KR100531629B1 - 기판의 처리장치 및 처리방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리장치는 처리용기와 상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 삽입하여 대향하도록 마련된 제 1 및 제 2 처리가스 공급구와, 상기 제 1 및 제 2 처리가스 공급구에 상기 피처리 기판을 삽입하여 대향하도록 마련되고, 또한 제 1 및 제 2 처리가스의 유동에 대략 직교하여 마련된 슬릿 형상의 제 1 및 제 2 배기구를 구비한다. 제 1 처리가스가 상기 제 1 처리가스 공급구로부터 상기 제 1 배기구 쪽으로 상기 피처리 기판 표면을 따라 유동하여 피처리 기판 표면에 흡착된다. 다음에 제 2 처리가스가 제 2 처리가스 공급구로부터 상기 제 2 배기구 쪽으로 상기 피처리 기판 표면을 따라 유동하여 제 2 처리가스가 먼저 흡착되어 있던 제 1 처리가스 분자와 반응함으로써 1 분자층의 고 유전체 막이 형성된다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 고 유전체 막을 갖는 초미세화 고속 반도체 장치의 제조에 사용되는 기판 처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것이다.
오늘날의 초고속 반도체 장치에서는 미세화 프로세스의 진보와 함께 0.1 μm 이하의 게이트 길이가 가능해지고 있다. 일반적으로 반도체 장치의 작동 속도는 미세화와 동시에 향상되지만, 이와 같이 매우 미세화된 반도체 장치에서는 미세화에 의한 게이트 길이의 단축에 따라 스케일링 법칙에 따라 게이트 절연막의 막 두께를 감소시킬 필요가 있다.
그러나, 게이트 길이가 0.1 μm 이하가 되면 게이트 절연막의 두께도 SiO2를 사용했을 경우 1 내지 2 nm 이하로 설정할 필요가 있는데, 이와 같이 매우 얇은 게이트 절연막에서는 터널 전류가 증대되고, 그 결과 게이트 누설 전류가 증대되는 문제를 피할 수 없다.
이러한 사정에서 종래부터 비유전율이 SiO2막의 것보다 훨씬 크고, 이 때문에 실제 막 두께가 크더라도 SiO2막으로 환산했을 경우의 막 두께가 작은 Ta2O5
, Al2O3, ZrO2, HfO2, ZrSiO4, HfSiO4와 같은 고 유전체 재료를 게이트 절연막에 대해 적용하는 것이 제안된다. 이러한 고 유전체 재료를 사용함으로써, 게이트 길이가 0.1 μm 이하인 매우 미세한 초고속 반도체 장치에서도 2 내지 5 μm 정도의 막 두께의 게이트 절연막을 사용할 수 있고, 터널 효과에 의한 게이트 누설 전류를 억제할 수 있다.
이러한 고 유전체 게이트 절연막을 Si 기판상에 형성할 때에는 고 유전체 게이트 절연막을 구성하는 금속원소가 Si 기판중에 확산되는 것을 억제하기 위해, 두께가 1 nm 이하, 전형적으로는 0.8 nm 이하의 SiO2막을 상기 Si 기판상에 베이스 산화막으로 형성하고, 이러한 매우 얇은 SiO2 베이스 산화막상에 상기 고 유전체 게이트 절연막을 형성해야 한다. 이 때, 상기 고 유전체 게이트 절연막은 막내에 계면 준위 등의 결함이 형성되지 않도록 형성해야 한다. 또한, 이러한 고 유전체 게이트 절연막을 상기 베이스 산화막상에 형성할 때에, 조성을 상기 베이스 산화막에 접하는 쪽에서 고 유전체 게이트 절연막상 주면을 향하여 SiO2를 주성분으로 하는 조성에서 고 유전체를 주성분으로 하는 조성으로 서서히 변화시키는 것이 바람직하다.
고 유전체 게이트 절연막이 결함을 갖지 않도록 형성하고자 하면, 하전 입자가 관여하는 플라즈마 프로세스를 사용할 수 없다. 예컨대 이러한 고 유전체 게이트 절연막을 플라즈마 CVD법으로 형성하면, 막 중에 핫 캐리어의 트랩으로서 작용하는 결함이 플라즈마 손상의 결과로 형성되어 버린다.
한편, 이러한 고 유전체 게이트 절연막을 열 CVD법에 의해 형성하고자 하면, 기초가 되는 베이스 절연막의 성질에 따라 막 두께가 크게 변동하는 것으로 본 발명의 발명자에 의해 발견되었다. 바꿔 말하면, 이러한 고 유전체 게이트 절연막을 종래의 CVD법으로 형성하고자 하면 막 표면이 불규칙해지고, 이러한 표면이 불규칙한 게이트 절연막상에 게이트 전극을 형성했을 경우, 반도체 장치의 작동 특성이 열화되어 버린다.
발명의 요약
이에, 본 발명은 상기 과제를 해결할 신규하고 유용한 기판 처리방법 및 처리장치를 제공하는 것을 개괄적 과제로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 과제는 기판상에 결함을 갖지 않는 고 유전체 막을 효율적으로 형성할 수 있는 기판 처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 과제는,
처리용기,
상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유할 수 있도록 마련된 기판 보유대,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성되어, 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 제 1 처리가스를, 제 1 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 1 측에서 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 향해 유동하도록 공급하는 제 1 처리가스 공급부,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 1 배기구,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성되어, 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 제 2 처리가스를, 제 2 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측에서 제 1 측을 향해 유동하도록 공급하는 제 2 처리가스 공급부,및
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 그 밖의 과제는
처리용기, 상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유할 수 있도록 마련된 기판 보유대, 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 1 처리가스 공급부, 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측, 즉 상기 제 1 측에 대향하는 측에 형성된 제 1 배기구, 및 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 2 처리가스 공급부, 및 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비한 기판 처리장치를 사용한 기판 처리방법에 있어서,
상기 제 1 처리가스 공급부로부터 제 1 처리가스를, 피처리 기판 표면을 따라 제 1 측에서 제 2 측으로 유동시킴으로써 피처리 기판 표면에 제 1 처리를 실시하는 공정, 및
상기 제 2 처리가스 공급부로부터 제 2 처리가스를, 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측에서 제 1 측으로 유동시킴으로써, 상기 피처리 기판 표면에 제 2 처리를 실시하는 공정으로 이루어지고,
상기 제 1 처리를 실시하는 공정에서는 제 2 배기구의 배기량을 제 1 배기구의 배기량보다도 감소시키고,
상기 제 2 처리를 실시하는 공정에서는 제 1 배기구의 배기량을 제 2 배기구의 배기량보다 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 그 밖의 과제는
처리용기,
상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유할 수 있도록 마련된 기판 보유대,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성되어, 상기 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 처리가스를, 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 1 측에서 제 1 측으로 대향하는 제 2 측을 향해 유동하도록 공급하는 처리가스 공급부,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 1 배기구,
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성되어, 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 라디칼을, 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측에서 제 1 측을 향해 유동하도록 공급하는 라디칼원, 및
상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 처리용기 내부에 피처리 기판을 삽입하여 대향하도록 제 1 및 제 2 처리가스 도입구를 마련하고, 추가로 상기 피처리 기판을 삽입하여 상기 제 1 및 제 2 처리가스 도입구에 대향하도록 제 1 및 제 2 배출구를 마련하고, 상기 제 1 처리가스 도입구로부터 제 1 처리가스를 상기 처리용기중으로 도입하여, 상기 피처리 기판 표면을 따라 흘린 뒤, 상기 제 1 배출구로부터 배출하고, 다음에 상기 제 2 처리가스 도입구 또는 플라즈마원으로부터 제 2 처리가스 또는 라디칼을 도입하고, 상기 피처리 기판 표면을 따라 유동시켜 먼저 상기 피처리 기판 표면에 흡착되어 있던 상기 제 1 처리가스 분자와 반응시킨 뒤, 상기 제 2 배출구로부터 배출하는 공정에 의해, 상기 피처리 기판상에 고 유전체 막을 1 분자층씩 적층하면서 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 이하에 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 원리를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 기판 처리장치의 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 기판 처리장치의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 기판 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 변형예에 의한 기판 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 기판 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 기판 처리방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 제 4 실시예에 따르는 전환 밸브의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제 8 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 18a 내지 18d는 본 발명의 제 9 실시예에 따르는 다양한 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 제 10 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 상기 도 19에 도시된 기판 처리장치의 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 21a 내지 21d는 도 20의 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 22는 상기 도 19에 도시된 기판 처리장치의 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 23a 내지 23c는 도 22에 도시된 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 24는 도 22에 도시된 일부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 25a 및 25b는 도 19에 도시된 기판 처리장치의 배기계의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 26은 도 19에 도시된 기판 처리장치의 배기계의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 27은 도 19에 도시된 기판 처리장치의 기판 반입출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 28은 도 19에 도시된 기판 처리장치에서 피처리 기판을 회전시킨 경우의 효과를 나타내는 도면이다.
도 29는 도 19에 도시된 기판 처리장치에서, 처리가스를 교대로 공급했을 경우의 퍼지시간 단축효과를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 제 11 실시예에 따르는 기판 처리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
[원리]
도 1a 및 1b는 본 발명의 원리를 나타낸다.
도 1a 및 1b를 참조함으로써 피처리 기판(2)을 보유하는 처리용기(1)에는 상기 피처리 기판(2)에 대하여 제 1 측에 제 1 처리가스 공급구(3A)가 마련되고, 또한 상기 피처리 기판(2)에 대하여 제 2 측, 즉 상기 제 1 측에 대향하는 측에는 제 1의 배기구(4A)가 마련된다. 또한, 상기 처리용기(1)에는 상기 제 2 측에 제 2 처리가스 공급구(3B)가 마련되고, 또한 상기 제 1 측에는 제 2 배기구(4B)가 마련된다. 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)에는 제 1 원료 전환 밸브(5A)를 통해 제 1 처리가스(A)가 공급되고, 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)에는 제 2 원료 전환 밸브(5B)를 통해 제 2 처리가스(B)가 공급된다. 또한, 상기 제 1 배기구(4A)는 제 1 배기량 조정 밸브(6A)를 통해 배기되고, 상기 제 2 배기구(4B)는 제 2 배기량 조정 밸브(6B)를 통해 배기된다.
우선 도 1a의 공정에서, 상기 제 1 원료 전환 밸브(5A)를 통해 상기 제 1 처리가스(A)를 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)에 공급하고, 상기 처리용기(1)내부에서 상기 제 1 처리가스(A)를 상기 피처리 기판 표면에 흡착시킨다. 이때, 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)에 대향하는 상기 제 1 배기구(4A)를 구동함으로써 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 처리가스는 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)에서 상기 제 1 배기구(4A)까지 제 1 방향으로 유동한다.
다음에 도 1b의 공정에서, 상기 제 2 원료 전환 밸브(5B)를 통해 상기 제 2 처리가스(B)를 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)로 공급하고, 상기 처리용기(1)내에서 상기 제 2 처리가스(B)를 상기 피처리 기판(2)의 표면을 따라 흘린다. 그 결과, 상기 제 2 처리가스(B)는 먼저 상기 피처리 기판 표면에 흡착한 상기 제 1 처리가스 분자에 작용하여 상기 피처리 기판 표면에 고 유전체 분자층이 형성된다. 그 때, 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)에 대향하는 상기 제 2 배기구(4B)를 구동함으로써 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 2 처리가스는 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)에서 상기 제 2 배기구(4B)까지 제 2 방향으로 유동한다.
또한, 상기 도 1a 및 1b의 공정을 반복함으로써 상기 피처리 기판(2)상에 원하는 고 유전체 막이 형성된다.
그 때, 상기 도 1a의 공정에서는 상기 제 2 원료 전환 밸브(5B)로부터 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)로의 상기 제 2 처리가스(B)의 공급은 차단되고, 또한 상기 도 1b의 공정에서는 상기 제 1 원료 전환 밸브(5A)로부터 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)로의 상기 제 1 처리가스(A)의 공급은 차단되지만, 도 1a의 공정에서 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)에서 도입된 상기 제 1 처리가스(A)가 대향하는 제 2 처리가스 공급구(3B)내에 침입하여 석출물이 생기는 것을 피하기 위해, 도 1a의 공정에서는 상기 제 2 원료 전환 밸브(5B)로부터 상기 제 2 처리가스 공급구(3B)로 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 도 1b의 공정에서는 상기 제 1 원료 전환 밸브(5A)로부터 상기 제 1 처리가스 공급구(3A)로 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1a의 공정에서는 상기 제 1 배기량 조정 밸브(6A)는 상기 피처리 기판(2)의 표면을 통과한 상기 제 1 처리가스를 배기하기 위해 큰 밸브 개도로 설정되지만, 상기 제 2 배기량 조정 밸브(6B)는 고온에서의 밸브 개폐동작을 감안하여 완전히 차단하는 것은 아니고, 예컨대 3 % 이하의 작은 밸브 개도로 설정해 두는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 도 1b의 공정에서도 상기 제 2 배기량 조정 밸브(6B)는 큰 밸브 개도로 설정되지만, 상기 제 1 배기량 조정 밸브(6A)도 완전히 차단하는 것은 아니고, 예컨대 3 % 이하의 작은 밸브 개도로 설정해 두는 것이 바람직하다.
