KR101521466B1 - 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 캐리어 가스의 공급측과 처리 용기측과의 차압을 작게 함으로써 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능한 가스 공급 장치이다.
(해결 수단) 원료 저류조(68) 내의 원료 가스를 캐리어 가스를 이용하여 처리 용기(4)로 공급하는 원료 가스 공급계를 갖는 가스 공급 장치(60)에 있어서, 원료 저류조 내로 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 통로(78)와, 원료 저류조와 처리 용기를 연결하여 캐리어 가스와 원료 가스를 흘리는 원료 가스 통로(70)와, 원료 가스 통로에 접속되어 압력 조정 가스를 공급하는 압력 조정 가스 통로(92)와, 압력 조정 가스의 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 캐리어 가스에 의해 원료 저류조로부터 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 행하도록 개폐 밸브를 제어하는 밸브 제어부(114)를 구비한다.

Description

가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법{GAS SUPPLY APPARATUS, THERMAL TREATMENT APPARATUS, GAS SUPPLY METHOD, AND THERMAL TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체에 열처리를 행하는 열처리 장치, 이것에 이용하는 가스 공급 장치, 열처리 방법 및 가스 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질(改質) 처리, 자연 산화막의 제거 처리 등의 각종의 처리가 행해진다. 이들 처리는, 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식(single wafer type)의 처리 장치나 복수매의 웨이퍼를 한 번에 처리하는 배치식(batch type)의 처리 장치에서 행해진다. 예를 들면 이들 처리를 특허문헌 1 등에 개시되어 있는 종형(vertical)의, 소위 배치식의 처리 장치에서 행하는 경우에는, 우선, 반도체 웨이퍼를 복수매, 예를 들면 25매 정도 수용할 수 있는 카세트(cassette)로부터, 반도체 웨이퍼를 종형의 웨이퍼 보트로 이재(移載)하여 이것에 다단으로 지지시킨다.
이 웨이퍼 보트는, 예를 들면 웨이퍼 사이즈에도 의하지만 30∼150매 정도의 웨이퍼를 올려놓을 수 있다. 이 웨이퍼 보트는, 배기 가능한 처리 용기 내에 그의 하방으로부터 반입(로드)된 후, 처리 용기 내가 기밀하게 유지된다. 그리고, 처리 가스의 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 각종의 프로세스 조건을 제어하면서 소정의 열처리가 행해진다.
그리고, 예컨대 성막 처리를 예로 들면, 최근에 있어서는 반도체 집적 회로의 특성을 향상시킨 다음, 여러 가지의 금속 재료를 이용하는 경향이 있고, 예를 들면 지르코늄(Zr)이나 루테늄(Ru) 등의, 종래의 반도체 집적 회로의 제조 방법에서는 이용되지 않았던 금속이 이용되게 되어 있다. 이러한 금속은, 일반적으로는, 유기 재료와 화합되어 액체나 고체의 유기 금속 재료의 원료로서 이용되며, 이 원료를 밀폐 용기 내에 가두어 이것을 가열 등 함으로써 원료 가스를 발생시키고, 이 원료 가스를 희가스 등으로 이루어지는 캐리어 가스에 의해 반송하여 성막 처리 등에 사용하게 되어 있다(특허문헌 2 등).
일본공개특허공보 평06-275608호 일본특허공표공보 2002-525430호
그런데, 최근에 있어서는, 반도체 웨이퍼의 직경이 점점 커지고 있어, 예를 들면 직경이 300㎜에서 장래적으로는 직경이 450㎜의 웨이퍼까지 예정되어 있고, 게다가 디바이스의 미세화에 수반하여 고(高)애스펙트(aspect) 구조의 DRAM의 커패시터 절연막을 스텝 커버리지 좋게 성막할 필요나, 성막 처리의 스루풋 향상의 점에서 다량의 원료 가스를 흘리는 것이 요구되고 있다. 그리고, 원료 가스의 유량을 증가시키려면, 원료의 가열량을 증가시키거나, 캐리어 가스를 다량으로 흘리도록 하여 유량을 증가시키고 있다.
그러나, 원료 가스를 증가시키기 위해, 캐리어 가스의 유량을 증가시킨 프로세스 조건으로 성막을 행하면, 성막 개시시에는 처리 용기 내를 진공 흡인한 상태로 다량의 캐리어 가스 및 원료 가스의 공급을 행하기 때문에, 처리 용기측과 캐리어 가스의 공급계측과의 사이에서 큰 차압(differential pressure)이 순간적으로 발생하고, 이 큰 차압이 원인으로 원료 가스가 미스트 상태가 되어 가스 유로의 내벽에 부착되거나, 혹은 웨이퍼 표면에 부착되거나 하여, 파티클이 되고 있었다.
특히, 원료 가스의 공급과 정지를 단속적으로 반복하여 행하는, 소위 ALD(Atomic Layer Deposition) 성막을 행하는 경우에는, 원료 가스의 공급을 개시할 때마다 상기한 바와 같은 파티클의 발생을 피할 수 없게 되어 있어, 조기의 해결이 요구되고 있다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 원료 가스의 공급 개시시에 캐리어 가스의 공급측과 처리 용기측과의 차압을 작게 함으로써 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능한 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법이다.
청구항 1에 따른 발명은, 원료 저류조 내의 원료로부터 발생한 원료 가스를 캐리어 가스를 이용하여, 피처리체에 열처리를 행하는 처리 용기로 공급하는 원료 가스 공급계를 갖는 가스 공급 장치에 있어서, 도중에 개폐 밸브가 개설되어 상기 원료 저류조 내로 상기 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 통로와, 상기 원료 저류조와 상기 처리 용기를 연결함과 함께, 도중에 개폐 밸브가 개설되어 상기 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 흘리는 원료 가스 통로와, 도중에 개폐 밸브가 개설됨과 함께 상기 원료 가스 통로에 접속되어 압력 조정 가스를 공급하는 압력 조정 가스 통로와, 상기 압력 조정 가스의 상기 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 원료 저류조로부터 상기 원료 가스를 상기 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 상기 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치이다.
