111) 내측의 전방(前方)(도면의 우측)에는, 카세트 스테이지[기판 수납 용기 수도대(受渡臺)](114)가 설치되어 있다. 카세트(110)는 도시하지 않은 공정 내 반송 장치에 의해 카세트 스테이지(114) 상에 재치(載置)되고, 또한, 카세트 스테이지(114) 상으로부터 광체(111) 외부로 반출되도록 구성되어 있다.
카세트(110)는 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세로 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록, 카세트 스테이지(114) 상에 재치된다. 카세트 스테이지(114)는, 카세트(110)를 광체(111)의 후방을 향하여 종방향으로 90о회전시켜, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 하고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구를 광체(111) 내의 후방을 향하게 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후(前後) 방향의 실질적으로 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수납 용기 재치 선반)(105)이 설치되어 있다. 카세트 선반(105)에는, 복수단(段), 복수열로 복수 개의 카세트(110)가 보관되도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는, 후술하는 웨이퍼 이재 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다. 또한, 카세트 스테이지(114)의 상방에는, 예비 카세트 선반(107)이 설치되고, 예비적으로 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)과의 사이에는, 카세트 반송 장치(기판 수납 용기 반송 장치)(118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는, 카세트(110)를 보지(保持)한 상태로 승강 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수납 용기 승강 기구)(118a)와, 카세트(110)를 보지한 상태로 수평 이동 가능한 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수납 용기 반송 기구)(118b)를 구비하고 있다. 이들 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)와의 연계 동작에 의해, 카세트 스테이지(114), 카세트 선반(105), 예비 카세트 선반(107), 이재 선반(123)의 사이에서, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 후방에는, 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구)(125)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 기구(125)는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치)(125a)와, 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키는 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구)(125b)를 구비하고 있다. 한편, 웨이퍼 이재 장치(125a)는, 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 보지하는 트위저(tweezer)(기판 이재용 치구)(125c)를 구비하고 있다. 이들 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)와의 연계 동작에 의해, 웨이퍼(200)를 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로부터 픽업하여 후술하는 보트(기판 지지 부재)(217)로 장전(charging)하거나, 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 탈장(discharging)하여 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로 수납하도록 구성되어 있다.
광체(111)의 후부 상방에는, 처리로(202)가 설치되어 있다. 처리로(202)의 하단부에는 개구(開口)가 설치되고, 이러한 개구는 노구(爐口) 셔터(노구 개폐 기구)(147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다. 한편, 처리로(處理爐, 202)의 구성에 대해서는 후술한다.
처리로(202)의 하방에는, 보트(217)를 승강시켜 처리로(202) 내외로 반송하는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(기판 지지 부재 승강 기구)(115)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(115)의 승강대에는, 연결구로서의 암(128)이 설치되어 있다. 암(128) 상에는, 보트(217)를 수직으로 지지함과 동시에, 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 상승했을 때 처리로(202)의 하단부를 기밀(氣密)하게 폐색(閉塞)하는 덮개로서의 씰 캡(seal cap, 219)이 수평 자세로 설치되어 있다. 주로, 웨이퍼 이재 기구(125)[웨이퍼 이재 장치(125a), 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b), 트위저(125c)], 보트 엘리베이터(115), 암(128)에 의해, 적어도 1 매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반입출하는 반입출 수단이 구성된다.
보트(217)는 복수 개의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예를 들면, 50 매~150 매 정도)의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 그 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 보지하도록 구성되어 있다. 보트(217)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
카세트 선반(105)의 상방에는, 공급 팬과 방진(防塵) 필터를 구비한 클린 유닛(134a)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134a)은, 청정화된 분위기인 클린 에어를 광체(111)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
또한, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 보트 엘리베이터(115)측과 반대측인 광체(111)의 좌측 단부(端部)에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬과 방진 필터를 구비한 클린 유닛(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 도시하지 않은 상기 클린 유닛으로부터 내뿜어진 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a) 및 보트(217)의 주위를 유통한 후에, 도시하지 않은 배기 장치에 흡입되고, 광체(111)의 외부에 배기되도록 구성되어 있다.
(2) 기판 처리 장치의 동작
다음에, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치(101)의 동작에 대해 설명한다.
우선, 카세트(110)가, 도시하지 않은 공정 내 반송 장치에 의해, 웨이퍼(200)가 수직 자세로 되고 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록, 카세트 스테이지(114) 상에 재치된다. 그 후, 카세트(110)는, 카세트 스테이지(114)에 의해, 광체(111)의 후방을 향하여 종방향으로 90о회전된다. 그 결과, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)는 수평 자세로 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구는 광체(111) 내의 후방을 향한다.
카세트(110)는, 카세트 반송 장치(118)에 의해, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)의 지정된 선반 위치에 자동적으로 반송되고 수도(受渡)되어 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(105) 또는 예비 카세트 선반(107)으로부터 이재 선반(123)에 이재되거나, 혹은 직접 이재 선반(123)에 반송된다.
카세트(110)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해, 웨이퍼 출입구를 통해서 카세트(110)로부터 픽업되고, 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)와의 연속 동작에 의해 이재실(124)의 후방에 있는 보트(217)에 장전(charging)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 기구(125)는, 카세트(110)에 되돌아오고, 다음의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(147)에 의해 닫혀져 있던 처리로(202)의 하단부가, 노구 셔터(147)에 의해 개방된다. 계속해서, 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(115)에 의해 상승됨으로써, 웨이퍼(200)군을 보지한 보트(217)가 처리로(202) 내에 반입(loading)된다. 로딩 후에는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다. 이러한 처리에 대해서는 후술한다. 처리 후에는, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)는, 상술한 순서와 반대의 순서로 광체(111)의 외부로 불출(拂出)된다.
(3) 처리로의 구성
계속해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 처리로(202)의 구성에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로(202)의 개략 구성도이며, (a)는 처리로의 종단면 개략도를, (b)는 도 2의 (a)에 나타내는 처리로(202)의 횡단면 개략도를 각각 나타내고 있다.
<처리실>
본 발명의 일 실시예에 따른 처리로(202)는, 반응관(203)과 매니폴드(209)를 갖고 있다. 반응관(203)은, 예를 들면 석영(SiO2)이나 탄화규소(SiC) 등의 내열성(耐熱性)을 갖는 비금속 재료로 구성되고, 상단부가 폐색되고 하단부가 개방된 원통 형상으로 되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들면 SUS 등의 금속 재료로 구성되고, 상단부 및 하단부가 개방된 원통 형상으로 되어 있다. 반응관(203)은, 매니폴드(209)에 의해 하단부측으로부터 종방향으로 지지되어 있다. 반응관(203)과 매니폴드(manifold, 209)는, 동심원 형상으로 배치되어 있다. 매니폴드(209)의 하단부는, 상술한 보트 엘리베이터(115)가 상승했을 때, 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 봉지(封止)되도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)의 하단부와 씰 캡(219)과의 사이에는, 처리실(201) 내를 기밀하게 봉지하는 O링 등의 봉지 부재(220b)가 설치되어 있다.
반응관(203) 및 매니폴드(209)의 내부에는, 기판으로서의 웨이퍼(200)가 수용되는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201) 내에는, 기판 보지구(保持具)로서의 보트(217)가 하방으로부터 삽입되도록 구성되어 있다. 반응관(203) 및 매니폴드(209)의 내경은, 웨이퍼(200)를 장전한 보트(217)의 최대 외경보다 크게 되도록 구성되어 있다.
보트(217)는, 복수 매(예를 들면 75 매~100 매)의 웨이퍼(200)를, 실질적으로 수평 상태에서 소정의 극간(隙間)[기판 피치(pitch) 간격]으로써 다단으로 보지하도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 보트(217)로부터의 열전도를 차단하는 단열(斷熱) 캡(218) 상에 탑재되어 있다. 단열 캡(218)은, 회전축(255)에 의해 하방으로부터 지지되어 있다. 회전축(255)은, 처리실(201) 내의 기밀을 보지하면서, 씰 캡(219)의 중심부를 관통하도록 설치되어 있다. 씰 캡(219)의 하방에는, 회전축(255)을 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)에 의해 회전축(255)을 회전시킴으로써, 처리실(201) 내의 기밀을 보지한 상태로, 복수의 웨이퍼(200)를 탑재한 보트(217)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)의 외주에는, 반응관(203)과 동심원 형상으로 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)가 설치되어 있다. 히터(207)는 원통 형상이며, 도 3에 나타내는 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(207a)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)의 처리 영역, 즉 보트(217)에 의해 웨이퍼(200)가 다단으로 보지되는 영역을, 소정의 성막 온도(예를 들면 후술하는 기화 가스가 열분해하는 온도)로 가열하도록 구성되어 있다.
