KR100932348B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리장치 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리장치 Download PDF

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이와오 나카무라
료타 사사지마
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

반응로(200) 내에 상호 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 기판(20)에 대해 산화를 행하는 공정과, 반응로에서 산화 후의 기판(200)을 반출하는 공정을 갖고, 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은 미리 계산된 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 웨이퍼를 산화하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판을 산화하는 공정을 구비하는 기판의 제조 방법 및 반도체 웨이퍼를 산화하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
웨이퍼를 히터 등에 의해 가열하고, 산소 등의 산화성 가스를 흐르게 함으로써 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하는 상압의 산화 장치에 있어서, 산화막의 배치(batch)간 균일성을 좋게 하기 위해 산소 분압을 일정하게 하여 산화하는 방법으로서, 기압의 변동에 따라 불활성 가스 유량을 변화시켜 산소 분압을 일정하게 하는 방법이 있다(일본국 특개평 8-172084호 참조).
그러나, 이 방법에서는, 상호 반응하는 복수의 가스를 이용해 산화를 행하는 경우, 예를 들면, 파이로제닉(pyrogenic) 등의 산소와 수소를 이용해 산화를 행하는 경우나, 산소와 디클로로에틸렌(C2H2C12：DCE)을 이용해 산화를 행하는 경우 등에, 어떻게 하여 불활성 가스 유량을 제어하면 좋은지에 대해서 명확하지 않고, 반응실 또는 외부 연소 장치 등에 유입된 가스 유량으로부터 계산하면, 예를 들어, 파이로제닉 산화의 경우와 같이, 외부 연소 장치 등에 의해 산소와 수소가 반응한 경우에는 가스의 유량이 바뀌므로, 보정치가 어긋나 일정한 산화성 가스의 분압으로 산화할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 상호 반응하는 복수의 가스를 이용해 산화를 행하는 경우에, 대기압이 변동해도 산화성 가스의 분압을 보다 정밀도 좋게 제어하면서 기판의 처리를 행할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내에 서로 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 처리 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 상기 불활성 가스는 풀 스케일(full scale)이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 스케일이 작은 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 상호 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 처리 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압하에서, 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 케이스가 작은 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면,
대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
상기 반응관 내에 제1의 처리 가스를 공급하는 제1의 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 반응하는 제2의 처리 가스를 공급하는 제2의 가스 공급계와,
상기 반응 관 내에 불활성 가스를 공급하는 제3의 가스 공급계와,
적어도 상기 제3의 가스 공급계에 설치되어 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
상기 기판에 대해서 산화를 행할 때, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 상기 제3의 가스 공급계에 설치된 유량 제어기에 의해 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 그 불활성 가스의 유량을, 미리 계산된 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 콘트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제1의 불활성 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제2의 불활성 가스 공급계와,
상기 제1의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1의 유량 제어기와,
상기 제2의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기와는 풀 스케일이 다른 제2의 유량 제어기와,
상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
상기 기판에 대해서 산화를 행할 때, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 상기 제2의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 콘트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다.
도 4는 보정을 전혀 실시하지 않은 경우의 기압과 분압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 설정 유량으로부터 계산한 보정을 행한 경우의 기압과 분압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 가스의 반응을 고려한 보정을 행한 경우의 기압과 분압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 유량의 분해능이 나쁜 경우의 기압과 분압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 5의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 상호 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
이와 같이 하면, 상호 반응하는 복수의 가스를 이용해 산화를 행하는 경우에, 대기압이 변동해도 산화성 가스의 분압을 보다 정밀도 좋게 제어하면서 기판의 처리를 행할 수 있다.
또한, 절대압 제어를 채용하기 위해서는 노(爐)의 시일성을 높여, 노를 진공 가능한 구조로 하고, 진공 배기 장치, 진공 제어계 등을 새롭게 설치할 필요가 있어, 비용이 상승하게 되어 버린다. 본 발명의 경우, 유량을 제어하는 소프트의 변경만으로 대응 가능하므로, 이들이 불필요하여, 비용 효율이 뛰어나다.
바람직하게는, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 스케일이 작은 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어한다.
풀 스케일이 작은 유량 제어기로 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키고, 기압 변동에 의한 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보할 수 있다.
바람직하게는, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 가장 풀 스케일이 작은 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 2개의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 2개의 유량 제어기 중, 풀 스케일이 큰 쪽의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하 도록 제어하고, 풀 스케일이 작은 쪽의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 불활성 가스는 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 다른 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 상호 반응하는 복수의 가스가 O2 가스 및 H2 가스이며, 이들 가스는, 상기 반응관 내에 직접 공급되거나, 혹은, 상기 반응관의 외부에 설치된 외부 연소 장치를 통해 상기 반응관 내에 공급된다.
