KR101767469B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 가열부 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 처리로 내의 온도 안정 시간을 단축시키는 것에 관한 것이다.
복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구; 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부; 기판 보지구를 수납하고, 복수 매의 기판을 처리하는 처리실; 처리실의 주위에 설치되고 처리실 내를 측부에서 가열하는 제1 가열부; 및 처리실 내이며 기판 보지구와 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;를 구비하고, 제2 가열부는, 실질적으로 환 형상의 발열부; 및 발열부로부터 하방으로 연장되는 수하부;를 포함하고, 발열부는 카디오이드(cardioid) 형상으로 형성되고, 복수 매의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 발열부가 수납되도록 구성된다.
복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구; 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부; 기판 보지구를 수납하고, 복수 매의 기판을 처리하는 처리실; 처리실의 주위에 설치되고 처리실 내를 측부에서 가열하는 제1 가열부; 및 처리실 내이며 기판 보지구와 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;를 구비하고, 제2 가열부는, 실질적으로 환 형상의 발열부; 및 발열부로부터 하방으로 연장되는 수하부;를 포함하고, 발열부는 카디오이드(cardioid) 형상으로 형성되고, 복수 매의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 발열부가 수납되도록 구성된다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 가열부에 관한 것이다.
기판 처리 장치로서 소정 매수의 기판을 한 번에 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치가 있다. 뱃치식의 기판 처리 장치에서는 소정 매수의 기판이 기판 보지구(保持具)에 보지되고, 기판 보지구가 처리실 내에 반입되고, 기판이 가열된 상태에서 처리실 내에 처리 가스가 도입되어 원하는 처리가 수행된다.
종래, 처리실 내의 기판은 처리실을 둘러싸도록 설치된 히터에 의해 측방(側方)으로부터 가열된다. 하지만 특히 처리실 내 하방(下方)의 기판의 중심부는 가열되기 어렵고 그 온도가 저하되기 쉽다. 이에 의해 종래의 기판 처리 장치에서는 처리실 내의 승온에 시간이 걸리고 리커버리 시간(온도 안정 시간)이 길어진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 처리실 내의 온도 안정 시간을 단축시킬 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구(保持具); 상기 기판 보지구의 하방(下方)에 설치된 단열부; 상기 기판 보지구를 수납하고 상기 복수 매의 기판이 처리되는 처리실; 상기 처리실의 주위에 설치되고 상기 처리실 내를 측부(側部)에서 가열하는 제1 가열부; 및 상기 처리실 내이며 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;를 구비하고, 상기 제2 가열부는, 실질적으로 환 형상의 발열부; 및 상기 발열부로부터 하방으로 연장(延伸)되는 수하부(垂下部);를 포함하고, 상기 발열부는 카디오이드(cardioid) 형상으로 형성되고, 상기 복수 매의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상(環狀) 영역 내에 상기 발열부가 수납되도록 구성되는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면, 처리실 내의 온도 안정 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 측단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어계를 도시하는 개략 구성도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 동등한 온도로 처리실의 보텀(bottom)의 모든 영역을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 동등한 출력으로 처리실의 보텀의 모든 영역을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터에 의해 처리실의 보텀 영역의 기판의 반지름의 대략 중간부에 해당하는 부분을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터의 지름을 다르게 했을 때의 최하단의 기판의 면내(面內) 온도 분포의 비교를 도시하는 그래프. 원은 캡 히터(34)가 설치되는 위치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터의 지름을 다르게 했을 때의 최하단의 기판의 면내 온도의 최대 온도 차이의 비교를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도(上面圖).
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 보텀 영역을 도시하는 요부(要部) 확대 측단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 보텀 영역을 도시하는 요부 확대 측단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 사시도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 상면도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 측면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 정면도.
도 14는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 상면도.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 종단면도.
도 19는 본 발명의 제1 실시예에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 개략 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어계를 도시하는 개략 구성도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 동등한 온도로 처리실의 보텀(bottom)의 모든 영역을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 동등한 출력으로 처리실의 보텀의 모든 영역을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터에 의해 처리실의 보텀 영역의 기판의 반지름의 대략 중간부에 해당하는 부분을 가열한 경우의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터의 지름을 다르게 했을 때의 최하단의 기판의 면내(面內) 온도 분포의 비교를 도시하는 그래프. 원은 캡 히터(34)가 설치되는 위치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터의 지름을 다르게 했을 때의 최하단의 기판의 면내 온도의 최대 온도 차이의 비교를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도(上面圖).
