KR101787825B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents
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Abstract
가스 공급량을 증대시키는 일 없이, 또한, 생산 택트의 저하를 극히 억제하고, 처리 가스의 이용 효율을 높여서, 배기 경로에 있어서의 반응 생성물의 생성을 억제하여, 배치식의 ALD 성막을 실행한다. 배치식의 성막 장치(100)는 복수의 처리실(15)과, 가스 공급 유닛(2)과, 배기 유닛(3)과, 제어부(4)를 구비한다. 배기 유닛(3)은 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 각각에 대응한 2개의 배기 경로와, 2개의 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부(34, 35)를 갖고, 제어부(4)는, 가스 공급 유닛(2)으로부터 처리실(15)에 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 가스 공급 유닛(2)을 제어하고, 또한 각 처리실(15)에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 배기 경로 전환부(34, 35)를 제어한다.
Description
본 발명은 배치식의 ALD 성막 처리를 실행하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)나, 태양 전지 모듈 등의 제조 과정에 있어서는, 유리 기판 등의 피처리 기판에 대해, 배선 등을 형성하기 위해서 성막 처리나 에칭 처리가 실행된다.
FPD 등에 이용되는 기판은 대면적의 기판이 많고, 또한, 성막 처리나 에칭 처리는 플라즈마를 이용하는 것이 많이 이용되고 있으며, 이들 처리를 실행하기 위한 처리 장치는, 대형화 및 복잡화를 피하기 위해, 기판을 1매씩 처리하는 낱장식인 것이 주류이지만, 효율이나 스루풋을 중시해서, 복수의 기판을 일괄하여 처리하는 배치식인 것도 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1).
한편, 최근, 성막 처리를 실행하기 위한 성막 방법으로서, 얇은 막을 양호한 스텝 커버리지로 성막하는 것이 가능한 원자층 퇴적법(ALD법)이 주목받고 있다. ALD법은, 피처리 기판이 배치된 처리 용기 내에, 복수, 전형적으로는 2개의 처리 가스를 교대로 공급하고, 피처리 기판의 표면에 1원자층(또는 그것에 가까운 두께의 층)마다 퇴적하여, 이들 처리 가스를 피처리 기판 상에서 반응시키는 것에 의해 소정의 막을 성막하는 방법이다.
그러나, 상기 특허문헌 1과 같이, 단순히 대형의 처리 용기 내에 복수의 기판을 상하 방향으로 나란히 배치하고 처리를 실행하는 처리 장치를 대면적의 기판의 배치식 ALD 성막에 이용하는 경우에는, 처리 용기 내에 대량의 처리 가스를 단시간에 전환하여 도입할 필요가 있으며, 처리 가스를 복수의 기판의 표면에 균일하게 공급하고, 또한 균일하게 배기하는 것이 곤란해져, 균일한 막을 얻기 어렵다고 하는 문제가 있다.
그래서, 특허문헌 2에는, 복수의 기판에 각각 대응하도록 복수의 처리실(처리용 소공간)을 마련하고, 이들 복수의 처리실에 각 처리 가스를 도입하여 ALD법에 의한 성막을 실행하는 것이 제안되어 있다.
그렇지만, 최근, 배치식의 ALD 성막 장치에 있어서, 처리의 효율성을 향상시키기 위해서, 기판의 가일층의 대형화 및 1 배치 처리 당의 기판 매수의 증가가 요구되고 있으며, 그 때문에, 처리 가스의 공급량을 현저하게 증대시킬 필요가 있다. 처리 가스의 공급량을 증대시키는 방법으로서, 가스 공급 유닛을 대형화하여 처리 가스 공급 능력을 증대시키는 것을 생각할 수 있지만, 그 경우는, 장치 비용이 상승해 버린다. 한편, 가스 공급 유닛을 대형화할 수 없는 경우는, 처리 가스의 공급 시간을 늘림으로써 필요한 가스 공급량을 확보하는 것을 생각할 수 있지만, 그 경우에는 생산 택트가 악화되어 버린다. 또한, 처리 가스의 공급량을 증대시키면, 처리 가스의 이용 효율이 저하되어 버린다. 또한, 배기 경로에는 복수의 처리 가스가 흐르기 때문에, 그 안에서 복수의 처리 가스가 혼합되어 반응 생성물이 생성되는데, 처리 가스의 공급량이 많은 경우에는 반응 생성물이 다량으로 발생하여, 배기 경로의 유지보수 주기가 악화되어 버린다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 가스 공급량을 증대시키는 일 없이, 또한, 생산 택트의 저하를 극히 억제하여, 처리 가스의 이용 효율을 높이고, 배기 경로에 있어서의 반응 생성물의 생성을 억제하여, 배치식의 ALD 성막을 실행할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점은, 복수의 처리 가스를 순차로 전환해서 공급하여 복수의 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 배치식의 성막 장치에 있어서, 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 복수의 처리 가스를 순차 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛과, 상기 복수의 처리실에 대한 처리 가스의 공급 및 배기를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 배기 유닛은, 상기 복수의 처리 가스의 각각에 대응한 복수의 배기 경로와, 상기 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 성막 장치를 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 가스 공급 유닛은, 적어도, 하나의 처리 가스를 공급한 후, 다음의 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 복수의 처리실에 이들의 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 상기 제어부는, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하도록 구성해도 좋다.
본 발명의 제 2 관점은, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 전환해서 공급하여 복수의 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 배치식의 성막 장치에 있어서, 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛과, 상기 복수의 처리실에 대한 처리 가스의 공급 및 배기를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 배기 유닛은, 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스의 각각에 대응한 2개의 배기 경로와, 상기 2개의 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 성막 장치를 제공한다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 가스 공급 유닛은, 적어도, 제 1 처리 가스를 공급한 후, 제 2 처리 가스를 공급하기 전, 및 제 2 처리 가스를 공급한 후, 제 1 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 처리실 내를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 상기 제어부는, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하도록 구성해도 좋다. 또한, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 제 1 처리 가스를 상기 복수의 처리실에 공급하는 제 1 처리 가스 공급 배관과, 상기 제 2 처리 가스를 상기 복수의 처리실에 공급하는 제 2 처리 가스 공급 배관과, 상기 제 1 처리 가스 공급 배관에 마련된 제 1 공급 밸브와, 상기 제 2 처리 가스 공급 배관에 마련된 제 2 공급 밸브를 갖고, 상기 제어부는, 상기 제 1 공급 밸브 및 상기 제 2 공급 밸브의 개폐 동작에 연동시켜서, 상기 배기 경로 전환부에 의한 배기 경로의 전환을 제어하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 배기 경로 전환부는, 상기 2개의 배기 경로에 각각 마련된, 개폐 가능한 배기 제어 밸브를 갖는 구성이어도 좋고, 상기 2개의 배기 경로의 분기부에 마련된 전환 밸브를 갖는 구성이어도 좋다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 관점에 있어서, 상기 각 처리실은, 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와, 상기 탑재대 상의 피처리 기판을 덮는 커버에 둘러싸인 영역에 형성되며, 상기 복수의 처리실은, 처리 용기 내에 수직 방향으로 배열되어 있는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 3 관점은, 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 복수의 처리 가스를 순차 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛을 갖는 배치식의 성막 장치에서, 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법에 있어서, 상기 배기 유닛으로서, 상기 복수의 처리 가스의 각각에 대응한 복수의 배기 경로를 갖는 것을 이용하여, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 배기 경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 성막 방법을 제공한다.
