KR20150123130A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 수행하는 경우에서 기판에 대한 프로세스 처리를 적절하게 수행하는 것을 가능하게 한다.
기판이 재치되는 기판 재치대; 기판 재치대의 상방측으로부터 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 처리 가스 공급부의 측방에서 기판 재치대의 상방측으로부터 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및 처리 가스 공급부와 불활성 가스 공급부 사이에서 기판의 면상에 공급된 가스를 기판의 상방측에 배기하는 복수의 가스 배기부;를 구비하여 기판 처리 장치를 구성한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 공정에서는 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 프로세스 처리를 수행하는 기판 처리 장치가 이용된다. 기판 처리 장치가 수행하는 프로세스 처리로서는 예컨대 복수의 처리 가스를 교호(交互)적으로 공급하여 수행하는 사이클릭 처리가 있다. 이 사이클릭 처리에서는 처리 대상이 되는 기판에 대하여 예컨대 원료 가스 공급 공정, 퍼지 공정, 반응 가스 공급 공정, 퍼지 공정을 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수(n사이클) 반복하는 것에 의해 기판 상으로의 막 형성을 수행한다.
이와 같은 프로세스 처리를 수행하는 기판 처리 장치로서는 기판을 1매씩 처리하는 매엽식(枚葉式)이 알려져 있다. 매엽식의 기판 처리 장치에는 예컨대 처리 대상이 되는 기판에 대하여 그 상방(上方)측으로부터 기판의 면상(面上)에 각종 가스(예컨대 원료 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스)를 공급하는 것과 함께, 기판의 면상에 공급된 각종 가스를 기판의 상방측에 배기하도록 구성된 것이 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조).
1. 일본 특개 2011-222960호 공보 2. 미국 특허출원공개 제2012/0225191호 명세서
기판 상방측으로부터 가스 공급 및 가스 배기를 수행하도록 구성된 기판 처리 장치에서는 예컨대 원료 가스와 반응 가스가 기상(氣相) 반응을 일으키면 기판 상에서 원하는 프로세스 처리를 실현하지 못한다. 또한 예컨대 원료 가스 또는 반응 가스와 퍼지 가스(불활성 가스)가 혼합되면, 원료 가스 또는 반응 가스의 희석화를 초래한다. 그렇기 때문에 이와 같은 기판 처리 장치에서는 각종 가스를 혼재시키지 않고 분리시킨 상태에서 기판의 면상에 공급할 수 있도록 하는 것이 적절한 프로세스 처리를 실현하는 데 있어서 중요해진다.
본 발명은 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 수행하는 경우에서 기판에 대한 프로세스 처리를 적절하게 수행하는 것을 가능하게 하는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판이 재치되는 기판 재치대;
상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 처리 가스 공급부의 측방(側方)에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 복수의 가스 배기부;
를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판이 재치되는 기판 재치대;
상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 처리 가스 공급부의 측방에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 가스 배기부;
를 구비하고,
상기 처리 가스 공급부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정;
상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정;
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 공정; 및
상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 공정;
을 병행하여 수행하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 순서;
상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 순서;
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 순서; 및
상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 순서;
를 병행하여 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 격납된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 각종 가스의 상방 공급/상방 배기를 수행하는 경우에서 기판에 대한 프로세스 처리를 적절하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부(要部)의 개략 구성예를 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 도면이며, 도 1의 A-A단면을 도시하는 측단면도(側斷面圖).
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트.
도 4는 도 3에서의 성막 공정에서 수행하는 상대 위치 이동 처리 동작의 상세를 도시하는 플로우 차트.
도 5는 도 3에서의 성막 공정에서 수행하는 가스 공급 배기 처리 동작의 상세를 도시하는 플로우 차트.
도 6은 본 발명의 비교예가 되는 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에서 카트리지 내의 압력이 카트리지 외의 압력보다 높은 경우의 불활성 가스 유량 및 웨이퍼-카트리지 사이의 극간(隙間)과, 불활성 가스에 의한 씰링 특성[seal性]의 관계에 대하여 해석한 결과를 도시하는 설명도.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에서 카트리지 내의 압력이 카트리지 외의 압력보다 높은 경우의 불활성 가스 유량 및 웨이퍼-카트리지 사이의 극간과, 불활성 가스에 의한 씰링 특성의 관계에 대하여 해석한 결과를 도시하는 설명도.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성예를 도시하는 개념도.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 변형예의 상세 구성을 도시하는 측단면도.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성의 일 예를 도시하는 개념도.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성의 다른 예를 도시하는 개념도.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
(1) 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성
제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 처리 대상이 되는 기판에 대하여 1매씩 처리를 수행하는 매엽식의 기판 처리 장치로서 구성된다. 처리 대상이 되는 기판으로서는 예컨대 반도체 장치(반도체 디바이스)가 제작되는 반도체 웨이퍼 기판(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 부른다)을 들 수 있다. 이와 같은 기판에 대하여 수행하는 처리로서는 에칭, 애싱, 성막 처리 등을 들 수 있지만, 제1 실시 형태에서는 특히 성막 처리를 수행한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성예를 도시하는 개념도다.
〔처리 용기〕
제1 실시 형태에서 설명하는 기판 처리 장치(100)는 도시되지 않는 처리 용기를 구비한다. 처리 용기는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기의 측면에는 도시되지 않는 기판 반입 출구가 설치되고, 그 기판 반입 출구를 개재하여 웨이퍼(200)가 반송된다. 또한 처리 용기에는 도시되지 않는 진공 펌프나 압력 제어기 등의 가스 배기계가 접속되고, 그 가스 배기계를 이용하여 처리 용기 내를 소정 압력으로 조정할 수 있도록 이루어진다.
〔기판 재치대〕
처리 용기의 내부에는 웨이퍼(200)가 재치되는 기판 재치대(210)가 설치된다. 기판 재치대(210)는 예컨대 원판 형상으로 형성되고, 그 상면(기판 재치면)에 복수 매의 웨이퍼(200)가 원주 방향으로 균등한 간격으로 재치되도록 구성된다. 또한 기판 재치대(210)는 가열원(源)으로서 도시되지 않는 히터를 내포하고, 그 히터를 이용하여 웨이퍼(200)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있도록 이루어진다. 또한 도면예에서는 5매의 웨이퍼(200)가 재치되도록 구성된 경우를 도시하지만 이에 한정되지 않고, 재치 매수는 적절히 설정된 것이라면 좋다. 예컨대 재치 매수가 많으면 처리 스루풋의 향상을 기대할 수 있고, 재치 매수가 적으면 기판 재치대(210)의 대형화를 억제할 수 있다. 기판 재치대(210)에서의 기판 재치면은 웨이퍼(200)와 직접 접촉하기 때문에 예컨대 석영이나 알루미나 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
〔카트리지 헤드〕
기판 재치대(210)의 상방측에는 기판 재치대(210) 상의 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급 기구로서의 카트리지 헤드(230)가 설치된다. 카트리지 헤드(230)는 기판 재치대(210)의 중심 위치 근방에 배치된 중앙 지지부(230a)와, 그 중앙 지지부(230a)로부터 기판 재치대(210)의 외주측을 향하여 방사상으로 연장하는 복수의 카트리지부(230b, 230c)를 구비하여 구성된다. 각 카트리지부(230b, 230c)는 기판 재치대(210) 상의 웨이퍼(200)의 외주단(外周端)을 넘어 그 외주측까지 한층 더 연장한다.
각 카트리지부(230b, 230c)는 상세를 후술하는 바와 같이 처리 가스 공급부(232), 불활성 가스 공급부(234) 및 가스 배기부(236a, 236b)를 포함하여 구성된다. 그리고 주로 처리 가스 공급부(232)가 웨이퍼(200)의 면상에 처리 가스를 공급하는 것에 의해 각 카트리지부(230b, 230c)가 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급 기구로서 기능하도록 이루어진다. 또한 제1 실시 형태에서 각 카트리지부(230b, 230c) 중 일부의 카트리지부(230b)와 그 외의 카트리지부(230c)는 각각에서의 처리 가스 공급부(232)가 다른 종류의 처리 가스(예컨대 원료 가스와 반응 가스)를 공급한다.
각 카트리지부(230b, 230c)의 설치 수는 도면예에서는 중앙 지지부(230a)를 중심으로 한 원주 방향으로 균등하게 총 4개가 설치되는 경우를 도시하지만 이에 한정되지 않고, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 가스종의 수나 처리 스루풋 등을 고려하여 적절히 설정된 것이라면 좋다. 예컨대 처리 가스로서 원료 가스와 반응 가스를 공급하는 경우라면 총수로 적어도 2개의 카트리지부(230b, 230c)가 설치되면 좋고, 처리 스루풋의 향상을 도모하기 위해서는 설치 총수가 많은 것이 바람직하다.
또한 제1 실시 형태에서 각 카트리지부(230b, 230c)는 중앙 지지부(230a)로부터 기판 재치대(210)의 외주측을 향하여 띠 형상으로 연장하도록 구성된다. 즉 각 카트리지부(230b, 230c)는 기판 재치대(210)의 외주측을 향하여 길이 방향이 배치된 대략 직사각형 형상[矩形狀]의 평면 형상을 가진다. 단, 각 카트리지부(230b, 230c)의 평면 형상은 반드시 대략 직사각형 형상일 필요는 없다. 예컨대 후술하는 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)의 상대 이동 시의 내외주의 주속(周速) 차이와 가스 공급량의 관계를 고려하여 외주측을 향하여 확산되는 부채 형상으로 해도 좋다. 어느 평면 형상의 경우에도 각 카트리지부(230b, 230c)의 길이 방향 사이즈는 웨이퍼(200)의 최대 지름보다 크게 형성되도록 한다.
또한 각 카트리지부(230b, 230c) 중의 카트리지부(230c)에는 도시하지 않는 정합기 및 고주파 전원이 접속되어도 좋다. 그 경우, 고주파 전원, 정합기로 임피던스를 조정하는 것에 의해 카트리지부(230c)의 하방측(下方側) 공간에 플라즈마가 생성된다.
〔이동 기구〕
이상과 같이 구성된 카트리지 헤드(230)는 기판 재치대(210)의 중심 위치[즉 중앙 지지부(230a)의 중심 위치, 바꾸어 말하면 방사상으로 배치된 카트리지 헤드(230)의 중심]를 회전축으로 하여 도시되지 않는 이동 기구에 의해 회전 구동(驅動)된다. 즉 이동 기구에 의해 회전 구동되는 것에 의해 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 기판 재치대(210)에 재치된 각 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과한다. 이와 같이 하여 이동 기구는 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 회전 방향으로 이동시킨다.
카트리지 헤드(230)를 회전 구동하는 이동 기구는 예컨대 중앙 지지부(230a)를 회전 가능하도록 지지하는 회전 축 베어링이나 전동 모터로 대표되는 구동원 등을 구비하여 구성할 수 있다.