<기화 가스 공급계>
매니폴드(209)에는, 기화 가스 노즐(233a)이 설치되어 있다. 기화 가스 노즐(233a)은, 수직부와 수평부를 갖는 L자 형상으로 구성되어 있다. 기화 가스 노즐(233a)의 수직부는, 반응관(203)의 내벽을 따르도록 연직(鉛直) 방향으로 배설(配設)되어 있다. 기화 가스 노즐(233a)의 수직부 측면[통부(筒部)에는, 처리실(201) 내에 처리 가스로서의 기화 가스를 도입하는 가스 공급구로서의 기화 가스 공급공(248a)이, 연직 방향으로 복수 설치되어 있다. 기화 가스 공급공(248a)의 개구 직경은, 각각 하부로부터 상부에 걸쳐서 동일하게 되어 있어도 좋고, 하부로부터 상부에 걸쳐서 서서히 크게 되어 있어도 좋다. 기화 가스 노즐(233a)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다.
매니폴드(209)의 측벽으로부터 돌출한 기화 가스 노즐(233a)의 수평 단부(상류측)에는, 처리 가스로서의 기화 가스를 처리실(201) 내로 공급하는 기화 가스 공급관(240a)이 접속되어 있다. 기화 가스 공급관(240a)의 상류측에는, 기화기(260)가 접속되어 있다. 기화기(260)는 도시하지 않은 압력 용기를 구비하고 있다. 압력 용기의 내부에는, 소정의 온도 분위기로 가열되는 기화 공간이 형성되어 있다. 기화 공간 내에는 액체 원료가 공급되도록 구성되어 있다. 압력 용기의 외주에는, 기화 공간을 가열하는 도시하지 않은 통전(通電) 가열 히터가 설치되어 있다. 통전 가열 히터에 의해 기화 공간이 소정의 온도 분위기로 가열되면, 기화 공간 내에 공급된 액체 원료가 기화되어, 기화 가스(원료 가스)가 생성되도록 구성되어 있다. 기화 가스 공급관(240a)에는 개폐 밸브(241a)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241a)를 개방함으로써, 기화기(260)에서 생성된 기화 가스가 처리실(201) 내로 공급되도록 구성되어 있다.
기화기(260)의 상류측에는, 기화기(260)의 기화 공간 내에 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급관(240c)과, 기화기(260)의 기화 공간 내에 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(240f)이 각각 접속되어 있다.
액체 원료 공급관(240c)의 상류측은, 액체 원료로서의 TEMAH나 TEMAZ 등의 유기계 화합물을 저장하는 액체 원료 공급 탱크(266)에 접속되어 있다. 액체 원료 공급관(240c)의 상류측 단부는, 액체 원료 공급 탱크(266) 내에 저장된 액체 원료 내에 잠겨 있다. 액체 원료 공급관(240c)에는, 상류측부터 차례로, 개폐 밸브(243c), 액체 유량 컨트롤러(LMFC)(242c), 개폐 밸브(241c)가 설치되어 있다.
액체 원료 공급 탱크(266)의 상면부에는, He 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 압송 가스 공급관(240d)이 접속되어 있다. 압송 가스 공급관(240d)의 상류측은, 압송 가스로서의 He 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 압송 가스 공급원에 접속되어 있다. 압송 가스 공급관(240d)에는, 개폐 밸브(241d)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241d)를 개방함으로써 액체 원료 공급 탱크(266) 내에 압송 가스가 공급되고, 아울러 개폐 밸브(243c), 개폐 밸브(241c)를 개방함으로써, 액체 원료 공급 탱크(266) 내의 액체 원료가 기화기(260)로 압송(공급)되도록 구성되어 있다. 한편, 기화기(260)로의 액체 원료의 공급 유량[즉, 기화기(260)에서 생성되고 처리실(201) 내로 공급되는 기화 가스의 유량]은, 액체 유량 컨트롤러(242c)에 의해 제어 가능하도록 구성되어 있다.
캐리어 가스 공급관(240f)의 상류측은, 캐리어 가스로서의 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 캐리어 가스 공급원에 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(240f)에는, 상류부터 차례로, 유량 컨트롤러(MFC)(242f), 개폐 밸브(241f)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241f) 및 개폐 밸브(241a)를 개방함으로써 기화기(260) 내에 캐리어 가스가 공급되고, 기화 가스와 캐리어 가스와의 혼합 가스가 기화 가스 공급관(240a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 기화기(260) 내에 캐리어 가스를 공급함으로써, 기화 가스의 기화기(260) 내로부터의 배출 및 처리실(201) 내로의 공급을 촉진하는 것이 가능하게 된다. 기화기(260)로의 캐리어 가스의 공급 유량[즉, 처리실(201) 내로의 캐리어 가스의 공급 유량]은, 유량 컨트롤러(242f)에 의해 제어 가능하도록 구성되어 있다. 한편, 본 실시예에 있어서는, 기화기(260) 내에 액체 원료를 공급하지 않을 때(기화 가스를 생성하지 않을 때)라고 하더라도, 기화기(260) 내에 항상 일정량의 캐리어 가스를 계속 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
주로, 기화 가스 노즐(233a), 기화 가스 공급공(248a), 기화 가스 공급관(240a), 기화기(260), 개폐 밸브(241a), 액체 원료 공급관(240c), 캐리어 가스 공급관(240f), 액체 원료 공급 탱크(266), 개폐 밸브(243c), 액체 유량 컨트롤러(242c), 개폐 밸브(241c), 압송 가스 공급관(240d), 도시하지 않은 압송 가스 공급원, 개폐 밸브(241d), 도시하지 않은 캐리어 가스 공급원, 유량 컨트롤러(242f) 및 개폐 밸브(241f)에 의해, 본 실시예에 따른 기화 가스 공급계가 구성된다.
<반응 가스 공급계>
매니폴드(209)에는, 반응 가스 노즐(233b)이 설치되어 있다. 반응 가스 노즐(233b)은, 수직부와 수평부를 갖는 L자 형상으로 구성되어 있다. 반응 가스 노즐(233b)의 수직부는, 반응관(203)의 내벽을 따르도록 연직 방향으로 배설되어 있다. 반응 가스 노즐(233b)의 수직부 측면에는, 반응 가스 공급공(248b)이 연직 방향으로 복수 설치되어 있다. 반응 가스 공급공(248b)의 개구 직경은, 각각 하부로부터 상부에 걸쳐서 동일하게 되어 있어도 좋고, 하부로부터 상부에 걸쳐서 서서히 크게 되어 있어도 좋다. 반응 가스 노즐(233b)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다.
매니폴드(209)의 측벽으로부터 돌출한 반응 가스 노즐(233b)의 수평 단부(상류측)에는, 반응 가스를 처리실(201) 내로 공급하는 반응 가스 공급관(240b)이 접속되어 있다. 반응 가스 공급계로서의 반응 가스 공급관(240b)의 상류측에는, 반응 가스로서의 오존(O3) 가스(산화 가스)를 생성하는 오조나이저(ozonizer, 270)가 접속되어 있다. 반응 가스 공급관(240b)에는, 상류부터 차례로, 유량 컨트롤러(MFC)(242b), 개폐 밸브(241b)가 설치되어 있다. 오조나이저(270)에는, 산소 가스 공급관(240e)이 접속되어 있다. 산소 가스 공급관(240e)의 상류측은, 산소(O2) 가스를 공급하는 도시하지 않은 산소 가스 공급원에 접속되어 있다. 산소 가스 공급관(240e)에는 개폐 밸브(241e)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241e)를 개방함으로써 오조나이저(270)에 산소 가스가 공급되고, 개폐 밸브(241b)를 개방함으로써 오조나이저(270)에서 생성되고 오존 가스가 반응 가스 공급관(240b)을 개재하여 처리실(201) 내로 공급되도록 구성되어 있다. 한편, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급 유량은, 유량 컨트롤러(242b)에 의해 제어하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
주로, 반응 가스 노즐(233b), 반응 가스 공급공(248b), 반응 가스 공급관(240b), 오조나이저(270), 유량 컨트롤러(242b), 개폐 밸브(241b), 산소 가스 공급관(240e), 도시하지 않은 산소 가스 공급원 및 개폐 밸브(241e)에 의해, 본 실시예에 따른 반응 가스 공급계가 구성된다.
