KR101760994B1 - 종형 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종형의 반응관 내에서, 기판 보유 지지구에 선반 형상으로 보유 지지된 기판에 대하여 가스 노즐로부터 처리 가스를 공급하여 열처리를 행하는 데 있어서, 각 웨이퍼 간에 가열 온도를 균일화시키면서, 이 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 가스 노즐 내에 있어서 처리 가스의 온도를 균일화시킨다. 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(13)에 대하여, 상하로 복수로 구획됨과 함께, 각 히터(13a 내지 13e)를 개별적으로 온도 조정 가능하게 구성한다. 그리고, 반응관(12) 내에 웨이퍼 보트(11)를 기밀하게 반입했을 때, 최하단의 히터(13e)에 대하여 다른 히터(13a 내지 13d)보다도 설정 온도를 높게 한다. 또한, 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 노즐(51a)을 따라 유로 형성 부재(31)를 설치하여, 원료 가스의 열분해 온도보다도 낮은 온도로 원료 가스 노즐(51a)을 냉각시킨다.

Description

종형 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체{VERTICAL HEAT TREATMENT APPARATUS, HEAT TREATMENT METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 종형의 반응관 내에서, 기판 보유 지지구에 선반 형상으로 보유 지지된 기판에 대하여 가스 노즐로부터 처리 가스를 공급하여 열처리를 행하는 종형 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.
다수 장의 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라고 함) 등의 기판에 대하여 일괄적으로 성막 처리 등의 열처리를 행하는 장치로서, 이 웨이퍼들을 선반 형상으로 적재한 웨이퍼 보트(기판 보유 지지구)를 종형의 반응관 내에 하방 측에서부터 기밀하게 반입하여 열처리를 행하는 종형 열처리 장치가 알려져 있다. 반응관 내에는, 열처리 시의 분위기를 형성하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 노즐이 웨이퍼 보트의 연직 방향을 따라서 배치되어 있다. 또한, 반응관의 외측에는, 각 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 기구를 이루는 히터가 구비되어 있고, 이 히터는, 상하 방향으로 복수 개소 예를 들어 5개소의 존으로 구획됨과 함께, 각각 독립하여 온도 조정이 가능하도록 구성되어 있다.
이러한 장치에서는, 웨이퍼의 열처리가 종료되면, 히터로의 통전(반응관 내부의 가열)을 계속하는 상태에서, 반응관의 하방 측에서 웨이퍼 보트에 있어서 처리 완료된 웨이퍼를 미처리 웨이퍼로 교체하고, 이어서 웨이퍼 보트를 상승시켜 이 미처리 웨이퍼의 열처리를 행하고 있다. 여기서, 웨이퍼 보트를 반응관 내에 반입했을 때, 반응관 내에서는, 상방 측의 영역보다도 하방 측의 영역의 온도가 내려가기 쉬워진다. 따라서, 웨이퍼 보트를 반응관 내에 반입할 때에는, 각 웨이퍼 간의 가열 온도를 균일하게 하기 위하여, 이미 설명한 5개소의 존 중에 최하단의 존(또는 이 최하단의 존에 더하여 1단 위의 존)을 담당하는 히터에 대해서는 다른 히터보다도 통전량을 증가시키고 있다.
이미 설명한 성막 처리의 구체적인 일례로서는, 서로 반응하는 처리 가스를 교대로 공급함으로써 이 처리 가스의 반응 생성물을 적층하여 박막을 성막하는 방법인 ALD(Atomic Layer Deposition)를 들 수 있다. 이러한 박막으로서 산화하프늄(Hf-O) 등의 고유전율막을 성막하는 경우에는, 처리 가스로서 원료 가스인 예를 들어 TDMAH(테트라키스디메틸아미노하프늄) 가스와 반응 가스인 오존(O3) 가스가 이용된다. 또한, 산화하프늄막 이외의 고유전율막으로서는, 산화지르코늄(Zr-O)막, 산화티타늄(Ti-O)막 또는 산화 알루미늄(Al-O)막 등이 알려져 있고, 이 고유전율막들은, 금속 함유 탄화물(유기물)계 가스를 원료 가스로서 이용하여 성막된다. 이 원료 가스 및 반응 가스는, 각각 다른 가스 노즐을 이용하여 공급된다. 또한, 고유전율막을 성막할 때에는, 이 고유전율막에 잔존하는 불순물 레벨을 가능한 한 저감시키기 위하여, 웨이퍼의 가열 온도는 원료 가스의 열분해 온도 근방으로 설정된다.
그런데, 이러한 고유전율막을 성막할 때에 이미 설명한 존 제어를 행하면, 원료 가스를 공급하는 가스 노즐 내부에서는, 이 원료 가스의 열분해 온도를 초과해 버릴 우려가 있다. 즉, 반응관 내에 있어서 웨이퍼의 가열 온도가 원료 가스의 열분해 온도 근방으로 설정되어 있는 것에 대하여, 최하단의 존의 온도를 다른 존의 온도보다도 높게 설정하면, 이 최하단의 존에 위치하는 가스 노즐 내에서는 원료 가스의 열분해 온도를 초과하는 온도에 도달하기 쉬워진다. 그리고, 가스 노즐 내에서 원료 가스의 열분해 온도를 초과하면, 이 가스 노즐 내에 부착물이 부착되기 쉬워지기 때문에, 이 부착물의 박리에 따라서 발생하는 파티클이나 노즐 막힘을 억제하기 위하여, 가스 노즐을 빈번하게 교환해야 한다. 이러한 부착물의 부착을 억제하는 방법으로서, 원료 가스를 공급한 후, 질소(N2) 가스 등을 가스 노즐 내에 흘리는 방법도 들 수 있지만, 그다지 큰 개선은 볼 수 없다.
특허문헌 1에는, CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 박막의 성막을 행하는데 있어서, 인젝터의 표면에서 사염화 주석과 수증기의 반응을 억제하기 위해서, 질소 가스를 이 인젝터의 표면에서 토출하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는, 매엽식 장치에 있어서, 인젝터 헤드나 인젝터를 냉각하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 1 내지 3에서는, 종형 열처리 장치에 있어서의 처리 가스의 온도 분포에 대하여 검토되고 있지 않다.
