KR101035635B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

처리실 내의 압력이 일정하게 유지되지 못하는 것이 원인인 기판 처리 불량을 발생하기 어렵게 하고, 양호한 기판 처리를 가능하게 하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 기판 처리 장치는 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와, 상기 배기 라인에 설치되어 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와, 기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에, 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 가능하게 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 불가능하게 하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 컨트롤러를 갖는다.
배기, 압력 측정기, 컨트롤러

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼(wafer)나 유리 기판 등의 기판 표면을 산화하는 등의 기판 처리를 수행하는 기판 처리 장치 및 그러한 기판 처리를 수행하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 사용되는 기술에 있어서, 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 공급 라인과, 처리실 내를 배기하는 배기 라인을 포함하는 기술이 알려져 있다.
그러나, 종래, 예를 들면 기판의 표면을 열산화하는 처리를 수행하는 공정에서는, 처리실 내부의 압력과 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정 결과를 토대로 처리실 내의 압력을 제어하고 있었다. 이 때문에, 예를 들면 기후의 변화 등으로 인해 처리실 외부의 압력이 변화하면, 이 변화에 따라 처리실 내부의 압력도 변화하여 처리실 내의 압력을 일정하게 유지하는 것이 어려웠다. 예를 들면 열산화 처리에 있어서의 산화막 두께에 불균일이 발생하는 등 양호한 기판 처리가 이루어지지 않는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 처리실 내의 압력을 일정하게 유지하지 못하는 것이 원인이 되는 기판 처리 불량이 발생하는 것을 방지하고, 보다 양호한 기판 처리를 가능하게 하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(control valve)와, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와, 기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에 상기 반응 가스가 상기 처리실 내로 공급되도록 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에 상기 반응 가스가 상기 처리실 내로 공급되지 않도록 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와, 상기 처리실의 기판을 출입하는 개방부를 밀폐하는 덮개와, 기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 덮개에 의해 상기 밀폐를 해제할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않을 경우에는, 상기 덮개에 의해 상기 밀폐를 해제할 수 없도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서, 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 포함하며, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 함과 동시에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하도록 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에는 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하지 않도록 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 포함하며, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 하고, 기판을 처리한 후에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하여, 그 측정값을 토대로 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하지 않도록 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 사용되는 반응 가스 공급 장치의 구성을 나타내는 설명도로서, (a)는 수소 가스 및 산소 가스의 혼합 가스를 연소함으로써 얻어진 수증기 가스를 공급하는 구성을 설명하는 설명도이며, (b)는 질소 가스, 염화수소, 디클로로에틸렌(dichloroethylene)으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 산소의 혼합 가스를 공급하는 구성을 설명하는 도면이며, (c)는 질소 가스, 염화수소, 디클로로에틸렌으로 이루어지는 군으로부터 선택 된 적어도 한 종류 이상의 가스와 산소 및 수소의 혼합 가스를 공급하는 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 사용되는 압력 제어 장치의 구성을 나타내는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 사용되는 컨트롤러를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 사용되는 컨트롤러의 제어 플로우(flow)를 나타내는 플로우 차트(flow chart).
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 산화 처리를 수행했을 경우에 있어서의 기판에 형성된 산화막의 두께와 대기압과의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 비교예에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 산화 처리를 수행했을 경우에 있어서의 기판에 형성된 산화막의 두께와 대기압의 관계를 나타내는 그래프.
<도면 주요 부호의 설명>
10 : 기판 처리 장치 16 : 처리실
20 : 웨이퍼 22 : 씰 캡
36 : 공급 라인 38 : 반응 가스 공급 장치
42 : 배기 라인 100 : 압력 제어 장치
102 : 펌프 113 : 상대압계(相對壓計)
130 : 절대압 제어 장치 132 : 절대압계
133 : 압력 조정 밸브 200 : 컨트롤러
다음에 본 발명의 실시 형태를 도면를 토대로 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)가 나타나 있다. 기판 처리 장치(10)는 배치(batch)식인 종형 반도체 제조 장치에 있어서, 기판에 열산화 등의 처리를 수행하는 반응로(12)를 갖는다. 반응로(12)는 예를 들면 석영제인, 상단이 폐색하고 하단이 개구한 원통 형상의 반응관(14)을 가지며, 반응관(14)에 의해 처리실(16)이 형성되어 있다.
처리실(16)에는, 기판 보지구(保持具)로서 사용되는 보트(boat)(18)가 삽입되어 있다. 보트(18)는 예를 들면 석영 또는 탄화규소제이며, 기판으로서 사용되는 실리콘으로 이루어지는 웨이퍼(20)를, 실질적으로 수평 자세이며, 또한 서로 중심을 정렬한 상태에서 극간(기판 피치 간격)을 갖고 복수 단으로 유지하도록 구성되어 있다.
보트(18)는 단열 부재로서 사용되는 원통 형상인 단열 캡(24)에 의하여 지지되어 있다. 단열 캡(24)은 예를 들면 석영 또는 탄화규소제로서 후술하는 히터(30)로부터의 열이 하방으로 전달되기 어렵게 구성되어 있다. 단열 캡(24)에는 회전축(26)이 장착되어 있고, 회전축(26)은 후술하는 씰 캡(seal cap)(22)을 관통하여, 회전 수단(회전 기구)으로서 사용되는 예를 들면 모터 등의 구동원을 갖는 회전 장치(28)에 연결되어 있다. 회전 장치(28)는 후술하는 씰 캡(22)에 부착되어 있다. 따라서, 회전 장치(28)로부터의 회전 구동이 회전축(26)을 개재하여 단열 캡(24)에 전달되고, 단열 캡(24), 보트(18) 및 보트(18)에 보지된 웨이퍼(20)가 회전한다.