또한 이동 기구는 제1 실시 형태에서는 카트리지 헤드(230)를 회전 구동하는 경우를 예로 들었지만, 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 이동시키는 것이라면 기판 재치대(210)를 회전 구동하는 것이어도 좋다. 카트리지 헤드(230)를 회전 구동하면, 기판 재치대(210)를 회전 구동하는 경우에 비해 웨이퍼(200)에 작용하는 관성 모멘트를 억제할 수 있어 회전 속도를 크게 할 수 있다. 또한 기판 재치대(210)를 회전 구동하면, 카트리지 헤드(230)를 회전 구동하는 경우와는 달리 후술하는 가스 배관 등의 구성 복잡화를 억제할 수 있다.
〔카트리지부〕
여기서 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 도면이며, 도 1의 A-A단면을 도시하는 측단면도다. 또한 여기서는 A-A단면을 이용하여 카트리지 구성을 설명하지만, 각 카트리지부(230b, 230c) 모두 같은 구성을 가진다.
각 카트리지부(230b, 230c)는 처리 가스 공급부(232)를 포함한다. 처리 가스 공급부(232)는 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 처리 가스를 공급하기 위한 것이며, 카트리지 기체(231)(基體)에 관통공인 처리 가스 공급공(233)이 설치되어 구성된다. 카트리지 기체(231)는 웨이퍼(200)의 금속 오염을 방지하기 위해서 비금속 재료에 의해 형성하는 것을 고려할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 처리 가스의 플라즈마 여기(勵起)에 대응하기 위해서 전기 전도성이 있는 금속으로도 형성하는 것을 고려할 수도 있다. 처리 가스 공급부(232)가 공급하는 처리 가스는 상세를 후술하는 바와 같이 원료 가스 또는 반응 가스 중 어느 하나다.
또한 각 카트리지부(230b, 230c)는 처리 가스 공급부(232)의 양측방(兩側方)에 배치된 불활성 가스 공급부(234)를 포함한다. 불활성 가스 공급부(234)는 처리 가스 공급부(232)의 양방측에서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 불활성 가스를 공급하기 위한 것이며, 카트리지 기체(231)에 관통공인 불활성 가스 공급공(235)이 설치되어 구성된다. 불활성 가스 공급부(234)가 공급하는 불활성 가스에 대해서는 상세를 후술한다.
또한 각 카트리지부(230b, 230c)는 처리 가스 공급부(232)와 그 양방측의 불활성 가스 공급부(234) 각각의 사이에 배치된 가스 배기부(236a, 236b)를 포함한다. 가스 배기부(236a, 236b)는 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 사이에 복수 배치되고, 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 사이에서 불활성 가스 공급부(234)보다 처리 가스 공급부(232)에 근접하여 배치되어 주로 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스를 배기하는 처리 가스 배기부(236a)(제1 가스 배기부)와, 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 사이에서 처리 가스 공급부(232)보다 불활성 가스 공급부(234)에 근접하여 배치되어 주로 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스를 배기하는 불활성 가스 배기부(236b))(제2 가스 배기부)를 포함한다.
처리 가스 배기부(236a)는 처리 가스 공급부(232)를 개재하도록 그 양측방에 배치되고, 카트리지 기체(231)에 관통공인 처리 가스 배기공(237a)이 설치되어 구성된다.
불활성 가스 배기부(236b)는 처리 가스 배기부(236a)보다 카트리지 외방측(外方側)에서 각 불활성 가스 공급부(234)의 각각에 대응하도록 배치되고, 카트리지 기체(231)에 관통공인 불활성 가스 배기공(237b)이 설치되어 구성된다.
또한 도 2는 각 카트리지부(230b, 230c)의 평면시(平面視) 단변[短手] 방향에서의 측단면을 도시한다. 그렇기 때문에 도면예에서는 불활성 가스 공급부(234), 처리 가스 배기부(236a) 및 불활성 가스 배기부(236b)의 각각이 처리 가스 공급부(232)를 개재하도록 그 양측방에 배치되지만, 이들은 적어도 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 배치되면 그 처리 가스 공급부(232)의 주위를 둘러싸도록[즉 평면시한 경우에 처리 가스 공급부(232)를 둘러싸는 사방측(四方側)에] 배치되어도 좋다.
〔처리 가스 공급계〕
처리 가스 공급부(232)의 처리 가스 공급공(233)에는 처리 가스 공급관(241)이 접속된다. 처리 가스 공급관(241)에는 상류 방향부터 순서대로 처리 가스 공급원(242), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(243)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(244)가 설치된다.
주로 처리 가스 공급관(241), MFC(243), 밸브(244)에 의해 처리 가스 공급계가 구성된다. 또한 처리 가스 공급계는 처리 가스 공급원(242)을 포함시켜서 생각해도 좋다.
이와 같은 구성에 의해 처리 가스 공급계는 처리 가스 공급부(232)의 처리 가스 공급공(233)을 통해서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 처리 가스를 공급한다. 처리 가스 공급계가 공급하는 처리 가스는 카트리지부(230b)에서는 원료 가스이며, 카트리지부(230c)에서는 반응 가스다.
원료 가스는 처리 가스 중 하나이며, 예컨대 Ti(티타늄) 원소를 포함하는 금속 액체 원료인 TiCl4(Titanium Tetrachloride)을 기화시켜서 얻어지는 원료 가스(즉 TiCl4가스)이다. 또한 원료 가스는 상온 상압에서 고체, 액체 또는 기체 중 어느 것이어도 좋다. 원료 가스가 상온 상압에서 액체인 경우에는 처리 가스 공급원(242)과 MFC(243) 사이에 도시되지 않는 기화기를 설치하면 좋다. 여기서는 기체로서 설명한다.
반응 가스는 처리 가스의 다른 하나이며, 예컨대 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
또한 처리 가스 공급계에서의 처리 가스 공급관(241)에는 원료 가스의 캐리어 가스, 또는 반응 가스의 캐리어 가스, 또는 희석 가스로서 작용하는 불활성 가스를 공급하기 위한 도시되지 않는 가스 공급계가 접속되어도 좋다. 캐리어 가스 등으로서 작용하는 불활성 가스는 구체적으로는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
〔불활성 가스 공급계〕
불활성 가스 공급부(234)의 불활성 가스 공급공(235)에는 불활성 가스 공급관(251)이 접속된다. 불활성 가스 공급관(251)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(252), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(253)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(254)가 설치된다.
주로 불활성 가스 공급관(251), MFC(253), 밸브(254)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급원(252)을 포함시켜서 생각해도 좋다.
이와 같은 구성에 의해 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급부(234)의 불활성 가스 공급공(235)을 통해서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 불활성 가스를 공급한다.
불활성 가스는 웨이퍼(200)의 상면과 카트리지 기체(231)의 하면 사이의 공간을 봉지하는 에어 씰로서 작용한다. 구체적으로는 예컨대 N2가스를 이용할 수 있다. 또한 N2가스 외에 예컨대 He가스, Ne가스, Ar가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
〔처리 가스 배기계〕
처리 가스 배기부(236a)의 처리 가스 배기공(237a)에는 처리 가스 배기관(261)이 접속된다. 처리 가스 배기관(261)에는 밸브(262)가 설치된다. 또한 처리 가스 배기관(261)에서 밸브(262)의 하류측에는 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간을 소정 압력으로 제어하는 압력 제어기(263)가 설치된다. 또한 처리 가스 배기관(261)에서 압력 제어기(263)의 하류측에는 진공 펌프(264)가 설치된다.
주로 처리 가스 배기관(261), 밸브(262), 압력 제어기(263), 진공 펌프(264)에 의해 처리 가스 배기계가 구성된다.
이와 같은 구성에 의해 처리 가스 배기계는 처리 가스 배기부(236a)의 처리 가스 배기공(237a)을 통해서 처리 가스 공급부(232)에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 처리 가스를 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다.
〔불활성 가스 배기계〕
불활성 가스 배기부(236b)의 불활성 가스 배기공(237b)에는 불활성 가스 배기관(271)이 접속된다. 불활성 가스 배기관(271)에는 밸브(272)가 설치된다. 또한 불활성 가스 배기관(271)에서 밸브(272)의 하류측에는 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간을 소정 압력으로 제어하는 압력 제어기(273)가 설치된다. 또한 불활성 가스 배기관(271)에서 압력 제어기(273)의 하류측에는 진공 펌프(274)가 설치된다.
주로 불활성 가스 배기관(271), 밸브(272), 압력 제어기(273), 진공 펌프(274)에 의해 불활성 가스 배기계가 구성된다.
이와 같은 구성에 의해 불활성 가스 배기계는 불활성 가스 배기부(236b)의 불활성 가스 배기공(237b)을 통해서 불활성 가스 공급부(234)에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 불활성 가스를 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다.
〔컨트롤러〕
또한 도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다. 컨트롤러(280)는 연산부(281) 및 기억부(282)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(280)는 전술한 각 구성으로 접속되고, 상기 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(282)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 구체적으로는 컨트롤러(280)는 이동 기구, 히터, 고주파 전원, 정합기, MFC(243, 253), 밸브(244 내지 272), 진공 펌프(264, 274) 등의 동작을 제어한다.
또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(283)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光)디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 외부 기억 장치(283)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다.
또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(283)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(283)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(282)나 외부 기억 장치(283)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억부(282) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 기판 처리 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
여기서는 원료 가스(제1 처리 가스)로서 TiCl4을 기화시켜서 얻어지는 TiCl4가스를 이용하고, 반응 가스(제2 처리 가스)로서 NH3가스를 이용하고, 이들을 교호적으로 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 금속 박막으로서 TiN막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 플로우 차트다.
〔기판 반입 공정(S101)〕
기판 처리 장치(100)에서는 우선, 기판 반입 공정(S101)으로서 처리 용기의 기판 반입 출구를 열고 도시되지 않는 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리 용기 내에 복수 매(예컨대 5매)의 웨이퍼(200)를 반입하고, 기판 재치대(210) 상에 배열하여 재치한다. 그리고 웨이퍼 이재기를 처리 용기 외로 퇴피시키고, 기판 반입 반출구를 닫고 처리 용기 내를 밀폐한다.
〔압력 온도 조정 공정(S102)〕
기판 반입 공정(S101) 다음에는 압력 온도 조정 공정(S102)을 수행한다. 압력 온도 조정 공정(S102)에서는 기판 반입 공정(S101)에서 처리 용기 내를 밀폐한 후에 처리 용기에 접속되는 가스 배기계를 작동시켜서 처리 용기 내가 소정 압력이 되도록 제어한다. 소정 압력은 후술하는 성막 공정(S103)에서 TiN막을 형성 가능한 처리 압력이며, 예컨대 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 원료 가스가 자기분해(自己分解)하지 않을 정도의 처리 압력이다. 구체적으로는 처리 압력은 50Pa 내지 5,000Pa로 할 수 있다. 이 처리 압력은 후술하는 성막 공정(S103)에서도 유지된다.