이와 같이, 원료 저류조 내의 원료로부터 발생한 원료 가스를, 캐리어 가스를 이용하여 피처리체에 열처리를 행하는 처리 용기로 공급하는 원료 가스 공급계를 갖는 가스 공급 장치에 있어서, 압력 조정 가스의 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 캐리어 가스를 이용하여 원료 저류조로부터 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 행하도록 했기 때문에, 원료 가스의 공급 개시시에 캐리어 가스의 공급측과 처리 용기측과의 차압을 작게 하는 것이 가능해져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
청구항 8에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 열처리를 행하기 위한 열처리 장치에 있어서, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 보유지지(保持; holding)하는 보유지지 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 진공 배기계와, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
청구항 9에 따른 발명은, 원료를 저장하는 원료 저류조와, 상기 원료 저류조로 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 통로와, 상기 원료 저류조와, 피처리체에 열처리를 행하는 처리 용기를 연결하는 원료 가스 통로와, 상기 원료 가스 통로에 접속되어 압력 조정 가스를 공급하는 압력 조정 가스 통로를 갖는 원료 가스 공급계를 구비한 가스 공급 장치에 있어서의 가스 공급 방법에 있어서, 상기 압력 조정 가스의 상기 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 원료 저류조로부터 원료 가스를 상기 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정과, 상기 제1 공정의 다음에 행해지고, 상기 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법이다.
청구항 16에 따른 발명은, 청구항 9 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 방법을 이용하여 피처리체에 열처리를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 열처리 방법이다.
본 발명에 따른 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
원료 저류조 내의 원료로부터 발생한 원료 가스를 캐리어 가스를 이용하여, 피처리체에 열처리를 행하는 처리 용기로 공급하는 원료 가스 공급계를 갖는 가스 공급 장치에 있어서, 압력 조정 가스의 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 캐리어 가스를 이용하여 원료 저류조로부터 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 행하도록 했기 때문에, 원료 가스의 공급 개시시에 캐리어 가스의 공급측과 처리 용기측과의 차압을 작게 하는 것이 가능해져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 일 예를 나타내는 종단면 구성도이다.
도 2는 열처리 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 가스 공급 방법의 제1 실시예를 포함하는 열처리 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 가스 공급 방법의 제1 실시예에 있어서의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 가스 공급 방법의 제2 실시예를 포함하는 열처리 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 가스 공급 방법의 제2 실시예에 있어서의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 가스 공급 방법의 제3 실시예에 있어서의 직전 공정의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명에 따른 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 일 예를 나타내는 종단면 구성도이고, 도 2는 열처리 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다.
도시하는 바와 같이, 이 열처리 장치(2)는, 하단(下端)이 개구된, 천정이 있는 원통체 형상의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 전체는, 예를 들면 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(4) 내의 천정에는, 석영제의 천정판(6)이 설치되어 봉지되어 있다. 또한, 이 처리 용기(4)의 하단 개구부에는, 예를 들면 스테인리스 스틸에 의해 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(8)가 O링 등의 시일 부재(10)를 개재하여 연결되어 있다. 또한, 스테인리스제의 매니폴드(8)를 설치하지 않고, 전체를 원통체 형상의 석영제의 처리 용기로 구성한 장치도 있다.
상기 처리 용기(4)의 하단은, 상기 매니폴드(8)에 의해 지지되어 있고, 이 매니폴드(8)의 하방으로부터 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(이하, '웨이퍼'라고도 함)(W)를 다단으로 올려놓은 보유지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(12)가 승강 가능하게, 삽탈(揷脫) 자유롭게 이루어져 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(12)의 지주(12A)에는, 예를 들면 50∼100매 정도의, 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)를 대략 등(等)피치이고 다단으로 지지할 수 있게 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(12)는, 석영제의 보온통(14)을 개재하여 테이블(16) 상에 올려놓여져 있고, 이 테이블(16)은, 매니폴드(8)의 하단 개구부를 개폐하는, 예를 들면 스테인리스 스틸제의 덮개부(18)를 관통하는 회전축(20) 상에 지지된다. 그리고, 이 회전축(20)의 관통부에는, 예를 들면 자성 유체 시일(magnetic fluid seal; 22)이 개설되어, 이 회전축(20)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(18)의 주변부와 매니폴드(8)의 하단부에는, 예를 들면 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(24)가 개설되어 있어, 처리 용기(4) 내의 시일성을 유지하고 있다.
상기한 회전축(20)은, 예를 들면 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(26)의 선단에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(12) 및 덮개부(18) 등을 일체적으로 승강하여 처리 용기(4) 내로 삽탈할 수 있게 이루어져 있다. 또한, 상기 테이블(16)을 상기 덮개부(18)측으로 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(12)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다. 이 처리 용기(4)에는, 가스 도입부(28)가 설치된다.
구체적으로는, 이 가스 도입부(28)는, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 복수, 여기에서는 2개의 가스 분산 노즐(30, 32)을 갖고 있다. 각 가스 분산 노즐(30, 32)에는, 그의 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사공(30A, 32A)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사공(30A, 32A)으로부터 수평 방향을 향하여 거의 균일하게 가스를 분사할 수 있게 되어 있다.
한편, 상기 처리 용기(4)의 측벽의 일부에는, 그의 높이 방향을 따라서 노즐 수용 오목부(34)가 형성됨과 함께, 이 노즐 수용 오목부(34)에 대향하는 처리 용기(4)의 반대측에는, 이 내부 분위기를 진공 배기하기 위해 처리 용기(4)의 측벽을, 예를 들면 상하 방향으로 깎아냄으로써 형성된, 가늘고 긴 배기구(36)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 상기 노즐 수용 오목부(34)는, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 상하 방향을 따라서 소정의 폭으로 깎아냄으로써 상하로 가늘고 긴 개구(38)를 형성하고, 이 개구(38)를 그의 외측으로부터 덮도록 하여 단면 오목부 형상으로 이루어진 상하로 가늘고 긴, 예를 들면 석영제의 구획벽(40)을 용기 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 형성되어 있다.