일본 특허 제3952341호 일본 특허 공표 제2008-508744호 일본 특허 공표 제2008-538256호
본 발명은 종형의 반응관 내에서, 기판 보유 지지구에 선반 형상으로 보유 지지된 기판에 대하여 가스 노즐로부터 처리 가스를 공급하여 열처리를 행하는데 있어서, 이 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 처리 가스의 온도를 균일화할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 종형 열처리 장치는, 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 가열 기구에 둘러싸인 종형의 반응관 내에 반입하여 열처리를 행하는 종형 열처리 장치에 있어서, 상기 반응관 내에 상기 기판 보유 지지구의 연직 방향으로 연장되게 설치되고, 처리 가스를 토출하는 가스 노즐과, 상기 반응관 내에서 상기 가스 노즐을 둘러싸도록 설치되고, 상기 가스 노즐내의 상기 처리 가스의 온도 조절을 행하기 위한 온도 조절 유체의 유통 공간을 형성함과 함께 상기 온도 조절 유체의 공급구와 배출구를 갖는 유로 형성 부재를 구비한다.
본 발명의 열처리 방법은, 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 가열 기구에 둘러싸인 종형의 반응관 내에 반입하여 열처리를 행하는 종형 열처리 방법에 있어서, 상기 반응관 내에 상기 기판 보유 지지구의 연직 방향으로 연장되게 설치된 가스 노즐로부터 처리 가스를 토출시키는 공정과, 상기 반응관 내에서 상기 가스 노즐을 둘러싸도록 설치된 유로 형성 부재에 온도 조절 유체를 공급하여, 상기 가스 노즐 내의 상기 처리 가스의 온도 조절을 행하는 공정을 포함한다.
본 발명의 기억 매체는, 컴퓨터상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 열처리 방법을 실시하도록 스텝이 짜여 있다.
본 발명은 종형의 반응관 내에 선반 형상으로 적재된 기판에 열처리를 행하는데 있어서, 각 기판에 처리 가스를 토출하는 가스 노즐을 따르도록 유로 형성 부재를 형성하고, 이 유로 형성 부재에 온도 조절 유체를 공급하고 있다. 이 때문에, 가스 노즐의 길이 방향을 따라 처리 가스의 온도를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 종형 열처리 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2는 상기 종형 열처리 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 상기 종형 열처리 장치를 도시하는 횡단면도이다.
도 4는 상기 종형 열처리 장치의 일부를 확대하여 도시하는 횡단면도이다.
도 5는 상기 종형 열처리 장치에 구비되는 가스 노즐의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 6은 상기 가스 노즐을 도시하는 종단면도이다.
도 7은 상기 성막 처리에 있어서 각 히터의 설정 온도나 웨이퍼의 가열 온도를 시계열적으로 배열한 개략도이다.
도 8은 상기 가스 노즐의 온도를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 9는 상기 가스 노즐을 절단하여 촬상한 SEM 사진이다.
도 10은 종래의 가스 노즐을 절단하여 촬상한 SEM 사진이다.
도 11은 가스 노즐의 온도와 온도 조절 유체의 유량의 상관을 도시하는 특성도이다.
도 12는 본 발명의 다른 예에 있어서의 온도 조절 유체의 유량 경시 변화를 모식적으로 도시하는 특성도이다.
도 13은 본 발명의 다른 예에 있어서의 온도 조절 유체의 유량 경시 변화를 모식적으로 나타내는 특성도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 예에 있어서 가스 노즐을 온도 조절하는 기구를 도시하는 종단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 또 다른 예에 있어서 가스 노즐의 온도 분포를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
본 발명에 따른 종형 열처리 장치의 실시 형태의 일례에 대해서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 먼저 이 장치의 개략에 대하여 간단하게 설명하면, 이 종형 열처리 장치는, 서로 반응하는 원료 가스와 반응 가스(산화 가스)를 웨이퍼(W)에 대하여 교대로 공급하여 반응 생성물을 적층하는 ALD법에 의해 박막을 성막하는 성막 장치로 되어 있다. 그리고, 본 발명은 원료 가스를 공급하기 위한 가스 노즐의 구성과 이 구성을 이용한 성막 방법에 특징이 있는데, 먼저 이 성막 장치에 대하여 상세히 설명한다.
성막 장치에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 다수 장 예를 들어 150장의 웨이퍼(W)에 대하여 일괄적으로 성막 처리를 행하기 위한 반응관(12)이 배치된 열처리 영역(1)과, 이 열처리 영역(1)의 하방 측에 형성된 웨이퍼(W)의 반출입 영역(2)이 구비되어 있다. 또한, 성막 장치에는, 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 적재하기 위한 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(11)가 설치되어 있고, 이 웨이퍼 보트(11)는 열처리 영역(1)과 반출입 영역(2)의 사이에서 승강 가능하게 되어 있다. 도 1에서, 도면부호 3은 보트 엘리베이터, 도면부호 4는 웨이퍼 보트(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 이동 탑재를 행하는 아암이다. 보트 엘리베이터(3)에 의한 웨이퍼 보트(11)의 승강 속도는, 예를 들어 400mm/min 내지 600mm/min이다. 또한, 열처리 영역(1)과 반출입 영역(2)의 사이에는, 웨이퍼 보트(11)를 반응관(12)으로부터 취출하였을 때, 반응관(12)의 하면측 개구부를 덮기 위한 덮개가 수평 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 있지만, 여기에서는 도시를 생략하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 열처리 영역(1)에는, 하면 측이 개구된 대략 원통형의 가열로 본체(14)가 설치되어 있고, 이 가열로 본체(14)의 내부에는, 웨이퍼 보트(11)를 기밀하게 수납하여 성막 처리를 행하기 위한 반응관(12)이 배치되어 있다. 가열로 본체(14)의 내 벽면에는, 원주 방향에 걸쳐 가열 기구인 히터(13)가 배치되어 있다. 이 히터(13)는 웨이퍼 보트(11)에 있어서 웨이퍼(W)의 수납 영역을 둘러싸도록 설치되어 있고, 상하 방향으로 복수 개소 예를 들어 5개소에 서로 이격 배치되어 있다.