또한 압력 온도 조정 공정(S102)에서는 기판 재치대(210)의 내부에 매립된 히터에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정 온도가 되도록 제어한다. 이 때 히터의 온도는 도시되지 않는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다. 소정 온도는 후술하는 성막 공정(S103)에서 TiN막을 형성 가능한 처리 온도이며, 예컨대 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 원료 가스가 자기분해하지 않을 정도의 처리 온도다. 구체적으로는 처리 온도는 실온 이상 500℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 400℃ 이하로 할 수 있다. 이 처리 온도는 후술하는 성막 공정(S103)에서도 유지된다.
〔성막 공정(S103)〕
압력 온도 조정 공정(S102) 다음에는 성막 공정(S103)을 수행한다. 성막 공정(S103)에서 수행하는 처리 동작으로서는 대별하면 상대 위치 이동 처리 동작과, 가스 공급 배기 처리 동작이 있다.
〔상대 위치 이동 처리 동작〕
여기서 우선, 상대 위치 이동 처리 동작에 대하여 설명한다. 도 4는 도 3에서의 성막 공정에서 수행하는 상대 위치 이동 처리 동작의 상세를 도시하는 플로우 차트다.
기판 처리 장치(100)에서는 우선, 이동 기구에 의해 카트리지 헤드(230)를 회전 구동하는 것에 의해 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치 이동을 시작한다(S201). 이에 의해 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 기판 재치대(210)에 재치된 각 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과한다.
또한 기판 처리 장치(100)에서는, 상세를 후술하는 가스 공급 배기 처리 동작을 시작한다. 이에 의해 카트리지 헤드(230)에서의 카트리지부(230b)로부터는 원료 가스(TiCl4가스)가 공급되고, 카트리지 헤드(230)에서의 카트리지부(230c)로부터는 반응 가스(NH3가스)가 공급된다. 이하, 원료 가스를 공급하는 카트리지부(230b)를 「원료 가스용 카트리지부」라고 부르고, 반응 가스를 공급하는 카트리지부(230c)를 「반응 가스용 카트리지부」라고 부른다.
여기서 하나의 웨이퍼(200)에 착안하면, 이동 기구가 상대 위치 이동을 시작하는 것에 의해, 우선 원료 가스용 카트리지부(230b)가 그 웨이퍼(200)의 면상을 통과한다(S202). 이 때 원료 가스용 카트리지부(230b)로부터는 웨이퍼(200)의 면상에 대하여 원료 가스(TiCl4가스)가 공급된다. 또한 웨이퍼(200)의 면상의 공간은 원료 가스가 자기분해하지 않을 정도의 처리 압력, 처리 온도로 조정된다. 그렇기 때문에 웨이퍼(200)의 면상에는 원료 가스의 가스 분자가 흡착한다. 또한 웨이퍼(200)의 면상에 대한 원료 가스용 카트리지부(230b)의 통과 시간, 즉 원료 가스의 공급 시간은 예컨대 0.1초 내지 20초가 되도록 조정된다.
원료 가스용 카트리지부(230b)가 통과하면, 그 후는 계속해서 반응 가스용 카트리지부(230c)가 웨이퍼(200)의 면상을 통과한다(S203). 이 때 반응 가스용 카트리지부(230c)로부터는 웨이퍼(200)의 면상에 대하여 반응 가스(NH3가스)가 공급된다. 또한 반응 가스용 카트리지부(230c)의 하방측 공간에는 도시하지 않는 정합기 및 고주파 전원을 이용하여 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 상태의 반응 가스는 반응 가스용 카트리지부(230c)의 통과에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 균일하게 공급되어 웨이퍼(200) 상에 흡착한 원료 가스의 가스 분자와 반응하고, 웨이퍼(200) 상에 1원자층 미만(1Å 미만) 정도의 TiN막을 생성한다. 또한 웨이퍼(200)의 면상에 대한 반응 가스용 카트리지부(230c)의 통과 시간, 즉 반응 가스의 공급 시간은 예컨대 0.1초 내지 20초가 되도록 조정된다.
이상과 같은 원료 가스용 카트리지부(230b)의 통과 동작 및 반응 가스용 카트리지부(230c)의 통과 동작을 1사이클로 하고, 컨트롤러(280)는 이 사이클을 소정 횟수(n사이클) 실시하였는지에 대한 여부를 판정한다(S204). 이 사이클을 소정 횟수 실시하면, 웨이퍼(200) 상에는 소망 막 두께의 질화티타늄(TiN)막이 형성된다. 즉 성막 공정(S103)에서는 상대 위치 이동 처리 동작을 수행하는 것에 의해 다른 처리 가스를 교호적으로 공급하는 공정을 반복하는 사이클릭 처리 동작을 수행한다. 또한 성막 공정(S103)에서는 기판 재치대(210)에 재치된 각 웨이퍼(200)에 사이클릭 처리 동작을 수행하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 대하여 동시 병행적으로 TiN막을 형성한다.
그리고 소정 횟수의 사이클릭 처리 동작을 종료하면, 이동 기구는 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치 이동을 정지한다(S205). 이에 의해 상대 위치 이동 처리 동작이 종료된다. 또한 소정 횟수의 사이클릭 처리 동작을 종료하면, 가스 공급 배기 처리 동작에 대해서도 종료한다.
〔가스 공급 배기 처리 동작〕
다음으로 성막 공정(S103)에서의 가스 공급 배기 처리 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 도 3에서의 성막 공정에서 수행하는 가스 공급 배기 처리 동작의 상세를 도시하는 플로우 차트다. 가스 공급 배기 처리 동작으로서는 원료 가스용 카트리지부(230b)를 이용하여 수행하는 처리 동작(S301 내지 S304, S305 내지 S308)과, 반응 가스용 카트리지부(230c)를 이용하여 수행하는 처리 동작(S401 내지 S404, S405 내지 S408)이 있다.
원료 가스용 카트리지부(230b)를 이용한 가스 공급 배기 처리 동작에서는 우선, 불활성 가스 공급 공정(S301)과 불활성 가스 배기 공정(S302)을 시작한다.
불활성 가스 공급 공정(S301)에서는 원료 가스용 카트리지부(230b)에 접속하는 불활성 가스 공급계의 밸브(254)를 열림 상태로 하는 것과 함께, 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(253)을 조정하는 것에 의해 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 불활성 가스 공급공(235)을 통해서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 불활성 가스(N2가스)를 공급한다. 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm이다.
불활성 가스 배기 공정(S302)에서는 원료 가스용 카트리지부(230b)에 접속하는 불활성 가스 배기계의 진공 펌프(274)를 작동시키면서 밸브(272)를 열림 상태로 하여, 주로 불활성 가스 공급부(234)에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 불활성 가스를 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 불활성 가스 배기공(237b)을 통해서 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 이 때 불활성 가스 배기계의 압력 제어기(273)에 의해 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력이 소정 압력이 되도록 제어된다. 소정 압력은 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력보다 고압인 것이 바람직하다.
이와 같은 불활성 가스 공급 공정(S301) 및 불활성 가스 배기 공정(S302)을 수행하는 것에 의해 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간에는 불활성 가스에 의한 에어 씰이 형성된다. 또한 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 불활성 가스 공급부(234)는 그 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 배치된다. 그렇기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간은 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스의 에어 씰에 의해 봉지된다.
또한 원료 가스용 카트리지부(230b)에 대한 가스 공급 배기 처리 동작에서는 원료 가스 공급 공정(S303)과 원료 가스 배기 공정(S304)을 시작한다.
원료 가스 공급 공정(S303) 시에는 원료(TiCl4)를 기화시켜서 원료 가스(즉 TiCl4가스)를 미리 생성(예비 기화)시킨다. 원료 가스의 예비 기화는 전술한 기판 반입 공정(S101)이나 압력 온도 조정 공정(S102) 등과 병행하여 수행해도 좋다. 원료 가스를 안정적으로 생성시키기 위해서는 소정의 시간이 필요하기 때문이다.
그리고 원료 가스를 생성하면, 원료 가스용 카트리지부(230b)에 접속하는 처리 가스 공급계의 밸브(244)를 열림 상태로 하는 것과 함께 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(243)를 조정하는 것에 의해, 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 처리 가스 공급공(233)을 통해서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 원료 가스(TiCl4가스)를 공급한다. 원료 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 3,000sccm이다.
이 때 원료 가스의 캐리어 가스로서 불활성 가스(N2가스)를 공급해도 좋다. 그 경우의 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 5,000sccm이다.
원료 가스 배기 공정(S304)에서는 원료 가스용 카트리지부(230b)에 접속되는 처리 가스 배기계의 진공 펌프(264)를 작동시키면서 밸브(262)를 열림 상태로 하여, 주로 처리 가스 공급부(232)에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 원료 가스를 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 처리 가스 배기공(237a)을 통해서 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 이 때 처리 가스 배기계의 압력 제어기(263)에 의해 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력이 소정 압력이 되도록 제어된다. 소정 압력은 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력보다 저압인 것이 바람직하다.
이와 같은 원료 가스 공급 공정(S303) 및 원료 가스 배기 공정(S304)을 수행하는 것에 의해 원료 가스용 카트리지부(230b)에서의 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에는 원료 가스가 공급되어 체류한다. 또한 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 양측방에는 불활성 가스 공급부(234)에 의한 불활성 가스의 에어 씰이 형성된다. 그렇기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 원료 가스가 체류해도 그 원료 가스가 원료 가스용 카트리지부(230b)의 하방 공간으로부터 외방으로 누출되는 것을 억제할 수 있다.
전술한 각 공정(S301 내지 S304)은 성막 공정(S103) 동안 병행하여 수행한다. 단, 그 시작 타이밍은 불활성 가스에 의한 씰링 특성 향상을 위해서 전술한 순서로 수행할 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 각 공정(S301 내지 S304)을 동시에 시작해도 좋다.
한편, 반응 가스용 카트리지부(230c)를 이용하여 수행하는 가스 공급 배기 처리 동작에서도 우선, 불활성 가스 공급 공정(S401)과 불활성 가스 배기 공정(S402)을 시작한다. 이들의 각 공정(S401, S402)은 이미 설명한 불활성 가스 공급 공정(S301) 및 불활성 가스 배기 공정(S302)과 마찬가지로 수행하면 좋기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.
또한 반응 가스용 카트리지부(230c)를 이용하여 수행하는 가스 공급 배기 처리 동작에서는 반응 가스 공급 공정(S403)과 반응 가스 배기 공정(S404)을 시작한다.