상기 제 3 관점에 있어서, 적어도, 하나의 처리 가스를 공급한 후, 다음의 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 복수의 처리실에 이들의 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 할 수 있다.
본 발명의 제 4 관점은, 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛을 갖는 배치식의 성막 장치에서, 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법에 있어서, 상기 배기 유닛으로서, 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스의 각각에 대응한 2개의 배기 경로를 갖는 것을 이용하여, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 배기 경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 성막 방법을 제공한다.
상기 제 4 관점에 있어서, 적어도, 제 1 처리 가스를 공급한 후, 제 2 처리 가스를 공급하기 전, 및 제 2 처리 가스를 공급한 후, 제 1 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 처리실 내를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 배치식 ALD 성막 처리에 있어서, 시분할 공급 방식과, 처리 가스에 의해 배기 경로를 전환하는 것의 양쪽을 채용하는 것에 의해, 가스 공급량을 증대시키지 않고, 또한, 생산 택트의 저하를 극히 억제하여, 처리 가스의 이용 효율을 높여서, 배기 경로에 있어서의 반응 생성물의 생성을 억제한다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치를 도시하는 개략 구성도,
도 2는 종래의 낱장식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 3은 종래의 배치식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 4는 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 5는 종래의 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서 시분할 처리를 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 7은 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 본 실시형태의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 8은 배기 유닛의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 2는 종래의 낱장식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 3은 종래의 배치식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 4는 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 5는 종래의 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서 시분할 처리를 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도,
도 7은 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 본 실시형태의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트,
도 8은 배기 유닛의 다른 예를 도시하는 개략도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치를 도시하는 개략 구성도이다. 이 성막 장치(100)는 복수의 피처리 기판에 대해 ALD법에 의해 소정의 막을 성막하는 배치식 ALD 성막 장치로서 구성되어 있다. 피처리 기판으로서는, FPD용 유리 기판 또는 태양 전지용 유리 기판으로서 이용되는 대면적의 직사각형 기판이 적합하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
성막 장치(100)는, 복수의 피처리 기판(S)에 대해, 각각 독립된 처리실에서 성막 처리를 실행하는 처리 유닛(1)과, 처리 유닛(1) 내의 각 처리실 내에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛(2)과, 처리 유닛(1) 내의 각 처리실 내를 배기하는 배기 유닛(3)과, 제어부(4)를 갖고 있다.
처리 유닛(1)은, 복수의 기판(S)을 수용하기 위한 처리 용기(11)와, 처리 용기(11) 내에서 복수의 기판 각각에 대응한 처리실(15)을 형성하는 복수의 처리부(12)를 갖는다. 복수의 처리부(12)(처리실(15))는 처리 용기(11) 내에서 수직 방향으로 배열되어 있다. 또한, 도 1에서는, 처리부(12)(처리실(15))를 편의상 4개 묘사하고 있지만, 처리부(12)(처리실(15))의 수, 즉, 한 번에 처리하는 기판(S)의 수는 이것에 한정하는 것은 아니다.
각 처리부(12)는, 피처리 기판(S)을 탑재하기 위한 탑재대(13)와, 탑재대(13) 상의 피처리 기판(S)을 덮는 커버(14)를 갖고 있으며, 탑재대(13)와 커버(14)에 둘러싸인 부분에 처리실(15)이 형성된다. 탑재대(13)와 커버(14) 중 적어도 한쪽은 상하 이동 가능하게 구성되어 있으며, 탑재대(13)와 커버(14)를 이격시킨 상태에서, 반송 기구(도시 생략)에 의해 탑재대(13)에 대한 피처리 기판(S)의 반송 동작을 실행하는 것이 가능하게 되어 있다. 반송 기구는, 복수의 피처리 기판(S)을 일괄하여 반송하는 것이어도, 1매씩 반송하는 것이어도 좋다. 또한, 탑재대(13)와 커버(14)와의 사이에는 시일 부재(도시 생략)가 마련되어 있으며, 커버(14)를 폐쇄한 상태에서 기밀한 처리실(15)이 형성되도록 되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 처리 용기(11)의 측벽에는, 피처리 기판(S)을 반입 및 반출하기 위한 반입출구가 마련되어 있으며, 이 반입출구는 게이트 밸브로 개폐 가능하게 되어 있다.
탑재대(13) 내에는 히터(도시 생략)가 내장되어 있으며, 성막 처리 시에는, 탑재대(13) 상의 피처리 기판(S)이 성막에 적절한 소망의 처리 온도로 가열된다.
가스 공급 유닛(2)은, 제 1 처리 가스를 공급하는 제 1 처리 가스 공급원(21)과, 제 2 처리 가스를 공급하는 제 2 처리 가스 공급원(22)과, 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급원(23)과, 제 1 처리 가스 공급원(21)으로부터 각 처리실(15) 내에 제 1 처리 가스를 공급하는 제 1 처리 가스 공급 배관(24)과, 제 2 처리 가스 공급원(22)으로부터 각 처리실(15) 내에 제 2 처리 가스를 공급하는 제 2 처리 가스 공급 배관(25)과, 퍼지 가스 공급원(23)으로부터 각 처리실(15) 내에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 배관(26)과, 제 1 처리 가스 공급 배관(24)에 마련된 제 1 공급 밸브(27)와, 제 2 처리 가스 공급 배관(25)에 마련된 제 2 공급 밸브(28)와, 퍼지 가스 공급 배관(26)에 마련된 제 3 공급 밸브(29)를 갖는다. 제 1 처리 가스 공급 배관(24)은, 제 1 처리 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 메인 배관(24a)과, 메인 배관(24a)으로부터 분기되어 각 처리실(15)에 접속되는 분기 배관(24b)를 갖고, 제 2 처리 가스 공급 배관(25)은, 제 2 처리 가스 공급원(22)으로부터 연장되는 메인 배관(25a)과, 메인 배관(25a)으로부터 분기되어 각 처리실(15)에 접속되는 분기 배관(25b)을 갖고, 퍼지 가스 공급 배관(26)은, 퍼지 가스 공급원(23)으로부터 연장되는 메인 배관(26a)과, 메인 배관(26a)으로부터 분기되어 각 처리실(15)에 접속되는 분기 배관(26b)을 갖고 있다. 제 1 공급 밸브(27), 제 2 공급 밸브(28), 제 3 공급 밸브(29)는 각각 분기 배관(24b, 25b, 26b)에 마련되어 있다. 분기 배관(24b, 25b, 26b)은 처리실(15)을 구성하는 커버(14)의 한쪽의 측벽에 접속되어 있다.