상기 처리용기는 상기 제 1 및 제 2 처리가스가 상기 피처리 기판(2)의 표면을 시트 형상의 층류로 유동하도록 편평한 형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 처리가스 공급구(3A, 3B)도 대응하는 편평한, 슬릿 형상의 개구부를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 배기구(4A, 4B)도 상기 제 1 또는 제 2 처리가스가 유동하는 방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 연장하는 슬릿 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 처리가스의 유동 방향에 대하여 직교하는 슬릿으로부터 하방으로 균등하게 배기함으로써 시트 형상의 처리가스의 유동이 흐트러지는 일이 없다.
본 발명의 기판 처리장치에서, 상기 제 1 처리가스로서 Zr, Al, Y, Ti 또는 La를 포함하는 원료를 사용하고 상기 제 2 처리가스로서 산화성가스를 사용함으로써, Zr, Al, Y, Ti 또는 La의 산화물층을 피처리 기판상에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 처리장치에서, 상기 제 3 처리가스로서 상기 제 1 처리가스와는 다른 성막가스를 사용하여 이를 상기 제 2 처리가스와 결합시킴으로써 상기 피처리 기판상에 ZrSiOx, HfSiOx, AlSiOx, YSiOx, TiSiO
x, LaSiOx 또는 ZrAlOx, HfAlOx, YAlOx, TiAlOx, LaAlOx 등의 3원계 산화물층을 형성할 수 있다.
그런데, 도 1a 및 1b에 도시한 본 발명의 기판 처리장치에서는 도 1a의 공정에서 처리용기(1)내에 처리가스 공급구(3A)로부터 처리가스(A)를 도입한 뒤, 도 1b의 공정에서 처리가스 공급구(3B)로부터 퍼지가스 또는 처리가스(B)를 도입했을 경우, 처리용기(1)내에 잔류되는 처리가스(A)가 퍼지가스 또는 처리가스(B)의 유동에 따라 배기구(4B)에서 빠르게 배출되어, 상기 처리용기(1)내에서의 처리가스(A)의 잔류농도는 급격히 저하된다. 마찬가지로, 도 1b의 공정에서 처리용기(1)내에 처리가스 공급구(3B)로부터 처리가스(B)를 도입한 뒤, 도 1a의 공정으로 되돌아가 처리가스 공급구(3A)로부터 퍼지가스 또는 처리가스(A)를 도입했을 경우, 처리용기(1)내에 잔류되는 처리가스(B)는 퍼지가스 또는 처리가스(A)의 유동에 따라 배기구(4A)로부터 빠르게 배출되어, 상기 처리용기(1)내에서의 처리가스(B)의 잔류농도는 급격히 저하된다.
특히 본 발명의 장치에서는 처리가스(B)를 도입하는 도입구(3B)의 주변에서 처리가스(B)의 농도가 수% 정도 있더라도, 배기를 배기구(4B)에서 배기구(4A)로 전환하여 실시하기 때문에, 피처리 기판(2)이 배치되는 영역에서는 처리가스(B)의 농도가 충분히 낮아져 처리가스(A)에 의한 처리가 영향받는 일이 없다.
이에 반해, 처리가스 도입구(3B) 및 이에 대응하는 배기구(4B)를 생략한 구성의 기판 처리장치에서는 처리가스 도입구(3A)로부터 도입되는 처리가스(A)를 퍼지가스 또는 처리가스(B)로 바꾸더라도 처리가스(A)가 상기 처리용기(1)내에 잔류하기 쉬워, 잔류 처리가스(A)의 농도가 처리가스(B)에 의한 처리에 충분한 정도까지 감소하는 데에 긴 시간이 필요하다.
본 발명에서는 처리가스(A)의 처리공정, 및 처리가스(B)의 처리공정 사이에 피처리 기판의 양 단측에서 배기하는 공정을 마련하는 것도 가능하여, 종래의 한 쪽에서만 배기하는 장치보다도 처리가스를 피처리 기판 표면에서 용이하게 배기할 수 있다.
이와 같이, 도 1a 및 1b에 도시한 본 발명의 기판 처리장치는 피처리 기판을 처리가스(A) 및 (B)로 교대로 처리하는 경우에 사이클 시간을 단축하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다.
제 1 실시예
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 기판 처리장치(10)의 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 기판 처리장치(10)는 피처리 기판(12)을 사이에 두고 서로 대향하는 처리가스 도입구(13A) 및 (13B), 상기 피처리 기판(12)을 사이에 두고 상기 처리가스 도입구(13A) 및 (13B)에 각각 대향하는 배기구(14A, 14B)를 구비한 처리용기(11)를 포함하며, 상기 배기구(14A) 및 (14B)는 각각 컨덕턴스 밸브(15A) 및 (15B)를 통해 트랩(100)에 접속되며, 상기 처리용기(11)는 상기 트랩(100)을 통해 배기된다.
또한, 상기 처리용기(11)에는 상기 처리가스 도입구(13A)에 인접하여, 별도의 처리가스 도입구(13C)가 상기 배기구(14A)에 대향하도록 형성된다.
상기 처리가스 도입구(13A)는 전환 밸브(16A)의 제 1 출구에게 접속되고, 상기 전환 밸브(16A)는 밸브(17A), 질량유량 조절기(18A), 및 별도의 밸브(19A)를 포함하는 제 1 원료 공급라인(16a)을 통해 ZrCl2를 보유하는 원료 용기(20A)에 접속된다. 또한, 상기 제 1 원료 공급라인(16a)에 인접하여 밸브(21A, 22A)를 포함하며, Ar 등의 불활성 가스를 공급하는 퍼지라인(21A)이 마련된다.
또한, 상기 전환 밸브(16A)에는 Ar 등의 불활성 가스원에 접속되고, 질량유량 조절기(23A) 및 (24A)를 포함하는 밸브 퍼지라인(23a)이 접속되고, 상기 전환 밸브(16A)의 제 2 출구는 퍼지라인(100a)을 통해 상기 트랩(100)에 접속된다.
마찬가지로, 상기 처리가스 도입구(13B)는 전환 밸브(16B)의 제 1 출구에 접속되고, 상기 전환 밸브(16B)는 밸브(17B), 질량유량 조절기(18B), 및 별도의 밸브(19B)를 포함하는 제 1 원료 공급라인(16b)을 통해 H2O를 보유하는 원료 용기(20B)에 접속된다. 또한, 상기 제 1 원료 공급라인(16b)에 인접하고, 밸브(21B, 22B)를 포함하며, Ar 등의 불활성 가스를 공급하는 퍼지라인(21B)이 마련된다.
또한, 상기 전환 밸브(16B)에는 Ar 등의 불활성 가스원에 접속되고, 질량유량 조절기(23B) 및 (24B)를 포함하는 밸브 퍼지라인(23b)이 접속되며, 상기 전환 밸브(16B)의 제 2 출구는 퍼지라인(100b)을 통해 상기 트랩(100)에 접속된다.
또한, 상기 처리가스 도입구(13C)는 전환 밸브(16C)의 제 1 출구에 접속되고, 상기 전환 밸브(16C)는 밸브(17C), 질량유량 조절기(18C), 및 별도의 밸브(19C)를 포함하는 제 1 원료 공급라인(16C)을 통해 SiCl4를 보유하는 원료 용기(20C)에 접속된다. 또한, 상기 제 1 원료 공급라인(16c)에 인접하여 밸브(21C, 22C)를 포함하며, Ar 등의 불활성 가스를 공급하는 퍼지 라인(21c)이 마련된다.
또한, 상기 전환 밸브(16C)에는 Ar 등의 불활성 가스원에 접속되고, 질량유량 조절기(23C) 및 (24C)를 포함하는 밸브 퍼지라인(23c)이 접속되고, 상기 전환 밸브(16C)의 제 2 출구는 퍼지라인(100c)을 통해 상기 트랩(100)에 접속된다.
또한, 도 2의 기판 처리장치(10)에는 성막 프로세스를 제어하는 제어장치(10A)가 마련되며, 상기 제어장치(10A)는 나중에 도 4 내지 도 7에서 설명하는 바와 같이, 상기 전환 밸브(16A) 내지 (16C) 및 컨덕턴스 밸브(15A) 및 (15B)를 제어한다.
도 3은 도 2의 처리실(11)을 포함하는 부분의 상세를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 처리실(11)내에는 석영 반응용기(110)가 보유되며, 상기 피처리 기판(12)은 상기 석영 반응용기(110)내에 보유된다. 상기 처리실(11)중에는 상기 석영 반응용기(110)에 인접하여 가열기(111A) 내지 (111F)가 마련되어 기판온도를 소정의 처리온도로 유지한다.
또한 상기 처리가스 도입구(13A, 13B)는 상기 피처리 기판(12)의 표면을 따라 처리가스를 흘리도록 편평한 형상으로 형성되며, 또한 그 위치도 상기 피처리 기판(12) 표면의 약간 윗쪽에 설정된다. 또한, 이에 따라 상기 반응용기(110)도 편평한 형상으로 형성되며, 그 결과 편평한 형상의 처리가스 도입구(13A)에서 도입된 ZrCl4 등의 제 1 처리가스는 상기 석영 반응용기(11O)내를 상기 피처리 기판(12)의 표면을 따라 층류가 되어 흘러 상기 배기구(14A)로부터 배출된다. 이 때에, 상기 제 1 처리가스는 상기 피처리 기판 표면에 흡착되고, 상기 피처리 기판 표면은 1 분자층 정도의 처리가스 분자에 의해 덮여진다. 한편, 상기 처리가스 도입구(13B)에서 도입된 H2O 등의 제 2 처리가스는 상기 석영 반응용기(110)내를 상기 피처리 기판(12)의 표면을 따라 층류가 되어 흘러 상기 배기구(14A)에서 배출되지만, 그 때에 먼저 상기 피처리 기판(12)의 표면을 덮고 있던 제 1 처리가스 분자와 반응하고, 그 결과 상기 피처리 기판(12)의 표면에는 1 분자층 정도의 매우 얇은 ZrO2막이 형성된다.
이에, 이러한 흡착공정과 반응공정을, 사이에 퍼지 공정을 삽입하여 반복함으로써 상기 피처리 기판(12)의 표면에 매우 얇은 ZrO2 등의 고 유전체 막을 형성할 수 있게 된다. 또한, 상기 ZrO2 분자층을 형성한 뒤, 상기 처리가스 도입구(13C)로부터 SiCl4 등의 제 3 처리가스를 도입함으로써, 상기 ZrO2 분자층상에 SiO2
분자층을 형성하는 것이 가능하고, 이러한 공정을, 사이에 퍼지를 삽입하여 반복함으로써 ZrSiO4 조성의 고 유전체 막을 형성할 수 있다.
상기 피처리 기판(12) 상의 ZrSiO4막을 형성할 때의 일례로서는 상기 피처리 기판(12)은 200 내지 450 ℃의 온도로 유지되고, 상기 ZrCl4 가스 및 SiCl4 가스는 반응용기(110) 내압을 0.13 내지 13.3 kPa(1 내지 100 Torr)로 설정한 상태에서 각각 1 내지 1000 SLM 및 0.1 내지 1000 SLM의 유량으로 불활성 가스를 운반 기체로 사용하면서 공급한다. 불활성 운반 기체의 유량을 증가시키는 것은 균일한 층류를 형성하는 데에 효과적이다. 상기 불활성 가스의 유량은 원료가스의 유량의 1배로부터 100배 범위에서 선택된다.
또한, 도 3의 구성에는 도시되어 있지는 않지만, 상기 처리가스 도입구(13A)에 나란히 상기 SiCl4를 도입하는 처리가스 도입구(13C)가 마련된다.
본 실시예에 있어서, 상기 원료용기(20A)에 저장되는 원료는 ZrCl4에 한정되는 것은 아니며, HfCl4또는 TaCl5 등의 원료일 수 있다. 이들 원료는 실온에서는 고체이며, 기화시키기 위해서는 상기 원료용기(20A)내에서 Ar 등의 운반 기체를 공급하면서 200 ℃ 이상의 온도로 가열한다.
도 4a 및 4b는 피처리 기판을 반송할 때에, 반송 암에 의해 피처리 기판을 처리용기(11) 내부에 반송하는 경우에, 피처리 기판의 상하 반송에 연동시켜 석영 반응용기(110)의 상부(110A)를 상하로 이동시킴으로써, 도 4b에 도시한 공정에서 상기 석영 반응용기(110)의 상기 상부(110A)와 하부(110B)와의 거리를 도 4a에 도시한 반송시보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 본 발명 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따른 반응용기(110)의 구성을 나타낸다. 즉, 본 실시예에서는 상기 석영 반응용기(110)는 상부(110A)와 하부(110B)로 구성된다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 이와 같이 공정에서 상기 석영 반응용기(110)의 상부(110A)와 하부(110B) 사이의 거리를 짧게 함으로써, 원료가스를 피처리 기판 표면을 따라 균일하게 흘릴 수 있게 된다. 또한, 도 4a 및 4b의 구성에서는 피처리 기판의 상하 이동에 연동하여 석영 반응용기 상부(110A)의 위치를 상하로 이동시켰지만, 반드시 연동시키지 않더라도 반송시에 반송 스페이스가 넓어지는 바와 같은 구성에서, 공정중에 피처리 기판과 상기 석영 반응용기 상부(110A) 사이의 거리가 단축되는 구성이면 상기 소망의 효과를 얻을 수 있다.