이에 따라, 이 처리 용기(4)의 측벽의 일부를 오목부 형상으로 외측으로 움푹 팜으로써 일측이 처리 용기(4) 내로 개구되어 연통(communication)된 상기 노즐 수용 오목부(34)가 일체적으로 형성되게 된다. 즉 구획벽(40)의 내부 공간은, 상기 처리 용기(4) 내에 일체적으로 연통된 상태가 되어 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 노즐 수용 오목부(34) 내에 상기 각 가스 분산 노즐(30, 32)이 늘어서서 설치되어 있다.
한편, 상기 개구(38)에 대향시켜 설치한 배기구(36)에는, 이를 덮도록 하여 석영으로 이루어지는, 단면 ㄷ자 형상으로 성형된 배기구 커버 부재(42)가 용접에 의해 부착되어 있다. 이 배기구 커버 부재(42)는, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 따라서 상방으로 연장되어 있고, 처리 용기(4)의 상방의 가스 출구(44)에는, 진공 배기계(46)가 설치되어 있다. 이 진공 배기계(46)는, 상기 가스 출구(44)에 접속된 배기 통로(48)를 갖고 있고, 이 배기 통로(48)에는, 압력 조정 밸브(50)나 진공 펌프(52)가 개설되고, 처리 용기(4) 내를 소정의 압력으로 유지하면서 진공 흡인하게 되어 있다. 그리고, 이 처리 용기(4)의 외주를 둘러싸도록 하여 이 처리 용기(4) 및 이 내부의 웨이퍼(W)를 가열하는 통체 형상의 가열 수단(54)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 처리 용기(4)에 대하여 열처리에 필요한 가스를 공급하기 위해 본 발명에 따른 가스 공급 장치(60)가 설치된다. 여기에서는 가스 공급 장치(60)로서, 원료 가스를 공급하기 위한, 본 발명의 특징으로 하는 원료 가스 공급계(62)와, 그 외에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계(64)가 포함되어 있다. 구체적으로는, 상기 원료 가스 공급계(62)는, 액체 또는 고체의 원료(66)를 저장하는 원료 저류조(68)를 갖고 있다. 이 원료 저류조(68)는, 앰플(ample) 혹은 리저버(reservoir)라고도 칭해진다. 상기 원료(66)로서는, 여기에서는 지르코늄의 유기 화합물인 액체 상태의 ZrCp(NMe2)3[사이클로펜타디에닐·트리스(디메틸아미노)지르코늄] 또는 Zr(MeCp)(NMe2)3[메틸사이클로펜타디에닐·트리스(디메틸아미노)지르코늄] 또는 Ti(MeCp)(NMe2)3[메틸사이클로펜타디에닐·트리스(디메틸아미노)티타늄]이 이용되고 있다. 이 원료 저류조(68)에는, 상기 원료(66)를 열분해하지 않는 범위에서 가열하여 기화시킴으로써 원료 가스를 형성하는 원료 가열 히터(69)가 설치되어 있고, 여기에서는, 예를 들면 80∼120℃ 정도로 가열되어 있다.
그리고, 상기 원료 저류조(68)와 상기 처리 용기(4)에 설치한 가스 도입부(28)의 한쪽의 가스 분산 노즐(30)을 연결하여 원료 가스 통로(70)가 설치되어 있다. 그리고, 이 원료 가스 통로(70)의 도중에는 제1 및 제2의, 2개의 개폐 밸브(72, 74)가 그의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순차 개설되어 있어, 원료 가스의 흐름을 제어하게 되어 있다.
그리고, 이 원료 가스 통로(70)의 상류측의 가스 입구(76)는, 상기 원료 저류조(68) 내의 상부 공간부(68A)에 위치되어 있고, 여기에서 발생한 원료 가스를 유출시킬 수 있게 되어 있다. 이 원료 가스 통로(70)에는, 이것을 따라서, 예를 들면 테이프 히터(tape heater) 등의 통로 히터(도시하지 않음)가 설치되어 있어, 원료 가스 통로(70)를, 예를 들면 120∼150℃ 정도로 가열하여, 원료 가스가 액화하는 것을 방지하고 있다.
또한 상기 원료 저류조(68)에는, 상기 원료 저류조(68) 내로 캐리어 가스를 도입하기 위한 캐리어 가스 통로(78)가 접속되어 있다. 이 캐리어 가스 통로(78)의 선단의 가스 출구(80)는, 상기 원료 저류조(68)의 상부 공간부(68A)에 위치되어 있다. 또한, 이 가스 출구(80)를 액체의 원료(66) 중에 지침(漬浸)시켜 캐리어 가스를 버블링시키도록 해도 좋다. 그리고, 이 캐리어 가스 통로(78)의 도중에는, 그의 상류측으로부터 하류측을 향하여 가스 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(82), 제1 개폐 밸브(84) 및 제2 개폐 밸브(86)가 순차 개설되어 있다.
여기에서는 상기 캐리어 가스로서는, 아르곤 가스가 이용되고 있지만, 이에 한정되지 않고, 다른 희가스, 예를 들면 He 등을 이용해도 좋다. 그리고, 상기 제1 개폐 밸브(84)와 제2 개폐 밸브(86)와의 사이의 캐리어 가스 통로(78)와, 상기 제1 개폐 밸브(72)와 제2 개폐 밸브(74)와의 사이의 원료 가스 통로(70)를 연결하도록 하여 바이패스(bypass) 통로(88)가 설치되어 있고, 이 바이패스 통로(88)의 도중에는 바이패스 개폐 밸브(90)가 개설되어 있다.