가스 공급 유닛(2)에서는, 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)를 교대로 간헐적으로 개폐하는 것에 의해, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스를 교대로 간헐적으로 각 처리실(15) 내에 공급 가능하게 되어 있다. 이때, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스는 상시 공급되며, 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)의 개폐에 의해 펄스 형상으로 처리실(15)에 공급되는데, 처리실(15)에 공급되고 있지 않은 처리 가스는, 도시하지 않은 바이패스 배관에 의해 처리실(15)을 거치지 않고 배기계로 흘러 폐기된다. 또한, 성막 처리 중에는, 제 3 공급 밸브(29)가 상시 개방되어, 처리실(15) 내에 퍼지 가스가 상시 공급된다. 각 처리실(15)에 있어서, 제 1 공급 밸브(27)가 개방되어 제 1 처리 가스가 공급되는 기간과, 제 2 공급 밸브(28)가 개방되어 제 2 처리 가스가 공급되는 기간과의 사이의 기간은, 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)가 폐쇄되고, 퍼지 가스만이 공급되어 각 처리실(15) 내가 퍼지된다. 또한, 제 1 공급 밸브(27) 또는 제 2 공급 밸브(28)가 개방되어 제 1 처리 가스 또는 제 2 처리 가스가 공급될 때에는, 퍼지 가스는 이들 처리 가스의 캐리어 가스로서의 역할도 갖는다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 제 1 처리 가스 공급 배관(24), 제 2 처리 가스 공급 배관(25), 및 퍼지 가스 공급 배관(26)에는 유량 제어기(도시 생략)가 마련되어 있다.
배기 유닛(3)은, 각 처리실(15)에 접속된 복수의 배기 배관(31)과, 복수의 배기 배관(31)으로부터 각각 분기된 제 1 분기 배관(32) 및 제 2 분기 배관(33)과, 제 1 분기 배관(32) 및 제 2 분기 배관(33)에 각각 마련된 제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35)와, 복수의 제 1 분기 배관(32)에 접속된 제 1 공통 배기 배관(36)과, 복수의 제 2 분기 배관(33)에 접속된 제 2 공통 배기 배관(37)과, 제 1 공통 배기 배관(36) 및 제 2 공통 배기 배관(37)에 각각 마련된 제 1 진공 펌프(38) 및 제 2 진공 펌프(39)와, 제 1 공통 배기 배관(36) 및 제 2 공통 배기 배관(37)의 제 1 진공 펌프(38) 및 제 2 진공 펌프(39)의 하류측에 각각 마련된 제 1 배기 가스 처리 설비(40) 및 제 2 배기 가스 처리 설비(41)를 갖고 있다. 각 배기 배관(31)에는 자동 압력 제어 밸브(APC)(42)가 마련되어 있다. 배기 배관(31)은, 처리실(15)을 구성하는 커버(14)의, 분기 배관(24b, 25b, 26b)이 접속된 측벽과는 반대측의 측벽에 접속되어 있다.
제 1 분기 배관(32) 및 제 1 공통 배기 배관(36)은 제 1 처리 가스의 배기 경로를 구성하고, 제 2 분기 배관(33) 및 제 2 공통 배기 배관(37)은 제 2 처리 가스의 배기 경로를 구성한다.
제 1 배기 가스 처리 설비(40) 및 제 2 배기 가스 처리 설비(41)는 배기 가스 중의 유해 성분을 무해화하기 위한 처리를 가하는 것이며, 가열 촉매식, 연소식, 흡착식, 플라즈마 반응식 등 종래 공지의 방식의 것을 채용할 수 있다. 배기 배관(31)의 주위에는 히터(도시 생략)가 마련되어 있으며, 이것에 의해, 배기 배관(31)을 가열하여 불필요한 퇴적물의 생성을 억제한다. 또한, 제 1 및 제 2 분기 배관(32, 33) 및 제 1 및 제 2 공통 배기 배관(36, 37)에 히터를 마련해도 좋다.
제 1 진공 펌프(38) 및 제 2 진공 펌프(39)는 메커니컬 부스터 펌프나 터보 펌프 등의 고진공 배기가 가능한 전단 진공 펌프와, 전단 진공 펌프의 배압을 소정의 진공도로 하기 위한 드라이 펌프 등의 러핑 펌프(roughing pump)로 이루어지는 후단 진공 펌프를 갖는 것을 적절하게 이용할 수 있다.
제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35)는 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부로서 기능하고, 제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35) 중 한쪽을 개방하고 다른쪽을 폐쇄하는 것에 의해, 제 1 분기 배관(32) 및 제 2 분기 배관(33) 중 어느 하나에 선택적으로 배기 가스를 흐르게 할 수 있도록 되어 있다. 상세하게는, 제 1 배기 밸브(34)를 개방하고 제 2 배기 밸브(35)를 폐쇄한 경우에는, 배기 경로로서 제 1 분기 배관(32) 및 제 1 공통 배기 배관(36)이 선택되어, 제 1 진공 펌프(38)에 의해 이들을 거쳐서 배기되며, 제 2 배기 밸브(35)를 개방하고 제 1 배기 밸브(34)를 폐쇄한 경우에는, 배기 경로로서 제 2 분기 배관(33) 및 제 2 공통 배기 배관(37)이 선택되어, 제 2 진공 펌프(39)에 의해 이들을 거쳐서 배기된다. 또한, 퍼지 가스를 배기할 때에는, 각각의 처리 가스가 처리실(15) 및 배기 배관(31)으로부터 충분히 제거된 후이면, 제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35)의 양쪽을 개방하여 양쪽의 배기 경로를 거쳐서 배기하는 것도 가능하다.
제어부(4)는 밸브, 진공 펌프, 히터 등 성막 장치(100)의 각 구성부를 제어하기 위한 것이며, 마이크로프로세서(컴퓨터)를 갖고 있다. 제어부(4)는, 성막 장치(100)에서 소정의 처리를 실행하기 위한 프로그램인 처리 레시피를 그 안의 기억 매체에 격납하고 있어서, 임의의 처리 레시피를 호출하여, 성막 장치(100)에 소정의 처리를 실행시킨다.