제 2 실시예
도 5는 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서 피처리 기판(12)상에 ZrO2막을 1 분자층씩 형성할 때에, 상기 제어장치(10A)의 제어하에 실행되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 처음의 공정 1에서, 상기 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)는 개방되고, 상기 전환 밸브(16A) 및 (16B)는 모두 처리가스 공급라인(16a, 16B) 중의 처리가스를 각각 퍼지라인(100a) 및 (10Ob)를 통해 트랩(100)에 공급하도록 제 1 상태, 즉 퍼지상태로 제어된다. 그 결과 상기 반응용기(110)내에는 상기 퍼지라인(23a) 중의 Ar 가스, 및 상기 퍼지라인(23b) 중의 Ar 가스가, 각각 처리가스 도입구(13A) 및 (13B)를 통해 공급된다. 이렇게 하여 공급된 Ar 퍼지 가스는 각각 상기 배출구(14A) 및 (14B)에서 트랩(100)으로 배출된다.
다음에 공정 2에 있어서, 상기 컨덕턴스 밸브(15A)의 개도가 증대되고, 컨덕턴스 밸브(15B)의 개도가 감소된다. 그 결과, 상기 반응용기(110)내에는 상기 가스 도입구(13A)로부터 배출구(14A)로의 가스의 유동이 발생한다. 상기 배기구(14A, 14B)에서의 배기를 상기 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)의 컨덕턴스의 조정에 의해 제어함으로써, 고온의 배기를 차단 밸브에 의해 온 오프하는 경우보다 신뢰성 높은 배기 제어를 할 수 있다. 또한 연속적으로 배기가 전환되기 때문에 상기 반응용기(110) 내에서의 기류가 흐트러지는 일이 적다.
다음에 공정 3에서 상기 전환 밸브(16A)가 상기 제 1 상태에서 제 2 상태로 전환되고, 상기 처리가스 공급라인(16a) 중의 ZrCl4 가스가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)로부터 상기 반응용기(110)중으로 도입된다. 이렇게 하여 도입된 ZrCl4 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14A)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에는 ZrCl4가 1 분자층 정도로 흡착된다. 상기 공정 3에서는 상기 제 2 전환 밸브(16B)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23a) 중의 Ar 퍼지가스가 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)로부터 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 그 결과, 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)로부터 도입된 ZrCl4 처리가스가 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
다음에 공정 4에 있어서 상기 전환 밸브(16A)가 원래의 제 1 상태로 되돌려지고, 상기 반응용기(110) 속이 Ar 가스에 의해 퍼지된다.
이 때, 상기 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)를 함께 최대 개도로 하여 피처리 기판의 양 끝으로부터 배기하는 것도 효과적이다. 혹은, 처리시간을 단축할 목적에서 이 공정을 마련하지 않고 다음 공정으로 진행시키는 것도 가능하다. 이 경우의 처리시퀸스는 도 6의 흐름도와 같이 된다.
다음에 공정 5에 있어서 상기 컨덕턴스 밸브(15B)의 밸브 개도를 증대시키고, 컨덕턴스 밸브(15A)의 밸브 개도를 감소시켜, 상기 반응용기(110) 내에 상기 가스 도입구(13B)로부터 배출구(14B)로의 가스의 유동을 형성한다.
또한, 공정 6에 있어서 상기 전환 밸브(16B)가 제 2 상태, 즉 개방 상태로 전환되어, 상기 처리가스 공급라인(16B)중의 H2O가 상기 처리가스 공급구(13B)를 통해 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 이렇게 하여 도입된 H2O 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14B)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에 있어서, 먼저 흡착되어 있던 ZrCl4 분자층과 H2O가 반응하여 1 분자층 정도의 ZrO2막이 형성된다. 상기 공정 6에서는 상기 제 1 전환 밸브(16A)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23a) 중의 Ar 퍼지가스가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)로부터 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 그 결과, 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)로부터 도입된 H2O가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
상기 공정 6 후에, 처리 프로세스는 상기 공정 1로 되돌아가고, 추가로 공정 1 내지 6을 반복함으로써, 상기 ZrO2 분자층상에 다음의 ZrO2 분자층을 형성한다. 이와 같이, 상기 공정 1 내지 공정 6을 반복 실행함으로써 상기 피처리 기판(12)상에 임의 두께의 ZrO2막을 1 분자층씩 적층함으로써 형성할 수 있다.
또한, 이상의 공정 1 내지 공정 6에 있어서, 상기 처리가스 도입구(13C)는 제 1 퍼지상태로 고정된다.
상기 원료용기(20A)내에 저장되는 원료를 ZrCl4 대신에 HfCl4 또는 TaCl5으로 치환함으로써 본 실시예에 의해 HfO2막 또는 Ta2O5막을 1 분자층마다의 적층에 의해 형성할 수 있다.
또한, 상기 원료용기(20A)내에 저장되는 원료는 상기 특정한 원료에 한정되는 것은 아니며, ZrCl4, ZrBr4, Zr(I-OC3H7)4, Zr(n-OC
4H9)4, Zr(t-OC4H9)4, Zr(AcAc)4
, Zr(DPM)4, Zr(O-iPr)(DPM)3, Zr(HFA)4, Zr(BH4)4, Zr(N(CH3)2)4, 및 Zr(N(C2H5)2)4
로 이루어진 군에서 선택된 것, (C2H5)2AlN3, (C2H5
)2AlBr, (C2H5)2AlCl, (C2H5)
2AlI, (I-C4H9)AlH, (CH3)2AlNH2, (CH3)2
AlCl, (CH3)2AlH, (CH3)2AlH:N(CH3)2
C2H5, AlH3:N(CH3)2C2H5, Al(C2H5)Cl
2, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5)3, Al(I-C4
H9)Al, Al(I-OC4H9)3AlCl3, Al(CH3)3, AlH3
:N(CH3)3, Al(AcAc)3, Al(DPM)3, Al(HFA)3, Al(OC2H5)3, Al(I-C4H9)3, Al(I-OC3H7)3, Al(OCH
3)3, Al(n-OC4H9)3, Al(n-OC3H7
)3, Al(sec-OC4H9)3, Al(t-OC4H9)3, 및 AlBr3로 이루어진 군에서 선택된 것, Y(AcAc)
3, Y(DPM)3, Y(O-iPr)(DPM)2, Y(HFA)3, 및 Cp3Y로 이루어진 군에서 선택된 것, HfCl4
, HfBr4, Hf(AcAc)4, Hf(DPM)4, Hf(O-iPr)(DPM)3, Hf(HFA)4, Hf[N(C2
H5)2]4, 및 Hf[N(CH3)2]4로 이루어진 군에서 선택된 것, TiCl4, TiBr4, TiI4, Ti(I-OCH3)
4, Ti(OC2H5)4, Ti(I-OC3H7)4, Ti(n-OC3H7)4, Ti(n-OC4
H9)4, Ti(AcAc)4, Ti(AcAc)2Cl2, TJ(DPM)
4, Ti(DPM)2Cl2, Ti(O-iPr)(DPM)3, 및 Ti(HFA)2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 것, LaBr3, LaI3, La(OCH3)3, La(OC2H5)3, La(I-OC
3H7)2, Cp3La, MeCp3La, La(DMP)3, La(HFA)
3, La(AcAc)3, Cp(C8H8)Ti, Cp2Ti[N(CH3)2]2, Cp2
TiCl2, (C2H5)Ti(N3)2, Ti[N(C2H
5)2]4, 및 Ti[N(CH3)2]4로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 제 2 처리가스는 산소 라디칼 원자, O3, N2O, H2O2, H2O 및 D2O로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. 특히 원료로서는 Al(CH3)3, AlCl3, Zr[N(C2H5)2]4
, Zr[N(CH3)2]4, Hf[N(C2H5)2]
4, ZrCl4, HfCl4, TiCl4, Ti[N(C2H5)2]4, 및 Ti[N(CH3)2]4 등이 원자층 성장에 효과적이다.
제 3 실시예
도 7 내지 9는 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서 ZrSiO4막을 1 분자층씩 형성할 때에 상기 제어장치(10A)의 제어하에 실행되는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
처음에 도 7을 참조하면, 공정 11에 있어서, 상기 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)는 개방되고, 상기 전환 밸브(16A) 내지 (16C)는 모두 처리가스 공급라인(16a) 내지(16C) 중의 처리가스를 각각 퍼지라인(100a) 및 (10Ob)를 통해 트랩(100)에 공급하도록 제 1 상태, 즉 퍼지상태로 제어된다. 그 결과, 상기 반응용기(110)내에는 상기 퍼지라인(23a) 내지 (23c) 중의 Ar 가스가 각각 처리가스 도입구(13A) 내지(13C)를 통해 공급된다. 이렇게 하여 공급된 Ar 퍼지가스는 각각 상기 배출구(14A) 및 (14B)로부터 트랩(100)으로 배출된다.
다음에 공정 12에 있어서, 상기 컨덕턴스 밸브(15A)의 개도가 증대되고, 컨덕턴스 밸브(15B)의 개도가 감소된다. 그 결과, 상기 반응용기(110) 속에는 상기 가스 도입구(13A) 및 (13C)로부터 배출구(14A)로의 가스의 유동이 생긴다.
다음에 공정 13에 있어서 상기 전환 밸브(16A)가 상기 제 1 상태에서 제 2 상태로 전환되고, 상기 처리가스 공급라인(16a) 중의 ZrCl4 가스가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)로부터 상기 반응용기(110)내에 도입된다. 이렇게 하여 도입된 ZrCl4 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14A)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에는 ZrCl4가 1 분자층 정도 흡착된다. 상기 공정 3에서는 상기 제 2 및 제 3 전환 밸브(16B, 16C)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23b) 및 (23c) 중의 Ar 퍼지가스가 처리가스 도입구(13B) 및 (13C)에서 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 그 결과, 상기 제 1 처리가스 도입구(13A)로부터 도입된 ZrCl4 처리가스가 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
다음에 공정 14에 있어서 상기 전환 밸브(16A)가 원래의 제 1 상태로 되돌려져 상기 반응용기(110) 속이 Ar 가스에 의해 퍼지된다.
다음에 공정 15에 있어서 상기 컨덕턴스 밸브(15B)의 밸브 개도를 증대시키고, 컨덕턴스 밸브(15A)의 밸브 개도를 감소시켜, 상기 반응용기(110)내에 상기 가스 도입구(13B)로부터 배출구(14B)로의 가스의 유동을 형성한다.
또한, 공정 16에 있어서 상기 전환 밸브(16B)가 제 2 상태, 즉 개방 상태로 전환되어, 상기 처리가스 공급라인(16b)중의 H2O가 상기 처리가스 공급구(13B)를 통해 상기 반응용기(110)내로 도입된다. 이렇게 하여 도입된 H2O 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14B)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에 있어서, 먼저 흡착되어 있던 ZrCl4 분자층과 H2O가 반응하여 1 분자층 정도의 ZrO2막이 형성된다. 상기 공정 16에서는 상기 제 1 전환 밸브(16A, 16C)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23a) 및 (23c) 중의 Ar 퍼지가스가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A) 및 (13C)로부터 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 그 결과, 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)로부터 도입된 H2O가 상기 제 1 처리가스 도입구(13A) 혹은 (13C)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
상기 공정 16 후, 공정 17에 있어서, 상기 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)는 개방되고, 상기 전환 밸브(16A) 내지 (16C)는 제 1 상태로 제어된다. 그 결과 상기 반응용기(110)내에는 상기 퍼지라인(23a) 내지 (23c) 중의 Ar 가스가 각각 처리가스 도입구(13A) 내지 (13C)를 통해 공급된다. 이렇게 하여 공급된 Ar 퍼지가스는 각각 상기 배출구(14A) 및 (14B)로부터 트랩(100)으로 배출된다.
다음에 공정 18에 있어서, 상기 컨덕턴트 밸브(15A)의 개도가 증대되고, 컨덕턴스 밸브(15B)의 개도가 감소된다. 그 결과, 상기 반응용기(110)내에는 상기 가스 도입구(13A) 및 (13C)로부터 배출구(14A)로의 가스의 유동이 발생한다.
다음에 공정 19에 있어서 상기 전환 밸브(16C)가 제 1 상태에서 제 2 상태로 전환되어, 상기 처리가스 공급라인(16c) 중의 SiCl4 가스가 상기 제 3 처리가스 도입구(13C)로부터 상기 반응용기(110)내에 도입된다. 이렇게 하여 도입된 SiCl4 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14A)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에는 먼저 형성된 ZrO2 분자층상에 SiCl4가 1 분자층 정도 흡착된다. 상기 공정 19에서는 상기 제 2 및 제 3 전환 밸브(16A, 16B)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23a) 및 (23b) 중의 Ar 퍼지가스가 처리가스 도입구(13A) 및 (13B)로부터 상기 반응용기(110)내로 도입된다. 그 결과, 상기 제 3 처리가스 도입구(13C)로부터 도입된 SiCl4 처리가스가 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
다음에 공정 20에 있어서 상기 전환 밸브(16A)가 원래의 제 1 상태로 되돌려져 상기 반응용기(110) 속이 Ar 가스에 의해 퍼지된다.
다음에 공정 21에 있어서 상기 컨덕턴스 밸브(15B)의 밸브 개도를 증대시키고, 컨덕턴스 밸브(15A)의 밸브 개도를 감소시켜, 상기 반응용기(110)내에 상기 가스 도입구(13B)로부터 배출구(14B)로의 가스의 유동을 형성한다.