또한, 상기 원료 가스 통로(70)의 제2 개폐 밸브(74)의 바로 하류측에는, 압력 조정 가스를 공급하기 위한 압력 조정 가스 통로(92)가 접속되어 있다. 이 압력 조정 가스 통로(92)에는, 그의 상류측으로부터 하류측을 향하여 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(94) 및 개폐 밸브(96)가 순차 개설되어 있다. 여기에서는 압력 조정 가스로서는 불활성 가스, 예를 들면 N2 가스가 이용되고 있다. 이 압력 조정 가스로서, N2 가스를 대신하여 Ar 등의 희가스를 이용하도록 해도 좋다.
또한, 상기 원료 가스 통로(70)의 제2 개폐 밸브(74)와, 상기 바이패스 통로(88)의 상기 원료 가스 통로(70)에 대한 접속점과의 사이의 원료 가스 통로(70)에는 벤트(vent) 통로(98)가 접속되어 있다. 이 벤트 통로(98)의 하류측은, 상기 진공 배기계(46)의, 압력 조정 밸브(50)와 진공 펌프(52)와의 사이의 배기 통로(48)에 접속되어 있어, 이 벤트 통로(98) 내를 진공 흡인 가능하게 되어 있다. 그리고, 이 벤트 통로(98)의 도중에는 벤트 개폐 밸브(100)가 개설되어 있다.
한편, 상기 반응 가스 공급계(64)는, 상기 다른 한쪽의 가스 분산 노즐(32)에 접속된 반응 가스 통로(102)를 갖고 있다. 이 반응 가스 통로(102)의 도중에는, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(104) 및 개폐 밸브(106)가 순차 개설되어 있어, 필요에 따라서 상기 반응 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다. 그리고, 이 반응 가스 통로(102)의 도중으로부터는 분기로(分岐路; 108)가 분기되어 설치되어 있다. 이 분기로(108)의 도중에는, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(110) 및 개폐 밸브(112)가 순차 개설되어 있어, 퍼지 가스를 유량 제어하면서 필요에 따라서 공급할 수 있게 되어 있다.
여기에서 상기 반응 가스로서는, 산화 가스, 예를 들면 오존(O3)이 이용되고, Zr을 포함하는 원료를 산화시켜 산화 지르코늄을 성막할 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 퍼지 가스로서는, 예를 들면 N2 가스가 이용되고 있다. 그리고, 이 가스 공급 장치(60)에 있어서의 각 개폐 밸브의 개폐 동작은, 밸브 제어부(114)에 의해 제어되도록 되어 있다.
이상과 같이 구성된 열처리 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(116)에 의해 제어되도록 되어 있고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체(118)에 기억되어 있다. 이 기억 매체(118)는, 예를 들면 플렉시블 디스크, CD(Compact　Disc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등으로 이루어진다. 구체적으로는, 이 장치 제어부(116) 및 이 지배하에 있는 밸브 제어부(114)로부터의 지령에 의해, 각 가스의 공급의 개시, 정지나 유량 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 행해진다. 상기 밸브 제어부(114)는, 전술한 바와 같이 장치 제어부(116)의 지배하로 되어 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(2)를 이용하여 행해지는 본 발명 방법에 대해서 도 3 및 도 4도 참조하여 설명한다.
＜제1 실시예＞
우선, 본 발명의 가스 공급 방법의 제1 실시예를 포함하는 열처리 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 가스 공급 방법의 제1 실시예를 포함하는 열처리 방법을 설명하기 위한 플로우 차트, 도 4는 본 발명의 가스 공급 방법의 제1 실시예에 있어서의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다. 도 4 중에서는 가스의 흐름을 점선의 화살표로 나타내고 있다. 여기에서는 원료로서 ZrCp(NMe2)3을 이용하고, 반응 가스로서 산화 가스인 오존을 이용하여 산화 지르코늄의 박막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로는, 상기 원료 가스와 반응 가스(오존)를 각각 일정한 공급 기간으로, 교대로 펄스 형상으로 공급하는 공급 공정과, 공급을 정지하는 정지 공정으로 이루어지는 1사이클을 복수회 반복 실행하여 상기 박막을 형성하도록 한 것이다. 특히, 본 발명 방법에서는 원료 가스의 공급 개시시에 가스 통로 내의 차압을 가능한 한 억제하도록 하고 있다.
우선, 상온의 다수매, 예를 들면 50∼100매의 300㎜ 사이즈인 웨이퍼(W)가 올려놓여진 상태의 웨이퍼 보트(12)를 미리 소정의 온도로 이루어진 처리 용기(4) 내에 그의 하방으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(18)로 매니폴드(8)의 하단 개구부를 닫음으로써 용기 내를 밀폐한다.
그리고 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하여 0.1∼3torr 정도로 유지함과 함께, 가열 수단(54)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 프로세스 온도를 유지한다. 그리고, 가스 공급 장치(60)의 원료 가스 공급계(62) 및 반응 가스 공급계(64)를 구동함으로써, 전술한 바와 같이 원료 가스와 오존을 교대로 처리 용기(4) 내로 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면에 산화 지르코늄의 박막을 적층하게 된다. 구체적으로는, 원료 가스 공급계(62)의 원료 저류조(68)에서는, 원료 가열 히터(69)에 의해 원료(66)가 가열되어, 이 원료 저류조(68) 내의 원료 가스가 발생해 있는 상태가 되어 있다.
성막 처리(열처리)를 개시하면, 우선, 도 3 중의 제1 공정(S1)을 행한다. 즉, 압력 조정 가스 통로(92)의 개폐 밸브(96)를 열린 상태로 하고, N2로 이루어지는 압력 조정 가스를 화살표(120)((도 4(A) 참조)에 나타내는 바와 같이 처리 용기(4) 내로 흘려, 원료 가스 통로(70)의 하류측의 압력을 미리 높여 둔다. 이와 동시에, 캐리어 가스 통로(78)의 제1 및 제2 개폐 밸브(84, 86)를 모두 열린 상태로 하고, Ar로 이루어지는 캐리어 가스를 원료 저류조(68) 내로 흘리고, 또한 원료 가스 통로(70)의 제1 및 제2 개폐 밸브(72, 74)를 모두 열린 상태로 하고, 상기 원료 저류조(68) 내의 원료 가스를 캐리어 가스와 함께 화살표(122)에 나타내는 바와 같이 처리 용기(4) 내로 흘린다(S1).