반응 가스 공급 공정(S403)에서는 반응 가스용 카트리지부(230c)에 접속하는 처리 가스 공급계의 밸브(244)를 열림 상태로 하는 것과 함께 유량이 소정 유량이 되도록 MFC(243)를 조정하는 것에 의해, 반응 가스용 카트리지부(230c)에서의 처리 가스 공급공(233)을 통해서 기판 재치대(210)의 상방측으로부터 웨이퍼(200)의 면상에 반응 가스(NH3가스)를 공급한다. 원료 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 10,000sccm이다.
이 때 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 불활성 가스(N2가스)를 공급해도 좋다. 그 경우의 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 5,000sccm이다.
반응 가스 배기 공정(S404)에서는 반응 가스용 카트리지부(230c)에 접속하는 처리 가스 배기계의 진공 펌프(264)를 작동시키면서 밸브(262)를 열림 상태로 하고, 처리 가스 공급부(232)에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 반응 가스를 반응 가스용 카트리지부(230c)에서의 처리 가스 배기공(237a)을 통해서 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 이 때 처리 가스 배기계의 압력 제어기(263)에 의해 반응 가스용 카트리지부(230c)에서의 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력이 소정 압력이 되도록 제어된다. 소정 압력은 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력보다 저압인 것이 바람직하다.
이와 같은 반응 가스 공급 공정(S403) 및 반응 가스 배기 공정(S404)을 수행하는 것에 의해 반응 가스용 카트리지부(230c)에서의 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에는 반응 가스가 공급되어 체류한다. 또한 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 양측방에는 불활성 가스 공급부(234)에 의한 불활성 가스의 에어 씰이 형성된다. 그렇기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 반응 가스가 체류해도 그 반응 가스가 반응 가스용 카트리지부(230c)의 하방 공간으로부터 외방으로 누출되는 것을 억제할 수 있다.
전술한 각 공정(S401 내지 S404)은 성막 공정(S103) 동안 병행하여 수행한다. 단, 그 시작 타이밍은 불활성 가스에 의한 씰링 특성 향상을 위해서 전술한 순서로 수행할 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 각 공정(S401 내지 S404)을 동시에 시작해도 좋다. 또한 이는 원료 가스용 카트리지부(230b)에 대한 가스 공급 배기 처리 동작의 각 공정(S301 내지 S304)과의 관계에서도 마찬가지이다. 즉 성막 공정(S103) 동안 병행하여 수행하면, 원료 가스용 카트리지부(230b)에 대하여 수행하는 각 공정(S301 내지 S304)과, 반응 가스용 카트리지부(230c)에 대하여 수행하는 각 공정(S401 내지 S404)을 각각 다른 타이밍으로 시작해도 좋고, 동시에 시작해도 좋다.
가스 공급 배기 처리 동작을 종료할 때에는 원료 가스용 카트리지부(230b)에 대해서는 원료 가스 공급 공정(S305)과 원료 가스 배기 공정(S306)을 종료하고, 이어서 불활성 가스 공급 공정(S307)과 불활성 가스 배기 공정(S308)을 종료한다. 또한 반응 가스용 카트리지부(230c)에 대해서는 반응 가스 공급 공정(S405)이라고 반응 가스 배기 공정(S406)을 종료하고, 이어서 불활성 가스 공급 공정(S407)과 불활성 가스 배기 공정(S408)을 종료한다. 단, 이들의 각 공정(S305 내지 S308, S405 내지 S408)의 종료 타이밍에 대해서도 전술한 시작 타이밍과 마찬가지이며 각각을 다른 타이밍으로 종료해도 좋고, 동시에 종료해도 좋다.
〔가스 공급 배기 처리 동작에서의 가스의 흐름〕
다음으로 전술한 각 공정(S301 내지 S304, S401 내지 S404)을 병행하여 수행한 경우의 원료 가스용 카트리지부(230b) 또는 반응 가스용 카트리지부(230c)의 하방 공간에서의 가스의 흐름에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
여기서는 우선, 제1 실시 형태의 비교예에 대하여 간단히 설명한다. 도 6은 비교예가 되는 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도다. 비교예의 구성에서는 처리 가스 공급부(232)와 그 양측방의 불활성 가스 공급부(234)의 각각의 사이에 복수가 아닌 단수의 가스 배기부(236)가 배치된다. 그리고 그 가스 배기부(236)에서의 가스 배기공(237)을 통해서 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스와 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스의 양방을 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 또한 구체적으로는 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스는 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간에 에어 씰을 형성하면서 잉여분이 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 배기되는 것과 함께 가스 배기부(236)에 의해 웨이퍼(200)의 상방측에 배기된다. 또한 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)는 불활성 가스의 에어 씰에 의해 봉지된 상태에서 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 체류하고, 잉여분이 가스 배기부(236)에 의해 웨이퍼(200)의 상방측에 배기된다. 즉 처리 가스의 배기 및 불활성 가스의 배기를 위해서 같은 가스 배기부(236)가 공용된다.
단, 이와 같은 구성에서는 가스 배기부(236)가 단수이며 처리 가스의 배기 및 불활성 가스의 배기를 위해서 같은 가스 배기부(236)가 공용되기 때문에, 웨이퍼(200)에 대한 성막 처리를 적절하게 수행하지 못하는 우려가 있다. 구체적으로는 예컨대 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력이 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력보다 고압이면, 불활성 가스에 의한 에어 씰이 기능하지 않아 처리 가스가 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 누출될 수 있다. 이 경우에는 웨이퍼(200)의 면상에서 원료 가스와 반응 가스가 혼재하여 원하지 않는 반응 생성물 등이 형성될 가능성이 있어, 결과적으로 성막 처리를 적절하게 수행하지 못하게 된다. 또한 예컨대 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력을 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력보다 더 고압으로 하면, 불활성 가스가 가스 배기부(236)를 넘어 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간까지 유입될 수 있다. 이 경우에는 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 공급된 처리 가스가 희석화하기 때문에 결과적으로 성막 처리를 적절하게 수행하지 못하게 된다.
이에 대하여 제1 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 처리 가스 공급부(232)와 그 양측방의 불활성 가스 공급부(234)의 각각의 사이에 복수의 가스 배기부(236a, 236b)가 배치된다. 그렇기 때문에 각 카트리지부(230b, 230c)의 하방 공간에서는 이하에 설명하는 것과 같은 가스의 흐름이 실현된다.
구체적으로는 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스는 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간에 에어 씰을 형성하면서 잉여분이 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 배기되는 것과 함께 불활성 가스 공급부(234)에 근접하여 배치된 불활성 가스 배기부(236b)에 의해 웨이퍼(200)의 상방측에 배기된다. 또한 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)는 불활성 가스의 에어 씰에 의해 봉지된 상태에서 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 체류하고, 잉여분이 처리 가스 공급부(232)에 근접하여 배치된 처리 가스 배기부(236a)에 의해 웨이퍼(200)의 상방측에 배기된다. 즉 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스에 대해서는 주로 처리 가스 배기부(236a)가 배기하고, 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스에 대해서는 주로 불활성 가스 배기부(236b)가 배기하는 것과 같이, 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 각각의 담당 역할이 분담된다.
따라서 제1 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 예컨대 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력을 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력보다 고압으로 해도 불활성 가스가 불활성 가스 배기부(236b)에 의해 배기되기 때문에 불활성 가스가 처리 가스 배기부(236a)를 넘어 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간까지 유입되지 않는다. 또한 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력을 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력보다 고압으로 할 수 있기 때문에 불활성 가스를 에어 씰로서 확실하게 기능시키는 것이 실현 가능해지고, 처리 가스가 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 누출되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 즉 본 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에 의하면, 각종 가스를 혼재시키지 않고 분리한 상태에서 웨이퍼(200)의 면상에 공급할 수 있게 되고, 결과적으로 적절한 성막 처리를 실현하는 것이 가능해진다.
〔기판 반출 공정(S104)〕
이상과 같은 성막 공정(S103)을 수행한 후, 도 3에 도시하는 바와 같이 다음으로 기판 반출 공정(S104)을 수행한다. 기판 반출 공정(S104)에서는 이미 설명한 기판 반입 공정(S101)의 경우와 반대의 순서로 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리 완료된 웨이퍼(200)를 처리 용기 외로 반출한다.
〔처리 횟수 판정 공정(S105)〕
웨이퍼(200)를 반출한 후, 컨트롤러(280)는 기판 반입 공정(S101), 압력 온도 조정 공정(S102), 성막 공정(S103) 및 기판 반출 공정(S104)의 일련의 각 공정의 실시 횟수가 소정의 횟수에 도달하였는지에 대한 여부를 판정한다(S105). 소정의 횟수에 도달하지 않았다고 판정되면, 다음으로 대기하는 웨이퍼(200)의 처리를 시작하기 위해서 기판 반입 공정(S101)으로 이행한다. 또한 소정의 횟수에 도달하였다고 판정되면, 필요에 따라 처리 용기 내 등에 대한 클리닝 공정을 수행한 후에 일련의 각 공정을 종료한다. 또한 클리닝 공정에 대해서는 공지(公知) 기술을 이용하여 수행할 수 있기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
(3) 제1 실시 형태에서의 효과
제1 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 제1 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 사이에 복수의 가스 배기부(236a, 236b)가 배치되고, 각 가스 배기부(236a, 236b)가 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 각종 가스를 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 따라서 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스에 대해서는 주로 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 중의 일부가 배기하고, 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스에 대해서는 주로 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 중의 타부(他部)가 배기하는 것과 같이, 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 각각의 담당 역할을 분담시킬 수 있다. 즉 복수의 가스 배기부(236a, 236b)의 역할을 분담시키는 것에 의해 불활성 가스가 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간까지 유입하는 것을 억제하고 상기 하방 공간에서의 처리 가스의 희석화를 방지할 수 있기 때문에, 그 처리 가스를 이용한 성막 처리의 효율 저하를 초래하지 않는다. 또한 불활성 가스를 에어 씰로서 확실하게 기능시켜서 처리 가스가 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 누출되는 것을 미연에 방지할 수 있기 때문에 각종 가스를 혼재시키지 않고 분리한 상태에서 웨이퍼(200)의 면상에 공급할 수 있다. 결과적으로 적절한 성막 처리를 실현하는 것이 가능해진다.
또한 제1 실시 형태에 의하면, 복수의 가스 배기부(236a, 236b)에 역할을 분담시키는 것에 의해 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력의 고압화가 실현 가능해지고, 이에 따라 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력에 대해서도 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력을 초과하지 않는 범위에서 고압화가 실현 가능해진다. 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 고압화가 실현 가능해지면, 처리 가스의 압력 향상에 의한 성막 속도의 향상을 기대할 수 있다. 즉 복수의 가스 배기부(236a, 236b)의 역할을 분담시키는 것에 의해 성막 처리의 효율 향상에 대해서도 실현 가능해진다.