또한, 공정 22에 있어서 상기 전환 밸브(16B)가 제 2 상태, 즉 개방 상태로 전환되어, 상기 처리가스 공급라인(16b) 중의 H2O가 상기 처리가스 공급구(13B)를 통해 상기 반응용기(110) 내에 도입된다. 이렇게 하여 도입된 H2O 가스는 상기에서 설명한 바와 같이, 층류가 되어 상기 피처리 기판(12)의 표면을 흘러 상기 배출구(14B)로부터 배출된다. 이러한 공정에 의해, 상기 피처리 기판(12)의 표면에 있어서, 먼저 흡착되어 있던 SiCl4 분자층과 H2O가 반응하여 1 분자층 정도의 SiO2막이 그 밑의 ZrO2 분자층상에 형성된다. 상기 공정 22에서는 상기 전환 밸브(16A, 16C)는 상기 제 1 상태에 있고, 라인(23a) 및 (23c) 중의 Ar 퍼지가스가 상기 처리가스 도입구(13A) 및 (13C)로부터 상기 반응용기(110)내로 도입된다. 그 결과, 상기 제 2 처리가스 도입구(13B)로부터 도입된 H2O가 상기 처리가스 도입구(13A) 또는 (13C)에 침입하여 석출물이 생기는 문제가 회피된다.
또한, 상기 공정 11 내지 22를 반복함으로써, 상기 피처리 기판(12)상에 전체적으로 ZrSiO4로 표시되는 조성의 고 유전체 막이 ZrO2 분자층과 SiO2 분자층을 교대로 적층함에 의해 형성된다.
또한 상기 ZrO2 분자층과 SiO2 분자층의 적층시의 비율을 변화시킴으로써 상기 고 유전체 막의 조성을 막 두께 방향으로 변화시키는 것도 가능하다. 예컨대 상기 고 유전체 막의 하층부에서는 SiO2 조성이 우세하도록 하고, 또한 상층부에서는 ZrO2 조성이 우세해지도록 조성을 제어하는 것이 가능하다. 단, 공정 14, 17, 20에 있어서, 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)의 개도를 최대로 할 수 있다. 이 경우에는 처리기판의 양 끝으로부터 배기가 이루어져 보다 유효하게 처리가스를 퍼지할 수 있다. 이 경우의 처리 순서에 대응하는 흐름도를 도 10 내지 12에 나타낸다.
또한, 상기 원료용기(20C)내에 저장되는 원료는 상기 특정 원료에 한정되는 것은 아니며, H2Si[N(CH3)2]2, (C2H5)
2SiH2, (CH3)2SiCl2, (CH3)2Si(OC
2H5)2, (CH3)2Si(OCH3)2, (CH3)2SiH2, C2H5Si(OC2H5)3, (CH3)3SiSi(CH
3)3, HN[Si(CH3)3]2, (CH3)(C6H5)SiCl2, CH3SiH3, CH3
SiCl3, CH3Si(OC2H5)3, CH3Si(OCH
3)3, C6H5Si(Cl)(OC2H5)2, C6H5Si(OC2H5)3, (C2H5)
4Si, Si[N(CH3)2]4, Si(CH3)4, Si(C
2H5)3H, (C2H5)3SiN3, (CH3)3SiCl, (CH3)3SiOC2H5, (CH3
)3SiOCH3, (CH3)3SiH, (CH3)3SiN
3, (CH3)3(C2H3)Si, SiH[N(CH3)2]3, SiH[N(CH3)2]3, Si(CH
3COO)4, Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4
, Si(I-OC3H7)4, Si(t-OC4H9)4, Si(n-OC4H9)4, Si(OC
2H5)3F, HSi(OC2H5)3, Si(I-OC3
H7)3F, Si(OCH3)3F, HSi(OCH3)3, H2SiCl2, Si2Cl6, Si2
F6, SiF4, SiCl4, SiBr4, HSiCl3, SiCl3
F, Si3H8, SiH2Cl2, SiH2Cl2, 및 Si(C2H5)2
Cl2로 이루어진 군에서 선택된 것, (C2H5)2AlN3
, (C2H5)2AlBr, (C2H5)2AlCl, (C2
H5)2AlI, (I-C4H9)AlH, (CH3)2AlNH
2, (CH3)2AlCl, (CH3)2AlH, (CH3)2AlH:N(CH3)2C2
H5, AlH3:N(CH3)2C2H5, Al(C2
H5)Cl2, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5)3, Al(I-C4H9)Al, Al(I-OC4H
9)3AlCl3, Al(CH3)3, AlH3:N(CH3
)3, Al(AcAc)3, Al(DPM)3, Al(HFA)3, Al(OC2H5)3, Al(I-C4
H9)3, Al(I-OC3H7)8, Al(OCH3)
3, Al(n-OC4H9)3, Al(n-OC3H7)3, Al(sec-OC4H9)3, Al(t-OC
4H9)3, 및 AlBr3로 이루어진 군에서 선택할 수 있다.
제 4 실시예
그런데, 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서는 ZrCl4 가스를 상기 원료용기(20A)로부터 원료 공급라인(16a) 및 전환 밸브(16A)를 통해 공급하지만, ZrCl4는 상온에서는 고체이며, 기화에는 200 ℃ 정도의 온도가 필요하다. 이것은 상기 전환 밸브(16A)를 포함하는 원료 공급라인(16a)의 전체를 200 ℃ 이상의 온도로 유지할 필요가 있고, 또한 상기 전환 밸브(16A)도 이러한 200 ℃ 이상, 실제적으로는 250 ℃ 이상의 온도에 견딜 필요가 있음을 의미한다. 또한 상술한 도 5 내지 9의 설명에서도 알 수 있는 바와 같이, 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서는 상기 전환 밸브(16A) 내지 (16C)는 1 분자층의 퇴적마다 빈번히 구동되기 때문에, 전환 밸브의 소모의 문제가 현저히 나타난다.
이에 반해, 도 13a 및 13b는 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서 전환 밸브(16A)로서 사용되는, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 전환 밸브(160)의 구성을 나타낸다. 도 13a 및 13b의 전환 밸브는 도 2 및 3의 기판 처리장치(10)에서 전환 밸브(16B, 16C)로도 사용하는 것이 가능하다.
도 13a를 참조하면, 상기 전환 밸브(160)는 금속제 구동축(161A)을 둘러싸도록 형성된 원통 형상의 세라믹 밸브체(161B), 상기 세라믹 밸브체(161B)를 회전 가능하게 보유하는 용기(162), 및 상기 용기(162)와 협동하여 상기 구동축(161A)를 밀봉하는 캡 부재(163)로 이루어지며, 상기 캡 부재(163)에는 냉각수 입구(163a)와 냉각수 출구(163b)를 구비한 수냉 쟈켓(163A)이 마련된다. 상기 세라믹 밸브체(161B)는 상기 구동축(161A)상에 실링(161A, 161B)을 통해 고정되고, 상기 캡부재(163)로 덮여진 상기 구동축(161A)의 선단부에는 내열성의 사마륨 코발트계의 마그넷(161M)이 마련된다. 상기 마그넷(161M)은 외부의 전자구동 기구에 자기적으로 결합되어 상기 전자 구동기구에 의해 회전이동조작된다.
한편, 상기 용기(162)에는 상기 처리가스 공급라인(16a)에 대응한 제 1 가스 입구(162A)와 상기 퍼지가스라인(23a)에 대응한 제 2 가스 입구(162B)가 마련되고, 또한 상기 처리가스 공급구(16A)에 접속된 제 1 가스출구(162C), 및 모두 상기 퍼지라인(100a)에 접속된 제 2 및 제 3 가스출구(162D, 162E)를 갖는다.
도 13b는 도 13a의 밸브체(161B)를 상세히 나타낸다.
도 13b를 참조하면, 상기 밸브체(161B)상에는 그 바깥둘레상에 제 1 및 제 2 홈(161Ba) 및 (161Bb)가 형성되어 있어, 상기 밸브체(161B)가 회전이동함으로써 상기 홈(161Ba, 161Bb)을 통해 상기 가스 입구(162A, 162B)가 가스 출구(162C) 내지 (162E)에 선택적으로 접속된다.
예컨대 상기 전환 밸브(16A)가 상기 제 1 상태에 있는 경우, 상기 퍼지 라인(23a)에 접속된 가스 입구(162B)가 상기 홈(161Bb)을 통해 상기 가스 출구(162C)에 접속되어, 상기 퍼지라인(23a) 중의 Ar 가스가 상기 처리가스 공급구(13A)를 통해 상기 반응용기(110) 내에 공급된다. 이 상태에서는 동시에 상기 처리가스 공급라인(16a)에 접속되어 가스 입구(162A)가 상기 홈(161Ba)을 통해 상기 가스출구(162D)에 접속되어, 상기 라인(16a) 중의 처리가스가 상기 가스출구(162D)를 통해 여기에 접속된 상기 퍼지라인(100a)에 버려진다.
마찬가지로, 상기 전환 밸브(16B)가 상기 제 2 상태에 있는 경우, 상기 밸브체(161B)는 회전이동되고, 그 결과 상기 가스 입구(162B)는 상기 홈(161Bb)를 통해 상기 가스 출구(162E)에 접속되어, 그 결과 상기 퍼지라인(컨덕턴트 밸브(15A)) 중의 Ar 가스가 상기 가스출구(162E)로부터 여기에 접속된 상기 퍼지라인(100a)에 버려진다. 한편, 상기 가스 입구(162A)는 상기 홈(161Ba)을 통해 상기 가스 출구(162C)에 접속되고, 상기 가스 출구(162C)로부터 상기 처리가스 공급구(13A)를 통해 상기 반응용기(110)내로 도입된다.
이러한 구성의 전환 밸브(160)는 250 ℃의 온도에서 반복 실행하는 전환 작동에 문제없이 견딜 수 있다. 또한, 상기 전환 밸브(160)에서는 처리가스의 반응용기(110) 중으로의 공급이 차단되는 경우라도 처리가스의 유동이 퍼지 라인(100a)로 전환되었을 뿐이기 때문에, 원료용기(20A)로부터의 ZrCl4 가스 등의 원료가스의 압력이나 유량이 크게 변동하는 일이 없다.
앞에서도 설명한 바와 같이, 상기 전환 밸브(160)는 도 2의 전환 밸브(16A) 뿐 아니라, 다른 전환 밸브(16B, 16C)에도 적용가능하다.
제 5 실시예
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 기판 처리장치(101)의 구성을 나타낸다. 단, 도 14 중 상기에서 설명한 부분에는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 생략한다. 또한 상기 도 2 및 3에서 설명한 부분 중 본 실시예에 관계없는 부분의 도시는 간략화를 위해 생략한다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에서는 상기 처리가스 공급라인(16a, 16C)이 적당한 부분에 용적을 국소적으로 증대시킨 처리가스 축적부(260a, 260c)를 각각 형성하고, 이러한 처리가스 축적부에 일단 처리가스를 축적한다. 이러한 처리가스 축적부(260a, 260b)를 마련함으로써, 상기 도 5 내지 9에서 설명한 빈번한 처리가스의 전환, 및 이에 따른 상기 처리가스 공급라인(16a, 16c)내에서의 컨덕턴스의 변동이 생기더라도 처리가스의 공급을 안정하게 실시할 수 있게 된다.
특히 도 14의 구성에서는 상기 처리가스 공급라인(16a)에 있어서, 원료 공급라인(16a)에 마련된 질량유량 조절기(18A)를 상기 제어장치(10A)에 의해 상기 전환 밸브(16A) 내지 (16C)의 전환 제어에 동기하여 제어하고 있지만, 이러한 구성에 의해 상기 처리가스 공급라인(16a) 중의 처리가스 유량의 변동이 보상되어, 상기 라인(16a)을 통한 처리가스의 공급을 안정화시키는 것이 가능하다.
또한, 도 14의 구성에서는 상기 처리가스 공급라인(16c)에 있어서 상기 처리가스 축적부(260c)에 압력계(261c)를 마련하여 상기 처리가스 축적부(260c)의 압력을 일정하게 유지한다. 이러한 구성에 의해서도 상기 처리가스 공급라인(16c)내에서 생긴 컨덕턴스의 변동이 효과적으로 보상된다.
도 14의 구성에 있어서, 상기 처리가스 공급라인(16c)에 마련된 질량유량 조절기(18C)의 제어를, 라인(16a)의 질량유량 조절기(16a)와 마찬가지로 제어장치(10A)를 사용하여 실시할 수도 있다. 또한, 상기 처리가스 공급라인(16a)에 있어서, 상기 처리가스 축적부(260a)에 압력계를 마련할 수 있다. 또한, 같은 구성을 처리가스 공급라인(16b)에 마련할 수도 있다.
제 6 실시예
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 기판 처리장치(102)의 구성을 나타낸다. 단 도 15중 상기에서 설명한 부분에는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 생략한다. 또한 상기 도 2 및 3에서 설명한 부분 중 본 실시예에 관계없는 부분의 도시는 간략화를 위해 생략한다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에서는 상기 원료용기(20A, 20C)에 운반 기체를 공급하는 라인에 질량유량 조절기(20a, 20c)가 각각 마련되고, 또한 상기 질량유량 조절기(20a, 20c)가 상기 제어장치(10A)에 의해, 전환 밸브(16A) 내지 (16C) 및 컨덕턴스 밸브(15A, 15B)의 제어에 동기하여 제어된다.