바람직하게는, 상기 상호 반응하는 복수의 가스가 02 가스 및 C2H2Cl2 가스이며, 이들 가스는 상기 반응관 내에 직접 공급된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 처리 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관으로부터 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 스케일이 작은 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 상호 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관으로부터 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 기판의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 반응관 내에 처리 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, 대기압 하에서, 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 스케일이 작은 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 기판의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
상기 반응관 내에 제1의 처리 가스를 공급하는 제1의 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 반응하는 제2의 처리 가스를 공급하는 제2의 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제3의 가스 공급계와,
적어도 상기 제3의 가스 공급계에 설치되어 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
상기 기판에 대해서 산화를 행할 때, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 상기 제3의 가스 공급계에 설치된 유량 제어기에 의해 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 그 불활성 가스의 유량을, 미리 계산한 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 콘트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면,
대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제1의 불활성 가스 공급계와,
상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제2의 불활성 가스 공급계와,
상기 제1의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1의 유량 제어기와,
상기 제2의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기와는 풀 스케일이 다른 제2의 유량 제어기와,
상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
상기 기판에 대해서 산화를 행할 때에, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 상기 제2의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 콘트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하고, 산화성 가스를 흐르게 함으로써 기판 표면에 산화막을 형성하는 상압의 산화 장치를 사용해 기판을 처리하는 방법으로서, 산소와 수소 등 외부 연소 장치나 반응관 내부에서 서로 반응하는 복수의 가스를 이용하는 경우, 반응 후에 생성되는 가스 및 남은 가스의 유량을 각각 계산하고, 이들 유량을 바탕으로 기압의 변동에 대응하는 불활성 가스의 유량을 계산하고, 그 계산치에 의거해 불활성 가스의 유량을 기압에 따라 변화시킴으로써 산화성 가스의 분압을 일정하게 컨트롤하여 기판을 처리하는 방법이 제공되어, 산화막의 배치간의 재현성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 서로 반응하는 가스는 산소와 수소이다. 또한, 바람직하게는, 상호 반응하는 가스는 산소와 디클로로에틸렌이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하고, 산화성 가스를 흐르게 함으로써 기판 표면에 산화막을 형성하는 상압의 산화 장치를 사용해 기판을 처리하는 방법으로서, 풀 스케일이 다른 불활성 가스용의 유량 제어 장치를 복수개 설치하고, 산화성 가스와 불활성 가스를 동시에 흐르게 하고, 기압의 변화에 따라 풀 스케일이 작은 유량 제어 장치에 의해 불활성 가스의 유량을 변화시킴으로써 산화성 가스의 분압을 일정하게 제어해 기판을 처리하는 방법이 제공된다.
이와 같이, 산화성 가스의 분압을 일정하게 하여 산화함으로써, 산화막의 배치간의 균일성을 좋게 할 수 있는데, 이 때, 풀 스케일이 작은 유량 제어 장치에 의해 기압 변동에 의한 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정 밀도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하고, 산화성 가스를 흐르게 함으로써 기판 표면에 산화막을 형성하는 상압의 산화 장치를 사용하여, 기판을 처리하는 방법으로서, 불활성 가스의 유량 제어 장치를 기압에 대한 보정에 필요한 최대한의 유량보다 크고 또한 상기 최대한의 유량에 가장 가까운 풀 스케일로 하여, 산화성 가스와 불활성 가스를 동시에 흐르게 하고, 기압의 변화에 따라 상기 유량 제어 장치에 의해 불활성 가스의 유량을 변화시킴으로써 산화성 가스의 분압을 일정하게 제어해 기판을 처리하는 방법이 제공된다.
이와 같이 산화성 가스의 분압을 일정하게 하여 산화함으로써, 산화막의 배치간의 균일성을 좋게 할 수 있지만, 이 때, 불활성 가스의 유량 제어 장치를 기압에 대한 보정에 필요한 최대한의 유량보다 크고 또한 상기 최대한의 유량에 가장 가까운 풀 스케일의 유량 제어 장치에 의해 기압 변동에 의한 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하고, 산화성 가스를 흐르게 함으로써 기판 표면에 산화막을 형성하는 상압의 산화 장치를 사용하여, 기판을 처리하는 방법으로서, 산화성 가스의 유량보다 풀 스케일이 작은 불활성 가스의 유량 제어 장치를 이용해, 산화성 가스와 불활성 가스를 동시에 흐르게 하고, 기압의 변화에 따라 상기 유량 제어 장치에 의해 불활성 가스의 유량을 변화시킴으로써 산화성 가스의 분압을 일 정하게 제어하여 기판을 처리하는 방법이 제공된다.
이와 같이, 산화성 가스의 분압을 일정하게 하여 산화함으로써, 산화막의 배치간의 균일성을 좋게 할 수 있지만, 이 때, 산화성 가스의 유량보다 풀 스케일이 작은 불활성 가스의 유량 제어 장치에 의해 기압 변동에 의한 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 산소와 수소 등 서로 반응하는 가스를 이용하는 경우는 도입되는 유량을 그대로 계산에 이용하지 않고, 반응한 결과 생성되는 가스의 유량 및 남은 가스의 유량을 계산하고, 그 유량을 바탕으로 산화성 가스의 분압이 일정하게 되도록 보정을 위해서 공급하는 불활성 가스의 유량을 계산함으로써, 산화성 가스의 분압을 일정하게 한 조건으로 산화한다.
이와 같이, 기압의 변동에 의한 산화성 가스의 분압의 변동을 없애기 위해서, 반응실 또는 외부 연소 장치 등에 흐르게 하는 가스의 유량으로부터 반응 후의 가스의 유량을 계산하고, 반응 후의 유량을 이용해 산화성 가스의 분압이 일정하게 되도록 흐르게 하는 불활성 가스의 유량을 계산함으로써, 기압의 변동에 대해 보정하는 불활성 가스의 정밀도가 향상된다. 그 결과, 반응실에서의 산화성 가스의 분압을 보다 정밀도 좋게 일정하게 제어할 수 있게 되어, 배치간의 산화막 두께의 재현성을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 산화막 두께의 배치간의 재현성이 향상됨으로써, 산화 장치를 사용해 제작되는 반도체 장치나 기판의 특성이 보다 안정되고, 수율의 향상, 품질의 향상을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 기압의 변동에 의한 산화성 가스의 분압을 일정하게 하기 위해서, 풀 스케일(제어 가능한 최대 유량)이 다른 불활성 가스용의 유량 제어 장치(매스 플로우 콘트롤러)를 복수개 설치하고, 풀 스케일이 작은 쪽의 유량 제어 장치에 의해 기압 변동에 대한 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보해, 배치간의 산화막 두께의 재현성을 향상시킨다. 또는, 산화성 가스의 유량보다 풀 스케일이 작은 불활성 가스의 유량 제어장치를 이용함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보하여, 배치간의 산화막 두께의 재현성을 향상시킨다. 또한, 기압 변동에 대한 보정을 위해서 공급하는 불활성 가스로는, N2나 Ar이나 He 등을 들 수 있다.