특히, 제어부(4)는, ALD법에 의한 성막 시에, 각 처리실(15)에 대응하는 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)를 교대로 간헐적으로 개방하고, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스를 순차 교대로 각 처리실(15) 내에 공급하도록 제어한다. 이때의 반복 횟수는 성막할 재료 및 막 두께 등에 따라 임의이지만, 통상 수백 사이클 또는 그 이상이다. 이때, 각 처리실(15)에 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실(15)에 시간차를 두고 순차 공급되도록, 복수의 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)의 개폐 타이밍을 제어한다(이하, 시분할 공급 방식이라 함). 또한, 성막 기간은 제 3 공급 밸브(29)를 상시 개방하여, 퍼지 가스가 상시 흐르도록 제어한다. 따라서, 제 1 공급 밸브(27)를 개방하고 있는 기간과 제 2 공급 밸브(28)를 개방하고 있는 기간의 사이의 기간은 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)가 폐쇄되며 퍼지 가스만이 흐르게 되어, 처리실(15) 내가 퍼지된다.
또한, 제어부(4)는, 각 처리실(15)에 있어서, 가스 공급 유닛(2)으로부터 공급하는 처리 가스에 따라 배기 경로를 전환하도록, 제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35)의 개폐를 제어하여, 배기 경로의 전환 제어를 실행한다. 즉, 제어부(4)는, 각 처리실(15)에 있어서, 제 1 공급 밸브(27)를 개방하여 제 1 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34)를 개방하는 동시에 제 2 배기 밸브(35)를 폐쇄하여 배기 가스가 제 1 분기 배관(32)측으로 흐르도록 제어하고, 제 2 공급 밸브(28)를 개방하여 제 2 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34)를 폐쇄하는 동시에 제 2 배기 밸브(35)를 개방하여 배기 가스가 제 2 분기 배관(33)측으로 흐르도록 제어한다. 즉, 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)의 개폐 동작에 연동시켜서, 배기 경로 전환부로서 기능하는 제 1 배기 밸브(34) 및 제 2 배기 밸브(35)의 개폐를 제어한다. 또한, 배기 경로를 제 1 분기 배관(32)과 제 2 분기 배관(33)의 사이에서 전환하는 타이밍은 처리실(15) 내를 퍼지하고 있는 기간으로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 이와 같이 구성되는 성막 장치의 동작에 대해 설명한다.
우선, 복수의 피처리 기판(S)을 처리 용기(11) 내에 반입하고, 각 처리부(12)의 탑재대(13) 상에 탑재하고, 퍼지 가스 공급원(23)으로부터 퍼지 가스를 공급하는 동시에, 배기 유닛(3)에 의해 각 처리실(15) 내를 배기하여, 각 처리실(15) 내를 소정의 압력으로 조정하고, ALD 성막을 개시한다.
본 실시형태의 ALD 성막에 있어서는, 각 처리실(15)에 대응하는 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)를 교대로 간헐적으로 개방하여, 각 처리실(15) 내에 제 1 처리 가스를 공급하는 공정과, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정을 교대로 간헐적으로 실행하고, 성막 기간에 있어서는, 제 3 공급 밸브(29)를 상시 개방하여, 퍼지 가스가 상시 흐르도록 하고, 제 1 공급 밸브(27)를 개방하고 있는 기간과 제 2 공급 밸브(28)을 개방하고 있는 기간의 사이의 기간에 처리실(15) 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 실시한다. 한편, 각 처리실(15)의 배기는, 제 1 공급 밸브(27)를 개방하여 제 1 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34)를 개방하는 동시에 제 2 배기 밸브(35)를 폐쇄하여 배기 가스가 제 1 분기 배관(32)측으로 흐르도록 하고, 제 2 공급 밸브(28)를 개방하여 제 2 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34)를 폐쇄하는 동시에 제 2 배기 밸브(35)를 개방하여 배기 가스가 제 2 분기 배관(33)측으로 흐르도록 한다.
이러한 ALD 성막은, 예컨대, 제 1 처리 가스로서 트리메틸알루미늄(TMA), 제 2 처리 가스로서 H2O와 같은 산화제, 퍼지 가스로서 N2 등의 불활성 가스를 이용하고, 피처리 기판(S) 상에, 제 1 처리 가스를 공급하는 공정에 의해 TMA를 흡착시키고, 퍼지 공정을 실시한 후, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정에 의해 H2O를 흡착시키고, 이들 반응에 의해 1원자층(또는 그것에 근접한 두께의 층)의 알루미나(Al2O3) 단위막을 성막하고, 이어서 퍼지 공정을 실시하는 사이클을 소정 횟수 실시하여, 소정의 막 두께의 알루미나막을 성막하는 것을 들 수 있다.
이때, 본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 배치식의 ALD 성막 처리 시에, 시분할 공급 방식과 배기 경로의 전환을 실행한다. 이것에 의해, 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서는 얻을 수 없는 큰 효과를 얻을 수 있다.
그 점을 상세하게 설명하기 위해, 우선, 종래의 낱장식 ALD 성막 및 종래의 배치식 성막에 대해 설명한다.
도 2는 종래의 낱장식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 도시하는 모식도이고, 도 3은 종래의 배치식 ALD 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 나타내는 모식도이고, 도 4는 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트이고, 도 5는 종래의 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서 시분할 처리를 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 편의상, 도 2 및 도 3에서는, 퍼지 가스의 공급계 및 자동 압력 제어 밸브(APC)를 생략하고 있으며, 또한, 도 3의 배치식의 성막 장치에서는, 처리실을 4개 갖는 경우에 대해 나타내고, 복수의 처리실, 가스 공급 밸브, 배기 밸브 등에 다른 부호를 부여하고 있다. 또한, 도 4 및 도 5의 타이밍 차트에서는, ALD 성막의 3사이클분을 나타내고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 종래의 낱장식 ALD 성막 장치는, 단일의 처리실(15)에 대해 제 1 처리 가스 공급원(21) 및 제 2 처리 가스 공급원(22)으로부터, 각각 제 1 처리 가스 공급 배관(24) 및 제 2 처리 가스 공급 배관(25)을 거쳐서, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스가 처리실(15)에 공급된다. 이때, 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)를 교대로 간헐적으로 개폐하는 것에 의해, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 교대로 간헐적으로 처리실(15) 내에 공급된다. 처리실(15) 내의 배기 가스는 진공 펌프(53)에 의해 배기 배관(51)을 거쳐서 배기되며, 배기 가스는 배기 가스 처리 설비(54)에 의해 처리된다. 배기 배관(51)에는 배기 밸브(52)가 마련되어 있으며, 성막 처리 중에는 개방된다.
이 종래의 낱장식 ALD 성막 장치에서는, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, ALD 성막의 기간 중, 상시 퍼지 가스를 처리실(15)에 공급하면서, 제 1 공급 밸브(27)와 제 2 공급 밸브(28)를 교대로 간헐적으로 개폐한다. 이것에 의해, 제 1 처리 가스를 공급하는 공정(S1)과, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정(S2)이 교대로 간헐적으로 실시되고, 이들 사이의 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)가 폐쇄되어 있는 기간은 퍼지 가스만이 공급되며, 처리실(15) 내를 퍼지하는 제 1 퍼지 공정(S3), 제 2 퍼지 공정(S4)이 실시된다. 그리고, 소망의 막 두께를 얻을 수 있을 때까지, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 교호 공급을 예컨대 수백 사이클 이상 반복한다.