보다 구체적으로는 상기 질량유량 조절기(20a)는 상기 전환 밸브(16A)가 상기 라인(16a) 중의 처리가스를 상기 처리가스 공급구(13A)에 공급하는 경우만 유량을 증가시키도록 제어된다. 마찬가지로, 상기 질량유량 조절기(20c)도 상기 전환 밸브(16C)가 상기 라인(16C) 중의 처리가스를 상기 처리가스 공급구(13C)에 공급하는 경우만 유량을 증가시키도록 제어된다. 이러한 전환 밸브(16A, 16C)의 제어와 동기한 질량유량 조절기(20a, 20c)의 제어에 의해, 상기 반응용기(110)내에 공급되지 않는 경우에 쓸모 없어지는 처리가스를 절약할 수 있게 된다. 이에 따라, 트랩(100)에 접속되는 서해(徐害) 장치의 부하가 경감된다.
이 때, 도 14에 도시한 질량유량 조절기(18C, 18A) 대신에 도 15에 도시한 음파 센서(18C', 18A')를 설치함으로써, Ar 캐리어 중의 원료 농도를 측정하여 질량유량 조절기(20a, 20c)에 피드백 제어하는 것이 효과적이다.
제 7 실시예
도 16은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 기판 처리장치(102)의 구성을 나타낸다. 단 도 16 중 상기에서 설명한 부분에는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 생략한다. 또한 상기 도 2 및 3에서 설명한 부분 중 본 실시예에 관계없는 부분의 도시는 간략화를 위해 생략한다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에서는 상기 실시예와 달리 상기 원료용기(20A) 내에 ZrCl2 대신에 도 16에 도시한 바와 같이 금속 Zr를 저장하여, 여기에 Cl2 가스를 운반 기체로 공급함으로써 ZrCl2 가스를 발생시킨다. 이 때, 상기 Cl2 운반 기체의 유량을 상기 실시예와 같이 상기 제어장치(10A)에 의해 상기 처리가스 공급라인(16a) 중의 ZrCl2 가스가 상기 처리용기(11) 내부에 도입되는 경우에만 증가하도록 제어한다.
본 실시예에 의해서도, 상기 처리용기(11) 중의 반응용기(110)내에 상기 처리가스 도입구(13A)를 통해 ZrCl2 등의 염화물 처리가스를 공급하는 것이 가능하다.
제 9 실시예
도 17은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 처리용기(11A)의 구성을 나타낸다. 단 도 17 중 상기에서 설명한 부분에는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에서는 도 3의 실시예의 처리용기(11)에 있어서, 상기 피처리 기판(12)에 대향하는 위치의 가열기(111B)를 철거하고, 그 대신에 석영창(11W)을 마련한다. 또한, 상기 석영창(11W)에 따라 이동가능하게 자외선 광원 UV를 마련한다.
이러한 구성에서는 상기 석영창(11W)을 통해 상기 자외선 광원 UV으로부터 자외선을 상기 피처리 기판(12)의 표면에 조사함으로써, 상기 피처리 기판(12) 표면에서의 성막을 촉진할 수 있다. 이 때, 상기 자외선 광원 UV를 상기 석영창(11W)에 따라 이동시킴으로써, 상기 피처리 기판(12) 표면에서의 노광량을 똑같이 제어할 수 있다. 또한, 이 광원으로서 자외선 광원 외에 적외선 램프를 마련함으로써 처리기판을 균일하게 가열할 수 있게 된다. 이러한 구성은 특히 형성한 막을 600 내지 1000 ℃에서의 온도에서 단시간 어닐링하는 경우나, 자외광 조사를 하면서 막형성후의 열처리를 실시하는 경우에 효과적이다. 이러한 공정은 피처리 기판 표면에서 하이드로카본이나 할로겐 등의 불순물을 제거하는 데 효과적이다.
제 9 실시예
도 18a 내지 18d는 도 2의 기판 처리장치(10)에서 사용되는 처리용기(11)의 다양한 변형예를 도시한 평면도이다.
이 중 도 18a는 상기 도 1a 및 1b에서 설명한 구성에 대응하여, 처리용기(11)중에 있어서 편평한 처리가스 공급구(13A, 13B)가 피처리 기판(12)을 사이에 두고 대향하도록 마련된다. 또한, 상기 처리가스 공급구(13A)의 근방에, 상기 처리가스 공급구(13B)에 대응하는 배기구(14B)가 슬릿 형상으로 상기 배기구(14B)의 긴 방향이 상기 처리가스 공급구(13B)로부터 상기 배기구(14B)로의 처리가스가 유동하는 방향으로 대략 직각이 되도록 형성된다. 마찬가지로, 상기 처리가스 공급구(13A)에 대응하는 배기구(14A)가 슬릿 형상으로 상기 배기구(14A)의 긴 방향이 상기 처리가스 공급구(13A)로부터 상기 배기구(14A)로의 처리가스가 유동하는 방향으로 대략 직각이 되도록 형성된다.
도 18b의 구성은 상기 도 2 및 3의 구성에 대응하고, 도 18a의 구성에 제 3 처리가스 공급구(13C)를 상기 제 1 처리가스 공급구(13A)에 겹쳐 형성한다.
도 18c는 다른 기판 처리장치와 함께 클러스터형 처리 시스템을 구성하기 위한 기판 처리실이며, 서로 대향하는 처리가스 공급구(13A, 13B) 및 배기구(14A, 14B)에 직교하도록 서로 대향하는 처리가스 공급구(13C, 13D) 및 대응하는 배기구(14C, 14D)가 형성되고, 또한 상기 기판 처리실의 일부에는 피처리 기판을 출납하기 위한 로드록실(11L/D)이 형성된다.
도 18c의 기판 처리장치에서는 처리가스를 4 종류 사용하여 다성분계의 고 유전체 막을 1 분자층씩의 적층에 의해 형성하는 것이 가능하다.
도 18d는 도 18a 구성의 처리실(11)에서, 서로 대향하는 처리가스 공급구(13A, 13B) 및 대응하는 배기구(14A, 14B)에 직교하도록, 별도의 처리가스 공급구(13C) 및 이에 대향하는 배기구(14C)를 마련한 구성을 나타낸다.
이러한 구성에 의해서도, 상기 피처리 기판(12)상에 ZrSiO4 등의 고 유전체 막을 1 분자층씩 적층함으로써 형성하는 것이 가능하다.
제 10 실시예
도 19는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 기판 처리장치(200)의 구성을 나타낸다.
도 19를 참조하면, 상기 기판 처리장치(200)는 Al로 이루어진 외측 처리용기(201)와 석영유리로 이루어진 내측 처리용기(202)를 가지며, 상기 내측 처리용기(202)는 상기 외측 처리용기(201)내에 구획되며, 상기 외측 처리용기(201)의 일부를 구성하는 커버 플레이트(201A)에 의해 덮여지는 오목부내에 수납된다.
상기 내측 용기(202)는 상기 오목부 내에서 상기 외측 처리용기(201)의 저면을 덮는 석영 바닥판(202A)과, 상기 오목부 내에서 상기 석영 바닥판(202A)을 덮는 석영 커버(202B)로 이루어지며, 또한 상기 외측 처리용기의 저부에는 피처리 기판(W)을 보유한 디스크 형상의 기판 보유대(203)가 수납되는 원형의 개구부(201D)가 형성된다. 상기 기판 보유대(203)내에는 도시하지 않은 가열 기구가 마련된다.
상기 기판 보유대(203)는 상기 외측 처리용기(201)의 하부에 마련된 기판 반송부(204)에 의해 회전이동 가능하게 유지하고, 동시에 상하이동 가능하게 유지된다. 상기 기판 보유대(203)는 최상위의 프로세스 위치와 최하위의 기판 출입위치 사이를 상하이동 가능하게 유지되고, 상기 프로세스 위치는 상기 보유대(203) 상의 피처리 기판(W)의 표면이 상기 석영 바닥판(202A)의 표면과 대략 일치하도록 결정된다.
한편, 상기 기판 출입위치는 상기 기판 반송부(204)의 측벽면에 형성된 기판반입출 개구부(204A)에 대응하여 설정되고, 상기 기판 보유대(203)가 상기 기판 출입위치까지 하강했을 경우, 상기 기판 반입출구(204A)로부터 반송 암(204B)이 삽입되어, 리프터 핀(도시하지 않음)에 의해 기판 보유대(203) 표면에서 들어 올려진 피처리 기판(W)을 지지하여 꺼내어 다음 공정으로 보낸다. 또한, 상기 반송 암(204B)은 새로운 피처리 기판(W)을 상기 기판 반입출 개구부(204A)를 통해 상기 기판 반송부(204) 내에 도입하고, 이것을 상기 기판 보유대(203)상에 재치한다.
상기 새로운 피처리 기판(W)을 보유한 기판 보유대(203)는 축수부(205)내에 자기 실(205A)에 의해 유지된 회전이동축(205B)에 의해 회전이동 가능하게, 또한 상하이동 가능하게 유지되고, 상기 회전이동축(205B)이 상하이동동하는 공간은 벨로즈(206) 등의 격벽에 의해 밀폐된다. 이 때, 상기 공간은 도시를 생략한 배기구를 통해 상기 내측 용기(202) 내부보다도 고진공 상태로 배기되며, 상기 내측 용기(202) 내에서 이루어지는 기판 처리 프로세스로의 오염이 회피된다.
이러한 차동 배기를 확실히 실시하기 위해서, 상기 기판 보유대(203)에는 피처리 기판(W)을 둘러싸도록 석영 유리로 이루어진 가드링(203A)이 마련된다. 이러한 가드링(203A)은 상기 기판 보유대(203)와 상기 외측 처리용기(201)내에 상기 기판 보유대를 수용하도록 형성된 상기 개구부(201D)의 측벽면과의 사이의 컨덕턴스를 억제하여, 이에 따라 상기 벨로즈(206)로 이루어진 공간내부를 고진공으로 배기했을 경우에 상기 내측 처리용기(202)와의 사이에 차압이 확실히 형성된다.
상기 외측 처리용기(201)의 저부에 형성된 상기 개구부(201D)는 측벽면이 석영 라이너(201D)에 의해 덮여져 있고, 상기 석영 라이너(201d)는 추가로 하방으로 연장하여 상기 기판 반송부(20)의 내벽을 덮는다.
상기 외측 처리용기(201)의 저부에는 상기 개구부(201D)의 양측에 각각 배기장치에 접속된 배기 홈부(201A) 및 (201b)가 형성되고, 상기 배기 홈부(201A)는 도관(207a) 및 컨덕턴스 밸브(207A)를 통해, 또한 상기 배기 홈부(201B)는 도관(207b) 및 컨덕턴스 밸브(207B)를 통해 배기된다. 도 19의 상태에서는 상기 컨덕턴스 밸브(207A)가 열린 상태로, 또한 상기 컨덕턴스 밸브(207B)가 대략 닫힌 상태로 설정된다. 상기 실시예와 같이, 상기 컨덕턴스 밸브(207A, 207B)는 신뢰성이 높은 개폐 상태를 실현하기 위해서 닫힌 상태라 하더라도 완전히 폐쇄하는 것은 아니며, 3% 정도의 밸브 개도를 남겨두는 것이 바람직하다.
상기 배기 홈부(201a) 및 (201b)는 석영 유리로 이루어진 라이너(208)에 의해 덮여져 있고, 상기 배기 홈부(201a, 201b)에 대응하여 슬릿 형상의 개구부(209A, 209B)가 상기 석영 바닥판(202A)에 형성된다. 도 19의 실시예에서는 이러한 슬릿 형상의 개구부(209A, 209B)에 나중에 설명할 정류판(209)이 상기 내측 처리용기(202) 내부의 배기를 촉진할 목적으로 형성된다.
또한, 상기 내측 처리용기(202) 내에는 나중에 상세히 설명할 석영가스 노즐(210A) 및 (210B)이 각각 상기 배기 홈부(201a) 및 (201b)에 상기 개구부(20A)를 사이에 두고 대향하도록 마련된다. 이에, 상기 가스 노즐(210A)로부터 도입된 제 1 처리가스는 상기 내측 처리용기(202) 내를 상기 피처리 기판(W)의 표면을 따라 흘러, 대향하는 배기 홈부(201a)로부터 상기 컨덕턴스 밸브(207A)를 통해 배기된다. 마찬가지로, 상기 가스 노즐(210B)로부터 도입된 제 2 처리가스는 상기 내측 처리용기(202) 내를 상기 피처리 기판(W)의 표면을 따라 흘러, 대향하는 배기 홈부(210b)로부터 상기 컨덕턴스 밸브(207B)를 통해 배기된다. 이와 같이 제 1 및 제 2 처리가스를 교대로 상기 가스 노즐(210A)로부터 배기 홈부(201a)로 흘리거나 상기 가스 노즐(210B)로부터 배기 홈부(201b)로 흘림으로써, 상기에서 설명한 원자층을 기본 단위로 하는 막 형성이 가능해진다.
도 20은 상기 내측 처리용기(202)를 구성하는 석영 바닥판(202A)의 구성을 상세히 나타낸다.