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 보텀 영역을 도시하는 요부(要部) 확대 측단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 보텀 영역을 도시하는 요부 확대 측단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 사시도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 상면도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 측면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 정면도.
도 14는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 캡 히터 및 그 주변부를 도시하는 상면도.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 상면도.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡 히터를 도시하는 종단면도.
도 19는 본 발명의 제1 실시예에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 개략 도면.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1에 도시되듯이 처리로(1)는 제1 가열부로서의 원통 형상의 측부 히터(2)를 포함한다. 측부 히터(2)의 내측에는, 예컨대 석영(SiO2) 등의 내열성 재료로 이루어지고 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상인 반응관(5)이 측부 히터(2)와 동심(同心)으로 배설(配設)된다.
반응관(5)의 내부에 의해 처리실(6)이 형성(劃成)되고, 처리실(6) 내에는 기판 보지구인 보트(7)가 수납된다. 보트(7)는 기판으로서의 웨이퍼(8)를 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 보지하도록 구성된다. 보트(7)는 예컨대 석영이나 탄화규소 등으로 구성된다.
본 실시 형태에서 도 19에 도시되듯이 처리실(6)은 위에서부터 영역1, 영역2, 영역3 및 영역4의 4개의 영역으로 구분된다. 측부 히터(2)는 각 영역에 대응하게 제1 내지 제4 히터로 분할된다. 영역1의 주위에는 제1 히터(2A), 영역2의 주위에는 제2 히터(2B), 영역3의 주위에는 제3 히터(2C), 영역4의 상방(上方)의 주위에는 제4 히터(2D)가 각각 설치된다. 처리실(6) 내에서 보트(7)는 영역1 내지 영역3에 걸쳐 수납되고, 후술하는 단열부(31)는 영역4에 수납된다. 제1 히터 내지 제3 히터에 의해 보트(7)가 수납되는 영역(프로덕트 영역)을 가열하기 때문에, 제1 히터 내지 제3 히터를 총칭하여 프로덕트 영역을 가열하는 상부 히터로 불러도 좋다. 또한 제4 히터(2D)에 의해 단열부(31)가 수납되는 영역(단열 영역)의 상방을 가열하기 때문에, 제4 히터(2D)를 단열 영역을 가열하는 하부 히터로 불러도 좋다.
도 1에 도시되듯이 반응관(5)의 하단부에는 반응관(5)을 관통하여 가스 도입부(9)가 설치된다. 가스 도입부(9)에는 반응관(5)의 내벽을 따라 입설(立設)된 가스 도입관으로서의 노즐(12)이 접속된다. 노즐(12)의 측면이며 웨이퍼(8)와 대향하는 방향에는 복수의 가스 도입공(16)이 설치된다. 가스 도입공(16)으로부터 처리 가스가 처리실(6)에 도입된다.
가스 도입부(9)의 상류측에는 가스 유량 제어기로서의 MFC(14)(매스 플로우 컨트롤러)를 개재하여 도시되지 않는 원료 가스 공급원, 캐리어 가스 공급원, 반응 가스 공급원, 불활성 가스 공급원이 접속된다. MFC(14)에는 가스 유량 제어부(15)가 전기적으로 접속된다. 가스 유량 제어부(15)는 공급하는 가스의 유량이 원하는 양이 되도록 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
반응관(5)의 하단부의 가스 도입부(9)와 다른 위치에는 처리실(6) 내의 분위기를 배기하는 배기부(17)가 설치되고, 배기부(17)에는 배기관(18)이 접속된다. 배기관(18)에는 처리실(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(19)가 설치된다. 압력 센서(19)에는 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(21)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(22)가 접속된다.