한편, 도 3에 도시하는 종래의 배치식 ALD 성막 장치는, 제 1 처리실(15-1), 제 2 처리실(15-2), 제 3 처리실(15-3), 제 4 처리실(15-4)의 4개의 처리실을 갖고, 각 처리실에 대해 제 1 처리 가스 공급원(21) 및 제 2 처리 가스 공급원(22)으로부터, 각각 제 1 처리 가스 공급 배관(24) 및 제 2 처리 가스 공급 배관(25)을 거쳐서, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스가 공급된다. 제 1 처리 가스 공급 배관(24)은 제 1 처리 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 메인 배관(24a)과, 메인 배관(24a)으로부터 분기되어 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 접속되는 분기 배관(24b-1, 24b-2, 24b-3, 24b-4)을 갖고, 제 2 처리 가스 공급 배관(25)은 제 2 처리 가스 공급원(22)으로부터 연장되는 메인 배관(25a)과, 메인 배관(25a)으로부터 분기되어 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 접속되는 분기 배관(25b-1, 25b-2, 25b-3, 25b-4)을 갖는다. 이때, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대응한 분기 배관(24b-1~24b-4)에는 각각 제 1 공급 밸브(27-1, 27-2, 27-3, 27-4)가 마련되고, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대응한 분기 배관(25b-1~25b-4)에는 각각 제 2 공급 밸브(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)가 마련되어 있으며, 제 1 공급 밸브(27-1, 27-2, 27-3, 27-4) 및 제 2 공급 밸브(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)를 동기하여 교대로 간헐적으로 개폐하는 것에 의해, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 교대로 간헐적으로 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4) 내에 공급된다. 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에는 각각 배기 배관(51-1~51-4)이 접속되고, 이들 배기 배관(51-1~51-4)에는 공통 배기 배관(55)이 접속되어 있으며, 공통 배기 배관(55)에 접속된 진공 펌프(53)에 의해, 각 처리실이 배기 배관(51-1~51-4) 및 공통 배기 배관(55)을 거쳐서 배기되고, 배기 가스는 배기 가스 처리 설비(54)에 의해 처리된다. 배기 배관(51-1~51-4)에는 각각 배기 밸브(52-1~52-4)가 마련되어 있으며, 성막 처리 중에는 개방된다.
이 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, ALD 성막의 기간 중, 제 1 공급 밸브(27-1, 27-2, 27-3, 27-4)와 제 2 공급 밸브(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)를 동기하여 교대로 간헐적으로 개폐한다. 또한, ALD성막의 기간 중, 퍼지 가스를 상시 공급한다. 이것에 의해, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4) 내에 제 1 처리 가스를 공급하는 공정(S1)과, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정(S2)이 교대로 간헐적으로 실시되고, 이들 사이의 제 1 공급 밸브(27) 및 제 2 공급 밸브(28)가 폐쇄되어 있는 기간은 퍼지 가스만이 공급되며, 처리실(15) 내를 퍼지하는 제 1 퍼지 공정(S3), 제 2 퍼지 공정(S4)이 실시된다. 또한, 성막 처리 중에는 배기 밸브(52-1~52-4)가 개방되어 있으며, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4) 내는 배기 배관(51-1~51-4) 및 공통 배기 배관(55)을 거쳐서 배기된다.
이때, 처리 가스의 필요 공급량은 낱장식의 성막 장치에 비해 처리실의 수의 분량만큼 증가한다. 또한, 최근, 기판의 대형화 및 한 번에 처리하는 기판의 매수의 증가의 경향이 있으며, 그것에 의해 1회에 공급하는 처리 가스의 필요량이 현저하게 증대한다. 이에 대응하여, 도 4의 (b)의 예에서는, 처리 가스의 공급 시간을 늘리는 것에 의해, 필요한 가스 공급량을 확보하고 있다. 그러나, 도 4의 (a) 및 (b)로부터 명확한 바와 같이, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 공급 시간을 늘리면, 그만큼 생산 택트(스루풋)가 악화되어 버린다. 게다가 이러한 생산 택트의 악화는 ALD의 사이클 수만큼 누적된다.
생산 택트의 악화를 억제하기 위해서는, 원료 가스 공급 능력을 증대시키는 것이 필요하지만, 그 경우에는, 가스 공급 유닛을 대형화하기 위해서 장치 비용이 상승하는 동시에, 이하에 설명하는 바와 같이, 처리 가스의 이용 효율이 저하해 버린다.
ALD 성막 시에는, 처리실에 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스가 교대로 펄스 형상으로 공급되는데, 처리 가스가 처리실에 공급되어 성막에 이용되는 시간대(펄스 ON)와, 처리실이나 배기 경로의 퍼지 등을 위해 처리 가스가 처리실에 공급되는 일 없이 성막에 이용되지 않는 시간대(펄스 OFF)가 있다. 한편, 처리 가스의 공급 방식은 성막 원료의 종류 등에 따라서 여러 가지의 것이 있으며, 예컨대, 기체 원료를 그대로 매스플로우 컨트롤러(MFC)로 유량 제어하여 처리 가스를 공급하는 방식, 액체 원료에 불활성 가스를 통과시키고, 가압하여 처리 가스를 공급하는 버블링 방식, 오조나이저(ozonizer)와 같이 플라즈마 기구에 의해 원료 가스를 활성시켜 처리 가스로서 공급하는 방식 등이 있지만, 어느 방식의 경우에도 안정된 가스 공급량, 농도를 유지하기 위해서는, ALD 처리의 실행 시에 가스 공급 유닛으로부터 처리 가스를 상시 공급할 필요가 있으며, 성막에 이용하지 않는 시간대(펄스 OFF)는, 처리 가스는 처리실을 경유시키지 않고 폐기해야만 한다. 이 폐기량은 처리 가스 공급량이 많을수록 많아지고, 원료 가스 공급 능력을 증대시키면 처리 가스의 이용 효율이 저하되어 버린다.
종래의 배치식 ALD 성막 장치에 있어서, 처리 가스의 공급 능력을 종래의 낱장식 ALD 성막 장치와 동등하게 하기 위해서는, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 처리실마다 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 공급 타이밍을 겹치지 않게 비키어 놓는 시분할 공급 방식이 유효하다. 즉, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 최초로, 제 1 공급 밸브(27-1, 27-2, 27-3, 27-4)를 순차 개방하여, 제 1 처리 가스를 공급하는 공정(S1)을 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대해 시간차를 두고 순차 진행하고, 이어서, 제 2 공급 밸브(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)를 순차 개방하여, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정(S2)을 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대해 시간차를 두고 순차 실행하며, 이들을 교대로 반복한다.
