KR102282693B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 처리 용기 내에 탑재한 기판에 원료 가스를 공급하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 장치의 풋프린트를 작게 하고, 처리 용기에 원료 가스를 안정적으로 공급하는 기술을 제공하는 것.
(해결 수단) 기판에 형성되는 막의 원료를 포함하는 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 기판 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 내부에 기판이 탑재되는 처리 용기와, 상기 원료를 수용하고, 상기 처리 용기로 향해서 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급원과, 상기 원료 가스 공급원으로부터 받아들인 원료 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼 탱크와, 상기 버퍼 탱크에 저류된 원료 가스의 처리 용기로의 급단을 행하는 급단 밸브가 배치되는 밸브 배치부를 구비하고, 상기 처리 용기의 위쪽에, 상기 밸브 배치부, 버퍼 탱크 및 원료 가스 공급원이, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련되어 있다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 시스템 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM, AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시는, 기판을 처리하는 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 예컨대 처리 용기 내에 기판을 탑재하고, 원료 가스 공급원으로부터 기판에 형성하는 막의 원료를 포함하는 원료 가스를 공급하여 기판에 처리를 행하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.
예컨대 특허문헌 1에는, 감압 분위기 중에서, 챔버(처리 용기) 내에 탑재한 기판에 원료 가스를 공급하여 처리를 행하는 감압 처리 장치에 있어서, 챔버 리드(처리 용기 덮개)의 위쪽에, 챔버에 공급되는 원료를 수용하는 원료 용기(원료 가스 공급원)가 배치되는 것이 바람직하다고 기재되어 있다. 이것에 의해 원료 용기와 챔버의 거리를 짧게 구성할 수 있음과 아울러 점유 면적을 증가시키는 일 없이 배관 지름을 크게 구성할 수 있다고 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-265917호 공보
본 개시는 이와 같은 사정 하에 이루어진 것이고, 처리 용기 내에 탑재한 기판에 원료 가스를 공급하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 장치의 풋프린트를 작게 하고, 처리 용기에 원료 가스를 안정적으로 공급하는 기술을 제공한다.
본 개시의 진공 처리 장치는, 기판에 형성되는 막의 원료를 포함하는 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 기판 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 내부에 기판이 탑재되는 처리 용기와, 상기 원료를 수용하고, 상기 처리 용기로 향해서 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급원과, 상기 원료 가스 공급원으로부터 받아들인 원료 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼 탱크와, 상기 버퍼 탱크에 저류된 원료 가스의 처리 용기로의 급단(給斷)을 행하는 급단 밸브가 배치되는 밸브 배치부를 구비하고, 상기 처리 용기의 위쪽에, 상기 밸브 배치부, 버퍼 탱크 및 원료 가스 공급원이, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련되었다.
본 개시에 따르면, 처리 용기 내에 탑재한 기판에 원료 가스를 공급하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서, 장치의 풋프린트를 작게 하고, 처리 용기에 원료 가스를 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1은 일 실시의 형태와 관련되는 진공 처리 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 진공 처리 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 3은 처리 모듈의 가스 공급계를 나타내는 계통도이다.
도 4는 상기 처리 모듈의 사시도이다.
도 5는 상기 처리 모듈의 측면도이다.
도 6은 상기 처리 모듈의 메인터넌스의 실시 태양을 나타내는 설명도이다.
도 7은 처리 모듈의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
본 실시의 형태와 관련되는 기판 처리 장치를 적용한 진공 처리 시스템에 대하여 설명한다. 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 진공 처리 시스템에는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼"라고 한다) W의 반송 용기인 캐리어 C를 탑재하기 위해 탑재대(99)를 구비한 3대의 반입출 포트(91)가 마련되고, 그 반입출 포트(91)는, 상압 반송실(92)에 접속되어 있다.
이후, 반입출 포트(91) 쪽을 전방, 상압 반송실(92) 쪽을 후방으로서 설명한다. 또 도 2 중의 부호 91A는, 캐리어 C의 덮개와 함께 개방되는 도어이다.
상압 반송실(92)은, 좌우 방향으로 연장되는 직사각형의 상압 반송실(92)을 구비하고, 그 내부는 클린 에어의 다운 플로가 형성된 상압 분위기(공기의 경우에는 대기 분위기라고 할 수도 있다)로 되어 있다.
또한 도 2에 나타내는 바와 같이 상압 반송실(92) 내에는, 반입출 포트(91) 상의 캐리어 C에 대하여 상압 분위기 하에서 웨이퍼 W의 전달을 행하는 상압 반송 기구(94)가 마련되어 있다. 상압 반송 기구(94)는, 회전이 자유로운 관절 암으로서 구성되어 있다. 또한, 상압 반송 기구(94)는, 상압 반송실(92)의 저부에 상압 반송실(92)의 길이 방향으로 마련된 도시하지 않는 가이드 레일을 따라 진퇴가 자유롭게 구성되어 있다.
상압 반송실(92)의 후방 쪽에는, 게이트 밸브(93A)를 거쳐서, 2대의 로드록 모듈(93)이 좌우로 나란히 하여 마련되어 있다. 각 로드록 모듈(93)은, 각각 도시하지 않는 웨이퍼 W의 탑재부를 구비함과 아울러, 내부 분위기가 상압 분위기와 진공 분위기에서 전환이 자유롭게 구성되어 있다.