반응관(14)의 중력 방향(연직 방향) 하방 하단에는 개방부가 형성되어 있고, 이 개방부로부터 반응관(14) 내에 보트(18)가 삽입된다. 반응관(14)의 개방부에는, 덮개로서 사용되는 씰 캡(22)이 중력 방향 하방으로부터 장착되고, 씰 캡(22)에 의해 반응관(14)이 밀폐되는 구조로 되어 있다. 씰 캡(22)은 반응관(14)의 외부에 수직으로 설치되고, 승강 기구로서 사용되는 보트 엘리베이터(40)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있으며, 이에 따라 보트(18)를 처리실(16)에 대하여 반입 반출할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이, 보트 엘리베이터(40)에 의해 씰 캡(22)이 상승하고, 씰 캡(22)이 반응관(14)에 당접(當接)하면 처리실(16)은 밀폐된 상태가 되고, 보트 엘리베이터(40)에 의해 씰 캡(22)이 하강하여, 씰 캡(22)이 반응관(14)로부터 이간(離間)하면, 반응실(16)의 밀폐 상태는 해제된다. 이와 같이, 보트 엘리베이터(40) 및 씰 캡(22)은 처리실(16)을 밀폐하는 밀폐 장치로서 사용됨과 동시에, 처리실(16)의 밀폐 상태를 해제하는 해제 장치로서도 사용되고 있다.
반응관(14)의 주변에는, 웨이퍼(20)를 가열하는 가열 수단(가열 기구)으로서 사용되는 히터(30)가 반응관(14)과 동심원상에 배치되어 있다. 반응관(14)과 히터(30)와의 사이에는, 온도 검출 수단(온도 검출기)으로서 사용되는 온도 센서(32)가 배치되어 있다.
반응관(14)의 상부에는, 샤워 헤드(34)가 부착되어 있고, 샤워 헤드(shower head)(34)에는, 예를 들면 파이프 부재(部材) 등으로 이루어지는 공급 라인(36)이 연결되어 있다. 이 공급 라인(36)의 샤워 헤드(34)가 연결되어 있는 측과 반대 측 에는, 반응 가스 공급 장치(38)가 부착되어 있다. 따라서, 반응 가스 공급 장치(38)로부터 공급된 반응 가스가 공급 라인(36)을 개재하여 샤워 헤드(34)에 도달하고, 샤워 헤드(34)에 도달한 반응 가스가, 샤워 헤드(34)에서 분산되도록 하여 처리실(16) 내에 공급된다. 반응 가스 공급 장치(38)의 상세에 대해서는 후술한다.
반응관(14)에는 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지고, 처리실(16) 내를 배기하는 배기 라인(42)이 부착되어 있다. 배기 라인(42)의 반응관(14)과 반대 측에는, 처리실(16) 내의 압력을 제어하는 제어 수단(압력 제어기)으로서 사용되는 압력 제어 장치(100)가 부착되어 있다. 압력 제어 장치(100)의 상세에 대해서는 후술한다.
도 2에는 반응 가스 공급 장치(38)가 나타나 있다.
도 2(a)에 있어서, 반응 가스 공급 장치(38)는 외부 연소 장치 등의 연소 장치(46)를 가지고 있다. 연소 장치(46)는 공급 라인(36)에 의하여 샤워 헤드(34)를 개재하여 처리실(16)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 연소 장치(46)에는, 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지는 산소 가스 공급 라인(48)을 개재하여, 예를 들면 산소 탱크로 이루어지는 산소 가스원(50)이 접속되어 있다. 산소 가스 공급 라인(48)의 연소 장치(46)와 산소 가스원(50)과의 사이에는, 산소 가스원(50) 측으로부터 순차적으로, 전자 밸브(52)와 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller)(54)가 설치되어 있다. 전자 밸브(52)는 연소 장치(46)에 대한 산소의 공급/정지를 제어하기 위한 개폐 밸브로서 사용되고, 매스 플로우 컨트롤러(54)는 연소 장치(46)에 공급하는 산소의 유량을 조정하기 위한 유량 제어기로서 사용된 다.
또한, 연소 장치(46)에는 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지는 수소 가스 공급 라인(56)을 개재하여, 예를 들면 수소 탱크로 이루어지는 수소 가스원(58)이 접속되어 있다. 수소 가스 공급 라인(56)의 연소 장치(46)와 수소 가스원(58)과의 사이에는, 수소 가스원(58) 측으로부터 순차적으로, 전자 밸브(60)와 매스 플로우 컨트롤러(62)가 설치되어 있다. 전자 밸브(60)는 연소 장치(46)에 대한 수소의 공급/정지를 제어하기 위해 사용되고, 매스 플로우 컨트롤러(62)는 연소 장치(46)에 공급하는 수소의 유량을 조정하기 위해 사용되고 있다.
연소 장치(46)에는, 매스 플로우 컨트롤러(54, 62)를 제어함으로써, 산소 가스원(50) 및 수소 가스원(58)으로부터 소정의 가스 비율로 산소 및 수소가 공급된다. 그리고, 연소 장치(46)는 산소 및 수소를 연소시킴으로써 발생한 수증기 가스를, 공급 라인(36) 및 샤워 헤드(34)(도 1 참조)를 개재하여 처리실(16)(도 1 참조)에 공급한다. 한편, 이 때 연소에 의해 소비되지 않았던 산소도 공급 라인(36) 및 샤워 헤드(34)를 개재하여 처리실(16)에 공급된다. 또한, 필요에 따라서 희석용 질소도 공급 라인(36) 및 샤워 헤드(34)를 개재하여 처리실(16)에 공급된다.