이 5개의 히터(가열부)(13)에 대하여, 도 2에 도시한 바와 같이, 상측에서부터 하측을 향하여 순서대로 「13a」, 「13b」, 「13c」, 「13d」, 「13e」의 부호를 부여하면, 각각의 히터(13a 내지 13e)는 전원(15)에 개별적으로 접속되어 있다. 그리고, 각 히터(13a 내지 13e)는 각각의 히터(13a 내지 13e)가 담당하는 반응관(12) 내의 각 존에 있어서의 가열 온도를 개별적으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명에서는, 후에 상술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리를 개시할 때, 하측 2단의 히터(13d, 13e)의 출력을 다른 히터(13a 내지 13c)의 출력보다도 높게 하고 있다. 또한, 이 예에서는 상하 방향으로 5단의 히터(13a 내지 13e)를 설치하고 있지만, 4단의 히터(13a 내지 13d)를 설치해도 되고, 3단의 히터(13a 내지 13c)를 설치해도 된다. 즉, 본 발명에서는, 성막 처리를 개시할 때, 상하에 복수로 구획된 복수의 히터(13) 중 하측의 히터(13)의 출력을 다른 히터(13)의 출력보다도 높게 하고 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 반응관(12)은 석영에 의해 구성됨과 함께, 이 예에서는 외관(12a)과 이 외관(12a)의 내부에 수납된 내관(12b)의 이중관 구조로 되어 있다. 이 외관(12a) 및 내관(12b) 각각은, 하면 측이 개구되게 형성되어 있다. 도 3 및 도 4에도 도시한 바와 같이, 평면에서 보았을 때에 있어서 내관(12b)의 일단 측(전방 측) 부위는, 이 내관(12b)의 원주 방향에 걸쳐 외관(12a)을 향하여 불룩해지도록 형성되어 있고, 후술하는 각 가스 노즐(가스 인젝터)(51a 내지 51c)과 유로 형성 부재(31)를 수납하기 위한 영역(12c)을 이루고 있다. 내관(12b)에 있어서 이 영역(12c)에 대향하는 부위는, 도 2에도 도시한 바와 같이, 이 내관(12b)의 원주 방향에 걸쳐 개구되어 있어, 배기구인 슬릿(17)을 이루고 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 도시의 편의상, 이미 설명한 영역(12c)을 도시하고, 이 영역(12c)의 내부 구조에 대해서는 도 4에 도시하고 있다.
이 외관(12a) 및 내관(12b)은 상하면이 개구되는 대략 원통 형상의 플랜지부(18)에 의해 하방 측으로부터 각각 기밀하게 지지되어 있다. 즉, 플랜지부(18)의 상단면에 의해 외관(12a)의 하단부가 기밀하게 지지되고, 플랜지부(18)의 내벽면으로부터 내측을 향하여 원주 방향에 걸쳐 수평하게 돌출되는 돌출부(18a)에 의해 내관(12b)의 하단부가 기밀하게 지지되어 있다. 외관(12a)과 내관(12b)의 사이에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상하 방향으로 연장되는 로드(19)가 플랜지부(18)에 설치되어 있고, 이 로드(19)에는, 이미 설명한 각 히터(13a 내지 13e)에 대응하는 각 높이 위치에 각각 열전대로 이루어지는 온도 센서(TCa 내지 TCe)가 측정부로서 설치되어 있다.
이 온도 센서(TCa 내지 TCe)는, 로드(19)의 내부에 배선된 도전로를 통해, 각 히터(13a 내지 13e)가 담당하는 존에 있어서의 측정 온도를 후술하는 제어부(100)로 전달하도록 구성되어 있다. 도 2에서 도면부호 16은 플랜지부(18) 및 이미 설명한 가열로 본체(14)을 지지하기 위한 베이스 플레이트이다. 또한, 로드(19)는 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 이미 설명한 영역(12c)에 근접 배치되어 있지만, 도 2에서는 각 히터(13a 내지 13e)와 온도 센서(TCa 내지 TCe)의 위치 관계를 나타내기 위하여 측방 측으로 이격시켜 도시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 플랜지부(18)의 측벽에 있어서 이미 설명한 슬릿(17)에 대향하는 부위에는, 내관(12b)과 외관(12a)의 사이의 영역에 연통되도록 배기구(21)가 형성되어 있다. 그리고, 이 배기구(21)에서부터 연장되는 배기로(22)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(23)를 통해 진공펌프(24)가 접속되어 있다. 플랜지부(18)의 하방 측에는, 이 플랜지부(18)의 하단측 외주부인 플랜지 면에 원주 방향에 걸쳐 기밀하게 접촉하도록 대략 원판 형상으로 형성된 덮개(25)가 설치되어 있고, 이 덮개(25)는 이미 설명한 보트 엘리베이터(3)에 의해, 웨이퍼 보트(11)와 함께 승강 가능하게 구성되어 있다. 도 2에서 도면부호 26은 단열체, 도면부호 27은 모터 등의 회전 기구이다. 또한, 도 2에서 도면부호 28은 회전축이며, 도면부호 21a는 배기 포트이다.
계속해서, 반응관(12) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 이미 설명한 가스 노즐(51)에 대하여 상세하게 설명한다. 이 예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 가스 노즐(51)은 3개 배치되어 있고, 각각 석영에 의해 구성되어 있다. 각 가스 노즐(51)은 웨이퍼 보트(11)의 연직 방향을 따라서 각각 배치됨과 함께, 반응관(12)의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열되어 있다. 여기서, 이 3개의 가스 노즐(51)에 대하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 예에서는 반응관(12)을 상방 측에서 보아 시계 방향(우측 둘레 방향)으로 원료 가스 노즐(51a), 오존 가스 노즐(51b) 및 퍼지 가스 노즐(51c)이 배치되어 있는 것으로 한다.
이 가스 노즐(가스 공급부)(51a 내지 51c)들은 각각 원료 가스(TDMAH 가스)의 저장원(55a), 반응 가스(오존(O3) 가스)의 저장원(55b) 및 퍼지 가스(질소(N2) 가스)의 저장원(55c)에 접속되어 있다. 각 가스 노즐(51a 내지 51c)에 있어서의 슬릿(17) 측의 측면에는, 웨이퍼 보트(11)의 연직 방향을 따라서 복수 개소에 가스 토출구(52)가 형성되어 있다. 도 3에서 도면부호 53은 밸브, 도면부호 54는 유량 조정부이며, 질소 가스에 대해서는 퍼지 가스 노즐(51c)뿐만 아니라 다른 가스 노즐(51a, 51b)에도 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 원료 가스의 저장원(55a)은 고유전율막의 원료인 액체가 저류됨과 함께, 이 액체의 가열에 의해 기화된 금속 함유 유기 가스를 캐리어 가스인 질소 가스 등과 함께 공급하도록 구성되어 있지만, 여기에서는 도시를 생략하고 있다.
그리고, 원료 가스 노즐(51a)의 주위에는, 이 원료 가스 노즐(51a)의 온도 조정을 행하기 위한 유로 형성 부재(31)가 설치되어 있다. 유로 형성 부재(31)는 석영에 의해 구성되어 있고, 원료 가스 노즐(51a)을 대략 둘러싸도록 이 원료 가스 노즐(51a)에 용접되어 있다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 유로 형성 부재(31)는 원료 가스 노즐(51a)의 길이 방향을 따라서 연장되는 대략 상자 형상의 유로 본체(32)와, 이 유로 본체(32)의 상단 부근에 있어서의 측면에서부터 및 하단 부근에 있어서의 측면에서부터 각각 연장되는 공급로(33) 및 배출로(34)를 구비하고 있다.