이와 같이, 산화막 두께의 배치간의 재현성이 향상됨으로써, 산화 장치를 사용해 제작되는 반도체 장치나 기판의 특성이 보다 안정되어, 수율의 향상, 품질의 향상을 얻을 수 있다.
다음에, 도면을 참조해, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1은, 본 발명의 실시예 1의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다. 이 기판 처리 장치는, 반응로(反應爐)(200)와 반응로(200)에 가스를 공급하는 가스 공급계(100)를 구비한다.
반응로(200)에 있어서는, 반응관(11)의 내부에 기판으로서의 웨이퍼(20)를 수평 자세로 다단으로 장전한 지지구로서의 보트(15)가 장착되고, 보트(15)는 반응관(11)의 하단을 기밀하게 폐색하는 노 입구 덮개(14)에 보트 적재대(16)를 통해 세워 설치된다. 반응관(11)의 천정면에는 복수의 관통 구멍으로 이루어지는 가스 도입구(12)가 설치되고, 가스 도입구(12)에는 가스 도입관(17)이 연통하고, 반응관(11)의 측벽 하단에는 배기관(13)이 연통되어 있다. 반응관(11)의 외부에는 가열 기구로서의 히터(19)가 설치되어 있다.
가스 도입관(17)에는 가스 공급계(100)가 접속되어 있다. 가스 공급계(100)는 기압계(31), 콘트롤러(32), 수분 발생 장치로서의 외부 연소 장치(33), 제1의 불활성 가스 공급계로서의 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71), 제2의 불활성 가스 공급계로서의 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72), 제1의 처리 가스 공급계로서의 산소 가스 공급 라인(73), 제2의 처리 가스 공급계로서의 수소 가스 공급 라인(74)을 구비한다.
산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)은, 질소 가스원(61)과, 밸브(51)와, 유량 제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(34)를 구비한다. 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)은 질소 가스원(62)과, 밸브(52)와, 매스 플로우 콘트롤러(35)를 구비한다. 산소 가스 공급 라인(73)은, 산소 가스원(63)과, 밸브(53)와, 매스 플로우 콘트롤러(36)를 구비한다. 수소 가스 공급 라인(74)은 수소 가스원(64)과, 밸브(54)와, 매스 플로우 콘트롤러(37)를 구비한다. 산소 가스 공급 라인(73)과 수소 가스 공급 라인(74)은 외부 연소 장치(33)에 접속되어 있다. 외부 연소 장치(33)의 하류 가스 라인(75)과 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)과 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)은 1개의 라인에 합류해 가스 도입관(17)에 접속되어 있다.
본 실시예는, 파이로제닉 산화를 행하는 경우이며, 산소 가스(O2)와 수소 가스(H2)를 외부 연소 장치(33)에 의해 연소 반응시켜 수증기(H2O)를 발생시키고, 이 수증기와 연소 반응에 의해 소비되지 않은 산소 등에 의해 산화를 행하는 경우이다. 이 경우는, 2H2＋02→2H2O이므로, 산화성 가스는, 연소에 의해 생성된 수증기(H2O)와 연소 반응에 의해 소비되지 않은 산소(O2)이다.
콘트롤러(32)는, 기압계(31), 유량 제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(34, 35, 36, 37) 및 외부 연소 장치(33)에 접속되어 있다. 콘트롤러(32)에 의해서, 매스 플로우 콘트롤러(35, 36, 37) 및 외부 연소 장치(33)의 제어와 기압계(31)의 값에 따른 매스 플로우 콘트롤러(34)의 제어가 행해진다.
실시예 2
도 2는, 본 발명의 실시예 2의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다. 이 기판 처리 장치는, 반응로(200)와 반응로(200)에 가스를 공급하는 가스 공급계(100)를 구비한다. 반응로(200)는 도 1을 참조해 설명한 실시예 1의 반응로(200)와 동일하다.
가스 도입관(17)에는 가스 공급계(100)가 접속되어 있다. 가스 공급계(100)는 기압계(31), 콘트롤러(32), 제1의 불활성 가스 공급계로서의 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71), 제2의 불활성 가스 공급계로서의 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72), 제1의 처리 가스 공급계로서의 산소 가스 공급 라인(76), 제2의 처리 가스 공급계로서의 디클로로에틸렌 가스 공급 라인(77)을 구비한다.
산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)은, 질소 가스원(61)과, 밸브(51)와, 매스 플로우 콘트롤러(34)를 구비한다. 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)은 질소 가스원(61)과, 밸브(52)와, 매스 플로우 콘트롤러(35)를 구비한다. 또한, 본 실시예에서, 질소 가스원(61)은, 산화성 가스 분압 보정 질소 가스 공급 라인(71)과, 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)에서 공용으로 되어 있다. 산소 가스 공급 라인(76)은, 산소 가스원(65)과, 밸브(55)와, 매스 플로우 콘트롤러(38)를 구비한다. 디클로로에틸렌 가스 공급 라인(77)은, 버블링용 질소 가스 공급 라인(77a)과, 버블러(bubbler)(81)와, 버블링에 의해 얻은 디클로로에틸렌 가스 공급 라인(77b)을 구비하고, 버블링용 질소 가스 공급 라인(77a)은 질소 가스원(66)과, 밸브(56)와, 매스 플로우 콘트롤러(39)를 구비한다. 디클로로에틸렌은 상온, 상압에서 액체이므로, 버블러(81) 내에 수용되어 있고, 질소 가스에 의한 버블링으로, 질소 가스와 함께 공급된다.