로드록 모듈(93)의 후방 쪽에는, 게이트 밸브(93B)를 거쳐서, 내부를 진공 분위기로 한 진공 반송실(90)이 접속되어 있다. 본 예의 진공 반송실(90)은 전후 방향으로 연장되는 대략 직사각형으로 구성되고, 전방 쪽으로부터 볼 때 진공 반송실(90)의 우측에 처리 모듈(1)이 4대 전후 방향으로 나란히 하여 마련되고, 진공 반송실(90)의 좌측에 처리 모듈(1)이 3대 전후 방향으로 나란히 하여 마련되어 있다. 처리 모듈(1)은, 본 실시의 형태의 기판 처리 장치에 상당한다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 진공 반송실(90) 내에는, 각 처리 모듈(1)과, 로드록 모듈(93)의 사이에서 진공 분위기 하에서 웨이퍼 W의 전달을 행하는 진공 반송 기구(95)가 마련되어 있다. 진공 반송 기구(95)는, 진공 반송실(90)의 저면에 마련된 도시하지 않는 가이드 레일을 따라 전후 방향으로 이동이 자유롭게 마련된 관절 암에 의해 구성되어 있다.
계속하여 기판 처리 장치인 처리 모듈(1)에 대하여 설명한다. 본 예의 처리 모듈(1)은, 처리 용기(10)를 구비하고, 처리 용기(10) 내에 탑재된 웨이퍼 W에 원료 가스인 트리메틸알루미늄(TMA) 가스와, 암모니아(NH3) 가스 및 실레인(SiH4) 가스의 혼합 가스를 교대로 반복 공급하여 AlN막을 성막하는 성막 장치로서 구성되어 있다. 도 3은 처리 모듈(1)에 있어서의 가스 공급계를 나타내는 계통도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이 처리 용기(10)는, 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(11)를 구비하고 있다. 탑재대(11)에는, 웨이퍼 W를 가열하는 도시하지 않는 가열부가 매설되어 있다. 또한 처리 용기(10)의 천정면에는 샤워 헤드(14)가 마련되고, 탑재대(11)에 탑재된 웨이퍼 W의 대향면으로부터 웨이퍼 W에 각 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또 샤워 헤드(14)는, 고주파 전류가 인가되는 상부 전극으로서 구성되고, 탑재대(11) 내에 매설된 하부 전극과의 사이에서 고주파 전계를 형성할 수 있도록 구성되어 있더라도 좋다. 이것에 의해 처리 용기(10) 내에 공급된 NH3 가스나 후술하는 N2 가스라고 하는 처리 용기(10)에 공급되는 가스를 플라즈마화할 수 있다. 또한 처리 용기(10)에는, 배기관(12)의 일단이 접속되고, 배기관(12)의 타단은 진공 배기부(13)에 접속되어 있다. 또 도 3 중의 V12는 배기관(12)을 개폐하는 개폐 밸브이다.
처리 모듈(1)은, 원료인 TMA를 수용하고, 처리 용기(10)로 향해서 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급원인 TMA 공급원(40)을 구비하고 있다. TMA는, 상온 상압(25℃, 1기압)에서 액체이고, 예컨대 외부의 주원료 저류부(42)에 저류된 TMA가 TMA 공급로(420)를 거쳐서 TMA 공급원(40)에 공급될 수 있도록 구성되어 있다. TMA 공급원(40)의 주위는, 예컨대 맨틀 히터 등으로 구성된 가열부(41)에 의해 덮여 있고, TMA 공급원(40)에 저류된 TMA를, TMA가 기화하는 온도, 예컨대 60℃로 가열할 수 있도록 구성되어 있다. TMA 공급원(40)의 천정부에는, 기화한 TMA를 송출하는 원료 가스 공급로(400)의 일단이 접속되어 있다.
원료 가스 공급로(400)에 마련된 부호 400C는, 유량 조정부(MFC)이다. 원료 가스 공급로(400)의 타단 쪽은, TMA 가스 공급원(40)으로부터 받아들인 TMA 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼 탱크(5A)를 거쳐서, 후술하는 밸브 장치(6) 내의 급단 밸브 V1에 접속되어 있다. TMA 공급원(40), MFC(400C), 가열부(41)는, 후술하는 원료 박스(4) 내에 수납되어 있다. 또 원료 가스 공급로(400)는, 도시하지 않는 테이프 히터에 덮여, TMA 가스가 액화하지 않는 온도로 가열되고 있다.
또한 처리 모듈(1)은, 처리 용기(10)에 반응 가스인 NH3 및 실레인 SiH4를 공급하기 위한 NH3 가스 공급원(31)과, SiH4 가스 공급원(32)을 구비하고 있다. NH3 가스 공급원(31)에는, 반응 가스 공급로(300)의 일단이 접속되고, 타단 쪽은 MFC(300C), 및 버퍼 탱크(5B)를 거쳐서 후술하는 밸브 장치(6) 내의 급단 밸브 V4에 접속되어 있다.
또한 SiH4 가스 공급원(32)에는, SiH4 가스 공급로(301)의 일단이 접속되고, SiH4 가스 공급로(301)의 타단 쪽은, MFC(301C)를 거쳐서 반응 가스 공급로(300)에 합류하고 있다. NH3 가스 공급원(31)과, SiH4 가스 공급원(32)은, 후술하는 프로세스 가스 박스(3)에 배치되어 있다.