유로 본체(32)는 도 6에 도시한 바와 같이, 내부 영역이 중공의 온도 조절 유체 유통 공간을 이루고 있고, 또한 원료 가스 노즐(51a)의 대부분을 이 내부 영역에 매립한 상태에서 이 원료 가스 노즐(51a)에 기밀하게 용접되어 있다. 구체적으로는, 유로 본체(32)에 있어서 웨이퍼 보트(11) 측의 측면에는, 이 유로 본체(32)에 있어서 상단 위치보다도 약간 아래 위치에서부터, 유로 본체(32)의 하단 위치까지에 걸쳐, 원료 가스 노즐(51a)을 평면에서 보았을 때의 외형 길이보다도 작은 개구 직경의 개구부가 슬릿 형상으로 형성되어 있다. 또한, 유로 본체(32)의 저면에는, 원료 가스 노즐(51a)를 평면에서 보았을 때의 형상과 대략 동일한 형상의 개구부가 형성되어 있고, 상기 측면의 개구부와 상기 저면의 개구부는 서로 연통되어 있다. 따라서, 유로 본체(32)에 대하여 하방 측에서부터 원료 가스 노즐(51a)을 기밀하게 삽입하면, 가스 토출구(52)가 유로 본체(32)로부터 돌출됨과 함께, 이미 설명한 플랜지부(18)를 향하는 원료 가스 노즐(51a)의 굴곡 부분이 유로 본체(32)의 하방 측에 위치된다. 이렇게 하여 이 원료 가스 노즐(51a)과 유로 본체(32)를 서로 용접하면, 이미 설명한 도 5에 도시한 구성이 얻어진다. 또한, 도 6은, 도 5에 있어서 A-A선에 있어서의 단면을 나타내고 있다.
이미 설명한 공급로(33) 및 배출로(34)는 웨이퍼 보트(11)에서 보아 유로 본체(32)에 있어서 좌우 측면에 각각 형성되어 있고, 유로 본체(32)에의 설치면이 각각 공급구(33a) 및 배출구(34a)를 이루고 있다. 공급로(33) 및 배출로(34)에 있어서 유로 본체(32)와는 반대 측의 단부는, 도 3에 도시한 바와 같이, 원료 가스 노즐(51a)이나 다른 가스 노즐(51b, 51c)과 마찬가지로, 플랜지부(18)를 기밀하게 관통하고 있다. 즉, 이 공급로(33) 및 배출로(34)에 있어서 상기 단부는, 유로 본체(32)에서부터 수평 방향으로 연장됨과 함께, 하방측을 향하여 직각으로 굴곡되고, 플랜지부(18)를 통하여 반응관(12)의 외측에 배치된 칠러 등의 온도 조절 기구(35)에 각각 접속되어 있다. 이 온도 조절 기구(35)에 설치된 냉각 기구 및 가열 기구에 의해, 임의의 온도 예를 들어 95℃로 조정된 온도 조절 유체, 이 예에서는 질소 가스를 유로 본체(32)의 내부에 순환시키도록 구성되어 있다.
이 종형 열처리 장치에는, 장치 전체의 동작 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는 후술하는 성막 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(101)로부터 제어부(100) 내에 인스톨 된다.
이어서, 상술한 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행하는 데 있어서, 반응관(12) 내에 웨이퍼 보트(11)를 기밀하게 반입한 후, 원료 가스 노즐(51a)의 항온화(냉각)를 도모하고 있는데, 이렇게 원료 가스 노즐(51a)의 냉각을 행하고 있는 이유에 대하여 먼저 설명한다. 이미 설명한 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 종형 열처리 장치에서는, 각 웨이퍼(W)는 반응관(12)의 하방 측에서 웨이퍼 보트(11)에 적재된 후, 반응관(12) 내에 기밀하게 수납되어 열처리가 행하여진다. 열처리가 종료되면, 웨이퍼 보트(11)를 다시 하강시켜, 처리 완료된 웨이퍼(W)를 미처리 웨이퍼(W)와 교체하고, 이렇게 하여 순차적으로 다수 장의 웨이퍼(W)에 대하여 연속하여 성막 처리를 행한다. 따라서, 히터(13a 내지 13e)의 출력은, 반응관(12) 내의 승강 온도에 따른 시간적인 손실을 가능한 한 적게 하기 위하여, 열처리가 종료된 후(웨이퍼 보트(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 교체를 행하고 있을 때)에 있어서도, 반응관(12) 내는 웨이퍼(W)의 열처리를 행하는 처리 온도가 되도록 유지된다.
여기서, 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도를 균일하게 한 상태로 반응관(12) 내에 웨이퍼 보트(11)을 반입하면, 웨이퍼 보트(11)에 있어서 하단 측의 영역에서는, 상단 측의 영역보다도 웨이퍼(W)의 온도가 낮아지게 된다. 즉, 웨이퍼 보트(11)를 상승시키고 있는 동안, 반응관(12)의 노구(하단의 개구부)는 상온 분위기의 반입출 영역(2)에 개구된 상태로 되어 있어서, 이 반출입 영역(2)에 방열되어 있다. 또한, 반응관(12)으로의 웨이퍼 보트(11)의 반입을 완료했을 때, 이 웨이퍼 보트(11)에 적재된 다수 장의 웨이퍼(W) 중 상단 위치의 웨이퍼(W)는, 반응관(12) 내를 연직 방향에 걸쳐 이동하고 있는 동안에, 이미 어느 정도 가열되어 있다. 한편, 하단 위치의 웨이퍼(W)는, 반응관(12) 내를 그만큼 오래 이동하지 않고, 따라서 상기 상단 위치보다도 온도가 낮다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, 보트 엘리베이터(3)에 의한 웨이퍼 보트(11)의 승강 속도는, 예를 들어 아암(4)에 의한 웨이퍼(W)의 반송 속도와 비교하여 극히 늦다. 이 때문에, 웨이퍼 보트(11)의 반입을 종료했을 때, 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도를 균일하게 하였더라도, 이 웨이퍼 보트(11)에서는 상하 방향에 있어서 웨이퍼(W)의 가열 온도에 편차가 생긴다. 그리고, 웨이퍼 보트(11)의 반입 완료 후, 이러한 온도 편차가 해소될 때까지(웨이퍼(W)의 가열 온도가 같게 될 때까지) 대기시간을 가지면, 스루풋의 저하로 이어지게 된다.
따라서, 종형 열처리 장치에서는, 웨이퍼 보트(11)의 반입이 완료된 후, 각 웨이퍼(W)의 온도를 빠르게 균일화시키고 있다. 구체적으로는, 각 히터(13a 내지 13e) 중, 예를 들어 하측에서부터 2단의 히터(13d, 13e)의 설정 온도에 대하여, 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도보다도 예를 들어 25℃ 정도 높게 하고 있다. 그 후, 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도와 균일하게 하여, 하단 측 웨이퍼(W)의 가열 온도가 너무 높아지지 않도록 하고 있다.