산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)과, 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)과, 산소 가스 공급 라인(76)과, 디클로로에틸렌 공급 라인(77)은 1개의 라인에 합류하여 가스 도입관(17)에 접속되어 있다. 본 실시예는, 산소 가스(O2)와 디클로로에틸렌 가스(C2H2Cl2)를 이용해 산화를 행하는 경우이지만, 산소 가스와 디클로로에틸렌은 직접 반응로(200)에 공급된다. 이 경우는, C2H2Cl2＋202→2CO2＋2HCl이므로, 산화성 가스는, 반응에 의해 생성된 이산화탄소(CO2)와 반응에 의해 소비되지 않은 산소(02)이다.
콘트롤러(32)는, 기압계(31), 매스 플로우 콘트롤러(34, 35, 38, 39)에 접속되어 있다. 콘트롤러(32)에 의해서, 매스 플로우 콘트롤러(35, 38, 39)의 제어 및 기압계(31)의 값에 따른 매스 플로우 콘트롤러(34)의 제어가 행해진다.
실시예 3
도 3은, 본 발명의 실시예 3의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면 도이다. 이 기판 처리 장치는, 반응로(200)와 반응로(200)에 가스를 공급하는 가스 공급계(100)를 구비한다. 반응로(200)는 도 1을 참조해 설명한 실시예 1의 반응노(200)와 동일하다.
가스 도입관(17)에는 가스 공급계(100)가 접속되어 있다. 가스 공급계(100)는 기압계(31), 콘트롤러(32), 제1의 불활성 가스 공급계로서의 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71), 제2의 불활성 가스 공급계로서의 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72), 처리 가스 공급계로서의 산소 가스 공급 라인(78)을 구비한다.
산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)은, 질소 가스원(61)과, 밸브(51)와, 매스 플로우 콘트롤러(34)를 구비한다. 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)은 질소 가스원(62)과, 밸브(52)와, 매스 플로우 콘트롤러(35)를 구비 하고 있다. 산소 가스 공급 라인(78)은, 산소 가스원(67)과, 밸브(57)와, 매스 플로우 콘트롤러(40)를 구비한다.
산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)과, 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)과, 산소 가스 공급 라인(78)은 1개의 라인에 합류해 가스 도입관(17)에 접속되어 있다. 본 실시예는, 산소 가스에 의한 드라이 산화를 행하는 경우이다.
콘트롤러(32)는, 기압계(31), 매스 플로우 콘트롤러(34, 35, 40)에 접속되어 있다. 콘트롤러(32)에 의해서, 매스 플로우 콘트롤러(35, 40)의 제어 및 기압계(31)의 값에 따른 매스 플로우 콘트롤러(34)의 제어가 행해진다.
상술한 실시예 1∼3에 있어서 사용되는 기압계(31)는 최저한 1hPa의 신호 출력 분해능을 갖는 것이 바람직하다. 기압 변동에 의한 막 두께 변동을 ±0.1％로 하기 위해서는, 통상의 기압은 1000hPa이므로 적어도 그 1／1000의 신호 출력 분해능이 필요해지기 때문이다. 또한, 0.1hPa의 신호 출력 분해능을 갖는 것이 보다 바람직하고, 이 경우, 막 두께 변동을 ±0.01％로 할 수 있다.
상술한 실시예 1∼3에 있어서는, 불활성 가스인 질소 가스의 공급 라인으로서, 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)과, 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)의 2개의 공급 라인을 설치한다. 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)에 사용하는 매스 플로우 콘트롤러(34)의 풀 스케일과, 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)에 사용하는 매스 플로우 콘트롤러(35)의 풀 스케일은 상이하다. 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)에 사용하는 매스 플로우 콘트롤러(35)는 풀 스케일이 큰 것을 사용한다.
기압의 변화에 대응해 불활성 가스의 유량을 변화시키는 경우, 통상 이용되는 가스 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 콘트롤러는 풀 스케일의 1／1000의 분해능이므로, 예를 들면 풀 스케일의 1／5로 이용했다고 하면 1／200밖에 분해능이 없어, 기압의 변화에 충분히 대응할 수 없다는 문제가 있다.
그래서, 상기 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)을 형성하고, 그 공급 라인에 사용하고 있는 매스 플로우 콘트롤러(34)의 풀 스케일을 희석 및 퍼지용 질소 가스 라인(72)에 사용하고 있는 매스 플로우 콘트롤러(35)의 풀 스케일보다 작게 하고, 이 매스 플로우 콘트롤러(34)에 의해 기압 변동에 대한 질소 가스의 유량의 보정을 행함으로써, 필요한 분해능을 확보하고, 제어의 정밀도를 확보한다.
이 매스 플로우 콘트롤러(34)의 풀 스케일은, 기압에 대한 보정에 필요한 최대한의 유량보다 크고 또한 상기 최대한의 유량에 제일 가까운 풀 스케일로 한다. 또한, 이 매스 플로우 콘트롤러(34)의 풀 스케일은, 산화성 가스의 유량보다 풀 스케일이 작은 것으로 한다. 예를 들면, 실시예 1에 있어서 매스 플로우 콘트롤러(35, 36, 37)의 풀 스케일을, 각각 20ℓ/min∼50ℓ/min으로 하고, 기압에 대한 보정에 필요한 유량이 수 ℓ/min인 경우, 매스 플로우 콘트롤러(34)의 풀 스케일은 예를 들면 2ℓ/min∼5ℓ/min으로 한다.
매스 플로우 콘트롤러(34)에서, 보정하는 압력은, 일반적으로 변동하는 기압의 범위를 고려해, 통상의 평야부에서 950－1030hPa로 하고(평균 기압 1013hPa), 표고 500m에서 880－960hPa로 하고(평균 기압 944hPa), 표고 1000m에서 828－898hPa로 한다(평균 기압 883hPa).