<벤트관>
기화 가스 공급관(240a)에 있어서의 기화기(260)와 개폐 밸브(241a)와의 사이에는, 기화 가스 벤트관(240i)의 상류측이 접속되어 있다. 기화 가스 벤트관(240i)의 하류측은, 후술하는 배기관(231)의 하류측[후술하는 APC 밸브(231a)와 진공 펌프(231b)와의 사이]에 접속되어 있다. 기화 가스 벤트관(240i)에는 개폐 밸브(241i)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i)를 개방함으로써, 기화기(260)에 있어서의 기화 가스의 생성을 계속한 상태로, 처리실(201) 내로의 기화 가스의 공급을 정지하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 기화 가스를 안정되게 생성하기 위해서는 소정의 시간을 요하는데, 개폐 밸브(241a), 개폐 밸브(241i)의 전환 동작에 의해, 처리실(201) 내로의 기화 가스의 공급?정지를 극히 단시간에 전환하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
마찬가지로, 반응 가스 공급관(240b)에 있어서의 오조나이저(270)와 유량 컨트롤러(242b)와의 사이에는, 반응 가스 벤트관(240j)의 상류측이 접속되어 있다. 반응 가스 벤트관(240j)의 하류측은, 배기관(231)의 하류측[APC 밸브(231a)와 진공 펌프(231b)와의 사이]에 접속되어 있다. 반응 가스 벤트관(240j)에는 개폐 밸브(241j)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241b)를 닫고, 개폐 밸브(241j)를 개방함으로써, 오조나이저(270)에 의한 오존 가스의 생성을 계속한 상태로, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 정지하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 오존 가스를 안정되게 생성하기 위해서는 소정의 시간을 요하는데, 개폐 밸브(241b), 개폐 밸브(241j)의 전환 동작에 의해, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급?정지를 극히 단시간에 전환하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
<퍼지 가스 공급관>
기화 가스 공급관(240a)에 있어서의 개폐 밸브(241a)의 하류측에는, 제1 퍼지 가스관(240g)의 하류측이 접속되어 있다. 제1 퍼지 가스관(240g)에는, 상류측부터 차례로, N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 퍼지 가스 공급원, 유량 컨트롤러(MFC)(242g), 개폐 밸브(241g)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i) 및 개폐 밸브(241g)를 개방함으로써, 기화 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 기화 가스의 공급을 정지함과 동시에, 처리실(201) 내로의 퍼지 가스의 공급을 개시하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 처리실(201) 내로 퍼지 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내로부터의 기화 가스의 배출을 촉진하는 것이 가능하게 된다.
마찬가지로, 반응 가스 공급관(240b)에 있어서의 개폐 밸브(241b)의 하류측에는, 제2 퍼지 가스관(240h)의 하류측이 접속되어 있다. 제2 퍼지 가스관(240h)에는, 상류측부터 차례로, N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 퍼지 가스 공급원, 유량 컨트롤러(MFC)(242h), 개폐 밸브(241h)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241b)를 닫고, 개폐 밸브(241j) 및 개폐 밸브(241h)를 개방함으로써, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 정지함과 동시에, 오존 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 퍼지 가스의 공급을 개시하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 처리실(201) 내로 퍼지 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내로부터의 오존 가스의 배출을 촉진하는 것이 가능하게 된다.
<배기계>
매니폴드(209)의 측벽에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측부터 차례로, 압력 검출기로서의 압력 센서(245), 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(231a), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(231b)가 설치되어 있다. 진공 펌프(231b)를 작동시키면서, APC 밸브(231a)의 개폐 밸브의 개도(開度)를 조정함으로써, 처리실(201) 내를 원하는 압력으로 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), 압력 센서(245), APC 밸브(231a) 및 진공 펌프(231b)에 의해, 본 실시예에 따른 배기계가 구성된다.
<씰 캡>
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 씰 캡(219)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 되어 있다. 씰 캡(219)은, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반(圓盤) 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)를 하방으로부터 지지하고 있고, 회전 기구(267)를 작동시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 배치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(215)에 의해, 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반송하는 것이 가능하게 되어 있다.
<컨트롤러>
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는, 히터(207), APC 밸브(231a), 진공 펌프(231b), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(215), 통전 가열 히터(264), 개폐 밸브(241a, 241b, 242c, 243c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j), 액체 유량 컨트롤러(242c), 유량 컨트롤러(242b, 242f, 242g, 242h) 등에 접속되어 있다. 컨트롤러(280)에 의해, 히터(207)의 온도 조정 동작, APC 밸브(231a)의 개폐 및 압력 조정 동작, 진공 펌프(231b)의 기동(起動)?정지, 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(215)의 승강 동작, 개폐 밸브(241a, 241b, 242c, 243c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j)의 개폐 동작, 액체 유량 컨트롤러(242c), 유량 컨트롤러(242b, 242f, 242g, 242h)의 유량 조정 등의 제어가 이루어진다.
(4) 가스 공급부
계속해서, 본 실시예에 따른 가스 공급부의 구성에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기화 가스 노즐(233a) 및 그 주변의 부분 확대도이며, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 개략 구성도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 노즐로서의 기화 가스 노즐(233a)은, 처리실(201) 내에 배설되는 가스 도입 노즐(325)과, 가스 도입 노즐(325)의 선단(즉 하류단)에 접속되는 가스 정류 노즐(347)을 포함하고 있다. 가스 도입 노즐(325)은, 매니폴드(209)의 측벽을 수평 자세에서 관통하고, 기화 가스 노즐(233a)의 수평부를 구성하고 있다. 가스 도입 노즐(325)과 매니폴드(209) 측벽과의 사이에는 O링(209c)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내의 기밀이 확보되도록 구성되어 있다. 가스 도입 노즐(325)의 상류측은, 매니폴드(209)의 측벽 외측에 돌출하고 있고, 기화 가스 공급관(240a)의 하류단(239a)에 설치된 이음부(237a)와 기밀하게 감합(嵌合)하고 있다. 가스 도입 노즐(325)의 하류단은, 처리실(201) 내에서 수직 상방을 향해 굴곡하고 있다. 가스 도입 노즐(325)의 하류단에는, O링(357)을 개재하여 가스 정류 노즐(347)의 상류단이 기밀하게 접속되어 있다. 가스 정류 노즐(347)은, 가스 도입 노즐(325)의 하류단 외주를 둘러싸도록 설치된 조임 캡(356)을 체결시킴으로써 가스 도입 노즐(325)에 고정된다. 이와 같이, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)과의 접속 개소는, 처리실(201) 내에 설치되어 있다. 가스 정류 노즐(347)은, 반응관(203)의 내벽을 따르도록 연직 방향으로 배설되고, 기화 가스 노즐(233a)의 수직부를 구성하고 있다. 가스 정류 노즐(347)의 상단은 폐색하고 있고, 가스 정류 노즐(347)의 통부에는 상술한 기화 가스 공급공(248a)이 연직 방향으로 복수 설치되어 있다.
가스 도입 노즐(325)의 상류측과 기화 가스 공급관(240a)과의 외주에는, 이들을 둘러싸도록 배관 히터(238a)가 설치되어 있다. 배관 히터(238a)는, 기화 가스의 공급 경로인 가스 도입 노즐(325)의 상류측 및 기화 가스 공급관(240a) 내부가 각각 소정 온도 이상이 되도록 가열하여, 기화 가스의 재액화(再液化)를 억제하도록 구성되어 있다. 또한, 가스 도입 노즐(325)의 굴곡부의 하방에는, 매니폴드(209) 내벽에 설치된 대좌(臺座, 209b)와, 대좌(209b)에 설치된 나사공을 연직 방향으로 관통하는 기울기 조정 나사(209a)를 구비한 노즐 기울기 조정 기구가 설치되어 있다. 기울기 조정 나사(209a)의 높이를 조정하여 그 상단을 가스 도입 노즐(325)의 굴곡부에 하방으로부터 당접시킴으로써, 가스 정류 노즐(347)의 기울기[기화 가스 공급공(248a)과 웨이퍼(200)와의 거리]를 조정 가능하도록 구성되어 있다.