그러나, 이러한 온도 제어를 행하면, 웨이퍼(W)의 가열 온도에 대해서는 상하 방향에 있어서 빠르게 균일화가 도모되는 한편, 원료 가스 노즐(51a)을 빈번히 교환해야한다. 즉, 반응관(12) 내에 있어서의 각 웨이퍼(W)의 가열 온도는, 원료 가스에 포함되는 유기물 등의 불순물이 가능한 한 박막에 도입되지 않도록, 이 원료 가스의 열분해 온도 근방 또는 열분해 온도를 초과하는 온도로 설정된다. 이미 설명한 TDMAH 가스의 경우에는, 열분해 온도는 280℃ 정도이고, 반응관(12) 내의 가열 온도는 280℃ 내지 300℃이다. 따라서, 최하단의 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도를 초과하는 온도로 설정하면, 최하단의 존에 위치하는 원료 가스 노즐(51a) 내에서는, 원료 가스가 열분해 하기 쉬워지게 되어 버린다. 그리고, 원료 가스가 원료 가스 노즐(51a) 내에서 열분해 하면, 이 원료 가스 노즐(51a)의 내벽에 부착물이 부착되므로, 이 부착물이 박리된 경우에는 파티클이 되고, 이 원료 가스 노즐(51a) 내부가 막히기 쉽게 된다. 한편, 원료 가스 노즐(51a) 내의 온도가 원료 가스의 열분해 이하의 온도로 안정될 때까지 대기시간을 갖고, 그 후 원료 가스의 공급을 개시하려고 하면, 상기 대기 시간만큼 스루풋의 저하로 이어지게 된다.
따라서, 본 발명에서는, 이상 설명한 각 히터(13a 내지 13e)의 온도 제어를 행할 때, 원료 가스 노즐(51a)을 냉각하고 있다. 이러한 온도 히터(13a 내지 13e)의 온도 제어 및 원료 가스 노즐(51a) 냉각의 구체적인 시퀀스에 대하여, 도 7을 참조하여 웨이퍼(W)의 성막 처리와 함께 이하에서 상세하게 설명한다.
이미 설명한 반출입 영역(2)에 있어서, 웨이퍼 보트(11)에 처리 전의 (이제부터 처리를 행하려고 하는) 웨이퍼(W)가 이동 탑재되고 있는 것으로 한다. 이 시점에 있어서는, 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 반응관(12) 내의 열 처리 온도로 균일하게 되어 있다. 원료 가스 노즐(51a)은 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 각 히터(13a 내지 13e)에 의해 반응관(12)의 내부 영역과 동일한 온도로 가열되고 있다. 그리고, 시각 t0에 있어서, 웨이퍼 보트(11)를 상승시켜, 반응관(12) 내로의 반입(로딩)을 개시하고, 시각 t1에서 웨이퍼 보트(11)의 반입을 종료한다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)는 웨이퍼 보트(11)의 반입 전후 및 프로세스(성막 처리) 시에 있어서의 히터(13)의 설정 온도, 반응관(12) 내의 분위기 온도, 웨이퍼(W)의 온도, 원료 가스 노즐(51a)의 온도 및 온도 조절 유체의 유량 추이를 도시하고 있다. 도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)에서는, 히터(13a 내지 13e)의 온도에 대해서는, 최하단의 히터(13e)와, 히터(13d, 13e)보다 상단 측의 히터(13)를 대표하는 최상단의 히터(13a)의 각 온도를 도시하고 있다. 또한, 반응관(12) 내의 분위기 온도에 대해서는, 하측 2단의 히터(13d, 13e)가 담당하는(히터(13d, 13e)에 대응한다) 존과, 이 히터(13d, 13e)보다도 상단 측의 히터(13)가 담당하는 존을 대표하여 최상단의 히터(13a)가 담당하는 존의 각 온도를 도시하고 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도에 대해서는, 웨이퍼 보트(11) 상의 제품 웨이퍼(W) 중 최하단의 웨이퍼(W)와 최상단의 웨이퍼(W)의 각 온도를 도시하고 있다.
웨이퍼 보트(11)의 반입이 종료된 시각 t1의 시점에 있어서, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 하측 2단의 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도보다도 예를 들어 25℃ 높은 제1 온도로 설정한다. 또한, 도 7의 (d)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 시각 t1에서, 유로 본체(32) 내에, 예를 들어 95℃로 설정된 질소 가스를 공급하여, 원료 가스 노즐(51a)의 냉각(온도 조절)을 개시한다.
반응관(12) 내에서는, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 하측 2단의 히터(13d, 13e)가 담당하는 존(히터(13d, 13e)에 대응하는 존, 저부 영역)에 대해서는 다른 존보다도 빠르게 온도가 상승하는 한편, 다른 존에서는 웨이퍼(W)의 열처리 온도로 유지된다. 이에 대하여 원료 가스 노즐(51a)은 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 반응관(12) 내에 있어서의 가열 온도와 유로 본체(32)를 유통하는 질소 가스의 온도의 밸런스에 기초하여, 이 원료 가스 노즐(51a)의 길이 방향에 걸쳐 예를 들어 원료 가스의 열분해 온도 이하의 온도로 유지된다(냉각된다).
또한, 웨이퍼 보트(11)에 적재된 각 웨이퍼(W)는, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 반응관(12) 내에 반입된 시점(t1)에서는 이미 설명한 바와 같이 상하 방향의 온도 편차가 약간 발생하고 있지만, 각 존의 온도 제어에 의해 빠르게 가열되어 열 처리 온도에 도달한다(t2). 각 웨이퍼(W)의 가열 온도가 균일하게 되면(상세하게는 각 웨이퍼(W)의 가열 온도가 균일하게 될 때까지의 대기시간이 경과한 후), 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 하측 2단의 히터(13d, 13e)의 설정 온도가 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도와 동일한 제2 온도까지 내려간다(t2). 하측 2단의 히터(13d, 13e)가 담당하는 존에서는, 도 7의 (b)에 기재된 바와 같이, 이 히터(13d, 13e)의 설정 온도의 변경에 따라서 다른 존의 가열 온도를 향하여 온도가 내려간다.