본 실시 형태에서는, 반응 가스 공급 장치(38)로서 수소 가스(H2) 및 산소 가스(O2)의 혼합 가스를 연소 장치(46)에서 연소함으로써 얻어진 수증기 가스(H2O)를 공급하는 구성을 사용하고 있는데, 이를 대신하여, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 반응 가스 공급 장치(38)를, 질소 가스(N2), 염화수소(HCl), 디클로로에틸 렌[C2H2Cl2(약칭 DCE)]으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 산소의 혼합 가스를 공급하도록 구성해도 된다. 또한, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 반응 가스 공급 장치(38)를, 질소 가스(N2), 염화수소(HCl), 디클로로에틸렌(C2H2Cl2)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 산소(O2) 및 수소(H2)의 혼합 가스를 공급하도록 구성해도 된다. 한편, 도 2(b), 도 2(c)에 있어서, 50a, 52a, 54a는 각각 질소 가스(N2), 염화수소(HCl), 또는 디클로로에틸렌(C2H2Cl2) 가스원, 전자 밸브, 매스 플로우 컨트롤러를 나타내고 있다. 또한, 반응 가스 공급 장치(38)로서 산소 가스를 단체(單體)로 공급하도록 구성해도 된다.
도 3에는 압력 제어 장치(100) 및 압력 제어 장치(100) 주위의 구성이 나타나 있다. 압력 제어 장치(100)는 제2 압력 측정기로서 사용되는 상대압계(113)를 갖는다. 상대압계(113)는 전자 밸브(115)를 개재하여 배기 라인(42)에 부착되어 있고, 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차를 측정한다. 전자 밸브(115)는 통상적으로는 열린 상태로서 사용되는데, 예를 들면 HCl 등의 부식성 가스를 반응 가스로서 사용하는 경우에 닫힌 상태로 된다. 전자 밸브(115)가 닫힌 상태로 됨으로써, 부식성 가스가 상대압계(113)에 공급되지 않도록 되어, 상대압계(113)가 부식에 의해 파손하는 것이 방지된다. 이와 같이, 부식성 가스를 사용하는 경우, 상대압계(113)와 배기 라인(42)과의 사이에 설치된 전자 밸브(115)를 닫음으로써, 상대압계(113)가 부식성 가스와 접촉하지 않게 되고, 상대압계(113)가 부식에 의해 파손하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상대압계(113)로서 내(耐)부식성의 것을 사용하면, 상대압계(113)와 배기 라인(42)과의 사이에 설치된 전자 밸브(115)를 닫을 필요가 없어져, 부식성 가스를 사용하는 경우라도, 항상, 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차를 모니터(monitor)할 수 있게 된다.
배기 라인(42)의 상대압계(113)가 부착된 위치와 처리실(16)에 접속된 위치와의 사이의 위치에는, 가스 쿨러(gas cooler)(114)가 부착되어 있다. 가스 쿨러(114)는 처리실(16)로부터 배출된 반응 가스(수증기)를 냉각시키는 냉각 수단(냉각 기구)으로서 사용되고, 냉각수를 사용하여 반응 가스를 냉각시킴으로써, 반응 가스를 결로(結露)시킨다. 가스 쿨러(114)에 의한 냉각에 의해 결로(結露)되지 않은 반응 가스나 산소 가스 등의 미반응 가스나 질소 가스는, 후술하는 펌프(102)에 의해 장치 외부로 배출된다.
배기 라인(42)의 가스 쿨러(114)가 부착된 위치보다 하류측에 있어서, 상대압계(113)가 부착된 위치보다 상류측인 위치에는, 드레인 라인(drain line)(116)이 접속되어 있다. 드레인 라인(116)은 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지고, 가스 쿨러(114)로 반응 가스를 결로시킴으로써 발생한 수분을 배출하기 위해 사용된다. 드레인 라인(116)은 전자 밸브(118)를 개재하여 드레인 탱크(drain tank)(120)에 접속되어 있다. 드레인 탱크(120)에는 가스 쿨러(114)에서 반응 가스가 결로함으로써 발생한 수분이 드레인 라인(116)을 개재하여 유입되고, 이 유입된 수분이 저장된다. 드레인 탱크(120)에는, 예를 들면 드레인 탱크(120)보다 중력 방향 하방으로 위치하도록 배출 라인(121)이 접속되고, 배출 라인(121)에는, 전자 밸브(122)가 부착되어 있다. 전자 밸브(122)를 닫힌 상태로 함으로써, 드레인 탱크(120) 내에 배수되는 수분을 저장할 수 있고, 전자 밸브(122)를 열린 상태로 함으로써, 드레인 탱크(120) 내에 저장한 수분이 장치 외부로 배출된다. 한편, 드레인 탱크(120) 내에 저장된 수분의 장치 외부로의 배출은, 웨이퍼의 산화 처리 후, 처리실(16) 내의 압력이 대기압으로 되돌아온 후에, 전자 밸브(118)를 닫고, 전자 밸브(122)를 열어 이를 수행한다.
배기 라인(42)의 가스 쿨러(114)가 부착된 위치와 처리실(16)과의 사이에는, 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지는 대기압 벤트 라인(vent line, 124)이 부착되어 있다. 대기압 벤트 라인(124)은 전자 밸브(126)를 개재하여 배기 라인(42)의 가스 쿨러(114)보다 상류측과, 배기 라인(42)의 펌프(102)보다 하류측을 연통(連通)시키고 있다. 상대압계(113)에 의해 처리실(16) 내부의 압력이 외부의 압력에 대하여 양압(陽壓)으로 측정되었을 경우, 전자 밸브(126)를 열린 상태로 함으로써, 대기압 벤트 라인(124)으로부터 반응실(16) 내의 압력을 개방하고, 반응실(16) 내가 과가압(過加壓)이 되지 않도록 한다. 한편, 대기압 벤트 라인(124)의 상류단은, 배기 라인(42)의 가스 쿨러(114) 후단[가스 쿨러(114)보다 하류측], 예를 들면 드레인 라인(116)의 전자 밸브(118)보다 상류측에 접속하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 대기압 벤트 라인(124)을 사용하여 배기할 때, 대기압 벤트 라인(124)으로부터 배출되는 가열 가스의 온도를 낮출 수 있어, 대기압 벤트 라인(124), 배기 라인(42)의 대기압 벤트 라인(124)의 하류단과의 접속부 부근 및 그것보다 하류측에 있어서의 배기 라인(42) 등을 구성하는 부재의 가열 가스에 의한 악영향을 방지할 수 있다.