또한 처리 모듈(1)은, 처리 용기(10)에 처리 용기(10) 내의 분위기를 치환하기 위한 치환 가스를 공급하는 치환 가스 공급원(21, 22), 및 카운터 가스를 공급하는 카운터 가스 공급원(23, 24)을 구비하고 있다. 카운터 가스는, 원료 가스나 반응 가스의 공급 정지 때에 배관 내에 다른 가스가 진입하는 것을 막는 역할을 한다. 이 예에서는, 치환 가스 및 카운터 가스는, 불활성 가스인 질소(N2) 가스를 이용하고 있다. 치환 가스 공급원(21, 22)에는, 각각 치환 가스 공급로(201, 202)의 일단이 접속되고, 치환 가스 공급로(201, 202)의 타단 쪽은 플러시 퍼지용의 버퍼 탱크(51)를 거쳐서 후술하는 밸브 장치(6) 내의 급단 밸브 V5에 접속되어 있다.
카운터 가스 공급원(23, 24)에는, 각각 카운터 가스 공급로(203, 204)의 일단이 접속되고, 카운터 가스 공급로(203, 204)의 타단 쪽은 후술하는 밸브 장치(6) 내의 급단 밸브 V3, V6에 접속되어 있다. 치환 가스 공급로(201, 202) 및 카운터 가스 공급로(203, 204)에는, 각각 MFC(201C~204C)가 마련되어 있다. 치환 가스 공급원(21, 22), 카운터 가스 공급원(23, 24), MFC(201C~204C)는, 후술하는 불활성 가스 박스(2)에 배치되어 있다.
또 이 예에서는, 불활성 가스 박스(2) 내에 치환 가스 공급원(21, 22), 카운터 가스 공급원(23, 24)을 마련하고 있지만, 불활성 가스 박스(2)에 MFC(201C~204C)가 마련되고, 외부로부터 불활성 가스 박스(2)에 치환 가스 및 카운터 가스가 보내어지는 구성이더라도 좋다. 그와 같은 구성의 경우에는, MFC(201C~204C)에 치환 가스, 카운터 가스를 공급하는 배관이 치환 가스 공급원, 카운터 가스 공급원에 상당한다.
밸브 장치(6)에는, TMA 가스, NH3 가스 및 SiH4 가스의 혼합 가스, 치환 가스, 카운터 가스의 각 가스의 처리 용기(10)로의 급단을 행하는 급단 밸브 V1~V6이 집합 배치되어 있다. 밸브 장치(6)에는, 밸브 장치(6)로부터 샤워 헤드(14)에 TMA 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급관(15A)과, NH3 가스 및 SiH4 가스를 혼합한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급관(15B)이 접속되어 있다. 이 예에서는, 밸브 장치(6)는, 급단 밸브 V1~V6이 배치되는 밸브 배치부에 상당한다.
계속하여 처리 모듈(1)에 있어서의 각 부위의 배치에 대하여 도 4의 사시도, 도 5의 측면도를 참조하여 설명한다. 처리 모듈(1)은, 선반 형상으로 구성된 지지 부재(9)에 의해 각 부가 지지된 타워 형상으로 구성되어 있다. 또 도 4, 도 5에서는, 기재가 번잡하게 되는 것을 피하기 위해 TMA 가스가 통류되는 배관부(15, 400)를 제외하고, 다른 배관의 기재를 생략하고 있다.
타워 형상으로 구성되는 처리 모듈(1)의 중단 근처에는, 진공 반송실(90)에 게이트 밸브(10A)를 거쳐서 접속되는 처리 용기(10)가 배치되어 있다. 이미 말한 바와 같이 처리 모듈(1)은, 진공 반송실(90)의 좌우 측면에 각각 복수 대 마련된다. 이 관점에서 진공 반송실(90)은, 상면 쪽으로부터 볼 때 서로 대향하는 측면을 구비하고, 상기 복수의 처리 용기(10)는, 각 측면을 따라 복수 대씩 나란히 하여 설치되어 있다고 말할 수 있다. 또 진공 반송실(90)은 아래쪽이 저면에 마련된 도시하지 않는 지지부에 지지되고, 처리 용기(10)와 동일한 높이에 고정되어 있다.
또한 처리 용기(10)의 측면에 있어서의, 진공 반송실(90)에 접속된 면과는 반대쪽의 면에는, 배기관(12)의 일단이 접속되어 있다. 그리고 처리 용기(10)의 샤워 헤드(14)의 상면에는, 원료 가스 공급관(15A) 및 반응 가스 공급관(15B)을 포함하는 배관부(15)가 접속되고, 배관부(15)에 접속되는 밸브 장치(6)가, 처리 용기(10)의 위쪽에 배치되어 있다.
또한 밸브 장치(6)의 위쪽에는, 버퍼 탱크(5A, 5B)를 구비한 버퍼 탱크부(5)가 배치되어 있다.
또한 버퍼 탱크부(5)의 위쪽에는, 원료 박스(4), 불활성 가스 박스(2), 프로세스 가스 박스(3) 및 전기 설비(8)가 배치되어 있다. 따라서, 원료 가스의 공급 계통에 주목하면, 처리 용기(10)의 위쪽에, 밸브 배치부인 밸브 장치(6), 버퍼 탱크(5A) 및 TMA 공급원(40)이, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련되어 있다고 말할 수 있다.