매스 플로우 콘트롤러의 분해능은 풀 스케일의 1/1000이며, 보정용 매스 플로우 콘트롤러(34)에서 유량 제어하는 질소 가스의 유량은 총 유량의 1/10 정도이므로, 보정용 매스 플로우 콘트롤러(34)로서 풀 스케일이 총 유량의 1/10 부근인 매스 플로우 콘트롤러를 사용하는 경우는, 1/10000의 분해능이 있게 되어, 기압계의 분해능과 동일한 정도 이상 있으므로, 기압계의 분해능 정도의 컨트롤이 가능하고, 기압계가 0.1hPa의 출력 분해능을 갖는 경우는, 이론상은 기압에 의한 막 두께 변동은 ±0.01％정도로 억제할 수 있어, 다른 기기의 재현성으로부터 생각해 기압에 의한 막 두께 변동은 무시할 수 있게 된다고 추측된다.
또한, 상기 실시예 1∼3에서는, 웨이퍼(20)에 대해서 산화를 행할 때, 매스 플로우 콘트롤러(35)를 제어함으로써 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)으로부터 반응로(200) 내에 공급하는 불활성 가스인 질소 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하는 동시에, 기압계(31)에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 매스 플로우 콘트롤러(34)를 제어함으로써 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)으로부터 반응노(200) 내에 공급하는 불활성 가스인 질소 가스의 유량을 변화시켜 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하게 되어 있다.
그리고, 실시예 1에서는, 그 보정용 질소 가스의 유량을, 미리 계산한 산소 가스와 수소 가스의 반응에 의해 생성되는 가스(수증기：H2O) 및 이 반응에 의해 소 비되지 않고 남은 가스(산소：02)의 유량을 기초로 콘트롤러(32)에 의해 계산하여, 매스 플로우 콘트롤러(34)를 제어한다.
실시예 2에서는, 보정용 질소 가스의 유량을, 미리 계산한 산소 가스와 디클로로에틸렌(DCE) 가스와의 반응에 의해 생성되는 가스(이산화탄소：CO2) 및 이 반응에 의해 소비되지 않고 남는 가스(산소：02)의 유량을 기초로 콘트롤러(32)에 의해 계산하고, 매스 플로우 콘트롤러(34)를 제어한다.
즉, 반응로(200) 내에 도입되는 서로 반응하기 전의 가스의 합계 유량인 제어 유량으로부터, 서로 반응한 후의 가스의 합계 유량인 실제 유량을 계산한다.
예를 들면, 산소 가스와 수소 가스를 흐르게 하는 실시예 1의 경우, 반응노(200) 내에 공급하는 수소 가스(H2)의 유량을 A, 산소 가스(02)의 유량을 B로 하면, 2H2＋02→2H2O이므로, 산소 가스가 충분히 있는 경우는, 수소 가스 A에 대해서 산소 가스 A/2가 반응하고, 수증기(H2O)가 A만큼 생성되고, (B－A/2)의 산소 가스가 소비되지 않고 남는다. 즉, 반응 후의 가스의 합계 유량인 실제 유량 R은 R=A(생성된 H2O)＋(B－A/2)(소비되지 않고 남은 02)=B＋A/2로 계산할 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)에 대해서 산화를 행할 때, 산소 가스, 수소 가스와 함께 희석 가스를 흐르게 하는 경우, 희석 가스의 유량을 C로 하면, 실제 유량 R은 R=B＋A/2＋C로 계산할 수 있다.
또한, 산소 가스와 DCE 가스를 흐르게 하는 실시예 2의 경우, 반응로(200) 내에 공급하는 디클로로에틸렌 가스(C2H2Cl2)의 유량을 A, 산소 가스(02)의 유량을 B로 하면, C2H2Cl2＋202→2CO2＋2HCl이므로, 산소 가스가 충분히 있는 경우는, 디클로로에틸렌 가스(A)에 대해서 산소 가스(2A)가 반응하고, 이산화탄소(CO2)가 2A, 염화수소(HCl)가 2A만큼 생성되고, B－2A의 산소가 소비되지 않고 남는다. 즉, 반응 후의 가스의 합계 유량인 실제 유량 R은 R=2A(생성된 CO2)＋2A(생성된 HCl)＋(B－2A)(소비되지 않고 남은 02)=B＋2A로 계산할 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)에 대해 산화를 행할 때, 산소 가스, DCE 가스와 함께 희석 가스를 흐르게 하는 경우, 희석 가스의 유량을 C로 하면, 실제 유량(R)은 R=B＋A/2＋C로 계산할 수 있다.
다음에, 상기와 같이 하여 계산한 실제 유량을 바탕으로, 보정 유량을 계산한다. 보정 유량의 계산식은, 예를 들면 다음과 같이 하여 도출된다. 즉, 표고에 있어서의 제어 압력의 하한(기준의 압력)을 PL, 측정된 압력(기압 변동시의 압력)을 P, 보정전의 총 실제 유량(보정용 매스 플로우 콘트롤러(34)를 통해 공급하는 가스를 포함하지 않는다)를 R, 보정 후의 총 실제 유량(보정용 매스 플로우 콘트롤러(34)를 통해 공급하는 가스를 포함한다)을 R’, 산화성 가스의 총 실제 유량을 0X, 보정 유량을 X로 하면, 기압이 변동한 경우라도 반응관(11) 내에 있어서의 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하기 위해서는 다음의 식을 만족할 필요가 있다.
PL*0X/R=P*0X/R’
즉, PL/R=P/R’
여기서, 보정 유량 X는, X=R’－R로 표시되므로,
X=R*(P/PL－1)로 된다. 이 식에 따라서, 보정 유량을 계산한다.