이상과 같은 상대압계(113)만을 갖는 기판 처리 장치(10)에서 웨이퍼(20)에 산화막을 형성할 때에는, 상대압계(113)로 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차가 계측된다. 그리고, 계측 결과를 토대로, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 항상 일정한 값만큼 낮아지도록 한다. 또한, 배기 라인(42) 내의 압력이 처리실(16) 내의 압력보다 항상 낮게 되도록 한다. 이와 같이, 처리실(16) 내부의 압력을 처리실(16) 외부의 압력보다 낮게 함으로써, 처리실(16) 내의 반응 가스가, 처리실(16) 내로부터 처리실(16) 외부로 누설되기 어렵게 한다. 또한, 이와 같이, 배기 라인(42) 내의 압력을 처리실(16) 내부의 압력보다 낮게 함으로써, 배기 라인(42) 측으로부터 처리실(16)에 가스가 역류하는 것이 방지되어, 처리실(16)에서의 안정된 산화 처리가 실현된다.
상대압계(113)만을 갖는 기판 처리 장치(10)에서는, 이상과 같이 상대압계(113)에 의한 계측 결과를 토대로 처리실(16) 내의 압력을 조정한다. 그러나, 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 차가 일정하게 되도록 처리실(16)의 내압을 조정하고 있기 때문에, 예를 들면, 기후 변화 등에 의한 대기압의 변화에 의하여 처리실(16) 외부의 압력이 변동하면, 이 변화를 토대로 처리실(16) 내부의 압력도 변화하고 만다. 그리고, 처리실(16) 내 압력의 변화에 따라, 웨이퍼(20)에 형성되는 산화막의 두께가 불균일하게 된다는 문제가 있다. 이와 같은 경 우, 산화 처리 시간을 조정하는 등으로 막의 두께를 조정할 필요가 있다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에서는, 처리실(16) 내부의 압력을 측정하는 구성이나 처리실(16) 내부의 압력의 측정 결과를 토대로 한 기판 처리 장치(10)의 제어를 연구함으로써, 처리실(16) 내부의 압력이 일정하게 유지되지 못함으로 인한 산화막 두께의 불균일이 발생하지 않도록 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서는, 처리실(16) 내부의 압력을 측정하는 구성이나, 처리실(16) 내부 압력의 측정 결과를 토대로 기판 처리 장치(10)의 제어를 연구함으로써, 처리실(16)로부터 가스가 누설되기 어렵게 하고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 배기 라인(42)의 상대압계(113)가 부착된 위치보다 하류의 위치에는, 배기 수단(배기 장치)으로서 사용되는, 처리실(16) 내를 배기하는 펌프(102)가 설치되어 있다. 펌프(102)는 예를 들면 진공 펌프로 이루어지고, 내부에 벤튜리(venturi)관을 갖는다. 벤튜리관에는 벤튜리관에 유체를 공급하는 유체 공급 수단으로서 사용되는 질소 가스원(106)이, 예를 들면 파이프 부재 등으로 이루어지는 질소 공급 라인(108)을 개재하여 접속되어 있다. 질소 공급 라인(108)의 질소 가스원(106)과 펌프(102) 사이에는, 질소 가스원(106) 측으로부터 순차적으로 레귤레이터(regulator)(110)와 전자 밸브(112)가 설치되어 있다.
레귤레이터(110)를 사용하여 펌프(102)의 벤튜리관에 공급되는 질소 가스의 압력을 일정한 압력으로 조정함으로써 질소 가스의 유량을 조정하고, 처리실(16)로부터 들어오는 배기가스의 배기 유량을 제어함으로써, 처리실(16) 내의 압력을 대기압보다 낮게 할 수 있다.
배기 라인(42)의 상대압계(113)가 부착된 위치보다 하류의 위치에 있어서, 펌프(102)가 부착된 위치보다 상류의 위치에는, 절대압 제어 장치(130)가 부착되어 있다. 절대압 제어 장치(130)는 제1 압력 측정기로서 사용되고, 처리실(16) 내의 압력을 측정하는 절대압계(132)를 가지고 있다. 절대압계(132)의 압력 측정 포인트는, 상대압계(113)의 압력 측정 포인트 근방에 위치하고 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상대압계(113)는 처리실(16) 내부의 압력과, 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 것인데, 정확하게는, 처리실(16) 내부를 배기했을 때의 배기 라인(42) 내의 배기압과, 처리실(16) 외부의 대기압과의 압력차(상대압)를 측정하고 있다. 또한, 절대압계(132)는 처리실(16) 내부의 압력을 측정하는 것인데, 정확하게는, 처리실(16) 내부를 배기했을 때의 배기 라인(42) 내의 배기압(절대압)을 측정하고 있다. 여기서, 처리실(16) 내와 배기 라인(42) 내의 압력 측정 포인트와의 사이에는, 가스 쿨러(114) 등이 설치되어 있어 압력 손실이 발생하여, 50~100 Pa 정도의 압력차가 있다고 생각된다. 따라서, 처리실(16) 내의 압력은 배기 라인(42) 내의 압력 측정 포인트의 압력보다 가스 쿨러(114) 등에 의한 압력 손실 분량만큼 약간 높아진다고 생각되며, 처리실(16) 내의 압력 제어는 이를 고려하여 이루어지고 있다.