처리 용기(10)나 버퍼 탱크부(5)의 위쪽에 배치된 원료 박스(4), 불활성 가스 박스(2), 프로세스 가스 박스(3) 및 전기 설비(8)는, 선반 형상의 지지 부재(9)에 지지되고, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 측방으로부터 볼 때 2세트씩 상하 2단으로 합쳐 배치되어 있다.
도 4, 도 5에 있어서, 처리 용기(10)로부터 볼 때 진공 반송실(90)이 마련되어 있는 방향을 안쪽, 그 반대의 방향을 바깥쪽이라고 부르면, 1단째의 안쪽에 원료 박스(4), 바깥쪽에 불활성 가스 박스(2), 2단째의 안쪽에 전기 설비(8), 바깥쪽에 프로세스 가스 박스(3)가 각각 배치되어 있다. 상기 구성에 있어서, 불활성 가스 박스(2)와 프로세스 가스 박스(3)는, 본 예의 가스 박스를 구성하고 있다.
원료 박스(4)에는, 진공 반송실(90) 쪽으로부터 TMA 공급원(40)에 액세스하기 위한 액세스 면이 마련되어 있다. 액세스 면에는, 예컨대 개폐 가능한 원료 박스(4)의 개폐 문(도시하지 않음)이 배치된다.
또한 진공 반송실(90)로부터 볼 때 원료 박스(4)의 반대쪽(바깥쪽)에 마련된 불활성 가스 박스(2)에는, 치환 가스 공급원(21, 22), 카운터 가스 공급원(23, 24), MFC(201~204) 등이 수납되어 있다. 또, 치환 가스 공급원(21, 22), 카운터 가스 공급원(23, 24)을 불활성 가스 박스(2) 내에 마련하지 않고, 설비 쪽의 불활성 가스 공급원으로부터 MFC(201~204)에 배관을 접속하고, 불활성 가스를 공급하는 구성으로 하더라도 좋다. 또한 도 5 중에 파선으로 나타내고 있는 바와 같이, 진공 반송실(90) 쪽으로부터 볼 때 불활성 가스 박스(2)의 측방에는, 도 3에 나타낸 치환 가스를 일시적으로 저류하기 위한 버퍼 탱크(51)가 마련되어 있다.
또한 2단째의 바깥쪽(진공 반송실(90)과는 반대쪽)에 마련된 프로세스 가스 박스(3)에는, 프로세스 가스의 공급원이나 MFC 등이 수납된다. 한편, 2단째의 안쪽(진공 반송실(90) 쪽)에 마련된 전기 설비(8)는, 예컨대 처리 모듈(1)을 구동하는 전력을 공급하기 위한 기기가 설치되어 있다.
진공 처리 시스템은, 도 2에 나타내는 바와 같이 진공 처리 시스템 내에 있어서의 웨이퍼 W의 반송, 처리 모듈(1)에 있어서의 성막 처리의 프로세스 등을 제어하는 제어부(100)를 구비하고 있다. 제어부(100)는 예컨대 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어진다. 이 기억부에는 처리 모듈(1)에 있어서의 급단 밸브 V1~V6의 개폐에 의한 각 가스의 급단을 포함하는 성막 처리의 레시피나, 그 진공 처리 시스템에 있어서, 상압 반송 기구(94) 및 진공 반송 기구(95)에 의한 웨이퍼 W의 반송을 행하기 위한 스텝(명령) 군이 짜여 있는 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 그곳으로부터 컴퓨터에 인스톨된다.
계속하여 상술한 실시의 형태의 작용에 대하여 설명한다. 웨이퍼 W를 수용한 캐리어 C가 반입출 포트(91) 상에 탑재되면, 그 캐리어 C 내의 웨이퍼 W가, 상압 반송 기구(94)에 의해 꺼내어져, 로드록실(93)→진공 반송실(90)의 경로로 반송된다. 또한 웨이퍼 W는, 진공 반송 기구(95)에 의해 각 처리 모듈(1)의 처리 용기(10)에 반송된다.
처리 모듈(1)에 있어서는, 먼저 급단 밸브 V1~V6이 닫힌 상태에서, 진공 반송 기구(95)에 의해 웨이퍼 W가 처리 용기(10) 내에 반송되어, 탑재대(11)에 탑재된다. 진공 반송 기구(95)가 처리 용기(10) 내로부터 퇴피한 후, 게이트 밸브(13)가 닫힌다. 또한 탑재대(11)의 가열부에 의해 웨이퍼 W가 예컨대 450℃로 가열된다. 또한 진공 배기부(13)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력이 조정된다.
그리고 급단 밸브 V3, V6이 열리고, 캐리어 가스 공급원(23, 24)으로부터 각각 원료 가스 공급관(15A), 반응 가스 공급관(15B)에 캐리어 가스(N2 가스)가 공급된다. 그 한편, TMA 공급원(41)을 가열하고, 버퍼 탱크(5A)에, TMA 가스를 저류한다. 또한 NH3 가스 공급원(31) 및 SiH4 가스 공급원(32)으로부터 공급되는 NH3 가스 및 SiH4 가스가 버퍼 탱크(5B)에 저류된다. 그러한 후, 급단 밸브 V1이 열리고, 버퍼 탱크(5A)에 저류된 TMA 가스가, 샤워 헤드(14)를 거쳐서 처리 용기(10) 내에 공급된다. 이것에 의해 처리 용기(10) 내에 공급된 TMA 가스가 웨이퍼 W에 흡착된다.