또한 제1 실시 형태에 의하면, 복수의 가스 배기부(236a, 236b)의 역할을 분담시키고 각각 독립한 가스 배기계가 접속되기 때문에 처리 가스의 배기 레이트와 불활성 가스의 배기 레이트를 개별로 설정할 수 있다. 이에 의해 예컨대 처리 가스보다 불활성 가스의 공급 레이트를 크게 하는 것과 같이 처리 가스의 공급 레이트와 불활성 가스의 공급 레이트에 대해서도 개별로 설정할 수 있기 때문에, 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성 향상이나 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 고압화 등을 매우 바람직하게 실현할 수 있다.
(b) 또한 제1 실시 형태에서는 복수의 가스 배기부(236a, 236b)로서 처리 가스 공급부(232)에 근접하여 배치된 처리 가스 배기부(236a)와, 불활성 가스 공급부(234)에 근접하여 배치된 불활성 가스 배기부(236b)를 포함한다. 따라서 각 가스 공급부(232, 234)와 각 가스 배기부(236a, 236b)의 위치 관계로부터 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 각각의 담담 역할을 적절하게 분담시킬 수 있다. 즉 각종 가스를 혼재시키지 않고 분리한 상태에서 웨이퍼(200)의 면상에 공급하고, 이에 의해 적절한 성막 처리를 매우 바람직하게 실현할 수 있다.
(c) 또한 제1 실시 형태에 의하면, 불활성 가스 공급부(234)가 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 배치되고, 양측방의 각 불활성 가스 공급부(234)와 처리 가스 공급부(232)의 각각의 사이에 복수의 가스 배기부(236a, 236b)가 설치된다. 이에 의해 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 양측방에 불활성 가스에 의한 에어 씰이 형성되고, 이에 의해 상기 하방 공간(즉 처리 가스가 공급되어 체류하는 공간)이 봉지된다. 따라서 예컨대 각 카트리지부(230b, 230c)가 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과하는 것에 의해 성막 공정(S103)을 수행하는 경우에도 웨이퍼(200)의 면상에서 다른 종류의 처리 가스(원료 가스, 반응 가스)가 혼재하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
(d) 또한 제1 실시 형태에 의하면, 이동 기구가 기판 재치대(210)와 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 이동시키는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 면상으로의 성막 처리를 수행한다. 따라서 처리 용기 내를 원료 가스 또는 반응 가스로 채우고 퍼지 공정을 개재하여 이를 교호적으로 교체하는 경우에 비해 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)의 소비량을 억제할 수 있고, 이 점에서도 효율적인 성막 처리를 실현할 수 있다. 즉 최소한의 가스 사용량으로 최대의 성막 레이트를 얻는 것이 가능해진다.
(e) 또한 제1 실시 형태에 의하면, 복수 매(예컨대 5매)의 웨이퍼(200)가 재치되는 기판 재치대(210)의 상방측에 방사상으로 연장하는 복수(예컨대 4개)의 카트리지부(230b, 230c)를 구비한 카트리지 헤드(230)가 배치되고, 이동 기구가 회전 구동을 하는 것에 의해 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 회전 방향으로 이동시킨다. 따라서 예컨대 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 직동(直動) 방향으로 이동시킬 경우에 비해 이동 기구 등의 구성을 간소화시킬 수 있고, 또한 복수 매의 웨이퍼(200)를 동시에 처리할 수 있기 때문에 성막 처리의 생산성 향상을 도모할 수 있다.
(f) 또한 제1 실시 형태에 의하면, 카트리지 헤드(230)에서의 각 카트리지부(230b, 230c)가 다른 종류의 처리 가스를 공급하도록 구성된다. 즉 원료 가스용 카트리지부(230b)는 웨이퍼(200)의 면상에 대하여 원료 가스(TiCl4가스)를 공급하고, 반응 가스용 카트리지부(230c)는 웨이퍼(200)의 면상에 대하여 반응 가스(NH3가스)를 공급한다. 따라서 각 카트리지부(230b, 230c)가 기판 재치대(210) 상에 재치된 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과하면 처리 가스의 교체나 퍼지 공정의 개재 없이도 웨이퍼(200)의 면상에 TiN막이 형성되기 때문에 성막 처리의 높은 스루풋화를 실현하는 것이 가능해진다. 또한 그 경우에도 이미 설명한 바와 같이 각 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)를 혼재시키지 않고 분리한 상태에서 웨이퍼(200)의 면상에 공급할 수 있기 때문에 적절한 성막 처리를 실현하는 것이 가능하다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 여기서는 주로 전술한 제1 실시 형태와의 차이점에 대하여 설명하고, 그 외의 점에 대한 설명은 생략한다.
여기서 우선, 제1 실시 형태에서도 설명한 도 6에 도시하는 비교예의 구성에 대하여 재차 간단히 설명한다. 비교예의 구성에서도 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간의 압력과 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간의 압력을 적절하게 설정하면, 불활성 가스를 에어 씰로서 기능시키면서 그 에어 씰에 의해 봉지된 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 처리 가스를 희석화시키지 않고 공급하는 것이 실현가능하다. 그 경우에는 불활성 가스에 의한 에어 씰로서의 기능을 향상시키기 위해서 웨이퍼(200)의 상면과 불활성 가스 공급부(234)를 구성하는 카트리지 기체(231)의 하면의 간격을 성막 공정(S103)에서 수행하는 상대 위치 이동 처리 동작에 지장을 초래하지 않는 범위에서 최대한 좁게 하는 것이 바람직하다.
하지만 비교예의 구성에서는 카트리지 기체(231)의 하면이 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 중 어느 부분에서도 동일 면을 구성한다. 즉 처리 가스 공급부(232)의 하면과 불활성 가스 공급부(234)의 하면이 같은 높이로 이루어진다. 따라서 웨이퍼(200) 상면과 불활성 가스 공급부(234)의 하면의 간격을 좁게 하면, 이에 따라 웨이퍼(200) 상면과 처리 가스 공급부(232)의 하면의 간격도 좁아진다.
웨이퍼(200) 상면과 처리 가스 공급부(232)의 하면의 간격이 좁아지면, 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에서는 처리 가스 공급공(233)을 통해서 웨이퍼(200)의 면상에 처리 가스를 공급해도 그 처리 가스가 균일하게 확산되지 않고, 처리 가스의 농도 분포에 편차가 발생할 우려가 있다. 이와 같은 상태에서 성막 처리를 수행하면, 그 성막 처리에서 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성이 손상될 가능성이 있다.
그렇기 때문에 본 발명의 제2 실시 형태에서 설명하는 기판 처리 장치(100)에서는 성막 처리에서 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성의 향상을 한층 더 도모하기 위해서 각 카트리지부(230b, 230c)가 이하와 같이 구성된다.
(4) 제2 실시 형태에 따른 카트리지부의 구성
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도다.
제2 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 전술한 비교예의 구성과 마찬가지로 웨이퍼(200)의 면상에 대하여 카트리지 기체(231)의 측단면의 대략 중앙 근방으로부터 처리 가스 공급공(233)을 통해서 처리 가스를 공급하고, 그 양단(兩端) 근방으로부터 불활성 가스 공급공(235)을 통해서 불활성 가스를 공급하고, 이들 사이에 배치된 가스 배기공(237)을 통해서 웨이퍼(200)의 면상에 공급된 처리 가스 및 불활성 가스를 상방측에 배기한다. 이에 의해 불활성 가스 공급부(234)의 하방 공간에는 불활성 가스에 의한 에어 씰이 형성되고, 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 공급된 처리 가스는 카트리지 기체(231)의 외방(측방)에 누설되지 않고 가스 배기공(237)으로부터 배기된다.
또한 제2 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)에 대하여 그 양측방에 위치하는 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다. 그리고 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)과 웨이퍼(200)의 상면의 간격은 성막 공정(S103)에서 수행하는 상대 위치 이동 처리 동작에 지장을 초래하지 않는 범위에서 최대한 좁게 설정된다. 단, 그 경우에도 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)은 다른 높이에 위치하기 때문에 웨이퍼(200) 상면과 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)의 간격을 좁게 해도 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 웨이퍼(200)의 상면 사이에는 어느 정도의 넓은 공간이 확보된다.
또한 여기서 말하는 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)의 높이 방향의 위치는 처리 가스 공급부(232)를 구성하는 처리 가스 공급공(233)의 하단 위치와 일치한다. 또한 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)의 높이 방향의 위치는 불활성 가스 공급부(234)를 구성하는 불활성 가스 공급공(235)의 하단 위치와 일치한다.
이와 같은 구성의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)을 웨이퍼(200)에 근접시키는 것에 의해 그 불활성 가스 공급부(234)가 형성하는 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성이 향상된다. 또한 그 경우에도 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 웨이퍼(200)의 상면 사이의 거리가 확보되기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 공급하는 처리 가스가 균일하게 확산된다. 즉 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에서의 처리 가스의 농도 분포의 편차를 억제하고, 이에 의해 성막 처리에서 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성이 향상된다.
또한 이와 같은 구성의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 웨이퍼(200)의 상면과 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)의 간격과 불활성 가스 공급부(234)로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 적절히 조정하는 것에 의해, 카트리지 내외에서 압력 차이를 설정할 수 있다. 구체적으로는 카트리지 외는 부생성물 등을 퍼지하기 위해서 저압으로 하고 카트리지 내는 성막 속도를 올리기 위해서 고압으로 하는 것과 같이 바람직한 압력으로 할 수 있고, 또한 효율적으로 처리 가스를 사용할 수 있다. 또한 카트리지 내란 웨이퍼(200)와 카트리지 기체(231) 사이의 공간, 특히 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간을 말한다. 또한 카트리지 외란 카트리지 기체(231)의 외방(측방)을 말한다.
도 8은 카트리지 내의 압력이 카트리지 외의 압력보다 높은 경우의 불활성 가스 유량 및 웨이퍼-카트리지 사이의 극간과, 불활성 가스에 의한 씰링 특성의 관계에 대하여 해석한 결과를 도시하는 설명도이다. 도면에서 횡축(橫軸)은 불활성 가스 유량, 종축(縱軸)은 반응 가스의 카트리지 외의 몰 농도(즉 누출량)를 나타낸다.