이상과 같이 각 웨이퍼(W)의 가열 온도가 균일하게 된 후, 박막의 성막 처리를 개시한다. 구체적으로는, 반응관(12) 내를 진공화한 후, 이 반응관(12) 내를 임의의 처리 압력으로 설정함과 동시에 원료 가스의 공급을 개시한다(t3). 여기서, 하측 2단의 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도와 같게 한 후, 반응관(12) 내에 있어서의 하측 2단의 존의 실제 온도는, 이미 설명한 바와 같이, 완만하게 내려간다. 따라서, 원료 가스의 공급 개시 시(t3)에는, 반응관(12) 내의 하단 존에서는, 이 원료 가스의 열분해 온도를 초과하고 있거나, 또는 상기 열분해 온도 근방으로 가열되어 있다. 그러나, 원료 가스 노즐(51a)을 질소 가스에 의해 온도 조절(냉각)하고 있기 때문에, 원료 가스는, 열분해가 억제되면서 유통되어, 이 원료 가스 노즐(51a)에서부터 웨이퍼(W)로 토출된다. 각 웨이퍼(W)의 표면에는, 이 웨이퍼(W)가 원료 가스의 열분해 온도 근방으로 가열되어 있으므로, 원료 가스가 접촉하면, 이 원료 가스의 열분해에 의해 생성물이 부착된다.
계속해서, 원료 가스의 공급을 정지하고, 반응관(12) 내를 진공화함과 함께 퍼지 가스에 의해 반응관(12) 내의 분위기를 치환한 후, 반응 가스를 각 웨이퍼(W)에 공급한다. 웨이퍼(W)의 표면에는, 상기 생성물이 산화되어, 하프늄의 산화물로 이루어진 반응 생성물(Hf-O)이 형성된다. 이렇게 하여 다시 반응관(12) 내의 분위기를 치환하고, 원료 가스와 반응 가스를 상기 분위기를 치환하면서 교대로 각 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 상기 반응 생성물이 적층되어 박막이 형성된다.
이 박막을 성막하고 있는 동안에 걸쳐, 유로 본체(32) 내에는 온도 조절된 질소 가스를 유통시키고 있으므로, 각각의 웨이퍼(W)의 박막에 있어서 막 두께 방향에 걸쳐, 또한 각 웨이퍼(W) 간에 있어서, 원료 가스의 온도 균일화가 도모되고, 따라서 박막의 막질이 균일하게 된다. 또한, 원료 가스 노즐(51a) 내에서는 원료 가스의 열분해가 억제되므로, 원료 가스의 열분해에 의해 생성되는 생성물의 부착 및 이 생성물의 박리가 억제된다. 도 8은, 이상 설명한 원료 가스 노즐(51a) 내의 온도 및 반응관(12) 내에 있어서의 성막 온도를 모식적으로 도시한 것으로, 반응관(12) 내에는, 원료 가스의 열분해 온도 근방 또는 이 열분해 온도를 초과하는 온도로 설정되어 있다. 한편, 원료 가스 노즐(51a) 내에는, 원료 가스의 기화 온도 이상 및 열 처리 온도 이하로 설정되어 있다.
그 후, 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도에 대해서는 그대로 열처리 온도로 유지하면서, 반응관(12) 내를 대기 분위기로 되돌리고 웨이퍼 보트(11)를 하강시켜서, 이미 상세하게 설명한 바와 같이 처리 완료된 웨이퍼(W)와 미처리 웨이퍼(W)를 교체한다.
상술한 실시 형태에 의하면, 반응관(12) 내에서 다수 장의 웨이퍼(W)에 대하여 일괄적으로 박막의 성막 처리를 행하는 데 있어서, 반응관(12) 내에 원료 가스 노즐(51a)을 둘러싸도록 유로 형성 부재(31)를 설치하여, 원료 가스 노즐(51a)의 온도 조절(냉각)을 행하고 있다. 따라서, 이미 설명한 바와 같이 하측의 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도보다 높게 해도, 원료 가스 노즐(51a)의 길이 방향에 걸쳐 원료 가스의 온도를 균일화할 수 있다. 이 때문에, 하측의 히터(13d, 13e)의 설정 온도가 원료 가스의 열분해 온도를 초과하는 경우에도, 원료 가스 노즐(51a) 내에 있어서의 원료 가스의 열분해(생성물의 부착)를 억제할 수 있다. 따라서, 원료 가스 노즐(51a)을 빈번히 교환하지 않아도 된다. 또한, 박막의 막질을 웨이퍼(W) 사이에서 균일하게 할 수도 있다. 그리고, 온도 조절 유체에 대하여, 반응관(12) 내에 누출되지 않도록 하고 있기 때문에, 이 반응관(12) 내에서 행해지는 프로세스에는 영향을 미치지 않고 원료 가스 노즐(51a)을 항온화할 수 있다.
도 9는, 이상 설명한 원료 가스 노즐(51a)에 대하여, 다수회의 성막 처리에 사용한 후, 이 원료 가스 노즐(51a)을 절단하여 내측에 부착된 부착물을 촬상한 SEM 사진을 도시하고 있다. 도 9에서는, 상기 부착물의 막 두께 치수 d는, 48.5 nm로 되어 있었다. 한편, 도 10은, 원료 가스 노즐(51a)의 온도 조절을 행하지 않고, 동일한 성막 처리를 행할 때에 원료 가스 노즐(51a) 내에 부착되는 부착물을 도시하고 있다. 도 10에서는, 부착물의 막 두께 치수 d가 705nm로 되어 있어, 도 9와 비교하여 극히 두꺼운 막이 되어 있었다.
또한, 도 11은, 반응관(12) 내가 예를 들어 300℃가 되도록 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도를 설정함과 함께, 유로 본체(32) 내에 유통시키는 질소 가스(온도: 95℃)의 유량을 여러 가지로 바꾸었을 때, 반응관(12) 내에 토출되는 원료 가스의 온도가 어떻게 변화할지 실험한 결과를 도시하고 있다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 5 내지 50slm까지 온도 조절 유체의 유량을 증가시켜 감에 따라, 원료 가스의 온도가 내려가고 있었다. 이 때문에, 온도 조절 유체의 유량을 통하여, 원료 가스의 온도를 조정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 원료 가스 노즐(51a) 내의 처리 가스의 온도 조절을 행하는 데 있어서, 처리 가스의 온도를 어느 임의의 온도로 설정하기 위해서는, 온도 조절 유체의 유량과, 온도 조절 유체의 온도 중 적어도 한쪽을 조정하면 된다고 할 수 있다. 또한, 도 11에 있어서 원료 가스의 온도를 측정할 때에는, 최하단의 존에 있어서의 원료 가스 노즐(51a)의 가스 토출구(52)의 근방 위치에 열전대 등의 온도 계측부의 계측단을 배치하여, 이 가스 토출구(52)로부터 토출되는 원료 가스의 온도를 측정하였다.