APC 밸브(21) 및 압력 센서(19)에는 압력 제어부(23)가 전기적으로 접속된다. 압력 제어부(23)는 압력 센서(19)에 의해 검출된 압력에 기초하여 APC 밸브(21)에 의해 처리실(6)의 압력이 원하는 압력이 되도록 원하는 타이밍에 APC 밸브(21)를 제어하도록 구성된다.
반응관(5)의 하단부에는 반응관(5)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 보지체로서의 베이스(24)와 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(25)이 설치된다. 씰 캡(25)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 형성된다. 원반 형상인 베이스(24)는 예컨대 석영으로 형성되고, 씰 캡(25) 상에 중합(重合)하도록 설치된다. 베이스(24)의 상면에는 반응관(5)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(26)이 설치된다. 씰 캡(25)의 하측에는 보트(7)를 회전시키는 회전 기구(27)가 설치된다. 회전 기구(27)의 회전축(28)의 상단에는 보트(7)의 저판(29)(底板)이 고정된다.
보트(7)의 하방에는 단열부(31)가 설치된다. 단열부(31)는 저판(32)이 석영제의 압판(33)(押板)에 의해 좁게 지지[狹持]되는 구성이다. 단열부(31)는 저판(32)이 압판(33)의 사이에 구속되는 것에 의해 단열부(31)의 전도(轉倒)가 방지되도록 구성된다. 단열부(31)는 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 원통 형상이다.
단열부(31)의 내부에는 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(도시되지 않음)이 적층된다. 내부의 단열판을 단열부(31)라고 칭해도 좋다. 제4 히터는 단열부(31)의 상방을 가열하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해 단열부(31)의 상방을 가열하여 보텀 영역의 온도 제어성을 확보할 수 있다. 한편, 단열부(31)의 하방은 직접적으로 가열되지 않는다. 그렇기 때문에 측부 히터(2) 및 캡 히터(34)로부터의 열이 단열부(31)에 의해 단열되어 반응관(5)의 하단측인 노구부에 전달되기 어렵다.
단열부(31)의 중심부에는 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 공(30)(孔)이 관통하여 형성된다. 공(30)에는 회전축(28)이 삽입 및 통과[揷通]되고, 회전축(28)은 씰 캡(25)과 베이스(24)를 관통하여 보트(7)에 연결된다. 회전축(28)의 회전에 의해 보트(7)가 단열부(31)에 대하여 독립적으로 회전된다.
씰 캡(25)은 반응관(5)의 외부에 수직으로 설비된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(35)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되고, 이에 의해 보트(7)가 처리실(6) 내외로 반입 반출될 수 있다.
보트(7)와 단열부(31) 사이의 공간에는 후술하는 발열부(51)를 포함하는 제2 가열부로서의 캡 히터(34)가 설치된다. 적어도 제3 히터와 제4 히터와의 경계의 높이 위치 이상의 높이에 발열부(51)가 위치하도록 캡 히터(34)가 설치된다. 바꿔 말하면, 적어도 프로덕트 영역과 단열 영역의 경계의 높이 위치 이상의 높이에 발열부(51)가 위치하도록 캡 히터(34)가 설치된다. 이러한 위치에 캡 히터(34)를 설치하는 것에 의해 프로덕트 영역의 하부[보트(7)의 보텀 웨이퍼가 재치되는 보텀 영역]를 효율적으로 가열하는 것이 가능해진다.
캡 히터(34)는 보호관으로서의 석영관 내에 예컨대 저항 발열체가 기밀하게 봉입된 구조를 가진다. 캡 히터(34)의 발열부(51)는 평면시(平面視)에서 대략 환 형상이다. 이러한 구성에 의해 보텀 영역에서 예컨대 최하단의 웨이퍼(8)를 지름 방향에서 환 형상으로 가열할 수 있다. 즉 최하단의 웨이퍼(8)의 지름 방향의 일부분을 중점적으로 가열할 수 있다. 바꿔 말하면, 최하단의 웨이퍼(8)의 중심 영역을 가열하지 않아도, 중심 영역보다 외방(外方)의 영역을 가열할 수 있다. 또한 캡 히터(34)는 처리실(6)을 감압할 때의 압력에 견딜 수 있는 강도를 가지면 좋기 때문에, 캡 히터(34)의 보호관의 두께는 얇게 할 수 있고, 캡 히터(34)의 보호관의 종(縱) 방향의 두께는 얇게 할 수 있다.