또한, 상기 식에 있어서, 「*」, 「/」은, 각각 곱셈, 나눗셈을 나타낸다.
이하에, 실시예 1에 있어서 보정을 하지 않은 경우와 각각의 보정을 한 경우의 산소 가스, 수소 가스, 희석용 Ar 가스, 보정용 Ar 가스의 유량과, 기압과, 산화성 가스, 즉, 산소, 수증기(수분)의 분압의 관계를 나타낸다.
표 1 및 도 4는, 보정을 전혀 행하지 않은 경우의 각 가스의 유량과 기압과 산소 분압, 수분 분압의 관계를 나타내고, 표 2 및 도 5는, 설정 유량으로부터 계산한 보정을 행한 경우로서, 가스의 반응을 고려한 보정을 행하지 않은 경우의 각 가스의 유량과, 기압과 산소 분압, 수분 분압의 관계를 나타내고, 표 3 및 도 6은 가스의 반응을 고려한 보정을 행한 경우의 각 가스의 유량과, 기압과 산소 분압, 수분 분압의 관계를 나타내며, 표 4 및 도 7은, 유량의 분해능이 나쁜 경우의 각 가스의 유량과, 기압과 산소 분압, 수분 분압의 관계를 나타낸다. 또한, 표 1∼4에서는, Ar 가스의 유량은 희석용 Ar 가스의 유량과 보정용 Ar 가스의 유량으로 나누어 나타내지만, 도 4∼7에서는, Ar 가스의 유량은, 희석용 Ar 가스의 유량과 보정용Ar 가스의 유량의 총 유량으로 표시한다. 또한, 도 4에서는, Ar 유량과 산소 유량이 수소 유량에 겹쳐져 표시되어 있고, 도 5, 도 6, 도 7에서는, 산소 유량이 수소 유량에 겹쳐져 표시되어 있다. 도 4∼도 7에서는, 가로축의 No.는, 표 1∼4 의 No.를 나타내고, 세로축은, 유량(SLM)과 압력(atm)의 양쪽 모두를 나타낸다.
<표 1> 보정을 전혀 행하지 않은 경우의 기압과 분압의 관계
Figure 112007066142516-pct00001
<표 2> 설정 유량으로부터 계산한 보정을 행한 경우의 기압과 분압의 관계
Figure 112007066142516-pct00002
<표 3> 가스의 반응을 고려한 보정을 행한 경우의 기압과 분압의 관계
Figure 112007066142516-pct00003
<표 4> 유량의 분해능이 나쁜 경우의 기압과 분압의 관계예
Figure 112007066142516-pct00004
이들로부터, 설정 유량으로부터 계산한 보정을 행한 경우로서, 가스의 반응을 고려한 보정을 행하지 않은 경우에는, 산화성 가스(산소, 수분)의 분압은 일정하게 되지 않고, 편차가 보이지만, 가스의 반응을 고려한 보정을 행한 경우에는, 산화성 가스의 분압은 일정하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 유량의 분해능이 나쁜 경우에는, 산화성 가스의 분압을 일정하게 제어하는 것이 곤란한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1∼3에 있어서의 기압 변동에 대한 보정은, 실시간으로 행하도록 하는 것이 바람직하다. 실시간으로 보정함으로써, 산화 처리 중에 기압이 변동한 경우라도, 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지할 수 있고, 산화막 두께의 변동을 억제할 수 있다. 이에 대해서 산화 개시 시의 기압에 따라 보정하는 경우는, 산화 처리의 도중에 기압이 변동했을 때에 대응할 수 없다.
단, 기압은 통상 고작 몇시간 단위로 밖에 변화하지 않는다고 생각되므로, 몇시간보다 짧은 시간내에 산화 처리가 종료하는 경우는, 산화 처리의 도중에 기압이 변동할 가능성은 낮아, 실시간으로 보정할 필요성은 그다지 높지 않다.
그러나, SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼의 일종인 SIMOX(Separation by IMplanted Oxygen) 웨이퍼의 제조 공정에 있어서의 산소 분위기 하에서의 어닐링 처리의 경우, 처리 시간은 몇시간을 훨씬 넘는다. 예를 들면, 10시간을 넘는 경우도 있다. 이와 같이 처리 시간이 비교적 긴 처리를 행하는 경우에, 특히 실시간에서의 보정이 유효해진다.
실시예 4
도 8을 참조하면, 실시예 1에서는, 불활성 가스 공급 라인은, 불활성 가스 공급 라인(71, 72)의 2개인데 대해, 본 실시예에서, 불활성 가스 공급 라인은, 제1의 불활성 가스 공급 라인(91), 제2의 불활성 가스 공급 라인(92) 및 제3의 불활성 가스 공급 라인(93)의 3개로 되어 있는 점이 실시예 1과 다르지만 그 외의 점은 동일하다.
제1의 불활성 가스 공급 라인(91)은, 밸브(41)와 매스 플로우 콘트롤러(81)를 구비한다. 제2의 불활성 가스 공급 라인(92)은 밸브(42)와 매스 플로우 콘트롤러(82)를 구비한다. 제3의 불활성 가스 공급 라인(93)은, 밸브(43)와 매스 플로우 콘트롤러(83)를 구비한다. 제1의 불활성 가스 공급 라인(91), 제2의 불활성 가스 공급 라인(92) 및 제3의 불활성 가스 공급 라인(93)은 모두, 질소 가스원(61)에 접속되어 있다. 매스 플로우 콘트롤러(81, 82, 83)는 콘트롤러(32)에 접속되어 있고, 콘트롤러(32)에 의해서 제어된다.