절대압 제어 장치(130)는 질소 공급 라인(134), 질소 공급 라인(108)을 개재하여 상술한 질소 가스원(106)에 접속되어 있다. 즉, 질소 공급 라인(108)의 전자 밸브(112)보다 펌프(102) 측의 위치로부터 질소 공급 라인(134)이 분기하고 있고, 이 질소 공급 라인(134)에 의하여, 절대압 제어 장치(130)와 질소 가스원(106)이 접속되어 있다. 질소 공급 라인(134)에는, 레귤레이터(136)가 설치되어 있고, 절대압 제어 장치(130)에 공급되는 질소 가스의 압력을 일정한 압력으로 조정함으로써 질소 가스의 유량을 조정한다. 질소 가스원(106)으로부터 절대압 제어 장치(130)로 공급되는 질소 가스는, 절대압 제어 장치(130) 내에 설치되고, 처리실(16)의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(133)의 구동에 사용된다.
도 4에는, 기판 처리 장치(10)가 갖는 컨트롤러(200)가 나타나 있다. 컨트롤러(200)는, 제어 회로(202)를 가지며, 제어 회로(202)는 온도 제어부(204), 공급 제어부(206), 압력 제어부(208), 구동 제어부(210) 및 경고 발생부(230)를 가지고 있다. 또한, 제어 회로(202)는 온도 제어부(204), 공급 제어부(206), 압력 제어부(208), 구동 제어부(210) 및 경고 발생부(230)를 제어하는 주제어부(212)를 가지고 있다. 제어 회로(202)에는, 온도 센서(32), 상대압계(113), 절대압계(132)로부터의 신호가 입력된다. 그리고, 제어 회로(202)로부터의 출력에 의해 히터(30), 반응 가스 공급 장치(38), 압력 제어 장치(100), 회전 장치(28), 보트 엘리베이터(40) 및 경고 장치(231)가 제어된다.
다음에 상기 구성에 따른 기판 처리 장치(10)를 사용하여 반도체 장치(device) 제조 공정의 일공정으로서 웨이퍼(20)에 산화 처리를 실시하는 방법에 대해서 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(200)에 의해 제어된다. 도 5에는, 컨트롤러(200)에 의한 기판에 대한 산화 처리에 있어서의 제어 플로우가 나타나 있다. 먼저, 스텝 S10에 있어서, 컨트롤러(200)는 보트 엘리베이터(40)를 제어하여, 복수 매의 웨이퍼(20)를 보지한 보트(18)를 처리실(16) 내로 들어 올리게 함으로써, 웨이퍼(20)를 처리실(16)로 반입(load)시킨다. 웨이퍼(20)의 처리실(16)에 대한 반입이 완료된 시점에 있어서, 반응관(14)은 씰 캡(22)에 의해 밀폐된 상태가 된다.
다음의 스텝 S12에 있어서, 컨트롤러(200)는 압력 제어 장치(100)를 제어하여 처리실(16) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 한다. 즉, 컨트롤러(200)는 펌프(102)로 처리실(16) 내를 진공 배기하면서, 그 배기압을 절대압계(132)로 측정하고, 절대압계(132)로부터 입력되는 신호를 토대로 압력 조정 밸브(133)를 피드백 제어함으로써, 처리실(16)로부터 배출되는 배기가스의 유량을 제어하여, 처리실(16) 내부의 압력을 제어한다. 한편, 이 처리실(16) 내의 압력 제어와 병행하여, 컨트롤러(200)는 상대압계(113)로부터 입력되는 신호를 토대로, 후술하는 바와 같은 제어를 실시한다.
스텝 S12에 의한 압력 제어에서는, 처리실(16) 내부의 압력이, 연간(年間) 대기 변동에 있어서의 최저 기압보다 약간 낮은 압력이 되도록 제어가 이루어진다. 구체적으로는, 처리실(16) 내부는 대기압보다 약간 낮은 압력[미감압(微減壓)]인 1000 hPa(hectopascal) 이하가 되도록 제어가 이루어진다. 또한, 처리실(16)의 내부는 석영으로 이루어지는 반응관(14)이 파손되지 않도록 800 hPa 이상이 되도록 제어된다.
한편, 본 발명의 실시 형태에서 대상으로 하고 있는 장치는, 원래 대기압 근방의 압력에서 사용하는 것을 상정(想定)하고 있으며, 800 hPa 미만의 압력으로 하면 반응관이 파손하는 것으로 생각된다. 이 점에서, 반응관 천정을 둥그스름하게 하여 응력을 분산시키는 식으로 감압에 대응한 CVD용 반응관과는 다르다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 처리실(16) 내부의 압력은, 800 hPa 이상이 되도록 제어하도록 하고 있다. 즉, 처리실(16)의 내부가, 800 내지 1000 hPa의 압력 범위 내가 되도록 제어가 이루어진다.
또한, 처리실(16)의 내부는 900 내지 980 hPa의 압력 범위가 되도록 제어되는 것이 바람직하다. 처리실(16)의 내부가 900 내지 980 hPa가 되도록 제어함으로써, 본 실시 형태와 같은 수소, 산소의 착화, 연소 반응을 수반하는 산화, 즉 파이로제닉(pyrogenic) 산화에 있어서, 연소 장치(46)에서의 연소를 양호하게 계속할 수 있다.
이와 같이, 컨트롤러(200)는 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차, 즉 상대압이 아닌, 처리실(16) 내부의 압력, 즉, 절대압를 토대로 처리실(16) 내의 압력을 일정하게 유지하도록 제어하기 때문에, 예를 들면 기후 변화 등에 의하여 처리실(16) 외부의 압력이 변화하더라도, 그 영향을 받지 않아, 처리실(16) 내부의 압력 변화는 생기지 않는다. 따라서, 처리실(16) 내의 압력이 일정하게 유지되지 않는 경우에 생기는, 형성되는 막 두께의 불균일은 생기지 않게 된다. 이 때문에, 산화 처리 시간을 조정함으로써 막 두께를 조정할 필요가 없어져, 산화 시간을 일정하게 할 수 있다. 이에 따라, 산화 시간이 배치(batch)마다 다른 경우에 웨이퍼(20)에 걸리는 열이력(熱履歷)이 변화하여, 불순물의 확산장이 변화함으로써, 웨이퍼(20) 중에 있어서의 불순물의 재배열에 근소한 차이가 생기는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기 반응실(16) 내부의 압력 제어는 스텝 S20에서 웨 이퍼(20)의 회전이 정지할 때까지, 계속해서 이루어진다.