도 20을 참조하면, 상기 석영 바닥판(202A)에는 상기 피처리 기판(W)에 대응한 원형의 개구부(202A)가 형성되고, 상기 개구부(202A)의 양측에는 상기 배기 홈부(201a, 201b)에 대응한 개구부(209A) 및 (209B)가 형성된다. 또한, 도 20의 예에서는 상기 개구부(209A, 209B)에 대응하여 슬릿을 갖는 정류판(209)이 마련된다. 또한 상기 석영 바닥판(202A)에는 상기 가스 노즐(210A)에 대응하여 개구부(210a)가, 또한 상기 가스 노즐(210B)에 대응하여 개구부(210b)가 형성된다. 상기 석영 바닥판(202A)에 상기 개구부(210a) 또는 (210b)를 복수개 형성함으로써, 상기 내측 처리용기(202) 내에 상기 가스 노즐(210A) 또는 (210B)를 복수개 마련하는 것이 가능해진다.
도 21a 내지 21d는 상기 정류판(209)의 다양한 예(2091 내지 2094)를 나타낸다.
도 21a를 참조하면, 정류판(2091)에는 폭이 똑같은 슬릿이 형성되고, 상기 컨덕턴스 밸브(207A)에 접속된 도관(207a)이 상기 배기 홈부(201a) 또는 (201b)에서 상기 슬릿의 양 단부에 접속된다.
도 21b의 정류판(2092)에서는 도 21a의 정류판(2091)에서 슬릿의 중앙부의 폭이 증대하도록 변형되고, 슬릿의 전체 길이에 걸쳐 동일한 배기가 실현된다.
이에 반해, 도 21c의 정류판(2093)에서는 도 21a 또는 17B의 슬릿 대신에 정류판(209)에 개구부 열이 형성되고, 상기 개구부 열의 전체 길이에 걸쳐 동일한 배기가 실현되도록 개구부 열 중앙부의 개구부에서 지름이 증대된다. 또한, 도 21d의 정류판(2094)에서는 정류판내에 동일 지름의 개구부로 이루어진 개구부 열이 형성되고, 개구부 열 중앙부에서 개구부의 수가 증대된다. 이러한 구성에 의해서도 상기 개구부 열의 전체 길이에 걸쳐 동일한 배기가 실현된다.
도 22는 도 19의 기판 처리장치(200)에서의 가스 노즐(210B) 및 대응하는 배기 홈부(201b)의 구성, 및 상기 가스 노즐(210B)로부터 상기 배기 홈부(201b)로 유동하는 처리가스(A)의 유동을 나타낸다. 동일한 구성 및 상황은 가스 노즐(210A) 및 이에 대응하는 배기 홈부(210a)의 사이에도 성립된다.
도 22를 참조하면, 상기 가스 노즐(210B)은 도 20의 개구부(210b)에 삽입되는 석영관(210B1)과, 상기 석영관(210B1)의 선단에 형성된 석영관 링(210B2)으로 이루어지며, 상기 석영관 링(210B2)의 상기 배기구부(201b)에 면하는 쪽에게는 다수의 노즐 개구부가 형성된다.
이에, 상기 개구부(210b)로부터 상기 석영관(210B1)에 도입된 처리가스는 상기 석영관 링(210B2) 중을 흘러, 상기 노즐 개구부에서 시트 형상의 가스류(B)가 되어 토출된다.
도 19의 컨덕턴스 밸브(207B)가 열려 있는 경우, 가스류(A)는 상기 석영 바닥판(202A)과 거의 동일면을 형성하는 피처리 기판(W)의 표면을 흘러, 상기 정류판(209) 및 배기 홈부(201b), 추가로 도관(207b)을 통해 배기된다.
도 23a 내지 23c는 상기 석영관 링(210B2)에 마련되어 상기 시트 형상의 가스류(B)를 형성하는 노즐 개구부의 예를 나타낸다.
도 23를 참조하면, 상기 노즐 개구부는 지름이 동일한 복수의 개구부로 이루어진 개구부 열이 되고, 상기 개구부 열의 중앙부와 양 단부가 개구부의 피치를 변화시킴으로써, 원하는 시트 형상의 가스류를 형성한다. 이에 반해, 도 23b의 구성에서는 상기 노즐 개구부를 구성하는 개구부 열 중의 개구부의 지름을 개구부 열 중앙부와 양 단부에서 변화시킨다. 또한, 도 23c의 구성에서는 상기 노즐 개구부를 슬릿 형상의 개구부로 구성하여, 슬릿 폭을 중앙부와 주변부로 변화시키고 있다.
또한, 상기 가스 노즐(210B)에서는 도 24에 도시한 바와 같이, 석영관(210B1)의 선단부에 양 끝이 닫힌 별도의 석영관(210B3)을 설치하고, 상기 별도의 석영관(210B3)의 내부를, 확산판(210B4)에 의해, 가스 도입실(21OB5), 가스 토출실(21OB6), 칸막이, 가스 토출실(210B6)에 노즐 개구부(210b6)를 마련한 구성을 사용하는 것도 가능하다.
도 19의 기판 처리장치(200)에서는 상기 기판 보유대(203)가 상하로 이동가능하기 때문에 상기 내측 처리용기(202)내에서 상기 피처리 기판(W) 표면의 위치를 최적화함으로써 상기 내측 처리용기(202)내에 상기 석영 바닥판(202A)에 따른 처리가스의 라미나 플로우를 형성하는 것이 가능하다.
도 25a 및 25b 및 도 26은 기판 처리장치(200)의 배기계의 구성예를 나타낸다.
도 25a의 예에서는 상기 배기 홈부(201a)의 양 단부에 결합된 도관(207a)의 각각에 컨덕턴스 밸브(207A)가 마련되고, 마찬가지로 배기 홈부(201b)의 양 단부에 결합된 도관(207b)의 각각에는 컨덕턴스 밸브(207B)가 마련된다. 상기 한 쌍의 컨덕턴스 밸브(207A)는 동시에 동일한 밸브 개도로 구동되며, 마찬가지로 상기 한 쌍의 컨덕턴스 밸브(207B)도 동시에 동일한 밸브 개도로 구동된다.
도 25a의 구성에서는 컨덕턴스 밸브(207A) 및 (207B)를 배기 홈부(201a) 또는 (201b)의 바로 근처에 마련하는 것이 가능하며, 기판 처리장치(200)에 있어서의 가스 전환동작시의 응답성이 향상된다.
이에 반해, 도 25b의 구성에서는 상기 배기 홈부(201a)의 양 단부에 결합되는 도관(207a)을 단일 컨덕턴스 밸브(207A)에 공통 접속한다. 마찬가지로, 도 25b의 구성에서는 배기 홈부(201b)에 있어서도 배기 홈부(201a)의 양 단부에 결합되는 한 쌍의 도관(207b)을 단일 컨덕턴스 밸브(207B)에 공통 접속한다. 이러한 구성에서는 컨덕턴스 밸브와 배기 홈부와의 거리가 길어지기 때문에, 가스 전환 작동시의 응답성은 약간 저하되지만, 컨덕턴스 밸브의 수를 줄이는 것이 가능하여, 기판 처리장치(200)의 구성이 간소화된다.
도 26의 구성에서는 상기 배기 홈부(201b)의 배기 구성이 도 25b와 동일하지만, 배기 홈부(201a)가 중앙부에 있어서 단일 도관(207a) 및 단일 컨덕턴스 밸브(207A)를 통해 배기되고 있다. 이러한 구성에 따르면, 두개의 컨덕턴스 밸브를 사용하여 내측 처리용기(202) 내부의 가스 전환을 신속하게 실시하는 것이 가능하다.
도 27은 상기 기판 처리장치(200)의 기판 반송부(204)의 구성을 나타낸다.
도 27을 참조하면, 상기 외측용기(201)의 저부로부터 상기 기판 반송부(204)로 연장되는 석영 슬리브(201d)의 일부에는 기판 반송로를 둘러싸고 기판 반입출 개구부(204A)로 연장되는 연장부(201e)가 형성되고, 상기 피처리 기판(W)은 상기 연장부(201e) 속을 통과하여 반입되며, 또한 반출된다. 또한, 이 때문에, 상기 연장부(201e)내에는 상기 도 19에서 설명한 반송 암(204B)이 삽입된다. 상기 암(204B)에 의해 반입된 피처리 기판(W)은 보유대(203)마다 위쪽으로 들어 올려져, 상기 피처리 기판(W)은 상기에서 설명한, 석영 바닥판(202A)의 표면과 피처리 기판(W)의 표면이 대략 일치하는 처리 위치로 이동된다. 이 처리 위치는 필요에 따라 상하로 변화시키는 것이 가능하다.
도 19의 기판 처리장치(200)에서는 상기 연장부(201e)는 도 27에 도시한 바와 같이 한 쌍의 도관(207b) 사이에 형성된다.
도 19의 기판 처리장치(200)에서는 기판 처리공정 동안 상기 피처리 기판(W)은 상기 보유대(203)와 함께 회전된다. 이러한 회전 기구를 마련함으로써, 상기 피처리 기판 표면에 매우 균일한 막 두께 또는 균일한 조성의 막을 형성할 수 있게 된다.
도 28은 상기 기판 처리장치(200)를 사용하여 Si 기판상에 HfO2-Al2O3계의 고 유전체 막을 형성했을 경우, 막 중의 Hf 및 Al 농도 분포를 나타낸다. 단, 도 28의 실험에서는 도 2의 기판 처리장치(10)와 마찬가지로 가스 노즐(210B)에 인접하여 별도의 가스 노즐(210C)을 마련하고, 도 2의 경우와 동일한 가스 공급계를 사용하여 도 7 내지 9의 흐름도에 따라 HfCl4 가스, H2O 가스, Al(CH3)3
가스와 H2O 가스를 반복 공급한다.
도 28을 참조하면, 도 19의 기판 처리장치(200)에 있어서 피처리 기판(W)을 회전시키지 않았을 경우에는 기판 중앙을 향해 Hf 농도가 증대함에 반해, 피처리 기판(W)을 회전시켰을 경우에는 이러한 조성의 불균일이 효과적으로 평균화되어, 거의 균일한 조성 프로파일을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 동일한 효과는 도 2의 기판 처리장치(10)에서도 얻을 수 있다.
도 19의 기판 처리장치(200)에서는 도 2에 도시한 것과 동일한 가스 공급계가 사용되지만, 특히 도 15의 밸브(16A) 또는 (16C)에 대응하여 공급되는 가스의 음속을 측정하는 음파 센서(18C', 18')를 마련함으로써, 공급되는 처리 가스의 실제 분압을 검출하는 것이 가능하다. 이와 같은 실제 가스 농도를 적분함으로써, 처리 용기내에 공급된 처리 가스의 몰수를 산출하는 것이 가능하고, 이 때문에 도 5 또는 도 7 내지 9의 처리 순서를 처리 가스의 공급시간이 아닌 공급 몰수에 따라 정확하게 시간 낭비 없이 제어할 수 있게 된다.
상기에서도 설명한 바와 같이, 기판 처리장치(10) 또는 기판 처리장치(200)를 포함하고, 도 1a 및 1b에 기본 원리를 나타내는 본 발명의 기판 처리장치에서는, 도 1a의 공정에서 처리용기(1)내에 처리가스 공급구(3A)로부터 처리가스(A)를 도입한 뒤, 도 1b의 공정에서 처리가스 공급구(3B)로부터 퍼지가스 또는 처리가스(B)를 도입했을 경우, 처리용기(1)내에 잔류하는 처리가스(A)는 퍼지가스 또는 처리가스(B)의 유동을 타고 배기구(4B)로부터 빠르게 배출되어, 상기 처리용기(1) 내에서의 처리가스(A)의 잔류농도는 급격히 저하된다. 마찬가지로, 도 1b의 공정에서 처리용기(1)내에 처리가스 공급구(3B)로부터 처리가스(B)를 도입한 뒤, 도 1a의 공정으로 되돌아가 처리가스 공급구(3A)로부터 퍼지가스 또는 처리가스(A)를 도입했을 경우, 처리용기(1)내에 잔류하는 처리가스(B)는 퍼지가스 또는 처리가스(A)의 유동을 타고 배기구(4A)로부터 빠르게 배출되어, 상기 처리용기(1) 내에서의 처리가스(B)의 잔류농도가 급격히 저하된다.
이에 반해, 처리가스 도입구(3B) 및 이에 대응하는 배기구(4B)를 생략한 구성의 기판 처리장치에서는 처리가스 도입구(3A)로부터 도입되는 처리가스(A)를 퍼지가스 또는 처리가스(B)로 전환하더라도 처리가스(A)가 상기 처리용기(1)내에 잔류하기 쉬워, 잔류 처리가스(A)의 농도가 처리가스(B)에 의한 처리에 충분한 정도까지 감소하는 데에 긴 시간이 필요하다.
도 29는, 도 19의 기판 처리장치(200)에 있어서, 가스 노즐(210A) 및 (210B)까지 사이의 퍼지 공정을 추가하면서 교대로 TMA 가스와 H2O 가스를 공급함으로써 Al2O3막의 원자층 성장을 했을 경우에 얻어지는 1 사이클당 막 두께와 퍼지 시간과의 관계를 나타낸다. 도 29내에는 동시에 도 19의 기판 처리장치(200)에 있어서 가스 노즐(210A) 및 대응하는 배기 홈부(201a)만을 사용하여 동일한 Al2O3막의 원자층 성장을 했을 경우의 1 사이클당 막 두께와 퍼지 시간과의 관계를 나타낸다.