매스 플로우 콘트롤러(81)의 풀 스케일은 가장 작고, 매스 플로우 콘트롤러(82)의 풀 스케일은 매스 플로우 콘트롤러(81)의 풀 스케일보다 크며, 매스 플로우 콘트롤러(83)의 풀 스케일은 매스 플로우 콘트롤러(82)의 풀 스케일보다 크고, 매스 플로우 콘트롤러(83)의 풀 스케일이 가장 크다.
불활성 가스 공급 라인을, 본 실시예와 같은 3개의 구성으로 할 수도 있다.
매스 플로우 콘트롤러(81, 82, 83)는 다음과 같은 조합으로 이용할 수 있다.
(1) 가장 풀 스케일이 작은 매스 플로우 콘트롤러(81)를 대기압의 변동에 따라서 변화시키는 분압 보정용으로서 사용하고, 중간의 풀 스케일의 매스 플로우 콘트롤러(82) 및 가장 풀 스케일이 큰 매스 플로우 콘트롤러(83)를 불활성 가스의 유량이 각각 일정하게 되도록 제어한다.
(2) 가장 풀 스케일이 작은 매스 플로우 콘트롤러(81)를 대기압의 변동에 따라서 변화시키는 분압 보정용으로서 사용하고, 중간의 풀 스케일의 매스 플로우 콘트롤러(82)를 불활성 가스의 유량이 일정해지도록 제어하고, 가장 풀 스케일이 큰 매스 플로우 콘트롤러(83)를 불활성 가스의 유량이 제로가 되도록 제어한다.
(3) 가장 풀 스케일이 작은 매스 플로우 콘트롤러(81)의 유량을 대기압의 변동에 따라서 변화시키는 분압 보정용으로서 사용하고, 중간 풀 스케일의 매스 플로우 콘트롤러(82)를 불활성 가스의 유량이 제로가 되도록 제어하고, 가장 풀 스케일이 큰 매스 플로우 콘트롤러(83)를 불활성 가스의 유량이 일정해지도록 제어한다.
(4) 가장 풀 스케일이 작은 매스 플로우 콘트롤러(81)를 불활성 가스의 유량이 제로가 되도록 제어하고, 중간의 풀 스케일의 매스 플로우 콘트롤러(82)를 대기압의 변동에 따라서 변화시키는 분압 보정용으로서 사용하고, 가장 풀 스케일이 큰 매스 플로우 콘트롤러(83)를 불활성 가스의 유량이 일정해지도록 제어한다.
(5) 가장 풀 스케일이 작은 매스 플로우 콘트롤러(81) 및 중간의 풀 스케일 의 매스 플로우 콘트롤러(82)를 대기압의 변동에 따라서 변화시키는 분압 보정용으로서 각각 사용하고, 가장 풀 스케일이 큰 매스 플로우 콘트롤러(83)를 불활성 가스의 유량이 일정해지도록 제어한다.
실시예 5
본 실시예는, 실시예 1에 있어서, 외부 연소 장치(33)를 생략하고, 반응관(11) 내에 직접 산소 가스와 수소 가스를 공급하고, 반응관(11) 내부에서 양 가스를 반응시키는 예이며, 이러한 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에서, 질소 가스원(61)은 산화성 가스 분압 보정용 질소 가스 공급 라인(71)과 희석 및 퍼지용 질소 가스 공급 라인(72)에서 공용으로 되어 있다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 기판의 제조 공정에도 적용할 수 있다.
SIMOX 웨이퍼의 제조 공정의 일공정에 본 발명의 열 처리 장치를 적용하는 예에 대해서 설명한다.
우선, 이온 주입 장치 등에 의해 단결정 실리콘 웨이퍼 내에 산소 이온을 이온 주입한다.
그 후, 산소 이온이 주입된 웨이퍼를 본 발명의 열처리 장치를 이용해, 예를 들면, Ar, 02 분위기 하, 1300∼1400℃, 예를 들면, 1350℃ 이상 정도의 고온으로 어닐링한다. 어닐링 시, Ar, O2와 함께 DCE(SiH2Cl2)를 도입하기도 한다. 이들 처리에 의해, 웨이퍼 내부에 SiO2층이 형성된(SiO2층이 매설된) SIMOX 웨이퍼가 작성된다.
또한, SIMOX 웨이퍼 외, 수소 어닐링 웨이퍼의 제조 공정의 일공정에 본 발명의 열처리 장치를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 웨이퍼를 본 발명의 열처리 장치를 이용해, 수소 분위기 중에서 1200℃ 정도 이상의 고온으로 어닐링하게 된다. 이에 따라, IC(집적 회로)가 만들어지는 웨이퍼 표면층의 결정 결함을 저감시킬 수 있어, 결정의 완전성을 높일 수 있다. 또한, 이 외, 에피텍셜 웨이퍼의 제조 공정의 일공정에 본 발명의 열 처리 장치를 적용하는 것도 가능하다.
이상과 같은 기판의 제조 공정의 일공정으로서 행하는 고온 어닐링 처리를 행하는 경우라도, 본 발명의 열 처리 장치를 매우 적합하게 적용할 수 있다.
본 발명의 열 처리 장치는, 반도체 디바이스 제조 공정의 일공정으로서의 열처리 공정에 적용하는 것도 가능하다.
특히, 비교적 높은 온도로 행하는 열처리 공정, 예를 들면, 웨트 산화, 드라이 산화, 수소 연소 산화(파이로제닉 산화), HCl 산화 등의 열산화 공정이나, 붕소(B), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 불순물(도펀트)을 반도체 박막으로 확산하는 열 확산 공정 등에 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 열 산화 공정에 있어서는, 산화성 가스와 함께 DCE(SiH2Cl2)를 도입하기도 한다.
이러한 반도체 디바이스의 제조 공정의 일공정으로서의 열처리 공정을 행하는 경우에 있어서도, 본 발명의 열 처리 장치를 매우 적합하게 적용할 수 있다.