가스 정류 노즐(347)에 있어서의 상류측 선단부의 내부로서, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)과의 접속 개소에는, 탄화물이나 산화물 등의 불순물을 제거하는 필터(346)가 설치되어 있다. 즉, 가스 정류 노즐(347)은, 상류측 선단부 내에 유로 단면적이 큰 중공부(中空部)를 구비하고 있고, 이러한 중공부 내에 필터(346)가 설치되어 있다. 필터(346)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 원통 형상으로 구성된 원통부로서의 금속 원통부(346b)와, 금속 원통부(346b)의 상단에 기밀하게 접속된 원주(圓柱) 형상의 필터 부재(346a)를 구비하고 있다. 필터 부재(346a)는, 예를 들면 SUS316L과 동일한 물성을 갖는 스테인리스 합금, 하스테로이(등록 상표) C22와 동일한 물성을 갖는 니켈(Ni) 합금, 고순도 니켈 등에 의해 구성할 수 있다. 가스 정류 노즐(347)의 내경은, 필터(346)의 최대 외경보다 크게 구성되어 있다. 필터(346)의 하단[금속 원통부(346b)의 하단 외주]은, O링(358)을 개재하여 가스 정류 노즐(347)의 하류단 내주에 기밀하게 접속되어 있다. 이와 같이, 가스 정류 노즐(347)의 선단부는, 필터(346)의 설치 포트로서 구성되어 있다. 이 때문에, 필터(346)의 설치나 위치 맞춤을 재현성이 양호하도록 용이하게 수행하는 것이 가능하게 된다.
한편, 가스 정류 노즐(347)의 내벽과 필터(346)의 외벽과의 사이에 있어서의 기화 가스의 흐름 저항을 저감시키고, 처리실(201) 내에 정체됨없이 기화 가스를 공급하기 때문에, 가스 정류 노즐(347)의 내경은, 필터(346)의 최대 외경보다 예를 들면 3mm 이상 크게 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 처리실(201) 내로의 기화 가스의 공급 유량에 따라, 필터 부재(346a)의 길이나 지름을 조정하여 필터의 표면적(또는 용적)을 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기화 가스의 공급 유량을 증대시키는 경우에는, 필터 부재(346a)의 길이나 직경을 크게 하여 필터의 표면적(또는 용적)을 확보하는 것이 바람직하다.
가스 도입 노즐(325)로부터 공급된 기화 가스는, 필터(346)의 금속 원통부(346b) 내에 공급되고, 필터 부재(346a) 내를 개재하여 가스 정류 노즐(347) 내에 공급된 후, 기화 가스 공급공(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 이 때, 기화기(260) 내부나 기화 가스 공급관(240a) 내에서 발생한 탄화물이나 산화물 등의 불순물이, 필터(346)[필터 부재(346a)]에 트랩됨으로써, 처리실(201) 내에 파티클이 확산되는 것이 억제된다.
이와 같이 본 실시예에서는, 금속 원통부(346b)와 필터 부재(346a)가 가스 정류 노즐(347)의 내부에 설치되고, 필터 부재(346a)의 표면이 처리실(201) 내에 직접 노출되지 않도록 구성되어 있다. 이에 의해, 후술하는 성막 공정(S30)을 실시했을 때, 필터 부재(346a)의 표면에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 가스 정류 노즐(347)의 통부에 설치된 기화 가스 공급공(248a)과, 필터 부재(346a)와의 사이에, 간격이 설치되어 있다. 구체적으로는, 필터 부재(346a)는, 기화 가스 공급공(248a)이 개설된 영역보다 하방에 배치되어 있다. 이에 의해, 필터 부재(346a)의 표면이 처리실(201) 내의 분위기에 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 후술하는 성막 공정(S30)을 실시했을 때, 필터 부재(346a)의 표면에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 필터 부재(346a)는, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)의 처리 영역[보트(217)에 의해 웨이퍼(200)가 보지되는 영역]의 외측, 구체적으로는 처리 영역의 하방에 배치되어 있다. 상술한 바와 같이, 히터(207)는, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)의 처리 영역을, 성막 온도(예를 들면 기화 가스가 열분해하는 온도)로 가열하도록 구성되어 있다. 본 실시예에 의하면, 필터 부재(346a)를 처리 영역의 하방[즉, 가스 정류 노즐(347) 내의 상류 선단부 내]에 배치함으로써, 후술하는 성막 공정(S30)을 실시하는 동안, 필터 부재(346a)의 온도를, 기화 가스가 열분해하는 온도보다 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 필터 부재(346a)에 공급되는 기화 가스의 열분해를 억제할 수 있고, 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있으며, 필터 부재(346a)의 수명이 길어지는 것을 도모할 수 있다. 한편, 필터 부재(346a)를, 기화 가스의 증기압 온도 이상이 되는 위치에 배치함으로써, 기화 가스의 재액화를 억제할 수 있다. 예를 들면, TEMAZ나 TEMAH를 기화시킨 기화 가스를 처리 가스로서 이용하는 경우, 기화 가스의 증기압 온도(예를 들면 130℃) 이상으로서, 기화 가스가 열분해가 개시(開始)되는 온도(예를 들면 160℃) 이하가 되는 위치에, 필터 부재(346a)를 배치한다. 한편, 본 실시예에 의하면, 재액화를 방지하기 위해서 전용(專用)의 가열 장치 등을 설치할 필요가 없기 때문에, 가스 정류 노즐(347) 주위의 공간 절약화를 도모할 수 있고, 또한, 기판 처리 장치의 구성 부품의 증가를 억제할 수 있다.
이상과 같이 구성함으로써 필터 부재(346a)의 로딩이 억제되는데, 후술하는 성막 공정(S30)을 반복 실시함으로써, 필터 부재(346a)에 서서히 로딩이 생기는 경우가 있다. 필터 부재(346a)에 로딩이 생기면, 처리실(201) 내로 공급되는 기화 가스의 유량이 저하되어버릴 가능성이 있기 때문에, 필터(346)는 정기적으로 교환하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)과의 접속 개소가 처리실(201) 내에 설치되어 있기 때문에, 필터(346)의 교환을 처리실(201) 내에서 수행하는 것이 가능하다. 즉, 개폐 밸브(241a)를 닫은 상태로, 씰 캡(219)을 강하시키고, 조임 캡(356)을 느슨하게 하여 가스 도입 노즐(325)로부터 가스 정류 노즐(347)을 뽑아내어 필터(346)를 노출시킴으로써, 처리실(201) 내에서 필터(346)의 교환을 용이하게 수행할 수 있도록 구성되어 있다. 필터(346)의 교환을 처리실(201) 내에서 수행함으로써, 기화 가스 공급 경로 내[가스 도입 노즐(325)의 상류단 내, 기화 가스 공급관(240a) 내 등]가 대기에 노출되어버리는 것을 억제할 수 있고, 이들 내벽으로의 수분의 부착을 억제할 수 있으며, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 필터(346)의 교환에 따라, 기화 가스 공급계를 구성하는 배관 부재 등의 교환이나 배관 히터(238a)의 탈착이 불필요하게 되고, 필터(346)의 교환 작업에 요하는 시간을 단축할 수 있으며, 교환에 요하는 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다. 한편, 필터(346)의 교환 작업 시에 처리실(201) 내를 불활성 가스 등으로 계속 퍼지함으로써, 기화 가스 공급 경로 내로의 대기의 침입을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
주로, 기화 가스 노즐(233a)[가스 도입 노즐(325), 가스 정류 노즐(347), 기화 가스 공급공(248a), 조임 캡(356), O링(357, 358)], 필터(346)[금속 원통부(346b), 필터 부재(346a)], 이음부(237a), O링(209c), 배관 히터(238a), 대좌(209b) 및 기울기 조정 나사(209a)에 의해, 본 실시예에 따른 가스 공급부가 구성된다.