도면예의 해석 결과에 의하면, 불활성 가스의 유량이 많을수록 또한 웨이퍼-카트리지 사이의 극간이 작을수록, 반응 가스의 누출량이 적고 불활성 가스에 의한 씰링 특성이 뛰어나다는 것을 명백하게 알 수 있다. 단, 웨이퍼-카트리지 사이의 극간에 대해서는 성막 공정(S103)에서 수행하는 상대 위치 이동 처리 동작에 지장을 초래하지 않을 정도의 간격을 확보해야 한다. 따라서 씰링 특성 향상을 도모하기 위해서는 어느 정도의 유량의 불활성 가스를 불활성 가스 공급부(234)로부터 공급할 필요가 있다. 한편 불활성 가스의 유량을 지나치게 많게 하면, 불활성 가스가 카트리지 내에 대량으로 침입하여 카트리지 내에서의 반응 가스의 농도가 저하하여 성막 효율이 저하될 우려가 있다. 이로부터 불활성 가스 공급부(234)로부터 공급하는 불활성 가스의 유량에 대해서는 웨이퍼-카트리지 사이의 극간을 보충할 정도의 유량보다 많고, 또한 카트리지 내에서의 반응 가스 농도의 저하를 초대할 유량보다 적어지도록 설정하는 것을 고려해볼 수 있다.
(5) 제2 실시 형태에서의 효과
제2 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(g) 제2 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)에 대하여 그 양측방에 위치하는 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치되기 때문에 불활성 가스 공급부(234)가 형성하는 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성을 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한 활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성을 향상시켜도 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 웨이퍼(200)의 상면 사이의 거리가 확보되기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에 공급하는 처리 가스가 균일하게 확산된다. 즉 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234)의 각 하면이 동일면을 구성하는 경우에 비해 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간에서의 처리 가스의 농도 분포의 편차를 억제할 수 있고, 이에 의해 성막 처리에서 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
(h) 또한 제2 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)에 대하여 그 양측방에 위치하는 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치되기 때문에 카트리지 내외에서 압력 차이를 용이하게 설정할 수 있다. 구체적으로는 카트리지 외는 부생성물 등을 퍼지하기 위해서 저압으로 하고, 카트리지 내는 성막 속도를 올리기 위해서 고압으로 하는 것과 같이 바람직한 압력으로 할 수 있고, 또한 효율적으로 처리 가스를 사용할 수 있다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 여기서도 주로 전술한 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 차이점에 대하여 설명하고, 그 외의 점에 대한 설명은 생략한다.
(6) 제3 실시 형태에 따른 카트리지부의 구성
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 상세 구성예를 도시하는 측단면도다.
〔기본적인 구성〕
제3 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 제1 실시 형태에서 설명한 구성과 제2 실시 형태에서 설명한 구성을 조합한 것이다. 구체적으로는 각 카트리지부(230b, 230c)는 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이 처리 가스 공급부(232)와 불활성 가스 공급부(234) 사이에 복수의 가스 배기부(236a, 236b)가 배치되는 것과 함께 복수의 가스 배기부(236a, 236b)로서 처리 가스 공급부(232)에 근접하여 배치된 처리 가스 배기부(236a)와, 불활성 가스 공급부(234)에 근접하여 배치된 불활성 가스 배기부(236b)를 포함한다. 그리고 처리 가스 공급부(232)로부터의 처리 가스에 대해서는 주로 처리 가스 배기부(236a)가 웨이퍼(200)의 상방측에 배기하고, 불활성 가스 공급부(234)로부터의 불활성 가스에 대해서는 주로 불활성 가스 배기부(236b)가 웨이퍼(200)의 상방측에 배기한다. 또한 각 카트리지부(230b, 230c)는 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)에 대하여 그 양측방에 위치하는 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다.
또한 제3 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)는 복수의 가스 배기부(236a, 236b)로서 처리 가스 배기부(236a) 및 불활성 가스 배기부(236b)를 구비한다. 이들의 가스 배기부(236a, 236b) 중 처리 가스 배기부(236a)에 대해서는 그 하면이 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 일치하도록[즉 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)과 마찬가지의 높이 위치가 되도록] 구성된다. 또한 여기서 말하는 처리 가스 배기부(236a)의 하면이란 처리 가스 배기부(236a)를 구성하는 처리 가스 배기공(237a)의 하단 위치와 높이 방향의 위치가 일치하는 면이다. 따라서 제3 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)뿐만 아니라 처리 가스 배기부(236a)의 하면에 대해서도 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다. 이와 같은 구성에 의해 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간 및 처리 가스 배기부(236a)의 하방 공간에 의해 구성되는 처리 공간에서는 처리 가스 공급부(232)로부터 공급되어 처리 공간 내에 체류하는 처리 가스의 압력의 균일화 및 농도 분포 편차의 억제를 도모할 수 있고, 이에 의해 성막 처리에서 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성이 향상된다.
한편, 복수의 가스 배기부(236a, 236b) 중 불활성 가스 배기부(236b)에 대해서는 그 하면이 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)과 일치하도록[즉 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)과 마찬가지의 높이 위치가 되도록] 구성된다. 또한 여기서 말하는 불활성 가스 배기부(236b)의 하면이란 불활성 가스 배기부(236b)를 구성하는 불활성 가스 배기공(237b)의 하단 위치와 높이 방향의 위치가 일치하는 면이다. 따라서 제3 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 처리 가스 배기부(236a)의 하면에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)의 하면이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다. 이와 같은 구성에 따라서 불활성 가스 공급부(234) 및 불활성 가스 배기부(236b)의 하방 공간을 용이하게 고압화할 수 있게 되고, 이에 의해 불활성 가스 공급부(234)가 형성하는 불활성 가스에 의한 에어 씰의 향상을 한층 더 도모할 수 있다. 또한 불활성 가스 배기부(236b)의 하면은 처리 가스 배기부(236a)의 하면에 대하여 웨이퍼(200)에 근접하여 배치되면 반드시 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)과 일치되어야 할 필요는 없다.
여기서 전술한 바와 같이 구성된 제3 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에서의 불활성 가스 유량 및 웨이퍼-카트리지 사이의 극간과, 불활성 가스에 의한 씰링 특성의 관계에 대하여 설명한다. 도 10은 제3 실시 형태에서 카트리지 내의 압력이 카트리지 외의 압력보다 높은 경우의, 불활성 가스 유량 및 웨이퍼-카트리지 사이의 극간과, 불활성 가스에 의한 씰링 특성과의 관계에 대하여 해석한 결과를 도시하는 설명도이다. 도면에서 횡축은 불활성 가스 유량, 종축은 반응 가스 카트리지 외의 몰 농도(즉 누출량)를 도시한다. 도면예의 해석 결과에 의하면, 제2 실시 형태에서 설명한 해석 결과(도 8 참조)와 마찬가지로 불활성 가스의 유량이 많을수록 또한 웨이퍼-카트리지 사이의 극간이 작을수록 불활성 가스에 의한 씰링 특성이 뛰어나지만, 같은 조건으로 비교하면 제3 실시 형태의 구성의 경우가 제2 실시 형태의 구성의 경우보다 씰링 특성이 더 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 또한 불활성 가스의 유량을 많게 해도 제2 실시 형태의 구성의 경우와는 달리 불활성 가스 배기부(236b)에 의해 불활성 가스가 배기되기 때문에, 불활성 가스의 카트리지 내로의 유입이 억제되어 카트리지 내에서의 가스 농도가 유지된다는 점에서 제2 실시 형태의 구성의 경우보다 유리하다.
이상의 점을 감안하고, 제3 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에 대해서는 이하에 설명하는 구체적인 구성을 채택하는 것을 고려해볼 수 있다. 여기서는 반응 가스용 카트리지부(230c)에 대하여 반응 가스로서 NH3가스(100%)를, 또한 불활성 가스로서 N2가스(100%)를 각각 공급하고, 카트리지 내[특히 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간]의 압력이 500Pa, 카트리지 외의 압력이 50Pa, 카트리지 외의 온도가 350℃인 경우를 예로 든다. 이와 같은 경우에서 웨이퍼-카트리지 사이의 극간은 예컨대 3mm 이하, 바람직하게는 0.5mm 내지 2mm 정도로 한다. 또한 N2가스의 유량은 예컨대 2slm 내지 50slm 정도로 한다. 더욱 구체적으로는 예컨대 웨이퍼-카트리지 사이의 극간이 1mm 정도라면 N2가스의 유량을 2slm 내지 10slm 정도로 하고, 웨이퍼-카트리지 사이의 극간이 2mm 정도라면 N2가스의 유량을 10slm 내지 20slm 정도로 하고, 웨이퍼-카트리지 사이의 극간이 3mm 정도라면 N2가스의 유량을 50slm 정도로 한다.
〔가일층 씰링 특성 향상을 위한 구성〕
제3 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에서 불활성 가스에 의한 에어 씰의 가일층(加一層) 씰링 특성 향상을 도모하기 위해서는 이하에 설명하는 구성을 채택하는 것을 고려해볼 수 있다.
예컨대 제3 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에서 처리 가스 배기부(236a)에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)가 더 높은 배기 능력을 가지도록 한다. 구체적으로는 처리 가스 배기부(236a)의 처리 가스 배기공(237a)에 접속하는 처리 가스 배기계에 의한 가스 배기 유량보다 불활성 가스 배기부(236b)의 불활성 가스 배기공(237b)에 접속하는 불활성 가스 배기계에 의한 가스 배기 유량을 더 많게 하는 것을 고려해볼 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 처리 가스 공급부(232)로부터 공급된 프레시한 처리 가스를 카트리지 외로 배기하는 것이 억제되고, 또한 웨이퍼(200)에 노출되어 처리 공간의 외방으로 흐른 처리 가스가 확실하게 상방측을 향하여 배기된다.
또한 예컨대 제3 실시 형태의 각 카트리지부(230b, 230c)에서 처리 가스 배기부(236a)에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)가 더 높은 배기 컨덕턴스를 가지도록 한다. 즉 불활성 가스 배기부(236b)의 가스가 더 흐르기 쉽도록 한다. 구체적으로는 처리 가스 배기부(236a)의 처리 가스 배기공(237a)의 공 지름[孔徑]보다 불활성 가스 배기부(236b)의 불활성 가스 배기공(237b)의 공 지름을 크게 하거나 공 내의 벽면의 표면 상태를 다르게 하는 것에 의해, 배기 컨덕턴스를 조정할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해서도 처리 가스 공급부(232)로부터 공급된 프레시한 처리 가스를 카트리지 외로 배기하는 것이 억제되고, 또한 웨이퍼(200)에 노출되어 처리 공간의 외방으로 흐른 처리 가스가 확실하게 상방측을 향하여 배기된다.
어느 구성에서도 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성 향상을 도모하기 위해서는 처리 가스 공급부(232)의 하방 영역에서의 가스 압력에 대하여 불활성 가스 공급부(234)의 하방 영역에서의 가스 압력이 더 높이 설정되는 것이 바람직하다. 가스 압력의 조정은 처리 가스 배기계에서의 압력 제어기(263)이나 불활성 가스 배기계에서의 압력 제어기(273) 등을 이용하여 수행하면 좋다.