이 처리 용기(10) 내의 웨이퍼 W로의 TMA 가스의 공급에 병행하여, 치환 가스를 버퍼 탱크(51)에 저류하여 둔다. 그 후 급단 밸브 V1이 닫힘과 아울러 급단 밸브 V2, V5가 열린다. 이것에 의해 처리 용기(10) 내로의 TMA 가스의 공급이 정지함과 아울러, 버퍼 탱크(51)에 각각 저류된 치환 가스가 처리 용기(10) 내로 토출된다. 이 결과 웨이퍼 W에 흡착되었지만 반응하지 않고 남는 TMA 가스 등, 처리 용기(10) 내에 남는 TMA 가스가 제거된다.
계속하여, 급단 밸브 V2, V5가 닫힘과 아울러 급단 밸브 V4가 열린다. 그것에 의해, 원료 가스 공급관(15A), 반응 가스 공급관(15B)으로의 치환 가스의 공급이 정지함과 아울러, 버퍼 탱크(5B)에 저류된 NH3 가스와, SiH4 가스가 처리 용기(10) 내에 공급된다. 결과, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서 균일성 높게 흡착된 TMA 가스의 질화 반응이 진행되고, 반응 생성물로서 AlN의 박층이 형성된다.
이후 마찬가지로 버퍼 탱크(51)에 저류된 치환 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하여, 처리 용기(10) 내의 분위기를 치환한다. 이와 같이 웨이퍼 W에 TMA 가스, 치환 가스, NH3 가스와 SiH4 가스의 혼합 가스, 치환 가스의 순번으로 공급하는 사이클을 하나의 사이클로 하면, 이 사이클이 반복하여 행하여져, AlN의 박층이 웨이퍼 W의 표면에 퇴적되고, AlN막이 성막된다. 그리고, 소정의 횟수의 사이클이 실행되면, 처리 용기(10) 내로의 반입 때와는 반대의 수순으로 웨이퍼 W가 처리 용기(10)로부터 반출된다.
여기서 TMA 공급원(40)을 처리 용기(10)보다 아래쪽에 배치하는 경우를 생각하면, 비교적 비중이 큰 TMA 가스를 상승시켜 공급하게 되어, 중력에 저항하여 공급하기 위한 압력 에너지가 필요하게 된다. 또한, 처리 용기(10)의 아래쪽으로부터, 그 측방을 통과하여 샤워 헤드(14)가 배치되어 있는 처리 용기(10)의 상면 쪽까지, 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급로(400)를 끌고 다닐 필요가 있기 때문에, 원료 가스 공급로(400)의 압력 손실이 커진다. 이 때문에, 처리 용기(10)로의 원료 가스의 공급이 불안정하게 되거나, 압력 손실을 줄일 수 있도록, 보다 굵은 배관을 배치할 필요가 발생하고, 배관의 배치 공간이 증대되는 등의 문제가 있다.
또한, 원료 가스 공급로(400) 내를 통류하는 동안에, 원료 가스의 온도가 저하하여 다시 액화하여 버리지 않도록, 긴 원료 가스 공급로(400)를 보온ㆍ가열하는 기구가 필요하게 되면, 기기 값의 상승 요인도 된다.
본 개시와 관련되는 처리 모듈(1)에 있어서는, 버퍼 탱크(5A), 급단 밸브 V1의 차례로 하강하여 처리 용기(10)에 공급된다. 그 때문에 TMA 가스가 중력에 거슬러 공급되는 일이 거의 없고, 압력 손실이 작아져 처리 용기(10)로의 공급이 안정된다. 또 도 5에 나타내는 예에서는, 원료 가스 공급로(400)는 TMA 공급원(40)의 상면에 접속되고, TMA 가스를 일단 위로 뽑아낸 후, 아래쪽으로 유하(流下)시키도록 돌려져 있다. 그렇지만, 이미 말한 바와 같이 처리 용기(10)의 아래쪽에 TMA 공급원(40)을 배치하는 경우에 비하면, TMA 가스가 위로 흐르는 거리는, 매우 짧은 범위로 한정할 수 있다.
또한, 처리 모듈(1)의 조작성의 관점에 주목하면, 진공 처리 시스템을 사용하고 있는 동안에, 예컨대 가스의 공급원 등의 메인터넌스를 행할 필요가 있다. 그 중에서도 TMA 가스 등의 원료 가스는, 그 공급 유량의 정확도가 충분히 높을 필요가 있다. 그 때문에 원료 박스(4)는, 다른 불활성 가스 박스(2), 프로세스 가스 박스(3) 및 전기 설비(8) 등에 비하여 메인터넌스의 높은 정확도가 요구되고, 메인터넌스의 빈도가 높아지는 경우가 있다.