(5) 기판 처리 공정
계속해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 공정에 대해 설명한다. 한편, 본 실시예에 따른 기판 처리 공정은, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 중의 하나인 ALD법을 이용하여 웨이퍼(200)의 표면에 고유전율막을 성막하는 방법이며, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 실시된다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
<기판 반입 공정(S10)>
우선, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(wafer charge)한다. 그리고 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)를, 보트 엘리베이터(215)에 의해 들어올려 처리실(201) 내에 반입(boat loading)한다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 씰한 상태로 된다. 기판 반입 공정(S10)에 있어서는, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 개방하여, 가스 도입 노즐(325) 내, 가스 정류 노즐(347) 내, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속 공급한다. 이에 의해, 처리실(201) 내로의 대기의 진입을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 처리실(201) 내의 분위기나 처리실(201) 내에 진입한 대기가, 기화 가스 공급공(248a)을 개재하여 가스 정류 노즐(347) 내 및 가스 도입 노즐(325) 내, 기화 가스 공급관(240a) 내에 역류하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 필터 부재(346a)의 오염을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다. 또한, 필터 부재(346a)의 열화(劣化)를 억제할 수 있으며, 필터 부재(346a)의 수명이 길어지는 것을 도모할 수 있다.
<감압 및 승온(昇溫) 공정(S20)>
계속해서, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 닫고, 처리실(201) 내부가 원하는 압력(진공도)이 되도록, 처리실(201) 내를 진공 펌프(231b)에 의해 배기한다(S20). 이 때, 처리실(201) 내의 압력을 압력 센서(245)로 측정하고, 이 측정된 압력에 근거하여, APC 밸브(231a)의 개도를 피드백 제어한다. 또한, 처리실(201) 내부가 원하는 온도가 되도록, 히터(207)에 의해 가열한다(S20). 이 때, 처리실(201) 내부가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서가 검출한 온도 정보에 근거하여 히터(207)로의 통전 상태를 피드백 제어한다. 또한, 기화 가스 공급 경로인 가스 도입 노즐(325)의 상류측 및 기화 가스 공급관(240a) 내부가 각각 소정 온도 이상이 되도록, 배관 히터(238a)에 의해 가열한다. 그리고, 회전 기구(267)에 의해 보트(217)를 회전시키고, 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
<성막 공정(S30)>
계속해서, 성막 공정(S30)을 실시한다. 성막 공정(S30)에서는, 웨이퍼(200) 상에 기화 가스를 공급하는 공정(S31)과, 처리실(201) 내를 퍼지하는 공정(S32)과, 웨이퍼(200) 상에 반응 가스를 공급하는 공정(S33)과, 처리실(201) 내를 퍼지하는 공정(S34)을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 회수 실시한다.
기화 가스를 공급하는 공정(S31)에서는, 개폐 밸브(241d)를 개방하여, 액체 원료 공급 탱크(266) 내에 압송 가스를 공급한다. 그리고, 개폐 밸브(243c, 241c)를 개방하고, 액체 원료 공급 탱크(266) 내의 액체 원료(TEMAH나 TEMAZ 등의 유기계 화합물)를 기화 공간 내로 압송(공급)한다. 그리고, 통전 가열 히터에 의해 기화 공간이 소정의 온도 분위기(예를 들면 120℃~ 150℃)가 되도록 가열하고, 기화 공간 내에 공급된 액체 원료를 기화시켜 기화 가스(원료 가스)를 생성한다. 또한, 개폐 밸브(241f)를 개방하여 기화기(260)에 캐리어 가스를 공급한다. 기화 가스가 안정되게 생성될 때까지는, 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i)를 개방하여, 기화 가스와 캐리어 가스와의 혼합 가스를 기화 가스 벤트관(240i)으로부터 배출해 둔다. 기화 가스가 안정되게 생성되면, 개폐 밸브(241i)를 닫고, 개폐 밸브(241a)를 개방하여, 기화 가스와 캐리어 가스와의 혼합 가스를 처리실(201) 내로 공급한다. 그 결과, 적층된 웨이퍼(200) 사이에 혼합 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면에 기화 가스의 가스 분자가 흡착한다. 혼합 가스의 공급을 소정 시간 계속하면, 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i)를 개방하여, 기화 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 혼합 가스의 공급을 정지한다.
처리실(201) 내를 퍼지하는 공정(S32)에서는, 개폐 밸브(241g)를 개방하여 처리실(201) 내로 퍼지 가스를 공급하고, 처리실(201) 내로부터의 기화 가스의 배출을 촉진한다. 처리실(201) 내의 분위기가 퍼지 가스로 치환되면, 개폐 밸브(241g)를 닫아 처리실(201) 내로의 퍼지 가스의 공급을 정지한다.
웨이퍼(200) 상에 반응 가스를 공급하는 공정(S33)에서는, 개폐 밸브(241e)를 개방하여 오조나이저(270)에 산소 가스를 공급하고, 반응 가스로서의 오존 가스를 생성한다. 반응 가스가 안정되게 생성될 때까지는, 개폐 밸브(241b)를 닫고, 개폐 밸브(241j)를 개방하여, 반응 가스를 반응 가스 벤트관(240j)으로부터 배출해 둔다. 반응 가스가 안정되게 생성되면, 개폐 밸브(241j)를 닫고, 개폐 밸브(241b)를 개방하여, 반응 가스를 처리실(201) 내로 공급한다. 그 결과, 적층된 웨이퍼(200) 사이에 반응 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면에 흡착하고 있는 기화 가스의 가스 분자와 반응 가스가 화학 반응하고, 웨이퍼(200)의 표면에 1 원자층으로부터 수 원자층의 Hf 원소나 Zr 원소를 포함하는 고유전율막(High－k막)이 생성된다. 반응 가스의 공급을 소정 시간 계속하면, 개폐 밸브(241b)를 닫고, 개폐 밸브(241j)를 개방하여, 반응 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 반응 가스의 공급을 정지한다.
처리실(201) 내를 퍼지하는 공정(S34)에서는, 개폐 밸브(241h)를 개방하여 처리실(201) 내로 퍼지 가스를 공급하고, 처리실(201) 내로부터의 반응 가스 및 반응 생성물의 배출을 촉진한다. 처리실(201) 내의 분위기가 퍼지 가스로 치환되면, 개폐 밸브(241h)를 닫아 처리실(201) 내로의 퍼지 가스의 공급을 정지한다.
이상, 웨이퍼(200) 상에 기화 가스를 공급하는 공정(S31)에서 처리실(201) 내를 퍼지하는 공정(S34)까지를 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 회수 실시함으로써, 웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 고유전율막을 형성하면 성막 공정(S30)을 종료한다. 한편, 성막 공정(S30)을 종료하면, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 개방하여, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속 공급한다. 즉, 가스 도입 노즐(325) 내 및 가스 정류 노즐(347) 내에 퍼지 가스를 계속 공급한다.
한편, 종래의 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법에서는, 예를 들면, CVD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 동시에 공급하고, 또한, ALD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 교대로 공급한다. 그리고, 가스 공급 시의, 온도, 압력, 가스 유량, 시간, 플라즈마 파워 등의 공급 조건을 제어함으로써 예를 들면 SiO2막이나 Si3N4막을 형성한다. 그들 기술에서는, 예를 들면 SiO2막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론 조성인 O/Si≒2가 되도록, 또한 예를 들면 Si3N4막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론 조성인 N/Si≒1.33이 되도록 하는 것을 목적으로 하여 공급 조건을 제어한다.
이에 대해, 본 발명의 실시예에서는, 형성하는 막의 조성비가 화학량론 조성과는 다른 소정의 조성비가 되도록 하는 것을 목적으로 하여 공급 조건을 제어한다. 즉, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소 중 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다 화학량론 조성에 대해 과잉 또는 부족하게 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉, 막의 조성비를 제어하면서 성막을 수행하도록 공급 조건을 제어해도 좋다.
예를 들면, 제1 원소 및 제2 원소 중 한 쪽의 원소를 포함하는 한 쪽의 층을 형성하는 공정에 있어서의 처리 용기 내의 온도, 압력, 가스 공급 유량, 또는, 가스 공급 시간을, 화학량론적인 조성을 갖는 박막을 형성하는 경우의 한 쪽의 층을 형성하는 공정에 있어서의 처리 용기 내의 온도, 압력, 가스 공급 유량, 또는, 가스 공급 시간보다 크게, 또는, 길게 한다. 또는, 제1 원소 및 제2 원소 중 다른 쪽의 원소를 포함하는 다른 쪽의 층을 형성하는 공정에 있어서의 처리 용기 내의 온도, 압력, 가스 공급 유량, 또는, 가스 공급 시간을, 화학량론적인 조성을 갖는 박막을 형성하는 경우의 한 쪽의 층을 형성하는 공정에 있어서의 처리 용기 내의 온도, 압력, 가스 공급 유량, 또는, 가스 공급 시간보다 작게, 또는, 짧게 한다.