이와 같이, 압력 조정 가스와 원료 가스를 수반한 캐리어 가스를 동시에 처리 용기(4) 내로 공급한다. 이때의 유량은, 압력 조정 가스가 1∼10slm의 범위 내이며, 예를 들면 5slm, 캐리어 가스가 상기 압력 조정 가스보다도 꽤 많은 2∼15slm의 범위 내이고, 예를 들면 7slm이며, 가스를 흘리는 시간은, 예를 들면 1∼10초의 범위 내의 매우 근소한 시간이다. 여기에서는, 예를 들면 5초 정도이다. 캐리어 가스를 상기와 같이 7slm로 다량으로 흘림으로써 원료 가스도 다량으로 공급할 수 있다.
이와 같이, 압력 조정 가스와 캐리어 가스를 동시에 흘림으로써, 처리 용기(4)측인 원료 가스 통로(70)의 하류측과 캐리어 가스 통로(78) 내와의 차압, 구체적으로는 원료 저류조(68)의 가스 입구(76)와 가스 분산 노즐(30)의 입구와의 사이의 차압을, 압력 조정 가스를 흘린 분만큼 억제하는 것이 가능해지며, 그 결과, 원료 가스가 미스트화하여 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기에서 제1 공정의 시간이 1초보다도 짧은 경우에는 차압 억제 효과가 현저하게 감소하고, 또한 10초보다도 긴 경우에는 스루풋을 필요 이상으로 저하시키는 원인이 되어 버린다.
이와 같이, 상기 제1 공정을 5초 정도 행했다면, 도 3 중의 제2 공정(S2)을 행한다. 즉, 상기 제1 공정을 5초 정도 행했다면, 곧바로 상기 압력 조정 가스 통로(92)의 개폐 밸브(96)를 닫힌 상태로 하여, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이 압력 조정 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 캐리어 가스를 수반한 원료 가스의 처리 용기(4) 내로의 공급은 계속하여 행하고, 이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면에는 원료 가스가 다량으로 부착하게 된다. 이 프로세스 시간은, 예를 들면 50∼200초의 범위 내이며, 여기에서는, 예를 들면 100초이다.
이와 같이 하여 제2 공정을 종료했다면, 다음으로, 캐리어 가스 및 원료 가스의 공급을 정지한 상태에서 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정(S3)을 행한다. 이 퍼지 공정에서는 모든 가스의 공급을 정지하여 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제하거나, 혹은 압력 조정 가스 통로(92)로부터 불활성 가스인 N2를 처리 용기(4) 내로 공급하여 잔류 가스와 치환하거나 해도 좋고, 나아가서는 양자를 조합해도 좋다. 이때의 N2 가스의 유량은 0.5∼15slm의 범위 내이며, 여기에서는 10slm이다. 이 퍼지 공정은 4∼120초의 범위 내이며, 여기에서는 60초 정도 행하고 있다.
또한, 이 퍼지 공정(S3)에서는, 원료 가스 통로(70) 내에 잔류하는 원료 가스를 배제하기 위해, 원료 가스 통로(70)의 제1 및 제2 개폐 밸브(72, 74)를 모두 닫힌 상태로 하고, 캐리어 가스 통로(78)의 제1 개폐 밸브(84)는 열린 상태, 제2 개폐 밸브(86)는 닫힌 상태로 함과 함께, 바이패스 개폐 밸브(90) 및 벤트 개폐 밸브(100)를 모두 열린 상태로 한다. 이에 따라, 캐리어 가스를 원료 저류조(68) 내로는 도입하지 않고, 바이패스 통로(88), 원료 가스 통로(70)의 일부를 통하여 벤트 통로(98)로 흘려, 진공 배기계(46)측으로 배기하게 되어 있다. 이 캐리어 가스의 유량은 2∼15slm의 범위 내에서, 예를 들면 10slm 정도이다.
전술한 바와 같이 퍼지 공정(S3)이 종료됐다면, 다음으로 반응 가스 공급 공정(S4)을 행한다. 여기에서는 반응 가스 공급계(64)를 이용하여 오존으로 이루어지는 반응 가스를 처리 용기(4) 내로 공급한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면에 부착되어 있던 원료 가스와 오존이 반응하여 산화 지르코니아의 박막이 형성되게 된다. 이 성막을 행하는 반응 가스 공급 공정의 프로세스 시간은, 50∼200초의 범위 내, 여기에서는, 예를 들면 100초 정도이다.
이 반응 가스 공급 공정(S4)이 종료되었다면, 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정(S5)을 행한다. 이 퍼지 공정의 방식은, 앞의 퍼지 공정(S3)과 동일하고, 여기에서 불활성 가스를 사용하는 경우에는, 반응 가스 공급계(64)의 분기로(108)로부터 N2 가스를 흘리도록 하면 좋다.
상기 퍼지 공정(S5)이 종료됐다면, 상기한 스텝 S1∼S5까지의 공정을 몇회 행했는지를 판단하고(S6), 이를 소정의 횟수만큼 아직 반복하지 않은 경우(NO)에는 상기 각 스텝 S1∼S5를 반복하여 행하여 산화 지르코늄의 박막을 적층하고, 소정의 횟수만큼 반복하여 행한 경우(YES)에는 성막의 열처리를 종료하게 된다.
전술한 바와 같이, 스텝 S1을 개시하기 직전의 처리 용기 내의 압력은 0.1∼3torr 정도로 낮지만, 스텝 S1에서 캐리어 가스를 다량으로 흘려 원료 가스도 다량으로 공급하고, 이 원료 가스의 공급 개시와 동시에, 원료 가스 통로(70)의 상류측으로 압력 조정 가스를 일시적으로 흘리도록 했기 때문에, 이 압력 조정 가스의 압력분만큼 원료 가스 통로(70) 내와 원료 저류조(68) 내와의 차압을, 감소시켜 작게 하는 것이 가능해진다.