그러나, 종래의 배치식 ALD 성막 장치에 의해 시분할 공급 방식을 실행하는 경우에는, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 처리실에 대한 1회의 처리 가스 공급 시에는, 각 처리실에 대해 각각 시간차를 두고 그 처리 가스를 공급하며, 모든 처리실에 그 처리 가스를 공급 종료할 때까지 다음 처리 가스를 공급하지 못하고, 또한, 제 1 처리 가스의 시분할 공급과 제 2 처리 가스의 시분할 공급과의 사이는 일정한 시간을 비울 필요가 있기 때문에, 생산 택트는 현저하게 악화되며, 이 생산 택트의 악화는 ALD의 사이클 수만큼 누적된다. 그리고, 도 4의 (b)와 도 5의 (b)를 비교해도 명확한 바와 같이, 이때의 생산 택트의 악화는 종래의 배치식 ALD 성막 장치에서 시분할 공급 방식을 실행하지 않는 경우보다 현저하다. 또한, 이와 같이 생산 택트가 악화되는 것에 의해, 처리 가스의 폐기량도 많아진다.
이와 같이, 1회의 처리 가스 공급 시에 모든 처리실에의 그 처리 가스의 공급이 종료될 때까지 다음의 처리 가스를 공급하지 않고, 또한, 제 1 처리 가스의 시분할 공급과 제 2 처리 가스의 시분할 공급과의 사이에 일정한 시간을 마련하는 것은, 배기 경로에서 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 혼합되는 것에 의해 반응 생성물이 생성되는 것을 극히 방지하기 위해서이다.
그러나, 종래의 배치식 ALD 성막 장치는 배기 경로가 하나이기 때문에, 이와 같은 회피책을 강구해도, 한쪽의 처리 가스가 잔류한 상태에서 다른쪽의 처리 가스가 공급되어 양자가 혼합되는 것은 피할 수 없어서, 처리 가스의 공급 방식에 관계없이, 반응 생성물은 불가피하게 발생한다. 배기 경로에 있어서의 반응 생성물은 처리 가스의 공급량의 증가에 따라 증가하며, 그것이 분체화하여 배기 배관을 폐색하거나, 밸브나 펌프에 악영향을 주어, 유지보수 주기가 악화된다. 또한, 밸브나 펌프의 단명화로 이어진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 배치식 ALD 성막 장치에 있어서, 시간당의 처리 가스의 필요 공급량을 낱장식 ALD 성막 장치와 동등하게 하여, 생산 택트나 처리 가스의 이용 효율을 극히 저하시키지 않고, 배기 경로에 있어서의 반응 생성물의 생성을 억제하여, 배치식의 ALD 성막을 실행할 수 있도록 했다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 종래의 낱장식 ALD 성막 장치 및 종래의 배치식 ALD 성막 장치에 있어서의 성막 처리와 비교하면서 본 실시형태의 성막 장치에 의한 성막 처리에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 본 실시형태에 따른 성막 장치의 가스 공급계 및 배기계를 나타내는 모식도이고, 도 7은 낱장식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐의 타이밍과 본 실시형태의 배치식 ALD 성막을 실행할 때의 밸브의 개폐 타이밍을 비교하여 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 편의상, 도 6에서는, 퍼지 가스의 공급계 및 자동 압력 제어 밸브(APC)를 생략하고 있고, 또한, 처리실을 4개 갖는 경우에 대해 도시하며, 복수의 처리실, 가스 공급 밸브, 배기 밸브 등에 다른 부호를 부여하고 있다. 그 이외는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 도 7의 타이밍 차트에서는, 도 4 및 도 5와 마찬가지로 ALD 성막의 3사이클분을 나타내고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 성막 장치는, 배기 경로가 2개 있는 점에 대해서, 도 3의 종래의 배치식 ALD 성막 장치와 상이하다. 즉, 가스 공급계는 도 3과 마찬가지이지만, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 접속된 배기 배관(31-1, 31-2, 31-3, 31-4)이 제 1 분기 배관(32-1, 32-2, 32-3, 32-4) 및 제 2 분기 배관(33-1, 33-2, 33-3, 33-4)으로 분기되어 있고, 제 1 분기 배관(32-1~32-4)에는 각각 제 1 배기 밸브(34-1, 34-2, 34-3, 34-4)가 마련되며, 제 2 분기 배관(33-1~33-4)에는 각각 제 2 배기 밸브(35-1, 35-2, 35-3, 35-4)가 마련되어 있다.
본 실시형태의 성막 장치에서는, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 최초로, 제 1 공급 밸브(27-1, 27-2, 27-3, 27-4)를 순차 개방하여, 제 1 처리 가스를 공급하는 공정(S1)을 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대해 시간차를 두고 순차 진행하고, 이어서, 제 2 공급 밸브(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)를 순차 개방하여, 제 2 처리 가스를 공급하는 공정(S2)을 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)에 대해 시간차를 두고 순차 진행하며, 이들을 교대로 반복하는 시분할 공급 방식을 채용한다. 이들 공정의 사이의 기간은 퍼지 가스만이 공급되며, 처리실이 퍼지되는 퍼지 공정(S3, S4)이다. 그리고, 제 1 처리실(15-1) 내지 제 4 처리실(15-4)의 배기는, 제 1 공급 밸브(27-1~27-4)를 개방하여 제 1 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34-1~34-4)를 개방하는 동시에 제 2 배기 밸브(35-1~35-4)를 폐쇄하여 배기 가스가 제 1 분기 배관(32-1~32-4)측(한쪽의 배기 경로측)으로 흐르도록 하고, 제 2 공급 밸브(28-1~28-4)를 개방하여 제 2 처리 가스를 공급하고 있을 때에는, 제 1 배기 밸브(34-1~34-4)를 폐쇄하는 동시에 제 2 배기 밸브(35-1~35-4)를 개방하여 배기 가스가 제 2 분기 배관(33-1~33-4)측(다른쪽의 배기 경로측)으로 흐르도록 한다. 이러한 배기 경로의 전환은 퍼지 공정(S3, S4)의 도중에 실시된다.