이에 의해, 화학량론적인 조성에 대해 한 쪽의 원소가 다른 쪽의 원소보다 과잉하게 되는 조성을 갖는 박막을 형성한다.
<승압(昇壓) 공정(S40), 기판 반출 공정(S50)>
계속해서, APC 밸브(231a)의 개도를 작게 하고, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 개방하여, 처리실(201) 내의 압력이 대기압이 될 때까지 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 공급한다(S40). 그리고, 기판 반입 공정(S10)과 반대의 순서로, 성막이 완료된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내로부터 반출한다(S50). 기판 반출 공정(S50)에 있어서는, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 개방하여, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속 공급하는 것이 바람직하다.
<필터 교환 공정(S60)>
상술한 바와 같이, 공정 S10~S50을 실시하면, 기화기(260) 내에 탄화물이 잔류하고, 기화기(260) 내와 처리실(201) 내를 연결하는 기화 가스 공급관(240a) 내부 등에 기화 가스의 불순물을 포함하는 부생성물, 예를 들면, 기화 가스의 산화물이 형성된다. 필터(346)[필터 부재(346a)]는, 기화기(260) 내부나 기화 가스 공급관(240a) 내에서 발생한 탄화물이나 산화물을 트랩하고, 처리실(201) 내에 파티클이 확산하는 것을 억제하는데, 공정 S10~S50을 반복하여 실시하면, 트랩된 탄화물이나 산화물에 의해 필터 부재(346a)가 로딩되고, 처리실(201) 내에 공급되는 기화 가스의 유량이 저하되어버리는 등의 경우가 있다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 필터(346)[필터 부재(346a)]를 교환하는 공정(S60)을 정기적으로 실시한다.
필터를 교환하는 공정(S60)에서는, 우선, 개폐 밸브(241a, 241b)를 닫고, 씰 캡(219)을 강하(降下)시킨다. 그리고 조임 캡(356)을 느슨하게 하여 가스 도입 노즐(325)로부터 가스 정류 노즐(347)을 뽑아내고, 필터(346)를 노출시킨다. 그리고, 필터(346)[혹은 필터 부재(346a)]를 교환하고, 가스 정류 노즐(347)을 가스 도입 노즐(325)의 상단에 다시 감합시켜, 조임 캡(356)을 체결하여 가스 정류 노즐(347)을 가스 도입 노즐(325)에 고정한다. 한편, 씰 캡(219)을 강하시키고 있는 동안은, 개폐 밸브(241g)를 개방하여, 처리실(201) 내부, 기화 가스 공급관(240a) 내부 및 기화 가스 노즐(233a) 내부를 퍼지 가스로 퍼지하고, 처리실(201) 내부나 기화 가스 공급 경로 내부[기화 가스 공급관(240a) 내, 기화 가스 노즐(233a) 내]로의 대기의 침입(이들 내벽으로의 수분의 부착)을 억제한다.
(6) 본 실시예에 따른 효과
본 실시예에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시예에 의하면, 금속 원통부(346b)와 필터 부재(346a)가 가스 정류 노즐(347)의 내부에 설치되고, 필터 부재(346)의 표면이 처리실(201) 내에 직접 노출되지 않도록 구성되어 있다. 이에 의해, 후술하는 성막 공정(S30)을 실시했을 때, 필터 부재(346a)의 표면에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다.
(b) 본 실시예에 의하면, 가스 정류 노즐(347)의 통부에 설치된 기화 가스 공급공(248a)과, 필터 부재(346a)와의 사이에, 극간이 마련되어 있다. 구체적으로는, 필터 부재(346a)는, 기화 가스 공급공(248a)보다 하방에 배치되어 있다. 이에 의해, 필터 부재(346a)의 표면이 처리실(201) 내의 분위기에 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 후술하는 성막 공정(S30)을 실시했을 때, 필터 부재(346a)의 표면에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다.
(c) 본 실시예에 의하면, 필터 부재(346a)는, 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼(200)의 처리 영역[보트(217)에 의해 웨이퍼(200)가 보지되는 영역]의 외측, 구체적으로는 처리 영역의 하부에 배치되어 있다. 이에 의해, 상술한 성막 공정(S30)을 실시하는 동안, 필터 부재(346a)의 온도를, 기화 가스가 열분해하는 온도보다 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 필터 부재(346a)에 공급된 기화 가스의 열분해를 억제할 수 있고, 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있으며, 필터 부재(346a)의 수명이 길어지는 것을 도모할 수 있다. 한편, 필터 부재(346a)를, 기화 가스의 증기압 온도 이상이 되는 위치에 배치함으로써, 전용의 가열 장치를 설치하지 않고 기화 가스의 재액화를 억제할 수 있다.
도 6은, 처리실(201) 내의 온도 분포의 측정 결과를 예시하는 그래프도이다. 도 6의 횡축은, 처리실(201) 내에 있어서의 높이 위치(mm)를 나타내고 있고, 종축은 가스 도입 노즐(325)의 측면에 설치된 열전대(熱電對)에 의해 측정한 온도, 즉 가스 도입 노즐(325)의 표면 온도(℃)를 나타내고 있다. 도면에서 ◇표시는 처리실(201) 내를 진공 배기했을 경우를 나타내고, ■표시는 처리실(201) 내에 5slm(standard liters per minute)의 유량으로 질소 가스를 도입했을 경우를 각각 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 예에서는, 도면에서 「필터 최량 위치」라고 나타낸 높이 범위(120mm~210mm 정도)에 필터 부재(346a)를 배치함으로써, 필터 부재(346a)에 공급된 기화 가스의 재액화를 방지하면서, 열분해를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
(d) 본 실시예에 의하면, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)과의 접속 개소는, 처리실(201) 내에 설치되어 있다. 그리고, 필터(346)는 가스 정류 노즐(347)의 내부로서, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)과의 접속 개소에 설치되어 있다. 즉, 필터(346)의 교환을 처리실(201) 내에서 수행하는 것이 가능하다. 그 결과, 필터(346) 시에, 기화 가스 공급 경로 내[가스 도입 노즐(325)의 상류단 내, 기화 가스 공급관(240a) 내 등]가 대기에 노출되어버리는 것을 억제할 수 있고, 이들 내벽으로의 수분의 부착을 억제할 수 있으며, 수분과 유기계 화합물이 반응하여 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 필터(346)의 교환에 따라, 기화 가스 공급계를 구성하는 배관 부재 등의 교환이나 배관 히터(238a)의 탈착이 불필요하게 되고, 필터(346)의 교환 작업에 요하는 시간을 단축할 수 있으며, 교환에 요하는 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 파티클의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 필터(346)의 교환 빈도를 길게 할 수 있고, 기판 처리 비용을 저감시킬 수 있다.
참고로, 종래의 기판 처리 장치에 있어서의 가스 공급부 주변의 구성을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 종래의 기판 처리 장치에 있어서의 필터(346＇)는, 처리실(201＇) 내에 설치되지 않고, 기화 가스 공급관(240a＇)[처리실(201＇) 외]에 설치되어 있었다. 이 때문에, 필터(346＇)를 교환하려고 하면, 기화 가스 공급관(240a＇) 내부나 기화 가스 공급 노즐(233a＇) 내부가 대기에 노출되어버린다. 그 결과, 필터(346＇)의 교환에 따라, 대기에 노출되는 일부의 배관 부재 등을 함께 교환할 필요가 발생하고, 나아가서는 가열용 히터(238a＇) 등의 탈착도 함께 수행할 필요가 발생하게 된다. 그 결과, 필터의 교환 작업에 시간을 요하고, 교환에 요하는 비용이 증가해버린다. 이에 대해 필터(346)를 처리실(201) 내에 설치하는 본 실시예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 도 5에 예시하는 기판 처리 장치와 비교하여, 필터의 교환 시간을 예를 들면 1/3 정도까지 단축할 수 있고, 교환 비용을 예를 들면 1/2 정도까지 압축할 수 있다.
(e) 본 실시예에 의하면, 기판 반입 공정(S10), 성막 공정(S30)을 실시한 후, 기판 반출 공정(S50), 필터를 교환하는 공정(S60)에 있어서, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 개방하여, 가스 도입 노즐(325) 내, 가스 정류 노즐(347) 내, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속 공급한다. 이에 의해, 처리실(201) 내로의 대기의 진입을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 처리실(201) 내의 분위기나 처리실(201) 내에 진입한 대기가, 기화 가스 공급공(248a)을 개재하여 가스 정류 노즐(347) 내 및 가스 도입 노즐(325) 내, 기화 가스 공급관(240a) 내에 역류하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 필터 부재(346a)의 오염을 억제할 수 있고, 파티클의 발생이나 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있다. 또한, 필터 부재(346a)의 열화를 억제할 수 있고, 필터 부재(346a)의 수명이 길어지는 것을 도모할 수 있다.