즉, 처리 용기(4)측인 원료 가스 통로(70)의 하류측과 캐리어 가스 통로(78) 내와의 차압, 구체적으로는 원료 저류조(68)의 가스 입구(76)와 가스 분산 노즐(30)의 입구와의 사이의 차압을 압력 조정 가스를 흘린 분만큼 억제하는 것이 가능해지며, 그 결과, 원료 가스가 미스트화하여 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 대유량의 원료 가스를 흘렸음에도 불구하고, 원료 가스의 미스트의 발생 및 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명에서는 원료 저류조(68) 내의 원료(66)로부터 발생한 원료 가스를 캐리어 가스를 이용하여, 피처리체(W)에 열처리를 행하는 처리 용기(4)로 공급하는 원료 가스 공급계(62)를 갖는 가스 공급 장치에 있어서, 압력 조정 가스의 처리 용기(4)로의 공급을 시작함과 동시에 캐리어 가스를 이용하여 원료 저류조(68)로부터 원료 가스를 처리 용기(4) 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 압력 조정 가스의 공급을 정지하는 제2 공정을 행하도록 했기 때문에, 원료 가스의 공급 개시시에 캐리어 가스의 공급측과 처리 용기(4)측과의 차압을 작게 하는 것이 가능해져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
＜제2 실시예＞
다음으로, 본 발명의 가스 공급 방법의 제2 실시예를 포함하는 열처리 방법에 대해서 설명한다. 먼저 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 제1 실시예에서는, 최초의 스텝 S1에서 압력 조정 가스와 캐리어 가스에 반송된 원료 가스를 처리 용기(4)를 향하여 동시에 흘리도록 하여 원료 가스 통로(70) 내에 있어서의 차압을 억제하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, 원료 가스를 흘리기 전에 원료 가스 통로(70) 내에 다량의 캐리어 가스를 미리 흘리도록 해 두어, 원료 가스의 공급을 개시할 때에 발생하는 차압을 더욱 억제하도록 해도 좋다.
도 5는 이러한 본 발명의 가스 공급 방법의 제2 실시예를 포함하는 열처리 방법을 설명하기 위한 플로우 차트, 도 6은 본 발명의 가스 공급 방법의 제2 실시예에 있어서의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다. 도 6 중에서는 가스의 흐름을 점선의 화살표로 나타내고 있다. 또한 도 3 및 도 4에 나타내는 각 도와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여 그의 설명을 생략한다.
도 6(B) 및 도 6(C)는, 앞의 도 4(A) 및 도 4(B)와 각각 완전히 동일하다. 이 제2 실시예에서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 앞의 스텝 S1의 전에, 즉 직전에 캐리어 가스를 상기 바이패스 통로(88)를 통하여 벤트 통로(98)측으로 흘림과 함께, 압력 조정 가스를 처리 용기(4) 내로 흘리는, 직전 공정(S0)을 행하고 있다.
즉, 성막 처리(열처리)를 개시하면, 우선, 직전 공정(S0)을 행하기 위해, 도 6(A)에 나타내는 바와 같이 압력 조정 가스 통로(92)의 개폐 밸브(96)를 열린 상태로 하여 N2로 이루어지는 압력 조정 가스를 화살표(120)에 나타내는 바와 같이 처리 용기(4) 내로 흘린다. 단, 이 경우, 이 압력 조정 가스의 유량은, 이 직후에 행하게 되는 제1 공정의 압력 조정 가스보다도 크게 설정해 둔다. 이와 동시에, 캐리어 가스 통로(78)의 제1 개폐 밸브(84), 바이패스 통로(88)의 바이패스 개폐 밸브(90) 및 벤트 통로(98)의 벤트 개폐 밸브(100)를 모두 열린 상태로 하여 다량의 캐리어 가스를 화살표(124)에 나타내는 바와 같이 진공 배기계(46)측으로 흘린다.
이 경우, 캐리어 가스 통로(78)의 제2 개폐 밸브(86), 원료 가스 통로(70)의 제1 및 제2 개폐 밸브(72, 74)는 모두 닫힌 상태로 하여 원료 가스는 흘리지 않게 하고, 또한 캐리어 가스는 원료 가스 통로(70) 내의 도중의 일부에만 흐르고 처리 용기(4) 내로는 흘리지 않게 하고 있다.
이때의 압력 조정 가스의 유량은, 이에 이어서 행해지는 제1 공정의 경우보다도 많은 1∼15slm의 범위 내이며, 예를 들면 3slm, 캐리어 가스는 이에 이어서 행해지는 제1 공정과 동일한 2∼15slm의 범위 내이며, 예를 들면 7slm이다. 가스를 흘리는 시간은, 1∼10초의 범위 내의 시간이다. 여기에서는, 예를 들면 5초 정도이다. 여기에서 직전 공정의 시간이 1초보다도 짧은 경우에는 이 직전 공정을 행한 효과가 없어지고, 또한 10초보다도 긴 경우에는 스루풋을 필요 이상으로 저하시키는 원인이 되어 버린다.
이와 같이, 상기 직전 공정을 5초 정도 행했다면, 이 이후의 공정은, 먼저 설명한 스텝 S1∼S6까지의 동일한 공정을 행하게 된다. 예를 들면 다음으로, 먼저 설명한 바와 같은 제1 공정(S1)으로 이행하여 이를 4초 정도 행하게 된다. 즉, 바이패스 개폐 밸브(90) 및 벤트 개폐 밸브(100)를 모두 닫힌 상태로 전환함과 동시에, 캐리어 가스 통로(78)의 제2 개폐 밸브(86), 원료 가스 통로(70)의 제1 및 제2 개폐 밸브(72, 74)를 모두 열린 상태로 전환함으로써, 화살표(122)에 나타내는 바와 같이 원료 저류조(68) 내의 원료 가스를 캐리어 가스와 함께 처리 용기(4) 내로 흘린다(S1).