이 점, 본 예의 처리 모듈(1)에 있어서는, 처리 용기(10)보다 위쪽에 원료 박스(4)를 배치하고 있는 바, 처리 용기(10)보다 아래쪽에 배치하는 경우에 비하면 높은 곳에서의 작업이 필요하게 된다. 또한 그 원료 박스(4)를 진공 반송실(90)과는 반대쪽(이미 말한 "바깥쪽")에 마련하는 경우에는, 접사다리 등의 발판을 설치하여 메인터넌스를 행할 필요가 생긴다.
그래서 본 실시의 형태와 관련되는 진공 처리 시스템에 있어서는, 원료 박스(4)를 진공 반송실(90)에 대향하는 위치(이미 말한 "안쪽")에 마련하고 있다. 이 배치를 채용하는 것에 의해 도 6에 나타내는 바와 같이 원료 가스 박스(4)의 메인터넌스를 행함에 있어서는, 작업자(101)는 진공 반송실(90) 위에 올라가 작업을 행할 수 있다. 이것에 의해 교환 등의 메인터넌스의 빈도가 높고 수고가 필요한 원료 박스(4)의 메인터넌스를 행함에 있어서, 접사다리(102) 등을 설치할 필요가 없다. 또한 고정하여 설치되고, 충분한 강도를 갖는 진공 반송실(90) 위에 올라가 작업을 할 수 있기 때문에, 접사다리(102) 등에 비하여 안정된 상태에서 메인터넌스를 행할 수 있다. 또한, 복수의 처리 모듈의 원료 가스 박스(4)의 메인터넌스를 행함에 있어서는, 원료 가스 박스(4)는 안쪽에 마련되어 있기 때문에, 바깥쪽에 마련되어 있는 경우에 비하여 작업 동선을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 메인터넌스 시간을 단축할 수 있고, 장치 가동률 향상으로 이어질 수 있다.
상술한 처리 모듈(1)에 의하면, 원료인 TMA를 기화시켜 처리 용기(10)에 공급하여 처리를 행함에 있어서, 처리 용기(10)의 위쪽에, 밸브 장치(6)와, 버퍼 탱크부(5)와, TMA 공급원(40)을, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련하고 있다. 그 때문에 밸브 장치(6)와, 버퍼 탱크부(5)와, TMA 공급원(40)을 처리 용기(10)의 위쪽 영역에 배치할 수 있기 때문에 장치의 풋프린트를 작게 할 수 있다. 또한 TMA 가스를 위쪽으로부터 아래쪽으로 향해서 중력에 의해 하강시켜 공급할 수 있기 때문에, TMA 가스의 압력 손실이 적어져, 처리 용기(10)에 TMA 가스를 안정적으로 공급할 수 있다. 또한 TMA 공급원(40)으로부터 처리 용기(10)까지의 거리가 짧아져, TMA 가스가 차가워지기 어려워짐과 아울러, 원료 가스 공급로(400)에 테이프 히터 등의 가열 기구를 마련하는 경우에도, 그 설치 범위를 짧게 할 수 있다.
또한 TMA 공급원(40)을 구비한 원료 박스(4)를 처리 용기(10)의 위쪽에 있어서의 진공 반송실(90) 쪽에 마련함으로써, 작업자(101)는 진공 반송실(90)의 위쪽에 올라가 원료 박스(4) 내의 메인터넌스를 행할 수 있다. 그 때문에 메인터넌스의 수고가 큰 원료 박스(4)의 메인터넌스 때에 접사다리(102) 등을 준비할 필요도 없고 안정된 발판에서 메인터넌스를 행할 수 있다.
또한 원료 가스 공급원에는, 예컨대 WCl5, WCl6 등의 고체 원료가 수용되고, 고체 원료를 기화시켜 얻은 원료 가스가 처리 용기(10)에 공급되더라도 좋다. 또한 TiCl4 등의 액체 원료를 이용함에 있어서, 원료 가스 공급원에 저류된 원료를 가열하여 기화시키더라도 좋고, 액체 원료에 예컨대 N2 가스를 불어넣음으로써 기화시키는 구성이더라도 좋다.
또한 원료 가스 공급원으로부터 처리 용기(10)까지의 배관이 길어지면 압력 손실이 커짐과 아울러 원료 가스가 차가워지기 쉬워진다. 그 경우, 처리 용기(10)의 원료 가스가 도입되는 높이 위치와, 원료 가스 공급원에 수용된 상기 고체 원료 또는 액체 원료의 표면의 높이 위치의 고저차는, 600㎜~1200㎜의 범위 내인 것이 바람직하다.
원료 가스 공급원에 기체 상태의 원료 가스가 수용되고, 그 원료 가스는 상기 원료 가스 공급원에서 가열된 후, 처리 용기에 공급되더라도 좋다. 예컨대 WF6은, 기체 상태의 원료이지만, 원료 가스를 가열하여 처리 용기(10)에 공급하는 경우가 있다. 이와 같은 가스를 적용함에 있어서는, 원료 가스 공급원에 원료 가스의 가열 기구 등을 마련할 필요가 있다. 이와 같이 가열 기구를 마련하면, 장치의 메인터넌스에 수고가 필요하다. 그 때문에 이와 같은 원료 가스 공급원을 원료 박스(4)에 마련하더라도 효과를 얻을 수 있다.