도 29로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스 노즐(210A) 및 (210B)를 교대로 사용하여 Al2O3막을 성장시켰을 경우에는 퍼지 시간을 0.1초 정도까지 감소시키더라도 1 사이클당 형성되는 막 두께는 거의 변화되지 않았고, 앞 사이클에서 사용된 처리 가스가 다음 사이클까지 처리 용기(202)내로부터 실질적으로 완전히 퍼지되어 있음을 나타내고 있다.
이에 반해, 가스 노즐(210A)과 배기 홈부(210a)만을 사용했을 경우에는, 퍼지 시간을 0.1초 정도까지 단축하면 1 사이클당 형성되는 막 두께가 2배로 증대되어, 처리용기(202) 내에 전 공정의 처리가스가 잔류됨을 나타내고 있다.
도 29의 결과는, 경우에 따라서는 도 5 또는 도 7 내지 도 9의 제어 시퀸스에 있어서 퍼지 공정을 생략하는 것도 가능함을 시사한다.
이와 같이, 본 발명의 기판 처리장치는 피처리 기판을 처리가스(A) 및 (B)에서 교대로 처리하는 경우에 사이클 시간을 단축하는 것이 가능한 이점을 갖는다.
제 11 실시예
도 30은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 기판 처리장치(300)의 구성을 나타낸다. 단 도 30 중 상기에서 설명한 부분에는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 30을 참조하면, 기판 처리장치(300)는 상기 기판 처리장치(200)와 동일한 구성을 갖지만, 가스 노즐(210B)이 철거되고, 대신에 리모트 플라즈마원(310)이 상기 외측 처리용기(201)의 측벽면 위의 상기 배기 홈부(201b)에 상기 피처리 기판(W)를 사이에 두고 대향하도록 마련된다.
상기 리모트 플라즈마원(310)은 라인(312A)로부터 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등의 불활성 가스가 공급되고, 전극(311)에 공급된 마이크로파에 의해 상기 불활성 가스내에 플라즈마를 형성한다. 또한, 상기 리모트 플라즈마원(310)에는 O2나 N2 등의 처리가스가 공급되고, 공급된 처리가스를 플라즈마 활성화함으로써 라디칼을 형성한다. 이렇게 하여 형성된 라디칼은 불활성 가스의 가스류를 따라 상기 피처리 기판(W)의 표면을 상기 배기 홈부(201b) 방향으로 흘러, 상기 피처리 기판(W)의 표면에 흡착된 처리가스 분자를 질화 또는 산화 또는 산질화처리한다.
이와 같이, 본 실시예의 기판 처리장치에 따르면, 산화막 뿐만 아니라, 질화막 또는 산질화막을 원자층 성장에 의해 형성할 수 있게 된다.
본 실시예에 있어서, 플라즈마원은 리모트 플라즈마 발생장치로 한정되는 것이 아니며, ICP 플라즈마원 또는 ECR 플라즈마원 등, 다른 공지된 플라즈마원을 사용하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구의 범위에 기재한 요지 내에서 다양한 변형·변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 처리용기 내부에 피처리 기판을 삽입하여 대향하도록 제 1 및 제 2 처리가스 도입구를 마련하고, 추가로 상기 피처리 기판을 삽입하여 상기 제 1 및 제 2 처리가스 도입구에 대향하도록 제 1 및 제 2 배출구를 마련하고, 상기 제 1 처리가스 도입구로부터 제 1 처리가스를 상기 처리용기 내부에 도입하여, 상기 피처리 기판 표면을 따라 흘린 뒤, 상기 제 1 배출구로부터 배출하고, 다음에 상기 제 2 처리가스 도입구 또는 플라즈마원으로부터 제 2 처리가스 또는 라디칼을 도입하고, 상기 피처리 기판 표면을 따라 유동시켜 먼저 상기 피처리 기판 표면에 흡착되어 있던 상기 제 1 처리가스 분자와 반응시킨 뒤, 상기 제 2 배출구로부터 배출하는 공정에 의해 상기 피처리 기판상에 고 유전체 막을 1 분자층씩 적층하면서 형성할 수 있게 된다.
Claims (67)
- 처리용기,상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유할 수 있도록 마련된 기판 보유대,상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 1 처리 가스 공급부,상기 제 1 측에 대향하는 상기 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 1 배기구,상기 제 2 측에 형성된 제 2 처리 가스 공급부, 및상기 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비하되,상기 제 1 배기구 및 제 2 배기구가 각각 제 1 및 제 2 배기량 조정 밸브 기구를 통해 배기장치에 접속되고,상기 제 1 처리 가스 공급부로부터 제 1 처리 가스가 공급되어 상기 기판 보유대 상의 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 향하는 유동과, 상기 제 2 처리 가스 공급부로부터 제 2 처리 가스가 공급되어 상기 기판 보유대 상의 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 2 측으로부터 상기 제 1 측으로 향하는 유동을, 상기 제 1 및 제 2 배기량 조정 밸브 기구를 제어하는 것에 의해 교대로 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리용기가 외측 용기, 및 상기 외측 용기의 내부에 마련된 내측 용기로 이루어지며, 상기 기판 보유대가 내측 용기내에 마련되는 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판 보유대가 상하 이동가능하게 마련되고, 상기 내측 용기가 기판 보유대에 상하 이동경로를 따라 상하 이동경로를 둘러싸도록 연장되는 연장부를 포함하는 기판 처리장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 기판 보유대의 최고 위치에 있어서 피처리 기판의 표면이 내측 처리 용기의 저면과 실질적으로 일치하는 기판 처리장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 보유대의 주위에는 피처리 기판의 바깥 둘레 테두리를 둘러싸도록 가드링 부재가 마련되고, 상기 가드링 부재는 내측 용기 연장부의 안쪽 둘레에 대응하는 바깥 둘레를 가지며, 상기 안쪽 둘레와 바깥 둘레 사이에 실질적으로 일정한 폭 간격이 형성되는 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,추가로 상기 외측 처리용기와 내측 처리용기 사이의 공간이 내측 처리용기와는 독립적으로 배기되는 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 내측 용기가 석영으로 이루어진 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 내측 용기가 편평한 석영 플레이트로 이루어진 저부 및 상기 저부상에 저부를 덮도록 마련된 석영 커버로 이루어지며, 상기 보유대 위의 피처리 기판이 석영 플레이트내에 형성된 개구부에서 노출되고, 상기 노출된 피처리 기판 표면이 석영 플레이트 표면과 실질적으로 일치하는 평면을 형성하는 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 내측 용기와 외측 용기 사이의 공간에 가열 기구가 마련되는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 보유대가 가열 기구를 구비한 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,추가로 상기 기판 보유대를 회전이동시키는 회전이동 기구를 구비한 기판 처리장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 회전이동 기구가 기판 보유대를 유지하는 샤프트 및 상기 샤프트를 회전이동 가능하게 유지하는 자기 실로 이루어지며, 상기 자기 실이 샤프트를 벨로즈에 의해 둘러싸인 공간 내부를 상하 자유자재로 이동할 수 있도록 유지하고, 상기 공간이 내측 용기 내부보다 고진공 상태로 감압되는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 배기구가 제 1 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장된 제 1 슬릿으로 이루어지며, 상기 제 2 배기구가 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장된 제 2 슬릿으로 이루어진 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 배기구가 제 1 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 제 1 슬릿으로 이루어지고, 상기 제 2 배기구가 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장된 제 2 슬릿으로 이루어지며, 상기 처리용기의 배기가 제 1 및 제 2 처리가스의 유동 방향 및 상기 제 1 및 제 2 슬릿의 연장 방향으로 대략 직교하는 방향으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 슬릿이 실질적으로 일정한 슬릿 폭을 갖는 기판 처리장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 슬릿의 슬릿 폭이 각각 중앙부와 양 단부에서 변화되는 기판 처리장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 슬릿이 각각 커버 플레이트로 덮여지고, 상기 커버 플레이트내에는 슬릿 연장 방향을 따라 복수의 개구부가 형성되는 기판 처리장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 복수의 개구부가 슬릿의 중앙부와 양 단부에서 크기가 변하는 기판 처리장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 커버 플레이트내에서 복수의 개구부의 밀도가 슬릿의 중앙부와 양 단부에서 변하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 체류시키는 제 1 체류부, 및 상기 제 1 체류부상에 제 1 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하도록 형성된 편평한 슬릿으로 이루어진 제 1 토출구를 가지며,상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스를 체류시키는 제 2 체류부, 및 상기 제 2 체류부상에 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하도록 형성된 편평한 슬릿으로 이루어진 제 2 토출구를 갖는 기판 처리장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 토출구가 중앙부와 양 단부에서 다른 슬릿 폭을 갖는 기판 처리장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 토출구의 각각에 복수의 개구부를 갖는 확산판이 설치되고, 상기 복수의 개구부가 확산판의 중앙부와 양 단부에서 크기가 다른 기판 처리장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 토출구의 각각에 복수의 개구부를 갖는 확산판이 설치되고, 상기 복수의 개구부의 밀도가 확산판의 중앙부와 양 단부에서 다른 기판 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 외부용기와 내부용기 사이의 공간이 내부용기 내부보다도 고 진공으로 감압되는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 제 1 원료용기로부터 제 1 원료 전환 밸브를 통해 공급하고, 상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스를 제 2 원료용기로부터 제 2 원료 전환 밸브를 통해 공급하는 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 제 1 배기구가 제 1 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 제 1 슬릿으로 이루어지고, 상기 제 2 배기구가 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 제 2 슬릿으로 이루어지며, 상기 제 1 배기량 조정 밸브 기구가 제 1 슬릿의 양 단부에 결합되고, 동시에 실질적으로 동일한 개도(開度)로 구동되는 한 쌍의 배기량 조정 밸브로 이루어지며, 상기 제 2 배기량 조정 밸브 기구가 제 2 슬릿의 양 단부에 결합되고, 동시에 실질적으로 동일한 개도로 구동되는 한 쌍의 배기량 조정 밸브로 이루어진 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 제 1 배기구가 제 1 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 제 1 슬릿으로 이루어지고, 상기 제 2 배기구가 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 제 2 슬릿으로 이루어지며, 상기 제 1 배기량 조정 밸브 기구가 제 1 슬릿의 양 단부에서 덕트(duct)를 통해 공통 접속되는 기판 처리장치.
- 제 27 항에 있어서,상기 제 2 배기량 조정 밸브기구가 제 2 슬릿의 양 단부에서 덕트를 통해 공통접속되는 기판 처리장치.
- 제 26 항에 있어서,상기 보유대가 최상위의 처리 위치와 최하위의 기판 출입 위치 사이를 상하 자유자재로 이동할 수 있도록 마련되고, 상기 피처리 기판이 제 1 배기량 조정 밸브 기구를 구성하는 한 쌍의 배기량 조정 밸브 사이의 공간을 지나는 기판 반송로를 통과하여 처리용기에 대해 출입하는 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,추가로 상기 기판 처리장치가 제 1 및 제 2 원료 전환 밸브를 제어하는 제어장치를 구비하며, 상기 제어장치가 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 2 처리가스 공급부에 의한 제 2 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되게 하고, 상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 1 처리가스 공급부에 의한 제 1 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되도록 제 1 및 제 2 원료 전환 밸브를 제어하는 기판 처리장치.
- 제 30 항에 있어서,상기 제어장치가 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 1 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도를 제 2 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도보다 증대시키고, 상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 2 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도를 제 1 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도보다 증대시키는 기판 처리장치.
- 제 31 항에 있어서,상기 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우 제 2 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도가 3 % 이하로 설정되며, 상기 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우 제 1 배기량 조정 밸브 기구의 밸브 개도가 3 % 이하로 설정되는 기판 처리장치.
- 제 31 항에 있어서,상기 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우 제 2 배기량 조정 밸브 기구가 폐쇄되고, 상기 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우 제 1 배기량 조정 밸브 기구가 폐쇄되는 기판 처리장치.
- 제 31 항에 있어서,상기 제 1 처리가스는 처리용기 내부로의 도입이 차단되는 상태이고 제 2 처리가스는 처리용기 내부로 도입되기 이전 또는 처리용기 내부로의 도입이 차단된 상태에서, 상기 제 1 배기량 조정 밸브 기구 및 제 2 배기량 조정 밸브 기구를, 각각 최대의 개도 또는 충분한 배기량을 얻을 수 있는 개도로 설정하는 공정을 마련한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단된 상태에서 처리용기 내부에 불활성 가스를 도입하고, 상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단된 상태에서 처리용기 내부에 불활성 가스를 도입하는 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 제 1 원료 전환 밸브가 제 1 불활성 가스라인과 제 1 배기라인에 접속되고, 상기 제 2 원료 전환 밸브가 제 2 불활성 가스라인과 제 2 배기라인에 접속되며, 상기 제 1 원료 전환 밸브가 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 상태에서 제 1 불활성 가스라인 중의 불활성 가스를 제 1 배기라인으로 유동시키고, 상기 제 1 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되는 상태에서 제 1 처리가스를 제 1 배기라인으로 유동시킴으로써 제 1 불활성 가스라인 중의 불활성 가스를 처리용기 내부에 도입하고, 상기 제 2 원료 전환 밸브가 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 상태에서 제 2 불활성 가스라인 중의 불활성 가스를 제 2 배기라인으로 유동시키고, 상기 제 2 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되는 상태에서 제 2처리가스를 제 2 배기라인으로 유동시킴으로써 제 2 불활성 가스라인중의 불활성 가스를 상기 처리용기 내부에 도입하는 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 제 1 원료 전환 밸브에 의해 제 1 불활성 가스를 처리용기 내부에 도입하는 상태 및 상기 제 2 원료 전환 밸브에 의해 제 2 불활성 가스를 처리용기 내부에 도입하는 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 배기량 조정 밸브 기구를 최대의 개도 또는 충분히 높은 배기를 달성할 수 있는 개도로 설정하는 공정을 마련하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
- 제 30 항에 있어서,상기 제 1 원료용기에 반응가스를 공급함으로써 제 1 처리가스를 발생시키는 기판 처리장치.