다음의 스텝 S14에 있어서, 컨트롤러(200)는 온도 센서(32)로부터의 신호를 토대로 히터(30)를 피드백 제어하여, 처리실(16) 내의 온도가 실질적으로 일정하게 유지되도록 한다.
다음의 스텝 S16에 있어서, 컨트롤러(200)는 회전 장치(28)를 제어하고, 처리실(16) 내에 배치된 웨이퍼(20)의 회전을 개시시킨다.
다음의 스텝 S18에 있어서, 컨트롤러(200)는 반응 가스 공급 장치(38)를 제어하여, 반응 가스 공급 장치(38)가 처리실(16)로의 반응 가스를 공급하도록 한다. 즉, 컨트롤러(200)는 매스 플로우 컨트롤러(54, 62)를 제어함으로써, 산소 및 수소를 원하는 비율로 연소 장치(46)로 공급하도록 하고, 연소 장치(46)로부터 처리실(16)로 수증기를 공급시킨다. 한편, 이 때 연소에 의해 소비되지 않은 산소도 처리실(16) 내에 공급된다. 또한, 필요에 따라서 희석용 질소도 처리실(16) 내에 공급된다. 처리실(16)에 공급된 수증기나 산소는, 샤워 헤드(34)에 의해 확산된 상태에서 웨이퍼(20)의 표면에 도달하고, 웨이퍼(20)의 표면에 산화막을 형성시킨다.
다음의 스텝 S20에서, 컨트롤러(200)는 반응 가스 공급 장치(38)를 제어하여, 처리실(16)에 대한 반응 가스 공급을 정지시키고, 회전 장치(28)를 제어하여 웨이퍼(20)의 회전을 정지시킨다. 그 후, 처리실(16)에 질소를 공급하여, 처리실(16) 내를 퍼지(purge) 한 후, 처리실(16) 내를 대기압으로 되돌린다. 한편, 이 때 상대압계(113)로 처리실(16) 내부의 압력과 처리실(16) 외부의 압력과의 압력차를 검지하면서, 처리실(16) 내를 대기압으로 되돌린다.
다음의 스텝 S22에서, 컨트롤러(200)는 보트 엘리베이터(40)를 제어하여 보트(18)에 지지된 상태의 산화 처리가 종료한 웨이퍼(20)를 처리실(16)로부터 반출(unload)시킨다. 한편, 스텝 S22에 있어서, 상대압계(113)로부터 처리실(16) 내외의 압력차가 미리 정해진 값 이상, 즉 허용 범위 이상(以上)이라는 신호가 입력되고 있는 경우, 컨트롤러(200)는 보트 엘리베이터(40)의 구동을 금지하고, 처리실(16)로부터 웨이퍼(20)를 반출할 수 없도록 한다. 즉 처리실(16)의 밀폐 상태 해제를 금지한다. 그리고, 상대압계(113)로부터 처리실(16) 내외의 압력차가 미리 정해진 값 미만, 즉 허용 범위 이내라는 신호가 입력되었을 경우에만, 컨트롤러(200)는 보트 엘리베이터(40)의 구동을 허가하여, 처리실(16)로부터의 웨이퍼(20) 반출을 가능하게 한다. 즉, 처리실(16)의 밀폐 상태의 해제를 허가한다. 이 제어에 따라, 처리실(16) 내외에 압력차가 있는 경우에, 웨이퍼(20)를 처리실(16)로부터 꺼낼 때, 처리실(16) 내의 압력이 급격하게 변화함으로써, 보트(18)가 파손하거나 파티클(particle)이 발생하기 어렵게 된다.
스텝 S18의 반응 가스 공급 공정에 있어서, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이 되는 경우에는, 처리실(16) 내가 가압 상태가 되어, 가스 누설을 일으킬 위험이 생긴다. 그래서, 스텝 S12에서 처리실(16)의 압력 조정이 이루어지고 나서, 스텝 S20에서 웨이퍼(20)의 회전이 정지될 때까지의 기판 처리 공정에 있어서, 상대압계(113)로부터, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이라는 신호가 입력되면, 컨트롤러(200)는 전자 밸브(52) 및 전자 밸브(60)가 닫힌 상태인 경우는, 이를 열린 상태가 되지 않도록 하고, 처리 실(16)에 대한 수증기 공급을 불가능하게 한다. 또한, 전자 밸브(52) 및 전자 밸브(60)가 이미 열린 상태인 경우는, 이들을 닫힌 상태로 하고, 처리실(16)에 대한 수증기 공급을 정지시킴으로써, 기판 처리를 정지시킨다. 한편, 스텝 S12로부터 스텝 S20까지의 기판 처리 공정에 있어서, 상대압계(113)로부터 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 저압이라는 신호가 입력되고 있는 한, 컨트롤러(200)는 전자 밸브(52) 및 전자 밸브(60)을 열린 상태로 할 수 있는 상태로 유지하여, 반응 가스 공급 장치(38)로부터 처리실(16)에 대한 반응 가스 공급을 가능한 상태로 한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치(10)에서는, 상대압계(113)를 사용하여 처리실(16) 내외의 압력차를 모니터함으로써, 처리실(16) 내부가 외부에 대하여 음압(陰壓)인 경우에만 반응 가스 공급을 할 수 있는 상태에서, 상대압계(113)를 인터록(interlock)의 트리거(trigger)로서 사용하고 있다. 한편, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이 되는 경우로서는, 대기압 변동 등에 의해 대기압이 급격하게 저하하여 처리실(16) 내의 압력을 밑도는 경우를 들 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압으로 된 경우에, 반응 가스인 수증기의 처리실(16) 내에 대한 공급을 불가능하도록 했다. 그러나, 수증기에는 독성이 없고, 비록 수증기가 처리실(16) 내부로부터 외부로 다소 누출되었다고 하더라도 해는 없다. 따라서, 수증기와 같이 독성이 없는 가스를 사용하는 경우에 있어서는, 비록, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이 되더라도 반응 가스의 처리실(16) 내에 대한 공급이 불가능하도록 하지 않아도 된다.