또한, 종래의 진공 처리 시스템에는, 평면 형상이 다각형의 진공 반송실(9)의 각 변에, 처리 모듈(1)을 접속하는 방식의 것이 있다. 이 경우, 각 처리 모듈(1)의 옆에는, 처리 용기(10)에 가스를 공급하는 가스 공급계 등을 마련하는 공간이 비어 있는 경우가 있다.
한편, 도 2를 이용하여 설명한 바와 같이, 진공 반송실(9)의 서로 대향하는 측면에, 각각, 극간을 채워 복수의 처리 모듈(1)을 배치하는 경우에는, 상술한 가스 공급계를 마련하는 공간의 확보가 문제가 된다. 이 점, 진공 반송실(90)로부터 볼 때 처리 모듈(1)보다 바깥쪽에 원료 공급계 등을 마련하는 경우에는, 진공 처리 시스템의 소형화를 실현할 수 없다. 한편, 이미 말한 바와 같이, 처리 용기(10)의 아래쪽에 가스 공급계를 마련하는 문제점은, 이미 설명한 대로이다.
이 점, 본 개시와 관련되는 구성의 처리 모듈(1)은 처리 용기(10)의 위쪽에 가스 공급계를 마련하고 있다. 이 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이 진공 반송실(90)의 측벽 면을 따라 좌우로 복수의 처리 모듈(1)을 늘어놓은 경우에도, 가스 공급계 등을 마련하는 공간의 확대에 의한 장치의 대형화를 피할 수 있다.
여기서, 가스 공급계의 변형에 대하여 말하면, 프로세스 가스 박스(3)에 처리 용기(10) 내의 클리닝을 행하기 위한 클리닝 가스나, 연소 가스, 지연 가스 등의 공급원을 배치하더라도 좋다. 또한 도 7에 나타내는 바와 같이 불활성 가스 박스(2)에, 원료 가스 공급원(40A)에, 원료 가스와 함께 처리 용기(20)에 공급되는 캐리어 가스인 N2 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급원(25)을 배치하더라도 좋다. 본 예에서는 원료 가스 공급원(40A)에 캐리어 가스 공급원(25)으로부터 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급로(401)가 접속되어 있다. 또한 원료 가스 공급로(403)에는, 오프셋 가스 공급원(26)으로부터 오프셋 가스인 N2 가스가 공급되는 오프셋 가스 공급로(402)가 접속되어 있다. 캐리어 가스 유로(401) 및 오프셋 가스 유로(402)에는, 각각 MFC(401A, 402A)가 마련되어 있다. 또 원료 가스 공급로(403)에 마련된 부호 403A는, 매스 플로 미터(MFM)이다.
이 예에서는, 원료 가스 공급원(40A)에 있어서의 원료의 잔량이 감소하면, 캐리어 가스의 단위 유량당 원료 가스의 픽업량이 감소하고 원료 가스의 농도가 감소한다. 그 때문에, 원료 가스의 픽업량에 맞추어 MFC(401A)의 유량을 조정하여, 캐리어 가스의 유량을 조정함으로써 원료 가스의 공급량을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 캐리어 가스의 유량에 맞추어 MFC(402A)를 조정하고, 오프셋 가스의 유량을 조정하여, 버퍼 탱크(5A)에 공급되는 가스의 총 유량을 일정하게 하도록 구성되어 있다.
이와 같은 처리 모듈(1)에 있어서는, 원료의 잔량에 맞추어 캐리어 가스의 유량을 조정하기 때문에, 캐리어 가스의 유량이 10㏄ 정도로 감소하는 일이 있다. 캐리어 가스의 공급원으로부터 원료 가스 공급원(40A)까지의 캐리어 가스 공급관(401)의 길이가 길면, 캐리어 가스를 원료 가스 공급원(40A)에 공급할 때까지의 시간이 길어진다. 또한 캐리어 가스의 급단이나 유량 조정을 행했을 때에 실제로 원료 가스 공급원(40A)에 흘러드는 캐리어 가스의 유량이 변경될 때까지의 응답 시간이 길어진다. 이때 캐리어 가스의 유량이 적으면, 캐리어 가스의 유량의 오차의 비율이 커진다.
따라서 본 개시의 처리 모듈(1)과 같이 캐리어 가스 박스(2)와, 소스 박스(3)를 인접하여 마련함으로써, 캐리어 가스 공급관(401)을 짧게 할 수 있다. 이 결과, 캐리어 가스의 유량 등의 조정 때에 있어서의 원료 가스 공급원(40A)에 있어서의 캐리어 가스의 유량의 응답성이 좋아진다. 이것에 의해 캐리어 가스의 유량이 적은 경우에도, 캐리어 가스의 유량의 오차가 적어진다.
이상에 설명한 실시의 형태에 있어서는, ALD인 진공 처리를 실시하는 처리 모듈(1)에 있어서 처리 용기(10)의 위쪽에 원료 가스 공급원(본 예에서는 TMA 공급원(40))을 마련한 예를 설명했다. 단, 그 구성을 적용 가능한 진공 처리는 ALD로 한정되는 것이 아니고, 원료 가스의 연속 공급을 행하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)이더라도 좋다. 이 경우에는, 원료 가스 공급원과 처리 용기(10)의 사이의 버퍼 탱크(5A, 5B)의 설치를 생략하더라도 좋다.
이상에 검토한 바와 같이, 이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부된 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되더라도 좋다.