도 11의 결과로부터, 반응관(12) 내의 가열 온도가 원료 가스의 열분해 온도를 초과하고 있어도, 원료 가스 노즐(51a) 내에서는 원료 가스의 열분해가 억제되는 것을 알 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서는, 원료 가스 노즐(51a)을 냉각함으로써, 원료 가스의 열분해 온도를 초과하는 고온까지 웨이퍼(W)를 가열할 수 있으므로, 불순물 레벨이 극히 낮은 박막을 얻을 수 있다.
이하에, 본 발명의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 12는, 온도 조절 유체의 공급량에 대해서, 경시적으로 변화시킨 예를 도시하고 있다. 구체적으로는, 웨이퍼 보트(11)를 반응관(12) 내에 기밀하게 반입하여 온도 조절 유체의 공급을 개시할 때(t1), 온도 조절 유체의 공급량을 유량 V1으로 설정하고, 그 후 성막 처리를 개시한 후, 임의의 타이밍 t4에서 유량 V2(V2<V1)로 감소시키는 예를 도시하고 있다. 즉, 이미 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 웨이퍼 보트(11)를 반응관(12) 내에 반입한 후, 성막 처리를 개시할 때까지의 말하자면 준비 단계에 있어서, 하측의 히터(13d, 13e)의 설정 온도를 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도보다도 높게 하고 있다. 따라서, 상기 준비 단계에서는, 성막 처리를 개시한 후보다도, 원료 가스 노즐(51a) 내의 온도가 높아지기 쉽다. 따라서, 이 예에서는, 상기 준비 단계에 있어서, 성막 처리를 개시한 후와 비교하여 온도 조절 유체의 유량을 많게 하고 있다.
또한, 도 13은, 온도 조절 유체의 유량에 대하여, 이 온도 조절 유체의 공급 개시 시의 t1에서부터 상기 타이밍 t4를 향하여, 유량 V1에서부터 V2로 서서히 적어지도록 설정한 예를 도시하고 있다. 또한, 도 14는, 유로 형성 부재(31)에 대하여, 원료 가스 노즐(51a)의 하단 측으로부터 이 원료 가스 노즐(51a)의 길이 방향에 있어서 도중 부위까지 설치한 예를 도시하고 있다. 즉, 하측의 히터(13d, 13e)에 대해서는 상기 준비 단계에서 다른 히터(13a 내지 13c)의 설정 온도보다도 높은 설정 온도로 설정하기 위하여, 이 히터(13d, 13e)가 담당하는 존 또는 이 존에 더하여 한개의 상단 측 존에만 유로 형성 부재(31)를 설치하고 있다. 도 14에서는, 유로 형성 부재(31)의 상단의 높이 레벨(h)은, 반응관(12) 내의 웨이퍼 보트(11)에 적재되는 다수 장의 웨이퍼(W) 중 높이 방향에 있어서 중앙의 웨이퍼(W)의 상면과 동일한 높이 위치가 되도록 설정되어 있다. 또한, 도 14에서는, 공급로(33)나 배출로(34)의 도시를 생략하고 있다.
이상의 각 예에서는, 유로 본체(32) 내에 유통되는 온도 조절 유체의 온도에 대하여, 반응관(12) 내의 열처리 온도보다도 낮은 온도로 설정했지만, 이 열 처리 온도 근방으로 설정해도 된다. 즉, 열분해 온도의 근방 온도에서 활성화되는 원료 가스(예를 들어 오존 가스)를 이용하는 경우에는, 원료 가스 노즐(51a) 내에서 원료 가스의 열분해를 억제하면서, 이 원료 가스의 활성화를 도모해도 된다.
또한, 성막 처리를 개시할 때에 반응관(12) 내의 상방 측보다도 하방 측의 가열 온도를 높게 설정하는데 있어서, 이미 설명한 예에서는 히터(13a 내지 13e) 중 하측 2단의 히터(13d, 13e)의 출력을 크게 했지만, 최하단의 히터(13e)의 출력만을 크게 해도 된다.
또한, 이미 설명한 최하단의 존의 온도 조정을 행하지 않고, 웨이퍼 보트(11)의 반입시부터 성막 처리의 종료시까지에 걸쳐서 각 히터(13a 내지 13e)의 설정 온도를 균일하게 할 경우에는, 원료 가스는, 도 15에 파선으로 도시한 바와 같이, 상방 측을 향하여 원료 가스 노즐(51a) 내를 유통함에 따라 온도가 상승한다. 따라서, 원료 가스에 이러한 온도 편차가 발생하고 있으면, 각 웨이퍼(W)에는, 원료 가스의 열분해 정도(웨이퍼(W) 상에 형성되는 반응 생성물의 막 두께)가 변동될 우려가 있다. 따라서, 이러한 경우에는, 유로 본체(32) 내에 공급되는 온도 조절 유체에 대하여, 웨이퍼(W)의 열 처리 온도 또는 이 열 처리 온도 근방으로 가열하여, 원료 가스의 온도 균일화를 행해도 된다.
또한, 유로 형성 부재(31)에 대하여, 원료 가스 노즐(51a) 대신에, 또는 원료 가스 노즐(51a)과 함께, 오존 가스 노즐(51b)을 설치해도 된다. 즉, 오존 가스에 대해서도, 상방 측을 향하여 오존 가스 노즐(51b) 내를 유통함에 따라 온도가 상승한다. 따라서, 오존 가스 노즐(51b)의 길이 방향을 따라서 오존 가스의 온도를 균일하게 함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착한 원료 가스의 성분과 이 오존 가스의 반응성을 반응관(12)의 길이 방향을 따라서 균일하게 할 수 있다.
이상의 설명에서는, 원료 가스와 반응 가스를 교대로 웨이퍼(W)에 공급하는 ALD법을 예로 들었지만, 이 원료 가스 및 반응 가스를 동시에 웨이퍼(W)에 공급하여 CVD법에 의해 박막을 성막해도 된다. 또한, 각 가스 노즐(51a 내지 51c)로서는, 웨이퍼 보트(11)의 길이 방향을 따라 가스 토출구(52)를 형성하는 구성 대신에, 이 가스 노즐(51a 내지 51c)의 선단측 상단부를 개구시켜 가스 토출구(52)로서 구성해도 된다.
유로 형성 부재(31)에 대해서는, 원료 가스 노즐(51a)(오존 가스 노즐(51b))의 주위를 덮도록 유로 본체(32)를 형성하여, 말하자면 이중관 구조를 채용해도 된다. 이 경우에는, 내관과 외관의 사이에, 내관의 가스 토출구(52)로부터 유로 본체(32)의 외측을 향하여 연장되는 가스 유로를 배치해도 된다.