(f) 본 실시예에 의하면, 가스 정류 노즐(347)의 선단부는, 필터(346)의 설치 포트로서 구성되어 있다. 이 때문에, 필터(346)의 설치나 위치 맞춤을 재현성이 양호하도록 용이하게 수행하는 것이 가능하게 된다.
(g) 본 실시예에 의하면, 필터(346)가 처리실(201) 내[웨이퍼(200)에 가까운 장소]에 설치되어 있다. 즉, 파티클의 트랩은 웨이퍼(200)에 가까운 위치에서 이루어지고 있고, 필터(346)의 하류측에 있어서의 반응 가스의 공급 경로가 가능한 한 단축되어 있다. 이에 의해, 파티클의 저감 효과가 높아진다. 이에 반해, 도 5에 나타내는 종래의 기판 처리 장치에서는, 처리실(201＇) 외부에 필터(346＇)가 설치되어 있고, 필터(346＇)의 하류측에 있어서의 반응 가스의 공급 경로가 상대적으로 길게 되어 있다. 그 때문에, 처리실(201＇) 내에 확산되어버리는 파티클의 양이, 본 실시예에 있어서 처리실(201) 내에 확산되어버리는 파티클의 양보다 많게 되기 쉽다.
(h) 본 실시예에 의하면, 필터(346)의 최대 외경에 대한 가스 정류 노즐(347)의 내경을 조정함으로써, 가스 정류 노즐(347)의 내벽과 필터(346)의 외벽과의 사이에 있어서의 기화 가스의 흐름 저항을 저감시켜, 처리실(201) 내로 공급하는 기화 가스의 유량을 충분히 확보하고, 처리실(201) 내에 정체됨없이 기화 가스를 공급할 수 있다. 예를 들면, 가스 정류 노즐(347)의 내경을, 필터(346)의 최대 외경보다 3mm 이상 크게 구성함으로써, 처리실(201) 내로 공급하는 기화 가스의 유량을 충분히 확보할 수 있다.
(i) 본 실시예에 의하면, 필터 부재(346a)의 길이나 직경을 조정하여 필터 부재(346a)의 표면적(또는 용적)을 적절히 조정함으로써, 기화기(260) 내에서 기화된 원료 가스를, 원료의 증기압 이하의 압력을 유지한 상태에서, 기화 가스로서 공급할 수 있기 때문에, 처리실(201) 내로 공급하는 기화 가스의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 예를 들면, 필터 부재(346a)의 길이나 직경을 크게 하여 필터 부재(346a)의 표면적(또는 용적)을 크게 함으로써, 처리실(201) 내로 공급하는 기화 가스의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 필터 부재(346a)의 표면적(또는 용적)을 조정함으로써, 예를 들면, 대유량의 원료 가스를 흘리는 경우에 압력 손실이 커져 버리는 것을 저감하고, 가스의 공급량에 의하지 않고 안정되게 처리실(201) 내로 공급할 수 있고, 기화 가스의 불순물을 포함하는 부생성물의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 필터(346)의 교환 주기를 조정할 수 있다.
(j) 본 실시예에 의하면, 씰 캡(219)을 강하시킨 상태에서, 조임 캡(356)을 느슨하게 하여 가스 도입 노즐(325)로부터 가스 정류 노즐(347)을 뽑아냄으로써, 필터(346)를 용이하게 노출시킬 수 있다. 그 때문에, 필터(346)의 오염 상태(로딩의 정도)를 용이하게 확인할 수 있다.
(j) 본 실시예에 따른 기화 가스 공급관(240a)은, 유연성을 갖는 플렉서블 튜브(flexible tube)에 의해 구성할 수 있다. 플렉서블 튜브에 의해 구성함으로써, 메인터넌스 시의 기화 가스 공급관(240a)의 착탈(着脫) 등을 용이하게 수행할 수 있다. 단, 기화 가스 공급관(240a)을 휘게 하면, 기화 가스 공급관(240a)의 내벽에 부착한 기화 가스의 불순물을 포함하는 부생성물이 벗겨져 처리실(201) 내의 파티클 증가를 불러일으킬 가능성이 있다. 본 실시예에 의하면, 기화 가스 공급관(240a)의 하류측에 필터(346)를 설치하고 있기 때문에, 기화 가스 공급관(240a)을 플렉서블 튜브로 구성한 경우라고 하더라도, 불순물을 포함하는 부생성물로 구성된 파티클이 처리실(201) 내로 진입하는 것을 억제할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시예>
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 히터(207)로부터 필터(346)로의 열복사를 차폐(遮蔽)하는 차폐부로서의 차폐판(400)을 설치하는 점이, 상술한 실시예와 다르다. 도 7은 본 실시예에 따른 기화 가스 노즐 및 그 주변의 부분 확대도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 차폐판(400)은 히터(207)와 필터(346)와의 사이에 설치되어 있다.
본 실시예에 의하면, 히터(207)로부터의 직접적인 열복사에 의한 영향을 억제할 수 있고, 필터 부재(346a)의 열화 등을 억제할 수 있다. 예를 들면, 차폐판(400)을 설치함으로써, 상술한 성막 공정(S30)을 실시하는 동안, 필터 부재(346a)의 온도를, 기화 가스가 열분해하는 온도보다 낮게 할 수 있다. 그리고, 필터 부재(346a)에 공급된 기화 가스의 열분해를 억제할 수 있고, 필터 부재(346a)의 로딩을 억제할 수 있으며, 필터 부재(346a)의 수명이 길어지는 것을 도모할 수 있다. 한편, 차폐판(400)의 형상, 크기, 위치, 재질 등은, 필터 부재(346a)의 위치, 히터(207)의 출력, 기화 가스의 종별 등에 따라 적절히 조정한다. 또한, 차폐판(400)의 형상, 크기, 위치, 재질을 조정함으로써, 필터 부재(346a)의 온도를 기화 가스의 증기압 온도 이상으로 할 수 있고, 전용의 가열 장치를 설치하지 않고 기화 가스의 재액화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 가스 정류 노즐(347) 주위의 공간 절약화를 도모할 수 있고, 또한, 기판 처리 장치의 구성 부품의 증가를 억제할 수 있다.
한편, 차폐판(400)은 히터(207)와 필터(346)와의 사이뿐 아니라, 웨이퍼(200)의 처리 영역과 필터(346)와의 사이에도 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 히터(207)에 의해 가열된 웨이퍼(200)나 가열된 처리실(201) 내의 부재로부터의 간접적인 열복사에 의한 영향이 억제되고, 필터 부재(346a)의 열화 등을 억제할 수 있다.
본 실시예의 변형예로서, 차폐부를, 히터(207)와 필터(346)와의 사이에 설치된 불투명 석영을 포함하는 가스 공급 노즐의 일부로서 구성해도 좋다. 즉, 필터 부재(346a)의 외주를 둘러싸도록 설치된 가스 정류 노즐(347)을 불투명 석영에 의해 구성하고, 상술한 차폐부로서 이용해도 무방하다. 가스 정류 노즐(347)에 있어서의 히터(207)와 필터 부재(346a)와의 사이의 부분을 불투명 석영에 의해 구성함으로써, 히터(207)로부터의 직접적인 열복사에 의한 영향을 억제할 수 있다. 또한, 가스 정류 노즐(347)에 있어서의 웨이퍼(200)의 처리 영역과 필터(346)와의 사이의 부분을 불투명 석영에 의해 구성함으로써, 히터(207)에 의해 가열된 웨이퍼(200)나 처리실(201) 내의 부재로부터의 간접적인 열복사에 의한 영향을 억제할 수 있다. 이 변형예에 의하면, 가스 정류 노즐(347) 주변에 차폐판(400) 등의 전용의 차폐부를 설치할 필요가 없고, 가스 정류 노즐(347) 주위의 공간 절약화를 더욱 꾀할 수 있고, 또한, 기판 처리 장치의 구성 부품의 증가를 더욱 억제할 수 있다.