이와 같이, 각 처리실에 대해 2개의 배기 경로를 마련한 것에 의해, 한쪽의 배기 경로를 제 1 처리 가스의 배기용으로 하고, 다른쪽의 배기 경로를 제 2 처리 가스의 배기용으로 할 수 있어서, 배기 경로에서 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 혼합되는 것을 극히 억제할 수 있기 때문에, 각 처리실로의 처리 가스 공급 및 배기 동작은 다른 처리실과는 관계없이 실행할 수 있다. 이 때문에, 시분할 공급 방식에 있어서, 예컨대 제 1 처리 가스를 공급하고 나서 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 종래의 배치식 ALD 성막 장치와 같이, 모든 처리실에 제 1 처리 가스의 공급을 종료할 때까지 제 2 처리 가스를 공급할 수 없는 경우가 없으며, 복수의 처리실에 있어서, 양 처리 가스의 공급 시간이 중첩되어도 상관없다. 또한, 제 1 처리 가스의 시분할 공급과 제 2 처리 가스의 시분할 공급과의 사이에 일정한 시간을 마련할 필요도 없다. 또한, 시분할 공급 방식이므로, 처리 가스의 공급 능력은 낱장식 ALD 성막 장치와 동등해도 좋다.
따라서, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 처리실에 있어서, 도 7의 (a)의 낱장식 ALD 성막 처리와 마찬가지의 타이밍으로 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 공급할 수 있어서, 낱장식에 대한 생산 택트의 악화도, 초기의 시분할에 수반하는 시간뿐이며, 누적되지 않기 때문에, 도 4의 (b)나 도 5의 (b)에 비해 생산 택트의 악화를 대폭 억제할 수 있다. 또한, 도 4의 (b)나 도 5의 (b)에 비해, 시간 당의 펄스 ON의 횟수가 증가하여, 펄스 OFF의 시간이 감소하며, 게다가 처리 가스의 공급량은 낱장식 성막 장치와 동일하므로, 처리 가스의 폐기량이 감소하여, 처리 가스의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 처리실에 공급되는 처리 가스에 대응해서 다른 배기 경로를 이용하여 분류하도록 했으므로, 배기 경로에서 2개의 처리 가스가 혼합되어 반응 생성물을 생성하는 것을 효과적으로 억제할 수 있어서, 배기 경로의 유지보수 주기가 악화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, ALD 성막의 개시 전, 종료 후는, 제 1 배기 밸브(34-1~34-4)(도 1에서는 제 1 배기 밸브(34)) 및 제 2 배기 밸브(35-1~35-4)(도 1에서는 제 2 배기 밸브(35))의 양쪽을 개방하고, 양쪽의 배기 경로로부터 배기하여, 보다 높은 배기 능력을 얻도록 해도 좋다. 또한, ALD 성막 중에라도, 퍼지 공정(S3, S4) 시에, 배기량을 많게 할 필요가 있는 경우 등에는, 각각의 처리 가스가 처리실(15-1~15-4)(도 1에서는 처리실(15)) 및 배기 배관(31-1~31-4)(도 1에서는 배기 배관(31))으로부터 충분히 제거된 후이면, 이들 공정의 도중에 제 1 배기 밸브(34-1~34-4) 및 제 2 배기 밸브(35-1~35-4)의 양쪽을 개방하고, 양쪽의 배기 경로로부터 배기하도록 해도 좋다. 또한, 배기 경로의 분류 효과를 보다 높여, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스의 혼합 방지 효과를 높이는 것으로 하기 위해서, 배기에 이용하지 않는 배기 경로에 N2 가스 등의 불활성 가스를 공급하여 그 안의 압력을 상대적으로 높이도록 해도 좋다. 또한, 제 1 배기 밸브(34-1~34-4) 및 제 2 배기 밸브(35-1~35-4)로서는, 개폐 동작 기구나 시일성에 대한 내구성의 관점에서, O링 등의 시일재를 사용하지 않는 컨덕턴스 가변 밸브를 사용해도 좋다. 이러한 시일재를 사용하지 않는 밸브라도, 대부분의 배기 가스(처리 가스)는 의도하는 배기 경로로 흐르기 때문에, 소기의 효과는 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태는, 배치식 ALD 성막 처리에 있어서, 시분할 공급 방식과, 처리 가스에 의해 배기 경로를 전환하는 것의 양쪽을 채용하는 것에 의해, 가스 공급량을 증대시키지 않고, 또한, 생산 택트의 저하를 극히 억제하고, 처리 가스의 이용 효율을 높여, 배기 경로에 있어서의 반응 생성물의 생성을 억제한다는 현저한 효과를 발휘하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일 없이 여러 가지 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 배기 유로를 전환하는 배기 유로 전환부로서, 2개의 분기 배관에 각각 마련된 배기 밸브를 이용하여, 이들 개폐에 의해 배기 유로를 전환하는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않으며, 도 8에 도시하는 바와 같이, 각 처리실의 배기 유로 전환부로서 제 1 분기 배관(32)과 제 2 분기 배관(33)과의 분기부에 단일의 전환 밸브(삼방 밸브)(45)를 마련해도 좋다. 이에 의해 밸브의 수를 보다 적게 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 2개의 처리 가스를 교대로 공급하는 경우에 대해 나타냈지만, 공급하는 처리 가스의 수는 한정되지 않고, 복수의 처리 가스를 시분할 공급하는 경우에 적용 가능하며, 처리 가스의 수만큼 분기 배관을 마련하고 처리 가스에 따라서 배기 유로를 전환하도록 하면 좋다.