예컨대, 프로세스 가스의 공급원을 프로세스 가스 박스 내에 설치하는 구성을 개시했지만, 이들 공급원을 공장 등의 설비 측의 것을 이용하는 구성으로 하더라도 좋다. 이 경우, 설비 측의 공급원과 프로세스 가스 박스 내에 설치된 MFC를 배관으로 접속하는 구성이 된다.
1 : 처리 모듈
4 : 원료 박스
5 : 버퍼 탱크부
6 : 밸브 장치
10 : 처리 용기
40 : 원료 가스 공급원
V1~V6 : 급단 밸브
W : 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판에 형성되는 막의 원료를 포함하는 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 기판 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 기판이 탑재되는 처리 용기와,
    상기 원료를 수용하고, 상기 처리 용기로 향해서 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급원과,
    상기 원료 가스 공급원으로부터 받아들인 원료 가스를 일시적으로 저류하는 버퍼 탱크와,
    상기 버퍼 탱크에 저류된 원료 가스의 처리 용기로의 급단(給斷)을 행하는 급단 밸브가 배치되는 밸브 배치부
    를 구비하고,
    상기 처리 용기의 위쪽에, 상기 밸브 배치부, 버퍼 탱크 및 원료 가스 공급원이, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련된
    기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급원에는, 고체 원료 또는 액체 원료가 수용되고, 상기 고체 원료 또는 액체 원료를 기화시켜 얻은 원료 가스가 상기 처리 용기에 공급되는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급원에는 기체 상태의 원료 가스가 수용되고, 그 원료 가스는 상기 원료 가스 공급원에서 가열된 후, 상기 처리 용기에 공급되는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기에 원료 가스가 도입되는 높이 위치와, 상기 원료 가스 공급원에 수용된 상기 고체 원료 또는 액체 원료의 표면의 높이 위치의 고저차는, 600㎜~1200㎜의 범위 내인 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리는, 진공 분위기에서 기판에 대하여, 상기 원료 가스와, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 교대로 반복 공급하여 반응 생성물의 막을 성막하는 처리이고,
    상기 처리 용기의 위쪽에 마련되고, 그 처리 용기로 향해서 상기 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급원과,
    상기 처리 용기의 위쪽에 마련되고, 그 처리 용기로 향해서, 상기 반응 가스 또는 원료 가스와 치환되는 치환 가스를 공급하기 위한 치환 가스 공급원
    을 구비하고,
    상기 밸브 배치부에는, 상기 반응 가스 공급원으로부터 공급되는 반응 가스의 급단을 행하는 급단 밸브, 및 상기 치환 가스 공급원으로부터 공급되는 치환 가스의 급단을 행하는 급단 밸브가 배치된
    기판 처리 장치.
  6. 상기 기판의 반송 용기가 반입출되는 반입출 포트와,
    상기 반입출 포트 상의 반송 용기에 대하여 상압 분위기 하에서 기판의 전달을 행하는 상압 반송 기구가 배치된 상압 반송실과,
    측면 쪽으로부터, 상기 처리 용기가 복수 접속됨과 아울러, 상압 분위기와 진공 분위기를 전환하는 로드록 모듈을 거쳐서 상기 상압 반송실에 접속되고, 상기 처리 용기 및 로드록 모듈과의 사이에서 진공 분위기 하에서 기판의 전달을 행하는 진공 반송 기구가 배치된 진공 반송실과,
    상기 복수의 처리 용기의 위쪽에 각각 마련되고, 상기 반응 가스 공급원을 포함하는, 상기 처리 용기에 공급되는 가스의 공급원이 배치된 가스 박스
    를 구비하고,
    상기 가스 박스에는, 진공 반송실 쪽으로부터 상기 원료 가스 공급원에 액세스하기 위한 액세스 면이 마련된
    청구항 5에 기재된 기판 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 박스에는, 상기 원료 가스 공급원에, 원료 가스와 함께 처리 용기에 공급되는 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급원이 배치된 기판 처리 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 처리는, 진공 분위기에서 기판에 대하여, 상기 원료 가스와, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성하는 반응 가스를 교대로 반복 공급하여 반응 생성물의 막을 성막하는 처리이고, 상기 가스 박스에는, 상기 처리 용기로 향해서, 상기 반응 가스 또는 원료 가스와 치환되는 치환 가스를 공급하기 위한 치환 가스 공급원이 배치된 기판 처리 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 진공 반송실은, 상면 쪽으로부터 볼 때 서로 대향하는 측면을 구비하고, 상기 복수의 처리 용기는, 각 측면을 따라 복수 대씩 나란히 하여 설치된 기판 처리 시스템.
  10. 기판에 막의 원료를 포함하는 원료 가스를 공급하여 기판 처리를 행하는 기판 처리 방법에 있어서,
    처리 용기 내에 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 원료 가스 공급원으로부터 버퍼 탱크에 원료 가스를 받아들여 일시적으로 저류하는 공정과,
    급단 밸브를 이용하여, 상기 버퍼 탱크에 저류된 원료 가스를 상기 처리 용기에 공급하는 공정
    을 포함하고,
    상기 처리 용기의 위쪽에, 상기 급단 밸브가 배치된 밸브 배치부, 버퍼 탱크 및 원료 가스 공급원이, 아래쪽으로부터 이 순서로 마련된
    기판 처리 방법.
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