또한 제3 실시 형태에서의 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 배치된 각 처리 가스 배기부(236a)끼리의 이간(離間) 거리가 웨이퍼(200)의 평면 사이즈(즉 최대 지름 사이즈)보다 작게 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 각 처리 가스 배기부(236a)끼리의 이간 거리란 각 처리 가스 배기부(236a)의 외단연(外端緣) 끼리의 사이의 거리[즉 처리 가스 공급부(232) 및 각 처리 가스 배기부(236a)의 하방 공간인 처리 공간의 수평 방향 사이즈]를 말하고, 또한 구체적으로는 예컨대 처리 가스 배기부(236a)의 처리 가스 배기공(237a)에서의 외측 벽면끼리의 사이의 거리를 말한다. 이와 같은 구성에 의해 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)의 반응에 의해 발생한 반응 저해 물질이 웨이퍼(200) 상을 흐르는 거리를 작게 할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼(200) 상으로의 반응 저해 물질의 퇴적이 미연에 방지된다.
(7) 제3 실시 형태에서의 효과
제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에서 설명한 효과와 더불어 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(i) 제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에서 설명한 구성과 제2 실시 형태에서 설명한 구성을 조합하였기 때문에 제2 실시 형태에서 설명한 구성에 비해 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성이 향상되고, 같은 조건으로도 처리 가스의 누출량이 적어진다. 또한 불활성 가스 유량을 늘려도 불활성 가스 배기부(236b)에 의해 배기되기 때문에 카트리지 내의 처리 가스 농도는 저하하지 않고, 성막 효율이 저하하지 않는다. 또한 제1 실시 형태에서 설명한 구성에 비해 카트리지 내에 처리 가스가 균일하게 확산되어, 성막 처리에서 얻을 수 있는 박막의 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
따라서 제3 실시 형태에 의하면, 기판 처리 장치(100)가 원료 가스용 카트리지부(230b)와 반응 가스용 카트리지부(230c)를 구비하고 처리 용기 내에 원료 가스와 반응 가스가 동시에 존재할 수 있는 경우에도, 각 카트리지부(230b, 230c)에서 불활성 가스에 의한 에어 씰을 확실하게 기능시킬 수 있기 때문에 원료 가스와 반응 가스가 혼합하지 않고, 기상 반응도 발생하지 않는다. 또한 카트리지 내에서는 처리 가스가 충분한 농도로 균일하게 확산되도록 공급되고 또한 웨이퍼(200)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 이동에 의해 웨이퍼(200)의 면상의 모든 영역에 처리 가스가 공급되기 때문에, 웨이퍼(200)의 면상에 공급되는 처리 가스의 농도 분포에 편차가 발생하지 않고, 이에 의해 성막 속도를 면내에서 균일하게 할 수 있다.
(j) 또한 제3 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)의 하면(238)뿐만 아니라 처리 가스 배기부(236a)의 하면에 대해서도 불활성 가스 공급부(234)의 하면(239)이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다. 그렇기 때문에 처리 가스 공급부(232)의 하방 공간 및 처리 가스 배기부(236a) 의 하방 공간에 의해 구성되는 처리 공간에서는 처리 가스 공급부(232)로부터 공급되어 처리 공간 내에 체류하는 처리 가스의 압력의 균일화 및 농도 분포 편차의 억제를 도모할 수 있고, 이에 의해 성막 처리로 얻어지는 박막의 막 두께의 면내 균일성이 향상된다.
(k) 또한 제3 실시 형태에 의하면, 처리 가스 배기부(236a)의 하면에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)의 하면이 웨이퍼(200)에 근접하여 배치된다. 그렇기 때문에 불활성 가스 공급부(234) 및 불활성 가스 배기부(236b)의 하방 공간을 용이하게 고압화할 수 있게 되고, 이에 의해 불활성 가스 공급부(234)가 형성하는 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성 향상을 한층 더 도모할 수 있다.
(l) 또한 제3 실시 형태에 의하면, 처리 가스 배기부(236a)에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)가 더 높은 배기 능력을 가지거나 처리 가스 배기부(236a)에 대하여 불활성 가스 배기부(236b)가 더 높은 배기 컨덕턴스를 가지는 것에 의해, 불활성 가스에 의한 에어 씰의 씰링 특성 향상을 한층 더 도모할 수 있다. 그렇기 때문에 프레시한 처리 가스가 카트리지 외로 배기되는 것을 억제할 수 있고, 또한 웨이퍼(200)에 노출되어 처리 공간의 외방으로 흐른 처리 가스를 확실하게 상방측을 향하여 배기할 수 있다.
(m) 또한 제3 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)의 하방 영역에서의 가스 압력에 대하여 불활성 가스 공급부(234)의 하방 영역에서의 가스 압력의 쪽 높아지게 구성 하는 것에 의해도, 불활성 가스에 의한 에어 씰의 가일층 씰링 특성 향상을 꾀할 수 있다.
(n) 또한 제3 실시 형태에 의하면, 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 배치된 각 처리 가스 배기부(236a)끼리의 이간 거리를 웨이퍼(200)의 평면 사이즈보다 작게 구성하는 것에 의해 처리 가스(원료 가스 또는 반응 가스)의 반응에 의해 발생한 반응 저해 물질이 웨이퍼(200) 상을 흐르는 거리가 작아지고, 이에 의해 웨이퍼(200) 상으로의 반응 저해 물질의 퇴적을 미연에 방지할 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 여기서도 주로 전술한 제1 내지 제3의 각 실시 형태와의 차이점에 대하여 설명하고, 그 외의 점에 대한 설명은 생략한다.
(8) 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성예를 도시하는 개념도다.
〔기본적인 구성〕
제4 실시 형태에서 설명하는 기판 처리 장치는 기판 재치대(210), 카트리지 헤드(230) 및 이동 기구가 전술한 제1 실시 형태의 구성과는 다르다.
기판 재치대(210)는 그 상면(기판 재치면)에 1매의 웨이퍼(200)가 재치되도록 구성된다. 또한 도면예에서는 기판 재치대(210)가 원판 형상으로 형성되는 경우를 예에 들지만 특히 한정되지 않고, 다른 형상이어도 좋다.
카트리지 헤드(230)는 하나의 원료 가스용 카트리지부(230b)와 하나의 반응 가스용 카트리지부(230c)를 구비하여 구성된다. 그리고 각 카트리지부(230b, 230c)는 제1 실시 형태의 경우와 같이 방사상으로 연장하는 것이 아니라 각각의 길이 방향이 평행하게 연장하도록 배치된다. 또한 각 카트리지부(230b, 230c) 자체는 제1 내지 제3의 각 실시 형태 중 어느 하나에서 설명한 것과 마찬가지로 구성된 것이라면 좋다.
이동 기구는 각 카트리지부(230b, 230c)를 각각의 길이 방향과 직교(直交)하는 방향으로 병행하여 왕복 이동시키는 것에 의해 각 카트리지부(230b, 230c)에 기판 재치대(210)에 재치된 웨이퍼(200)의 면상을 통과시키도록 구성된다. 즉 이동 기구는 각 카트리지부(230b, 230c)를 병행으로 왕복 이동시키는 것에 의해 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 직동 방향으로 이동시킨다. 이 때 이동 기구는 원료 가스용 카트리지부(230b)와 반응 가스용 카트리지부(230c)에 대하여 일방(一方)을 이동시켜서 웨이퍼(200)의 면상을 통과시킨 후에 타방(他方)을 이동시켜서 웨이퍼(200)의 면상을 통과시키는 것과 같이, 각각을 교호적으로 동작시키도록 하는 것을 고려해볼 수 있다. 단, 반드시 이에 한정되지 않고, 각각을 동기시켜서 같은 방향에 동시에 이동시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과시켜도 좋다. 또한 이동 기구는 각 카트리지부(230b, 230c)를 이동시키는 것이 아니라 웨이퍼(200)가 재치된 기판 재치대(210)를 이동시키는 것에 의해, 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 직동 방향으로 이동시켜도 좋다.
이와 같은 구성에서도 원료 가스용 카트리지부(230b)와 반응 가스용 카트리지부(230c)가 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과하는 것에 의해 그 웨이퍼(200)의 면상에 금속 박막이 성막된다.
〔변형예〕
전술한 바와 같이 이동 기구가 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 직동 방향으로 왕복 이동시키는 구성인 경우, 각 카트리지부(230b, 230c)는 제1 내지 제3의 각 실시 형태의 경우와는 달리 반드시 처리 가스 공급부(232)의 양측방에 불활성 가스 공급부(234)가 배치될 필요는 없다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 변형예의 상세 구성을 도시하는 측단면도다. 도면예의 구성에서는 처리 가스 공급부(232)의 일측방(一側方)(구체적으로는 상대 위치 이동 시에 웨이퍼(200)가 삽입 및 발출[揷拔]되는 측)에만 불활성 가스 공급부(234)가 배치된다. 이와 같은 구성으로도 하나의 원료 가스용 카트리지부(230b)와 하나의 반응 가스용 카트리지부(230c)를 구비하여 직동 방향으로 상대 위치 이동을 수행하는 경우에 불활성 가스 공급부(234)가 불활성 가스에 의한 에어 씰을 형성하는 것에 의해, 원료 가스와 반응 가스가 혼합되지 않고 웨이퍼(200)의 면상에 분리 공급하는 것이 가능해진다.
(9) 제4 실시 형태에서의 효과
제4 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과를 갖는다.
(o) 제4 실시 형태에 의하면, 평행하게 연장하는 하나의 원료 가스용 카트리지부(230b)와 하나의 반응 가스용 카트리지부(230c)를 구비하고, 이들의 각 카트리지부(230b, 230c)와 기판 재치대(210)의 상대 위치를 이동 기구가 직동 방향으로 이동시킨다. 따라서 예컨대 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 회전 방향으로 이동시키는 경우에 비해 기판 처리 장치(100)의 소형화나 설치 공간의 절약 등이 용이하게 실현 가능해진다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 단, 여기서도 주로 전술한 제1 내지 제4의 각 실시 형태와의 차이점에 대하여 설명하고, 그 외의 점에 대한 설명은 생략한다.