- 제 30 항에 있어서,상기 제 1 원료용기와 제 1 전환 밸브 사이에, 상기 제 1 처리가스가 처리용기 내부에 공급되는 상태에서 제 1 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되는 상태보다도 제 1 처리가스의 유량을 증대시키는 유량 제어부가 마련된 기판 처리장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 제 1 원료용기와 제 1 전환 밸브 사이에는 제 1 처리가스를 일시적으로 축적하는 공간이 마련된 기판 처리장치.
- 제 40 항에 있어서,상기 공간에 압력계가 설치되고, 상기 공간중에는 제 1 처리가스가 소정 압력으로 축적되는 기판 처리장치.
- 제 40 항에 있어서,상기 제 1 원료용기와 공간 사이에 질량유량 조절기가 마련되고, 상기 공간 내부에는 제 1 처리가스가 질량유량 조절기로 검출한 유량에 기초하여 소정의 적산 유량에 대응하는 양으로 축적되는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리용기가 편평한 형상을 가지며, 제 1 및 제 2 처리가스 공급부가 각각 제 1 및 제 2 처리가스를 피처리 기판의 주면에 평행한 시트 형상의 유동으로 공급하는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리용기가 편평한 형상을 가지며, 피처리 기판의 주면에 평행한 시트 형상의 가스가 유동하는 상면과 저면의 거리가 가변적인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리용기가 편평한 형상을 가지며, 또한 상기 피처리 기판의 주면에 평행한 시트 형상의 가스가 유동하는 상면과 저면의 거리가 피처리 기판이 반송된 후, 짧게 설정되는 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 배기구가 각각 제 1 및 제 2 처리가스의 유동 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하는 슬릿 형상의 개구부로 이루어진 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 처리가스가 불활성 가스와의 혼합가스인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,추가로 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성되는 것으로, 상기 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에서 제 3 처리가스를, 상기 제 3 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측을 향해 유동하도록 공급하는 제 3 처리가스 공급부를 마련한 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스 공급부가 제 3 처리가스를 제 3 원료용기로부터 제 3 원료 전환 밸브를 통해 공급하고, 상기 제어장치가, 제 1 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 2 처리가스 공급부에 의한 제 2 처리가스의 처리용기 내부로의 도입 및 제 3 처리가스 공급부에 의한 제 3 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되도록, 또한 상기 제 2 처리가스 공급부가 제 2 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 1 처리가스 공급부에 의한 제 1 처리가스의 상기 처리용기 내부로의 도입 및 제 3 처리가스 공급부에 의한 제 3 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되도록, 또한 상기 제 3 처리가스 공급부가 제 3 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 1 처리가스 공급부에 의한 제 1 처리가스의 처리용기 내부로의 도입 및 제 2 처리가스 공급부에 의한 제 2 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되도록, 제 1, 제 2 및 제 3 원료 전환 밸브를 제어하는 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제어장치가, 제 3 처리가스 공급부가 제 1 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 경우에 제 1 배기량 조정 밸브의 밸브 개도를 제 2 배기량 조정 밸브의 밸브 개도보다 증대시키는 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스 공급부가, 제 3 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단된 상태에서 처리용기 내부에 불활성 가스를 도입하는 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스 공급부가, 제 3 처리가스를 제 1 측에서 제 2 측으로 피처리 기판 주면에 평행한 시트 형상의 유동으로 공급하는 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 원료 전환 밸브가 제 3 불활성 가스라인과 제 3 배기라인에 접속되고, 제 3 원료 전환 밸브가 제 3 처리가스를 처리용기 내부에 도입하는 상태에서 제 3 불활성 가스라인 중의 불활성 가스를 제 3 배기라인에 유동시키고, 상기 제 3 처리가스의 처리용기 내부로의 도입이 차단되는 상태에서 제 3 처리가스를 제 3 배기라인에 유동시킴으로써, 제 3 불활성 가스라인 중의 불활성 가스를 상기 처리용기 내부에 도입하는 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스가 불활성 가스와의 혼합가스인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,추가로 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 3 측에 형성되는 것으로, 상기 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 제 3 처리가스를, 제 3 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 3 측에서 반대측의 제 4 측을 향해 유동하도록 공급하는 제 3 처리가스 공급부, 및 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 4 측에 형성된 제 4 배기구를 형성한 기판 처리장치.
- 제 55 항에 있어서,추가로 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 4 측에 형성되는 것으로, 상기 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 제 4 처리가스를, 제 4 처리가스가 상기 피처리 기판 표면을 따라 제 4 측에서 제 3 측을 향해 유동하도록 공급하는 제 4 처리가스 공급부, 및 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 3 측에 형성된 제 4 배기구를 구비한 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 처리가스가 성막가스이며, 상기 제 2 처리가스가 산화 처리가스인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 처리가스가, ZrCl4, ZrBr4, Zr(I-OC3H7)4, Zr(n-OC4H9)4, Zr(t-OC4H9)4, Zr(AcAc)4, Zr(DPM)4, Zr(O-iPr)(DPM)3, Zr(HFA)4, Zr(BH4)4, Zr(N(CH3)2)4 및 Zr(N(C2H5)2)4로 이루어진 군에서 선택된 것; (C2H5)2AlN3, (C2H5)2AlBr, (C2H5)2AlCl, (C2H5)2AlI, (I-C4H9)AlH, (CH3)2AlNH2, (CH3)2AlCl, (CH3)2AlH, (CH3)2AlH:N(CH3)2C2H5, AlH3:N(CH3)2C2H5, Al(C2H5)Cl2, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5)3, Al(I-C4H9)Al, Al(I-OC4H9)3AlCl3, Al(CH3)3, AlH3:N(CH3)3, Al(AcAc)3, Al(DPM)3, Al(HFA)3, Al(OC2H5)3, Al(I-C4H9)3, Al(I-OC3H7)3, Al(OCH3)3, Al(n-OC4H9)3, Al(n-OC3H7)3, Al(sec-OC4H9)3, Al(t-OC4H9)3 및 AlBr3로 이루어진 군에서 선택된 것; Y(AcAc)3, Y(DPM)3, Y(O-iPr)(DPM)2, Y(HFA)3 및 Cp3Y로 이루어진 군에서 선택된 것; HfCl4, HfBr4, Hf(AcAc)4, Hf(DPM)4, Hf(O-iPr)(DPM)3, Hf(HFA)4, Hf[N(C2H5)2]4 및 Hf[N(CH3)2]4로 이루어진 군에서 선택된 것; TiCl4, TiBr4, TiI4, Ti(I-OCH3)4, Ti(OC2H5)4, Ti(I-OC3H7)4, Ti(n-OC3H7)4, Ti(n-OC4H9)4, Ti(AcAc)4, Ti(AcAc)2Cl2, TJ(DPM)4, Ti(DPM)2Cl2, Ti(O-iPr)(DPM)3 및 Ti(HFA)2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 것; 또는 LaBr3, LaI3, La(OCH3)3, La(OC2H5)3, La(I-OC3H7)2, Cp3La, MeCp3La, La(DMP)3, La(HFA)3, La(AcAc)3, Cp(C8H8)Ti, Cp2Ti[N(CH3)2]2, Cp2TiCl2, (C2H5)Ti(N3)2, Ti[N(C2H5)2]4 및 Ti[N(CH3)2]4로 이루어진 군에서 선택된 것이며, 상기 제 2 처리가스가 산소 라디칼 원자, O3, N2O, H2O2, H2O 및 D2O로 이루어진 군에서 선택된 것인 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스가 성막 가스인 기판 처리장치.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 3 처리가스가 제 1 처리가스와 상이한 것으로, H2Si[N(CH3)2]2, (C2H5)2SiH2, (CH3)2SiCl2, (CH3)2Si(OC2H5)2, (CH3)2Si(OCH3)2, (CH3)2SiH2, C2H5Si(OC2H5)3, (CH3)3SiSi(CH3)3, HN[Si(CH3)3]2, (CH3)(C6H5)SiCl2, CH3SiH3, CH3SiCl3, CH3Si(OC2H5)3, CH3Si(OCH3)3, C6H5Si(Cl)(OC2H5)2, C6H5Si(OC2H5)3, (C2H5)4Si, Si[N(CH3)2]4, Si(CH3)4, Si(C2H5)3H, (C2H5)3SiN3, (CH3)3SiCl, (CH3)3SiOC2H5, (CH3)3SiOCH3, (CH3)3SiH, (CH3)3SiN3, (CH3)3(C2H3)Si, SiH[N(CH3)2]3, SiH[N(CH3)2]3, Si(CH3COO)4, Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4, Si(I-OC3H7)4, Si(t-OC4H9)4, Si(n-OC4H9)4, Si(OC2H5)3F, HSi(OC2H5)3, Si(I-OC3H7)3F, Si(OCH3)3F, HSi(OCH3)3, H2SiCl2, Si2Cl6, Si2F6, SiF4, SiCl4, SiBr4, HSiCl3, SiCl3F, Si3H8, SiH2Cl2, SiH2Cl2 및 Si(C2H5)2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 것; 또는 (C2H5)2AlN3, (C2H5)2AlBr, (C2H5)2AlCl, (C2H5)2AlI, (I-C4H9)AlH, (CH3)2AlNH2, (CH3)2AlCl, (CH3)2AlH, (CH3)2AlH:N(CH3)2C2H5, AlH3:N(CH3)2C2H5, Al(C2H5)Cl2, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5)3, Al(I-C4H9)Al, Al(I-OC4H9)3AlCl3, Al(CH3)3, AlH3:N(CH3)3, Al(AcAc)3, Al(DPM)3, Al(HFA)3, Al(OC2H5)3, Al(I-C4H9)3, Al(I-OC3H7)8, Al(OCH3)3, Al(n-OC4H9)3, Al(n-OC3H7)3, Al(sec-OC4H9)3, Al(t-OC4H9)3 및 AlBr3로 이루어진 군에서 선택된 것인 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,적어도 상기 제 1 전환 밸브가 전환 밸브 용기, 상기 전환 밸브 용기내에서 회전이동 할 수 있도록 마련된 세라믹 밸브체, 상기 전환 밸브 용기내 세라믹 밸브체에 일체형으로 결합된 자성체 및 상기 전환 밸브 용기의 외측에 마련된 것으로, 상기 자성체와 자기적으로 결합한 전자 구동부로 이루어지며, 상기 세라믹 밸브체내에는 홈이 형성되는 기판 처리장치.
- 처리용기, 상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유가능하게 마련한 기판 보유대, 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 1 처리가스 공급부, 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측, 즉 상기 제 1 측에 대향하는 측에 형성된 제 1 배기구, 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 2 처리가스 공급부, 및 상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비한 기판 처리장치를 사용한 기판 처리방법에 있어서,상기 제 1 처리가스 공급부로부터 제 1 처리가스를, 피처리 기판 표면을 따라 제 1 측에서 제 2 측으로 유동시킴으로써 피처리 기판 표면에 제 1 처리를 실시하는 공정, 및상기 제 2 처리가스 공급부로부터 제 2 처리가스로서 상기 제 1 처리 가스와는 상이한 처리 가스를 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측에서 제 1 측으로 유동시킴으로써 피처리 기판 표면에 제 2 처리를 실시하는 공정으로 이루어지고,상기 제 1 처리를 실시하는 공정에서는 제 2 배기구의 배기량을 제 1 배기구의 배기량보다도 감소시키고,상기 제 2 처리를 실시하는 공정에서는 제 1 배기구의 배기량을 제 2 배기구의 배기량보다 감소시키는 기판 처리방법.
- 제 62 항에 있어서,상기 제 1 처리를 실시하는 공정에서는 제 2 처리가스 공급부로부터 처리용기 내부에 불활성 가스를 공급하고, 상기 제 2 처리를 실시하는 공정에서는 제 1 처리가스 공급부로부터 처리용기 내부에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리방법.
- 처리용기,상기 처리용기 내부에 피처리 기판을 보유할 수 있도록 마련된 기판 보유대,상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성되어 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 처리가스를, 처리가스가 피처리 기판 표면을 따라 제 1 측에서 제 1 측으로 대향하는 제 2 측을 향해 유동하도록 공급하는 처리가스 공급부,상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성된 제 1 배기구,상기 처리용기중 기판 보유대의 제 2 측에 형성되어 기판 보유대 위의 피처리 기판 표면에 라디칼을, 피처리 기판 표면을 따라 제 2 측에서 제 1 측을 향해 유동하도록 공급하는 라디칼원, 및상기 처리용기중 기판 보유대의 제 1 측에 형성된 제 2 배기구를 구비한 기판 처리장치.
- 제 64 항에 있어서,상기 라디칼원은 처리용기의 측벽부에 마련된 플라즈마원으로 이루어진 기판 처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 처리가스가 제 1 처리가스에 비해 반응성임을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제 62 항에 있어서,상기 제 2 처리가스가 제 1 처리가스에 비해 반응성임을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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