이에 대하여, NO, NOX, N2O, NH3, DCE, HCl 등의 부식성, 독성이 있는 가스를 사용하는 경우는, 처리실(16) 내부로부터 외부로 새는 것을 확실히 방지할 필요가 있고, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이 된 경우에, 반응 가스가 처리실(16) 내에 대한 공급을 불가능하도록 하는 것이 필수적이 된다.
또한, 스텝 S12로부터 스텝 S20까지의 기판 처리 공정에 있어서, 상대압계(113)로부터, 처리실(16) 내부의 압력이 처리실(16) 외부의 압력보다 고압이라는 신호가 입력되었을 경우에, 컨트롤러(200)가 경고 발생부(230)를 제어하여, 경고 장치(231)에 경고를 발생시키도록 해도 된다. 경고 장치(231)로서는, 예를 들면 경고음을 발하는 발음 장치나, 경고광을 발하는 발광 장치 등을 사용할 수 있다.
도 6에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)를 사용하여 산화 처리를 수행한 경우에 있어서의, 처리실(16) 외부의 압력과 웨이퍼(20)에 형성된 산화막의 두께와의 관계가 나타나 있다. 횡축은 처리실(16) 외부의 압력(hPa), 종축은 웨이퍼에 형성되는 막의 두께(Å)를 나타내고 있다. 도 6의 횡축에 조건 A(A1, A2, A3)로 나타내는 3개의 데이터는, 처리실(16) 외부의 압력이 10006.8 hPa인 경우에 웨이퍼(200)에 형성된 막의 두께를 나타내고, A1, A2, A3는, 각각 처리실(16)의 상부, 중앙부, 하부에 배치된 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고 있다.
마찬가지로, 조건 B(B1, B2, B3)로 나타내는 데이터는 처리실(16) 외부의 압력이 1003.0 hPa인 경우에, 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고, B1, B2, B3는, 각각 처리실(16)의 상부, 중앙부, 하부에 배치된 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고 있다. 또한, 마찬가지로, 조건 C(C1, C2, C3)로 나타내는 데이터는 처리실(16) 외부 압력이 993.7 hPa인 경우에, 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고, C1, C2, C3은, 각각 처리실(16)의 상부, 중앙부, 하부에 배치된 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고 있다. 한편, 횡축의 처리실 외부 압력은 대기압의 변동을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리실(16) 외부의 압력, 즉 대기압이 변동하더라도, 각 데이터 사이, 즉 배치(batch) 사이에 있어서의 막 두께의 변동은 0.17%에 머무르고 있다.
도 7에는, 비교예에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 기판 처리를 수행하는 경우에 있어서의 처리실(16) 외부의 압력과, 웨이퍼(20)에 형성된 산화막의 막두께와의 관계를 나타내고 있다. 우측의 종축은, 처리실 외부의 압력(mmHg)을, 좌측의 종축은 웨이퍼에 형성되는 막의 두께(Å)를 나타내고 있다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에서는, 상대압계(113)에 의한 측정 결과를 근거로 하면서, 절대압계(132)에 의한 측정 결과를 토대로 처리실(16) 내부의 압력이 제어된 것에 반하여, 비교예에 따른 기판 처리 장치에서는, 상대압계(113)의 측정 결과만을 토대로 처리실(16)의 압력 제어를 수행하고 있다. 즉, 상대압계(113)의 측정 결과를 토대로, 처리실(16) 내부의 압력이, 처리실(16) 외부의 압력보다 일정한 값만큼 낮게 되도록 제어하고 있다.