이때, 3slm의 유량으로 흘리고 있던 압력 조정 가스의 유량을 1slm까지 감소시켜, 처리 용기(4) 내로 유입하는 가스의 총량이 급격히 과도하게 증가하지 않도록 한다. 그리고, 열처리가 완료되기까지 스텝 S0∼S6을 소정의 횟수만큼 반복하여 행하게 된다.
이 제2 실시예의 경우에는, 제1 공정(S1)의 직전에, 직전 공정(S0)을 행하여, 원료 가스 통로(70) 내의 대부분의 영역에 압력 조정 가스를 미리 단시간만 흘려 두고(캐리어 가스는 벤트 통로(98)를 통하여 배출), 이 상태로 원료 가스를 포함하는 캐리어 가스를 처리 용기(4) 내로 흘리도록 했기 때문에, 원료 가스 통로(70) 내의 상류측과 하류측과의 사이에서 발생하는 차압은, 상기 제1 실시예의 경우보다도 더욱 억제할 수 있다. 따라서, 앞의 제1 실시예의 경우와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 미스트 혹은 파티클의 발생 억제 효과를 한층 향상시킬 수 있다.
실제로 상기 제2 실시예의 가스 공급 방법을 이용하여 20사이클의 ALD법의 성막 처리를 행한 바, 종래의 가스 공급 방법의 경우에는, 웨이퍼 상의 0.08㎛ 이상의 파티클 수는 28개였지만, 본 발명의 경우에는 5개까지 감소하고 있어, 양호한 결과가 얻어지는 것을 알았다.
다른 한편, 종래의 성막 방법에서 캐리어 가스의 유량이 적은 경우, 예를 들면 1slm 정도의 경우에는 파티클 수는 10개 정도였지만, 한 번에 처리하는 처리 웨이퍼의 증대, 디바이스의 미세화, 고애스펙트화에 대응하는 충분한 유량의 원료 가스를 공급하지 못하여, 막두께의 균일성, 스텝 커버리지는 불충분한 것이었다. 이에 대하여, 본원 발명에서는, 상기 한 번에 처리하는 처리 웨이퍼의 증대, 디바이스의 미세화, 고애스펙트화에 대응하는 충분한 유량의 원료 가스를, 파티클을 발생시키는 일 없이 공급할 수 있어, 막두께의 균일성, 스텝 커버리지는 충분히 양호했다.
＜제3 실시예＞
　다음으로, 본 발명의 가스 공급 방법의 제3 실시예를 포함하는 열처리 방법에 대해서 설명한다. 먼저 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 제2 실시예의 직전 공정에서는, 압력 조정 가스와 캐리어 가스를 흘리도록 하고 있었지만, 이를 대신하여 캐리어 가스의 흐름은 정지시킨 상태로 하여 압력 조정 가스만을 흘리게 해 두도록 하여, 원료 가스의 공급을 개시할 때에 발생하는 차압을 더욱 억제하도록 해도 좋다.
도 7은 본 발명의 가스 공급 방법의 제3 실시예에 있어서의 직전 공정의 가스의 흐름을 설명하는 개략도이다. 도 7 중에서는 가스의 흐름을 점선의 화살표로 나타내고 있다. 또한 도 3 내지 도 6에 나타내는 각 도와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여 그의 설명을 생략한다. 이 제3 실시예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 앞의 스텝 S1의 전에, 즉 직전에 압력 조정 가스만을 처리 용기(4) 내로 흘리는 직전 공정(S0)을 행하고 있다.
즉, 성막 처리(열처리)를 개시하면, 우선, 직전 공정(S0)을 행하기 위해, 도 7에 나타내는 바와 같이 압력 조정 가스 통로(92)의 개폐 밸브(96)를 열린 상태로 하여 N2로 이루어지는 압력 조정 가스를 화살표(120)에 나타내는 바와 같이 처리 용기(4) 내로 흘린다. 단, 이 경우, 이 압력 조정 가스의 유량은, 이 직후에 행하게 되는 제1 공정의 압력 조정 가스보다도 크게 설정해 둔다. 이때, 여기에서는 앞의 제2 실시예와는 상이하며, 캐리어 가스 통로(78)의 제1 개폐 밸브(84), 바이패스 통로(88)의 바이패스 개폐 밸브(90) 및 벤트 통로(98)의 벤트 개폐 밸브(100)를 모두 닫힌 상태로 하여 캐리어 가스는 흘리지 않게 해 둔다.
이때의 여러 가지의 프로세스 조건은, 앞의 제2 실시예의 직전 공정의 경우와 동일하다. 이 직전 공정을 행했다면, 제2 실시예와 동일하게 먼저 설명한 스텝 S1∼S6까지의 동일한 공정을 행하게 된다. 이 경우에도, 앞의 제2 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상기 도 3 및 도 5에 나타내는 각 실시예에서는, 2개의 퍼지 공정(S3, S5)이 조입되어 있지만, 이들 퍼지 공정(S3, S5) 내의 한쪽 또는 양쪽을 생략하도록 해도 좋다.
또한, 도 1에 나타내는 장치예에서는, 가스 공급 장치(60)에 많은 개폐 밸브를 설치했지만, 2개의 통로가 분기되는 부분에 설치되는 2개의 개폐 밸브를 1개의 삼방향 밸브로 대용하도록 해도 좋고, 구체적으로는, 예를 들면 원료 가스 통로(70)의 제2 개폐 밸브(74)와 벤트 통로(98)의 벤트 개폐 밸브(100)를 1개의 삼방향 밸브로 치환하도록 해도 좋다.