(10) 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성
제5 실시 형태에서 설명하는 기판 처리 장치는 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 직동 방향으로 왕복 이동시키는 것이 아니라 일 방향에만 이동시키는 것에 의해 복수 매의 웨이퍼(200)에 대하여 연속적으로 성막 처리를 수행할 수 있다는 점에서 전술한 제4 실시 형태의 구성과는 다르다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성의 일 예를 도시하는 개념도다. 도면예의 기판 처리 장치는 기판 재치대(210) 상에 복수의 웨이퍼(200)가 일렬로 배열되도록 배치되는 것과 함께 성막 처리 시의 반복 사이클 수에 따른 개수의 원료 가스용 카트리지부(230b)와 반응 가스용 카트리지부(230c)가 교호적으로 인접하도록 배치되어 카트리지 헤드가 구성된다. 그리고 각 카트리지부(230b, 230c)가 기판 재치대(210) 상의 각 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과하도록 이동 기구가 카트리지 헤드를 일 방향에 이동시키는 것에 의해 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치가 직동 방향으로 변화한다. 이와 같은 구성의 기판 처리 장치에 의하면, 카트리지 헤드의 일 방향으로의 이동에 의해 각 카트리지부(230b, 230c)가 기판 재치대(210) 상의 각 웨이퍼(200)의 면상을 순서대로 통과하기 때문에 각 웨이퍼(200)에 대하여 연속적으로 성막 처리를 수행할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 요부의 개략 구성의 다른 예를 도시하는 개념도다. 도면예의 기판 처리 장치는 카트리지 헤드가 아닌 기판 재치대(210)가 이동하도록 구성된다. 즉 일 방향에 이동 가능한 기판 재치대(210) 상에는 적어도 1매의 웨이퍼(200)가 배치된다. 또한 원료 가스용 카트리지부(230b)와 반응 가스용 카트리지부(230c)는 각각이 교호적으로 인접하도록 일렬로 배치된다. 그리고 웨이퍼(200)를 올린 기판 재치대(210)가 각 카트리지부(230b, 230c)의 하방 공간을 순서대로 통과하도록 이동 기구가 기판 재치대(210)를 일 방향에 이동시키는 것에 의해 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치가 직동 방향으로 변화한다. 또한 각 카트리지부(230b, 230c)에서는 반드시 이들 모두가 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급을 수행하는 것이 아니라 성막 처리 시의 반복 사이클수에 따른 개수의 카트리지부(230b, 230c)만이 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급을 수행하도록 이루어진다. 이와 같은 구성의 기판 처리 장치에 의하면, 기판 재치대(210)의 일 방향으로의 이동에 의해 기판 재치대(210) 상의 웨이퍼(200)가 각 카트리지부(230b, 230c)의 하방 공간을 순서대로 통과하기 때문에 복수의 기판 재치대(210)를 순차 이동시키면 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 연속적으로 성막 처리를 수행할 수 있다. 또한 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급을 수행하는 카트리지부(230b, 230c)의 개수를 적절히 조정하는 것에 의해 어떠한 막 두께의 성막 처리에 대해서도 적절하게 대응할 수 있게 된다.
(11) 제5 실시 형태에서의 효과
제5 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 효과를 갖는다.
(p) 제5 실시 형태에 의하면, 복수의 각 카트리지부(230b, 230c)가 교호적으로 인접하도록 배열하고, 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 연속적으로 성막 처리를 수행할 수 있도록 한다. 따라서 예컨대 기판 재치대(210)와 각 카트리지부(230b, 230c)의 상대 위치를 회전 방향으로 이동시키는 경우에 비해 성막 처리의 효율 향상이나 높은 스루풋화 등이 한층 더 실 현가능해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 성막 처리로서 원료 가스(제1 처리 가스)로서 TiCl4가스를 이용하고, 반응 가스(제2 처리 가스)로서 NH3가스를 이용하고, 그들을 교호적으로 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성하는 경우를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리에 이용되는 처리 가스는 TiCl4가스나 NH3가스 등에 한정되지 않고, 다른 종류의 가스를 이용하여 다른 종류의 박막을 형성해도 좋다. 또한 3종류 이상의 처리 가스를 이용하는 경우에도 이들을 교호적으로 공급하여 성막 처리를 수행하는 것이라면 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 처리로서 성막 처리를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리 외에 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리이어도 좋다. 또한 기판 처리의 구체적인 내용은 불문이며, 성막 처리뿐만 아니라 어닐링 처리, 산화 처리, 질화 처리, 확산 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 다른 기판 처리 장치, 예컨대 어닐링 처리 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 노광 장치, 도포 장치, 건조 장치, 가열 장치, 플라즈마를 이용한 처리 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 이들의 장치가 혼재해도 좋다. 또한 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
[부기1]
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판이 재치되는 기판 재치대;
상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 처리 가스 공급부의 측방에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 복수의 가스 배기부;
를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기2]
바람직하게는,
상기 복수의 가스 배기부는,
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하여 배치되는 제1 가스 배기부; 및
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하여 배치되는 제2 가스 배기부;
를 포함하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기3]
바람직하게는,
상기 불활성 가스 공급부가 상기 처리 가스 공급부의 양측방에 배치되고,
상기 양측방의 각 불활성 가스 공급부와 상기 처리 가스 공급부의 각각의 사이에 상기 복수의 가스 배기부가 설치되는 부기1 또는 부기2에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기4]
바람직하게는,
상기 처리 가스 공급부, 상기 불활성 가스 공급부 및 상기 복수의 가스 배기부를 포함하여 구성된 카트리지부; 및
상기 기판 재치대와 상기 카트리지부의 상대 위치를 이동시키는 이동 기구;
를 구비하는 부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기5]
바람직하게는,
방사상으로 배치된 복수의 상기 카트리지부를 구비하고,
상기 이동 기구는 상기 기판 재치대와 상기 카트리지부의 상대 위치를 상기 방사상의 중심을 회전축으로 하여 회전 방향으로 이동시키고,
상기 기판 재치대는 상기 회전 방향을 따라 복수 매의 상기 기판이 재치되도록 구성되는 부기4에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기6]
바람직하게는,
상기 카트리지부를 복수 구비하는 것과 함께 각 카트리지부에서의 상기 처리 가스 공급부가 다른 종류의 처리 가스를 공급하도록 구성되는 부기1 내지 부기5 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기7]
바람직하게는,
상기 처리 가스 공급부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 부기1 내지 부기6 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기8]
바람직하게는,
상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 부기7에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기9]
바람직하게는,
상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 부기7 또는 부기8에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기10]
바람직하게는,
상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 더 높은 배기 능력을 가지는 부기1 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기11]
바람직하게는,
상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 더 높은 배기 컨덕턴스를 가지는 부기1 내지 부기10 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기12]
바람직하게는,
상기 처리 가스 공급부의 하방 영역에서의 가스 압력에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하방 영역에서의 가스 압력이 더 높게 구성되는 부기1 내지 부기11 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기13]
상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 상기 처리 가스 공급부를 개재하여 상기 처리 가스 공급부의 양측방에 배치되고,
상기 양측방의 각 가스 배기부끼리의 이간 거리가 상기 기판의 평면 사이즈보다 작게 구성되는 부기1 내지 부기12 중 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기14]
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판이 재치되는 기판 재치대;
상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 처리 가스 공급부의 측방에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 가스 배기부;
를 구비하고,
상기 처리 가스 공급부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치가 제공된다.
[부기15]
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정;
상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정;
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 공정; 및
상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 공정;
을 병행하여 수행하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
[부기16]
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 순서;
상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 순서;
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 순서; 및
상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 순서;
를 병행하여 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
[부기17]
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 순서;
상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 순서;
상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 순서; 및
상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 순서;
를 병행하여 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 격납된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
100: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
210: 기판 재치대 230: 카트리지 헤드
230b: 원료 가스용 카트리지부 230c: 반응 가스용 카트리지부
232: 처리 가스 공급부 234: 불활성 가스 공급부
236: 가스 배기부 236a: 처리 가스 배기부
236b: 불활성 가스 배기부 280: 컨트롤러
283: 외부 기억 장치

Claims (16)

  1. 기판이 재치되는 기판 재치대;
    상기 기판 재치대의 상방측(上方側)으로부터 상기 기판의 면상(面上)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리 가스 공급부의 측방(側方)에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 복수의 가스 배기부;
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부는,
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하여 배치되는 제1 가스 배기부; 및
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하여 배치되는 제2 가스 배기부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스 공급부가 상기 처리 가스 공급부의 양측방(兩側方)에 배치되고,
    상기 양측방의 각 불활성 가스 공급부와 상기 처리 가스 공급부의 각각의 사이에 상기 복수의 가스 배기부가 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부, 상기 불활성 가스 공급부 및 상기 복수의 가스 배기부를 포함하여 구성된 카트리지부; 및
    상기 기판 재치대와 상기 카트리지부의 상대 위치를 이동시키는 이동 기구;
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    방사상으로 배치된 복수의 상기 카트리지부를 구비하고,
    상기 이동 기구는 상기 기판 재치대와 상기 카트리지부의 상대 위치를 상기 방사상의 중심을 회전축으로 하여 회전 방향으로 이동시키고,
    상기 기판 재치대는 상기 회전 방향을 따라 복수 매의 상기 기판이 재치되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제４항에 있어서,
    상기 카트리지부를 복수 구비하는 것과 함께 각 카트리지부에서의 상기 처리 가스 공급부가 다른 종류의 처리 가스를 공급하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급부의 하면(下面)에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 더 높은 배기 능력을 가지는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부에 대하여 상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 처리 가스 공급부보다 상기 불활성 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 더 높은 배기 컨덕턴스를 가지는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스 공급부의 하방(下方) 영역에서의 가스 압력에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하방 영역에서의 가스 압력이 더 높게 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배기부 중 상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 불활성 가스 공급부보다 상기 처리 가스 공급부에 근접하는 가스 배기부가 상기 처리 가스 공급부를 개재하여 상기 처리 가스 공급부의 양측방에 배치되고,
    상기 양측방의 각 가스 배기부끼리의 이간 거리가 상기 기판의 평면 사이즈보다 작게 구성되는 기판 처리 장치.
  14. 기판이 재치되는 기판 재치대;
    상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리 가스 공급부의 측방에서 상기 기판 재치대의 상방측으로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 및
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에서 상기 기판의 면상에 공급된 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 가스 배기부;
    를 구비하고,
    상기 처리 가스 공급부의 하면에 대하여 상기 불활성 가스 공급부의 하면이 상기 기판에 근접하여 배치되는 기판 처리 장치.
  15. 기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 공정;
    상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정;
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 공정; 및
    상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 공정;
    을 병행하여 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판 재치대 상에 재치된 기판에 대하여 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 처리 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 순서;
    상기 기판에 대하여 상기 처리 가스 공급부의 측방에 배치되고 상기 기판 재치대의 상방측에 위치하는 불활성 가스 공급부로부터 상기 기판의 면상에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 순서;
    상기 처리 가스 공급부와 상기 불활성 가스 공급부 사이에 배치된 복수의 가스 배기부의 적어도 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 처리 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 처리 가스 배기 순서; 및
    상기 복수의 가스 배기부의 적어도 다른 일부에 의해 상기 기판의 면상에 공급된 불활성 가스를 상기 기판의 상방측에 배기하는 불활성 가스 배기 순서;
    를 병행하여 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 격납된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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