<본 발명의 또 다른 실시예>
예를 들면, 상술한 실시예에서는, 기화 가스와 반응 가스를 웨이퍼(200) 상에 교대로 공급하는 ALD법을 실시하는 경우에 대해 설명했는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 즉, 액체 원료를 기화시킨 기화 가스를 이용하는 한, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 다른 방법을 실시하는 경우에도 적합하게 적용 가능하다. 또한, 본 발명은, 고유전율막을 형성하는 경우에 한정되지 않고, 질화막, 산화막, 금속막, 반도체막 등의 다른 막을 형성하는 기판 처리 장치에도 적합하게 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시예에 따른 기화 가스 노즐(233a)은, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)로 분할 가능하도록 구성되어 있는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 즉, 기화 가스 노즐(233a)은, 가스 도입 노즐(325)과 가스 정류 노즐(347)이 일체 불가분하게 구성되어 있어도 무방하다. 이와 같이 구성함으로써, 부품 개수를 저감하고, 기판 처리 장치의 제조 비용이나 메인터넌스 공정 수를 저감할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 따른 필터(346)는, 기화 가스 노즐(233a)로부터 떼어낼 수 있도록 구성되어 있는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 필터(346)와 기화 가스 노즐(233a)이 일체 불가분하게 구성되어 있어도 무방하다.
또한, 상술한 실시예에 따른 기화 가스 노즐(233)에는, 기화 가스가 단독으로 공급되도록 구성되어 있는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기화 가스 노즐(233)의 상류측에 있어서, 기화 가스와 다른 1 종 이상의 가스가 혼합되도록 구성되어 있어도 무방하다.
이상, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명했는데, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해 부기한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와,
상기 가스 공급 노즐에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 필터와 상기 가스 공급구와의 사이에 극간이 마련되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 필터는,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되는 원통부와,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되어 상기 원통부의 하류단에 접속되는 필터 부재를 포함하고,
상기 원통부의 상류단이 상기 가스 공급 노즐에 기밀하게 접속되어 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가스 공급 노즐의 내벽과 상기 필터 부재의 외벽과의 사이에 극간이 마련되어 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가스 공급 노즐의 내벽과 상기 필터 부재의 외벽과의 사이에 3mm 이상의 극간이 마련되어 있다.
또한 바람직하게는, 상기 처리 가스가 액체 원료를 기화한 가스를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 처리실 내에 공급하는 상기 처리 가스의 도입량에 따라 상기 필터 부재의 표면적 또는 용적이 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 가스 공급 노즐이, 가스 도입 노즐과, 상기 가스 도입 노즐의 하류단에 접속되는 가스 정류 노즐을 포함하고,
상기 가스 도입 노즐과 상기 가스 공급 노즐과의 접속 개소가 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 필터가 상기 처리실 내에서 교환 가능하도록 구성되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 처리실 내에 있어서의 상기 기판의 처리 영역을 가열하는 가열 기구를 포함하고,
상기 필터가 상기 처리 영역 외부에 배치되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 처리실 내에 있어서의 상기 기판의 처리 영역을 가열하는 가열 기구와,
상기 가열부로부터 상기 필터로의 열복사를 차폐하는 차폐부를 포함한다.
또한 바람직하게는,
상기 차폐부는, 상기 가열부와 상기 필터와의 사이에 설치된 차폐판이다.
또한 바람직하게는,
기판을 처리하는 처리실과,
적어도 1 매의 상기 기판을 상기 처리실 내외에 반입 반출하는 반입출부와,
적어도 1 종의 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와,
상기 가스 공급 노즐의 일부에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 차폐부는, 상기 가열부와 상기 필터와의 사이에 설치된 불투명 석영을 포함하는 상기 가스 공급 노즐의 일부로서 구성되어 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실 내에 적어도 1 종의 처리 가스를 도입하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 처리실 내에 배설되는 가스 도입 노즐과,
상기 가스 도입 노즐의 선단에 접속되고, 상기 처리실 내에 처리 가스를 도입하는 가스 공급구를 포함하는 가스 정류 노즐과,
상기 가스 정류 노즐의 내부에 배치된 필터를 포함하고, 상기 처리 가스는, 상기 가스 도입 노즐로부터 상기 필터를 개재하여 상기 가스 정류 노즐에 도입되고, 상기 가스 공급구로부터 상기 처리실 내에 도입되는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 가스 정류 노즐의 내경은 상기 필터의 외경보다 크다.
또한 바람직하게는, 상기 처리 가스는 액체 원료를 기화한 기화 가스이다.
또한 바람직하게는, 상기 처리실 내에 도입하는 상기 처리 가스의 도입량에 따라 상기 필터의 표면적(또는 용적)이 설정된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실과,
적어도 1 매의 상기 기판을 상기 처리실 내외에 반입출하는 반입출수단과,
적어도 1 종의 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
적어도 1 종의 처리 가스를 도입하는 가스 도입 노즐과,
상기 가스 도입 노즐의 선단에 접속되어 상기 처리실 내에 처리 가스를 도입하는 가스 공급구를 포함하는 가스 정류 노즐과,
상기 가스 정류 노즐의 내부에 배치된 필터를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 가스 도입 노즐과 상기 가스 정류 노즐과의 접속 개소가 상기 처리실 내에 설치되어 있고, 상기 필터가 상기 처리실 내에서 교환 가능하도록 구성되어 있다.
200 : 웨이퍼(기판) 201 : 처리실
248a : 기화 가스 공급공(가스 공급구) 325 : 가스 도입 노즐
346 : 필터 346a : 필터 부재
248a : 기화 가스 공급공(가스 공급구) 325 : 가스 도입 노즐
346 : 필터 346a : 필터 부재
Claims (13)
- 기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와,
상기 가스 공급 노즐에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구
를 포함하고,
상기 필터는,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되는 원통부와,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되어 상기 원통부의 하류단에 접속되는 필터 부재를 포함하고,
상기 원통부의 상류단이 상기 가스 공급 노즐에 기밀하게 접속되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 필터와 상기 가스 공급구와의 사이에 극간이 마련되어 있는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 가스 공급 노즐의 내벽과 상기 필터 부재의 외벽과의 사이에 극간이 마련되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가스 공급 노즐의 내벽과 상기 필터 부재의 외벽과의 사이에 3mm 이상의 극간이 마련되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 처리 가스가 액체 원료를 기화한 가스를 포함하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 처리실 내에 공급하는 상기 처리 가스의 도입량에 따라 상기 필터 부재의 표면적 또는 용적이 설정되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가스 공급 노즐이, 가스 도입 노즐과, 상기 가스 도입 노즐의 하류단에 접속되는 가스 정류 노즐을 포함하고,
상기 가스 도입 노즐과 상기 가스 공급 노즐과의 접속 개소가 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 필터가 상기 처리실 내에서 교환 가능하도록 구성되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 처리실 내에 있어서의 상기 기판의 처리 영역을 가열하는 가열 기구를 포함하고,
상기 필터가 상기 처리 영역 외부에 배치되어 있는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 처리실 내에 있어서의 상기 기판의 처리 영역을 가열하는 가열 기구와,
상기 가열부로부터 상기 필터로의 열복사를 차폐하는 차폐부
를 포함하는 기판 처리 장치. - 제10항에 있어서,
상기 차폐부는, 상기 가열부와 상기 필터와의 사이에 설치된 차폐판인 기판 처리 장치. - 기판을 처리하는 처리실과,
적어도 1 매의 상기 기판을 상기 처리실 내외에 반입 반출하는 반입출부와,
적어도 1 종의 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 가스 공급부를 포함하고,
상기 가스 공급부는,
상기 처리실 내에 배치되는 가스 공급 노즐과,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되고, 상기 처리 가스에 함유되는 불순물을 제거하는 필터와,
상기 가스 공급 노즐의 일부에 개설되고, 상기 필터에 의해 상기 불순물이 제거된 후의 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 가스 공급구를 포함하고,
상기 필터는,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되는 원통부와,
상기 가스 공급 노즐 내에 배치되어 상기 원통부의 하류단에 접속되는 필터 부재를 포함하고,
상기 원통부의 상류단이 상기 가스 공급 노즐에 기밀하게 접속되어 있는 기판 처리 장치. - 제10항에 있어서, 상기 차폐부는, 상기 가열부와 상기 필터와의 사이에 설치된 불투명 석영을 포함하는 상기 가스 공급 노즐의 일부로서 구성되어 있는 기판 처리 장치.
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