또한, 피처리 기판으로서는, FPD용의 기판이나 반도체 웨이퍼 등 ALD 성막이 실행되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
1 : 처리 유닛 2 : 가스 공급 유닛
3 : 배기 유닛 4 : 제어부
11 : 처리 용기 12 : 처리부
13 : 탑재대 14 : 커버
15, 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 : 처리실
21 : 제 1 처리 가스 공급원 22 : 제 2 처리 가스 공급원
23 : 퍼지 가스 공급원 24 : 제 1 처리 가스 공급 배관
25 : 제 2 처리 가스 공급 배관 26 : 퍼지 가스 공급 배관
27, 27-1, 27-2, 27-3, 27-4 : 제 1 공급 밸브
28, 28-1, 28-2, 28-3, 28-4 : 제 2 공급 밸브
29 : 제 3 공급 밸브
31, 31-1, 31-2, 31-3, 31-4 : 배기 배관
32, 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 : 제 1 분기 배관
33, 33-1, 33-2, 33-3, 33-4 : 제 2 분기 배관
34, 34-1, 34-2, 34-3, 34-4 : 제 1 배기 밸브
35, 35-1, 35-2, 35-3, 35-4 : 제 2 배기 밸브
36 : 제 1 공통 배기 배관 37 : 제 2 공통 배기 배관
38 : 제 1 진공 펌프 39 : 제 2 진공 펌프
40 : 제 1 배기 가스 처리 설비 41 : 제 2 배기 가스 처리 설비
42 : 자동 압력 제어 밸브 45 : 전환 밸브
100 : 성막 장치 S : 피처리 기판
3 : 배기 유닛 4 : 제어부
11 : 처리 용기 12 : 처리부
13 : 탑재대 14 : 커버
15, 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 : 처리실
21 : 제 1 처리 가스 공급원 22 : 제 2 처리 가스 공급원
23 : 퍼지 가스 공급원 24 : 제 1 처리 가스 공급 배관
25 : 제 2 처리 가스 공급 배관 26 : 퍼지 가스 공급 배관
27, 27-1, 27-2, 27-3, 27-4 : 제 1 공급 밸브
28, 28-1, 28-2, 28-3, 28-4 : 제 2 공급 밸브
29 : 제 3 공급 밸브
31, 31-1, 31-2, 31-3, 31-4 : 배기 배관
32, 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 : 제 1 분기 배관
33, 33-1, 33-2, 33-3, 33-4 : 제 2 분기 배관
34, 34-1, 34-2, 34-3, 34-4 : 제 1 배기 밸브
35, 35-1, 35-2, 35-3, 35-4 : 제 2 배기 밸브
36 : 제 1 공통 배기 배관 37 : 제 2 공통 배기 배관
38 : 제 1 진공 펌프 39 : 제 2 진공 펌프
40 : 제 1 배기 가스 처리 설비 41 : 제 2 배기 가스 처리 설비
42 : 자동 압력 제어 밸브 45 : 전환 밸브
100 : 성막 장치 S : 피처리 기판
Claims (12)
- 복수의 처리 가스를 순차로 전환해서 공급하여 복수의 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 배치식의 성막 장치에 있어서,
피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과,
상기 복수의 처리실에 각각 복수의 처리 가스를 순차 공급하는 가스 공급 유닛과,
상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛과,
상기 복수의 처리실에 대한 처리 가스의 공급 및 배기를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 배기 유닛은, 상기 복수의 처리 가스의 각각에 대응한 복수의 배기 경로와, 상기 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부를 갖고,
상기 제어부는, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하며,
상기 가스 공급 유닛은, 적어도, 하나의 처리 가스를 공급한 후, 다음의 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 복수의 처리실에 이들의 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고,
상기 제어부는, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하며,
상기 제어부는 상기 배기 경로를 전환할 때에, 상기 하나의 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기한 후, 상기 하나의 처리 가스에 대응하는 배기 경로와 상기 다음의 처리 가스에 대응하는 배기 경로의 양쪽의 배기 경로를 거쳐서 배기한 후, 상기 다음의 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 삭제
- 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 전환해서 공급하여 복수의 피 처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 배치식의 성막 장치에 있어서,
피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과,
상기 복수의 처리실에 각각 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 공급하는 가스 공급 유닛과,
상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛과,
상기 복수의 처리실에 대한 처리 가스의 공급 및 배기를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 배기 유닛은, 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스의 각각에 대응한 2개의 배기 경로와, 상기 2개의 배기 경로를 전환하는 배기 경로 전환부를 갖고,
상기 제어부는, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 상기 가스 공급 유닛을 제어하고, 또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하며,
상기 가스 공급 유닛은, 적어도, 제 1 처리 가스를 공급한 후, 제 2 처리 가스를 공급하기 전, 및 제 2 처리 가스를 공급한 후, 제 1 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 처리실 내를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고,
상기 제어부는, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하며,
상기 제어부는 상기 배기 경로를 전환할 때에, 상기 제 1 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기한 후, 상기 제 1 처리 가스에 대응하는 배기 경로와 상기 제 2 처리 가스에 대응하는 배기 경로의 양쪽의 배기 경로를 거쳐서 배기한 후, 상기 제 2 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 가스 공급 유닛은, 상기 제 1 처리 가스를 상기 복수의 처리실에 공급하는 제 1 처리 가스 공급 배관과, 상기 제 2 처리 가스를 상기 복수의 처리실에 공급하는 제 2 처리 가스 공급 배관과, 상기 제 1 처리 가스 공급 배관에 마련된 제 1 공급 밸브와, 상기 제 2 처리 가스 공급 배관에 마련된 제 2 공급 밸브를 갖고,
상기 제어부는, 상기 제 1 공급 밸브 및 상기 제 2 공급 밸브의 개폐 동작에 연동시켜서, 상기 배기 경로 전환부에 의한 배기 경로의 전환을 제어하는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 배기 경로 전환부는, 상기 2개의 배기 경로에 각각 마련된, 개폐 가능한 배기 제어 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 배기 경로 전환부는, 상기 2개의 배기 경로의 분기부에 마련된 전환 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 처리실은, 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와, 상기 탑재대 상의 피처리 기판을 덮는 커버에 둘러싸인 영역에 형성되며, 상기 복수의 처리실은, 처리 용기 내에 수직 방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는
성막 장치. - 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 복수의 처리 가스를 순차 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛을 갖는 배치식의 성막 장치에서, 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
상기 배기 유닛으로서, 상기 복수의 처리 가스의 각각에 대응한 복수의 배기 경로를 갖는 것을 이용하여,
상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 하고,
또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 배기 경로를 전환하며,
적어도, 하나의 처리 가스를 공급한 후, 다음의 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 복수의 처리실에 이들의 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하며,
제어부는 상기 배기 경로를 전환할 때에, 상기 하나의 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기한 후, 상기 하나의 처리 가스에 대응하는 배기 경로와 상기 다음의 처리 가스에 대응하는 배기 경로의 양쪽의 배기 경로를 거쳐서 배기한 후, 상기 다음의 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는
성막 방법. - 삭제
- 피처리 기판을 1매씩 수용하는 복수의 처리실과, 상기 복수의 처리실에 각각 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스를 교대로 공급하는 가스 공급 유닛과, 상기 복수의 처리실을 배기하는 배기 유닛을 갖는 배치식의 성막 장치에서, 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
상기 배기 유닛으로서, 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스의 각각에 대응한 2개의 배기 경로를 갖는 것을 이용하여,
상기 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리실에 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 공급할 때에, 하나의 처리 가스에 대해, 각 처리실에 시간차를 두고 순차 공급되도록 하고,
또한 상기 배기 유닛에 의한 배기 시에, 각 처리실에 공급된 처리 가스에 대응하는 배기 경로를 거쳐서 배기되도록 배기 경로를 전환하며,
적어도, 제 1 처리 가스를 공급한 후, 제 2 처리 가스를 공급하기 전, 및 제 2 처리 가스를 공급한 후, 제 1 처리 가스를 공급하기 전에, 상기 처리실 내를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하고, 퍼지 가스를 공급하고 있는 동안에 배기 경로를 전환하며,
제어부는 상기 배기 경로를 전환할 때에, 상기 제 1 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기한 후, 상기 제 1 처리 가스에 대응하는 배기 경로와 상기 제 2 처리 가스에 대응하는 배기 경로의 양쪽의 배기 경로를 거쳐서 배기한 후, 상기 제 2 처리 가스에 대응하는 배기 경로만으로부터 배기하도록 상기 배기 경로 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는
성막 방법.
- 삭제
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