도 7에 있어서, D는 조건 1 내지 10에 있어서의 처리실(16) 외부의 압력, 즉 대기압의 변동을 나타내고 있다. E1, E2, E3는, 각각 조건 1 내지 10에 있어서, 처리실(16)의 상부, 중앙부, 하부에 배치된 웨이퍼(20)에 형성된 막의 두께를 나타내고 있다. 도 7로부터, 비교예에 따른 기판 처리 장치에서는, 대기압이 높으면 막의 두께가 증가하고, 대기압이 낮으면 막의 두께가 감소하며, 처리실(16) 외부의 압력 변화, 즉 대기압의 변화에 의존하여 웨이퍼(20)에 형성되는 막의 두께가 변화하고, 그 변동은 최대 2.5%에 달하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태를 부기한다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와, 기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 가능하도록 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 불가능하게 하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 컨트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리할 때, 상기 처리실 내에, 상기 반응 가스로서 H2 가스와 O2 가스를 연소시킴으로써 얻어지는 H2O 가스, N2 가스, HCl 가스, C2H2Cl2 가스, H2 가스로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 O2 가스와의 혼합 가스, 또는 O2 가스 단체(單體)를 공급하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리할 때, 상기 처리실 내에, 상기 반응 가스로서 부식성 또는 독성이 있는 가스를 포함한 가스를 공급하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리할 때, 상기 처리실 내부의 압력을 800 hPa~1000 hPa 범위 내의 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리할 때, 상기 처리실 내부의 압력을 900 hPa~980 hPa 범위 내의 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기 에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리실 내를 개방할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는 상기 처리실 내를 개방 불가능하게 하도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 처리 후의 기판이 상기 처리실 내로부터 반출을 할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는 처리 후의 기판이 상기 처리실 내로부터 반출이 불가능하도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 처리실 내에서 기판을 지지하는 지지구와, 상기 지지구를 지지하고, 상기 처리실의 상기 지지구를 출입하는 개방부를 밀폐하는 덮개와, 상기 덮개를 승강시킴으로써 상기 지지구를 승강시키는 승강 기구를 갖고, 상기 컨트롤러는 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면, 상기 승강 기구의 구동을 가능하게 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는 상기 승강 기구의 구동을 금지하도록 제어한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과, 상기 배기 라인에 설치되어 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와, 상기 처리실 내부의 압력과 상 기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와, 상기 처리실의 기판을 출입하는 개방부를 밀폐하는 덮개와, 기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내로 되면 상기 덮개에 의한 상기 밀폐를 해제할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는, 상기 덮개에 의한 상기 밀폐를 해제할 수 없도록 제어하는 컨트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서, 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 함과 동시에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부 압력과의 압력차를 측정하여, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하도록 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에는 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하지 않도록 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 처리실 내에 반입하는 공정 과, 기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 하고, 기판을 처리한 후에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하며, 그 측정값을 토대로 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되지 않는 경우는 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하지 않도록 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 처리실 내의 압력을 일정하게 유지하지 못하는 것이 원인이 되는 기판 처리 불량이 발생하는 것을 방지하고, 보다 양호한 기판 처리를 가능하게 하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판 표면을 산화하는 등의 처리를 수행하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 이용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와,
    상기 반응 가스 공급부로부터 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 라인과,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과,
    상기 배기 라인에 설치되어 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와,
    상기 배기 라인에 설치되어 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와,
    상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와,
    상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와,
    기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 가능하게 하고, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에 상기 반응 가스의 상기 처리실 내에 대한 공급을 불가능하도록 하는 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리할 때 상기 처리실 내에 상기 반응 가스로서, H2 가스와 O2 가스를 연소시킴으로써 얻어지는 H2O 가스, N2 가스, HCl 가스, C2H2Cl2 가스, H2 가스로 이루어지는 군(群)으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 O2 가스와의 혼합 가스, 또는 O2 가스 단체(單體)를 공급하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리할 때 상기 처리실 내에 상기 반응 가스로서 부식성 또는 독성이 있는 가스를 포함하는 가스를 공급하도록 상기 반응 가스 공급부를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리할 때 상기 처리실 내부의 압력을 800 hPa~1000 hPa의 범위 내의 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리할 때 상기 처리실 내부의 압력을 900 hPa~980 hPa의 범위 내의 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리실 내를 개방할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는 상기 처리실 내를 개방 불가능하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는 처리 후 기판을 상기 처리실 내로부터 반출 불가능하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 처리실 내에서 기판을 지지하는 지지구와,
    상기 지지구를 지지하고, 상기 처리실의 상기 지지구가 출입하는 개방부를 밀폐하는 덮개와,
    상기 덮개를 승강시킴으로써 상기 지지구를 승강시키는 승강 기구를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면, 상기 승강 기구의 구동을 가능하게 하며, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는 상기 승강 기구의 구동을 금지하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  9. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 라인과,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인과,
    상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내를 감압 배기하는 펌프와,
    상기 배기 라인에 설치되고 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브와,
    상기 처리실 내부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정기와,
    상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하는 제2 압력 측정기와,
    상기 처리실의 기판이 출입하는 개방부를 밀폐하는 덮개와,
    기판을 처리할 때, 상기 제1 압력 측정기에 의해 측정된 상기 처리실 내부의 압력값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어함과 동시에, 기판을 처리한 후에, 상기 제2 압력 측정기에 의해 측정된 상기 압력차를 토대로, 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 덮개에 의한 상기 밀폐를 해제할 수 있도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는, 상기 덮개에 의한 상기 밀폐를 해제 불가능하도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  10. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서, 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과,
    처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
    을 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 함과 동시에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하도록 하며, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하지 않도록 하는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과,
    처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
    을 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 하고, 기판을 처리한 후에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정값을 토대로 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하지 않도록 하는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 상기 반응 가스로서, H2 가스와 O2 가스를 연소시킴으로써 얻어지는 H2O 가스, N2 가스, HCl 가스, C2H2Cl2 가스, H2 가스로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상의 가스와 O2 가스와의 혼합 가스, 또는 O2 가스 단체를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 상기 반응 가스로서 부식성 또는 독성이 있는 가스를 포함하는 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 상기 반응 가스로서, NO 가스, NOX 가스, N2O 가스, NH3 가스, C2H2Cl2 가스, HCl 가스를 포함하는 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서, 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과,
    처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
    을 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 함과 동시에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 작은 경우에, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하도록 하며, 상기 처리실 내부의 압력이 상기 처리실 외부의 압력보다 큰 경우에는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하지 않도록 하는 것인 기판 처리 방법.
  16. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    기판이 반입된 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하면서 상기 처리실 내를 감압 배기하여 기판을 처리하는 공정과,
    처리 후의 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
    을 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내부의 압력을 측정하면서, 그 측정값을 토대로 상기 처리실 내부의 압력을 일정한 압력으로 유지하도록 하고, 기판을 처리한 후에, 상기 처리실 내부의 압력과 상기 처리실 외부의 압력과의 압력차를 측정하고, 그 측정값을 토대로 상기 압력차가 허용 범위 내가 되면 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하도록 하고, 상기 압력차가 허용 범위 내가 아닌 경우는 상기 처리 후의 기판을 반출하는 공정을 수행하지 않도록 하는 것인 기판 처리 방법.
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