명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2005년 3월 31일 제출된 일본 특허 출원 2005-101275호의 개시 내용 전체는, 본 국제출원에서 지정한 지정국, 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허용하는 한, 그대로 인용하여 여기에 포함된다.
다양한 전형적인 실시의 형태를 나타내고, 또한, 설명했지만, 본 발명은 이들 실시의 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 다음의 청구 범위에 의해서만 한정되는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 서로 반응하는 복수의 가스를 이용해 산화를 행하는 경우에, 대기압이 변동해도 산화성 가스의 분압을 보다 정밀도 좋게 제어하면서 기판의 처리를 행할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리 장치가 제공된다.
그 결과, 본 발명은, 반도체 웨이퍼를 산화하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 반도체 웨이퍼 처리 장치에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 반응관 내에 서로 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급하여, 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 양쪽에 포함되는 산화성 가스를 이용하여, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
    상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
    상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 상기 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 한개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 그보다 풀 스케일이 작은 적어도 한개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 한개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 가장 풀 스케일이 작은 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스는 풀 스케일이 다른 2개의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 2개의 유량 제어기 중, 풀 스케일이 큰쪽의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 풀 스케일이 작은 쪽의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스는 복수의 유량 제어기에 의해 유량 제어되어 상기 반응관 내에 공급되고, 상기 복수의 유량 제어기 중, 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 다른 적어도 1개의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 반응하는 복수의 가스가 02 가스 및 H2 가스이며, 이들 가스는, 상기 반응관 내에 직접 공급되거나, 혹은, 상기 반응관의 외부에 설치된 외부 연소 장치를 통해 상기 반응관 내에 공급되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 반응하는 복수의 가스가 02 가스 및 C2H2Cl2 가스이며, 이들 가스는 상기 반응관 내에 직접 공급되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 반응관 내에 서로 반응하는 복수의 가스와 불활성 가스를 공급하여, 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 양쪽에 포함되는 산화성 가스를 이용하여, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
    상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 갖고,
    상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 상기 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 복수의 가스끼리의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는, 기판의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
    상기 반응관 내에 제1의 처리 가스를 공급하는 제1의 가스 공급계와,
    상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 반응하는 제2의 처리 가스를 공급하는 제2의 가스 공급계와,
    상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제3의 가스 공급계와,
    적어도 상기 제3의 가스 공급계에 설치되어 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
    상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스와 불활성 가스를 공급하여, 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 양쪽에 포함되는 산화성 가스를 이용하여, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행할 때, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라 상기 제3의 가스 공급계에 설치된 유량 제어기에 의해 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 상기 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 그 불활성 가스의 유량을, 미리 계산된 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하는 콘트롤러를 갖는, 기판 처리 장치.
  12. 대기압 하에서 기판에 대해서 산화를 행하는 반응관과,
    상기 반응관 내에 제1의 처리 가스를 공급하는 제1의 가스 공급계와,
    상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 반응하는 제2의 처리 가스를 공급하는 제2의 가스 공급계와,
    상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제1의 불활성 가스 공급계와,
    상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 제2의 불활성 가스 공급계와,
    상기 제1의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1의 유량 제어기와,
    상기 제2의 불활성 가스 공급계에 설치되어, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기와는 풀 스케일이 다른 제2의 유량 제어기와,
    상기 반응관의 외부에 설치되어 대기압의 변동을 검지하는 기압계와,
    상기 반응관 내에 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스와 불활성 가스를 공급하여, 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 양쪽에 포함되는 산화성 가스를 이용하여, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행할 때에, 상기 기압계에 의해 검지한 대기압의 변동에 따라, 상기 반응관 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 상기 산화성 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 제어하는 동시에, 그 불활성 가스의 유량을, 미리 계산된 상기 제1의 처리 가스와 상기 제2의 처리 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 가스의 유량을 기초로 계산하며, 또한, 상기 제2의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 일정 유량으로 유지하도록 제어하고, 상기 제1의 유량 제어기에서는 불활성 가스의 유량을 대기압의 변동에 따라 변화시키도록 제어하는 콘트롤러를 갖는, 기판 처리 장치.
  13. 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
    O2가스와 H2 가스의 반응에 의해 생성된 H2O 가스, 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 O2 가스 및 불활성 가스를, 상기 반응관 내에 공급함으로써, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
    상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 가지며,
    상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 H2O 가스 및 O2 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 반응에 의해 생성되는 H2O 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 O2 가스의 유량을 기초로 계산하는 것을 특징으로 하는 산화 방법.
  14. 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 반응관 내에 O2 가스와 C2H2Cl2 가스와 불활성 가스를 공급함으로써, O2 가스와 C2H2Cl2 가스의 반응에 의해 생성된 CO2 가스, HCl 가스, 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 O2 가스 및 불활성 가스를, 상기 반응관 내에 존재시켜, 대기압 하에서 상기 기판에 대해서 산화를 행하는 공정과,
    상기 반응관에서 산화 후의 상기 기판을 반출하는 공정을 가지며,
    상기 산화 공정에서는, 대기압의 변동에 따라 불활성 가스의 유량을 변화시켜 상기 반응관 내에서의 CO2 가스 및 O2 가스의 분압을 일정하게 유지하도록 하고, 그 불활성 가스의 유량은, 미리 계산된 상기 반응에 의해 생성되는 CO2 가스, HCl 가스 및 상기 반응에 의해 소비되지 않고 남은 O2 가스의 유량을 기초로 계산하는 것을 특징으로 하는 산화 방법.
KR1020077020885A 2005-03-31 2006-03-30 반도체 장치의 제조 방법, 기판의 제조 방법 및 기판 처리장치 KR100932348B1 (ko)

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