또한, 도 1에 나타내는 장치예에서는, 2중관 구조의 열처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 장치 구성은 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 단관 구조의 열처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 여기에서는 열처리로서 스텝 S1∼S6 혹은 S0∼S6을 반복하여 행하는, 소위 ALD 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 스텝 S1∼S6 혹은 S0∼S6(스텝 S3, S5는 생략 가능)을 1회만 행하는 성막 처리에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 여기에서는 한 번에 복수매의 반도체 웨이퍼(W)를 처리하는, 소위 배치식의 열처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 반도체 웨이퍼(W)를 1매씩 처리하는 매엽식의 열처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 추가로, 여기에서는 원료로서 지르코늄을 포함하는 유기 금속 재료를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 원료로서, Zr, Hf, Ti, Sr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 복수의 금속 재료를 포함하는 유기 금속 재료도 이용할 수 있다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되며, 나아가서는 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 열처리 장치
4 : 처리 용기
12 : 웨이퍼 보트(보유지지 수단)
28 : 가스 도입부
30, 32 : 가스 분산 노즐
46 : 진공 배기계
54 : 가열 수단
60 : 가스 공급 장치
62 : 원료 가스 공급계
64 : 반응 가스 공급계
66 : 원료
68 : 원료 저류조
70 : 원료 가스 통로
72, 74, 84, 86, 96 : 개폐 밸브
78 : 캐리어 가스 통로
88 : 바이패스 통로
90 : 바이패스 개폐 밸브
92 : 압력 조정 가스 통로
98 : 벤트 통로
100 : 벤트 개폐 밸브
114 : 밸브 제어부
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (16)

  1. 원료 저류조 내의 원료로부터 발생한 원료 가스를 캐리어 가스를 이용하여, 피(被)처리체에 열처리를 행하는 처리 용기로 공급하는 원료 가스 공급계를 갖는 가스 공급 장치에 있어서,
    도중에 개폐 밸브가 개설되어 상기 원료 저류조 내로 상기 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 통로와,
    상기 원료 저류조와 상기 처리 용기를 연결함과 함께, 도중에 개폐 밸브가 개설되어 상기 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 흘리는 원료 가스 통로와,
    도중에 개폐 밸브가 개설됨과 함께, 상기 원료 가스 통로에 접속되어 압력 조정 가스를 공급하는 압력 조정 가스 통로와,
    상기 압력 조정 가스의 상기 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 원료 저류조로부터 상기 원료 가스를 상기 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정을 개시하고, 그 후, 상기 제1 공정에 있어 상기 압력 조정 가스의 공급만을 정지하는 제2 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 저류조를 바이패스하도록 상기 캐리어 가스 통로와 상기 원료 가스 통로를 연결함과 함께, 도중에 개폐 밸브가 개설된 바이패스 통로와, 상기 원료 가스 통로에 접속되고 도중에 개폐 밸브가 개설됨과 함께, 내부가 진공 흡인되어 있는 벤트 통로를 갖고,
    　상기 밸브 제어부는, 상기 제1 공정을 행하기 전에, 상기 캐리어 가스를 상기 바이패스 통로를 통하여 상기 벤트 통로측으로 흘림과 함께, 상기 압력 조정 가스를 상기 처리 용기 내로 흘리도록 하는 직전 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 제1 공정을 행하기 전에, 상기 압력 조정 가스만을 상기 처리 용기 내로 흘리도록 하는 직전 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 직전 공정의 압력 조정 가스의 유량은, 상기 제1 공정의 압력 조정 가스의 유량보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하기 위해, 도중에 개폐 밸브가 개설된 반응 가스 공급계를 갖고 있고,
    상기 밸브 제어부는, 상기 제2 공정의 다음에 상기 처리 용기 내로 상기 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 제2 공정 및 상기 반응 가스 공급 공정 중의 적어도 어느 한쪽의 공정의 직후에, 상기 처리 용기의 잔류 분위기를 배제하는 퍼지 공정을 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 각 공정을 순차 반복하여 행하도록 상기 각 개폐 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  8. 피처리체에 대하여 열처리를 행하기 위한 열처리 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 보유지지(保持; holding)하는 보유지지 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 진공 배기계와,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 원료를 저장하는 원료 저류조와,
    상기 원료 저류조로 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 통로와,
    상기 원료 저류조와, 피처리체에 열처리를 행하는 처리 용기를 연결하는 원료 가스 통로와,
    상기 원료 가스 통로에 접속되어 압력 조정 가스를 공급하는 압력 조정 가스 통로를 갖는 원료 가스 공급계를 구비한 가스 공급 장치에 있어서의 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 압력 조정 가스의 상기 처리 용기로의 공급을 시작함과 동시에, 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 원료 저류조로부터 원료 가스를 상기 처리 용기 내로 공급하는 것을 시작하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정의 다음에 행해지고, 상기 제1 공정에 있어 상기 압력 조정 가스의 공급만을 정지하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료 저류조를 바이패스하도록 상기 캐리어 가스 통로와 상기 원료 가스 통로를 연결하는 바이패스 통로와, 상기 원료 가스 통로에 접속되어 내부가 진공 흡인되어 있는 벤트 통로를 갖고,
    　상기 제1 공정을 행하기 전에, 상기 캐리어 가스를 상기 바이패스 통로를 통하여 상기 벤트 통로측으로 흘림과 함께, 상기 압력 조정 가스를 상기 처리 용기 내로 흘리도록 하는 직전 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 공정을 행하기 전에, 상기 압력 조정 가스만을 상기 처리 용기 내로 흘리도록 하는 직전 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 직전 공정의 압력 조정 가스의 유량은, 상기 제1 공정의 압력 조정 가스의 유량보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 처리 용기에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계를 갖고,
    　상기 제2 공정의 다음에, 상기 처리 용기 내로 상기 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 반응 가스 공급 공정 중의 적어도 어느 한쪽의 공정의 직후에, 상기 처리 용기의 잔류 분위기를 배제하는 퍼지 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 각 공정을 순차 반복하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는 가스 공급 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 방법을 이용하여 피처리체에 열처리를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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