또한, 온도 조절 유체로서는, 기체 대신에 액체(순수)를 사용해도 된다. 이상 설명한 성막 처리를 행할 때에 사용하는 원료 가스로서는, Hf계 유기 가스 대신에, 예를 들어 Zr(지르코늄)계 유기 가스, Sr(스트론튬)계 유기 가스, Al(알루미늄)계 유기 가스, Ti(티타늄)계 유기 가스 또는 Si(실리콘)계 유기 가스 등을 이용해도 된다. 이 유기 가스와 반응하는 반응 가스로서는, 이미 설명한 오존 가스 대신에, 수증기(H2O 가스)를 이용해도 된다. 또한, 웨이퍼(W)에 대하여 행하는 열처리로서는, 성막 처리 대신에, 가열한 웨이퍼(W)에 수증기를 공급하는 처리여도 된다. 이러한 열처리여도, 수증기는 가스 노즐의 길이 방향을 따라서 항온화가 도모되어, 각 웨이퍼(W)에 대하여 온도가 균일한 수증기가 공급된다.
W : 웨이퍼
11 : 웨이퍼 보트
12 : 반응관
13 : 히터
21 : 배기구
31 : 유로 형성 부재
51a 내지 51c : 가스 노즐
52 : 가스 토출구

Claims (21)

  1. 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 가열 기구에 둘러싸인 종형의 반응관 내에 반입하여 열처리를 행하는 종형 열처리 장치에 있어서,
    상기 반응관 내에 상기 기판 보유 지지구의 연직 방향으로 연장되게 설치되고, 처리 가스를 토출하는 가스 노즐과,
    상기 반응관 내에 상기 가스 노즐을 둘러싸도록 설치되고, 상기 가스 노즐 내의 상기 처리 가스의 온도 조절을 행하기 위한 온도 조절 유체의 유통 공간을 형성함과 함께 상기 온도 조절 유체의 공급구와 배출구를 갖는 유로 형성 부재
    를 구비하는 종형 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체는 온도 조절 가스인, 종형 열처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 가스는 성막용의 원료 가스인, 종형 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리 가스는 금속 함유 유기 가스인, 종형 열처리 장치
  5. 제3항에 있어서,
    상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 상기 반응관 내에 공급하는 가스 공급부를 더 구비하는 종형 열처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체는 상기 처리 가스를 냉각시키기 위한 냉각용 유체인, 종형 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열 기구는 상기 반응관 내에 있어서의 세로 방향으로 배열되는 복수의 영역을 각각 가열하기 위한 복수의 가열부로 구성되고,
    상기 반응관 내로의 상기 기판 보유 지지구의 반입이 종료된 후, 상기 복수의 영역 중 상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 저부 영역에 대하여 상방 측의 영역의 온도보다도 높고 상기 처리 가스의 열분해 온도 이상인 제1 온도가 되도록, 또한 상기 온도 조절 유체의 유통에 의해 상기 가스 노즐 내의 상기 처리 가스의 온도가 상기 처리 가스의 열분해 온도보다도 낮아지도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 구비하는 종형 열처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 제1 온도로 설정된 후, 상기 제1 온도보다도 낮은 제2 온도로 하강시키기 위한 제어 신호를 출력함과 함께, 상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 제1 온도로 설정된 후, 상기 제2 온도로 하강되기 전에 상기 처리 가스의 공급을 개시하기 위한 제어 신호를 출력하는, 종형 열처리 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기판의 열처리 시에 있어서, 상기 반응관 내의 분위기는 상기 처리 가스의 열분해 온도 이상의 온도로 설정되고, 상기 가스 노즐 내는 상기 온도 조절 유체에 의해 상기 처리 가스의 열분해 온도 이하로 유지되는, 종형 열처리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 처리 가스의 공급을 개시한 후, 상기 온도 조절 유체의 공급 유량을 감소시키도록 제어 신호를 출력하는, 종형 열처리 장치.
  11. 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지한 기판 보유 지지구를, 가열 기구에 둘러싸인 종형의 반응관 내에 반입하여 열처리를 행하는 종형 열처리 방법에 있어서,
    상기 반응관 내에 상기 기판 보유 지지구의 연직 방향으로 연장되게 설치된 가스 노즐에서 처리 가스를 토출시키는 공정과,
    상기 반응관 내에서 상기 가스 노즐을 둘러싸도록 설치된 유로 형성 부재에 온도 조절 유체를 공급하여, 상기 가스 노즐 내의 상기 처리 가스의 온도 조절을 행하는 공정
    을 포함하는 열처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체는 온도 조절 가스인, 열처리 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 처리 가스는 성막용 원료 가스인, 열처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처리 가스는 금속 함유 유기 가스인, 열처리 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 상기 반응관 내에 공급하는 공정을 더 행하는, 열처리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체는 상기 처리 가스를 냉각시키기 위한 냉각용 유체인, 열처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가열 기구는, 상기 반응관 내에 있어서 세로 방향으로 배열되는 복수의 영역을 각각 가열하기 위한 복수의 가열부로 구성되고,
    상기 반응관 내에 상기 기판 보유 지지구를 반입하는 공정과,
    상기 기판 보유 지지구의 반입이 종료된 후, 상기 복수의 영역 중 상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 저부 영역에 대하여 상방 측의 영역 온도보다도 높고 상기 처리 가스의 열분해 온도 이상인 제1 온도가 되도록 상기 반응관 내의 가열 온도를 조정하는 공정을 더 포함하고,
    상기 처리 가스의 온도 조절을 행하는 공정은, 상기 온도 조절 유체의 유통에 의해 상기 가스 노즐 내의 상기 처리 가스의 온도가 상기 처리 가스의 열분해 온도보다도 낮아지도록, 상기 온도 조절 유체의 온도 및 유량 중 적어도 한쪽을 조정하는 공정인, 열처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 제1 온도로 설정된 후, 상기 제1 온도보다도 낮은 제2 온도로 하강시키는 공정을 더 포함하고,
    상기 처리 가스를 토출시키는 공정은, 상기 반응관의 저부 영역의 온도가 상기 제1 온도로 설정된 후, 상기 제2 온도로 하강하기 전에 상기 처리 가스의 공급을 개시하는 공정인, 열처리 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 기판의 열처리 시에 있어서, 상기 반응관 내의 분위기는 상기 처리 가스의 열분해 온도 이상의 온도로 설정되고,
    상기 처리 가스의 온도 조절을 행하는 공정은, 상기 가스 노즐 내의 온도를 상기 처리 가스의 열분해 온도 이하로 유지시키는 공정인, 열처리 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 처리 가스를 토출시키는 공정 후, 상기 온도 조절 유체의 공급 유량을 감소시키는 공정을 더 행하는, 열처리 방법.
  21. 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제11항 또는 제12항에 기재된 상기 열처리 방법을 실시하도록 스텝이 짜여 있는, 기억 매체.
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