측부 히터(2)와 반응관(5) 사이에는 제1 온도 검출기로서의 제1 온도 센서(37)가 설치된다. 또한 캡 히터(34)의 보호관의 표면에 접촉하도록 제2 온도 검출기로서의 제2 온도 센서(39)가 설치된다. 여기서는 보호관의 상면에 접촉하도록 제2 온도 센서(39)가 설치된다(도 7 참조). 제2 온도 센서(39)는 열전대 등의 온도 검출기가 보호관에 수납된 구조를 가진다.
온도 제어부(38)는 제1 온도 센서(37)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 측부 히터(2)로의 통전 상태를 조정하고 제2 온도 센서(39)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 캡 히터(34)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 원하는 타이밍에 측부 히터(2) 및 캡 히터(34)를 제어하도록 구성된다. 가스 유량 제어부(15), 압력 제어부(23), 구동(驅動) 제어부(36), 온도 제어부(38)는 기판 처리 장치 전체를 제어하는 주제어부로서의 컨트롤러(42)에 전기적으로 접속된다.
도 2에 도시되듯이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(42)는 CPU(43)(Central Processing Unit), RAM(44)(Random Access Memory), 기억 장치(45), I/O 포트(46)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(44), 기억 장치(45), I/O 포트(46)는 내부 버스(47)를 개재하여 CPU(43)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(42)에는 예컨대 터치패널 등으로 구성된 입출력 장치(48)가 접속된다.
기억 장치(45)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(45) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리에서의 각 순서를 컨트롤러(42)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다.
이하 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. RAM(44)은 CPU(43)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(46)는 전술한 가스 유량 제어부(15), 압력 제어부(23), 구동 제어부(36), 온도 제어부(38)에 접속된다. CPU(43)은 기억 장치(45)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(48)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(45)로부터 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(43)은 판독한 레시피의 내용에 따라서 가스 유량 제어부(15)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 압력 제어부(23)에 의한 압력 조정 동작, 배기 장치(22)의 기동 및 정지, 온도 제어부(38)에 의한 측부 히터(2) 및 캡 히터(34)의 온도 조정 동작, 구동 제어부(36)에 의한 보트(7)의 회전 및 회전 속도 조절 동작 및 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(42)는 외부 기억 장치(49)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(45)나 외부 기억 장치(49)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(45) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(49) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터에 대한 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(49)를 이용하지 않고 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
다음으로 상기 구성에 따른 처리로(1)를 이용하여 반도체 디바이스의 제조 공정의 하나로서 웨이퍼(8)에 산화, 확산이나 성막 등을 수행하는 기판 처리(이하 성막 처리라고도 부른다)를 수행하는 방법에 대하여 설명한다. 여기서는 웨이퍼(8)에 대하여 제1 처리 가스(원료 가스)와 제2 처리 가스(반응 가스)를 교호(交互)적으로 공급하는 것에 의해 웨이퍼(8) 상에 막을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(42)에 의해 제어된다.
소정 매수의 웨이퍼(8)가 보트(7)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 보트(7)는 보트 엘리베이터(35)에 의해 처리실(6) 내에 장입(裝入)(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(25)은 베이스(24), O링(26)을 개재하여 반응관(5)의 하단 개구(노구부)를 기밀하게 폐색한 상태로 된다. 이때 캡 히터(34)는 소정의 온도(제1 온도)로 가열되고 유지되어도 좋다. 이 경우, 제1 온도는 측부 히터(2)의 온도(적어도 제4 히터의 온도)보다 낮은 온도로 설정된다.
처리실(6) 내가 원하는 압력이 되도록 배기 장치(22)에 의해 처리실(6)이 진공 배기(감압 배기)된다. 이때 처리실(6)의 압력은 압력 센서(19)로 측정되고, 이 측정된 압력에 기초하여 APC 밸브(21)가 피드백 제어된다.
또한 처리실(6) 내의 웨이퍼(8)가 원하는 온도가 되도록 측부 히터(2) 및 캡 히터(34)에 의해 처리실(6)이 가열된다. 이때 처리실(6) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 제1 온도 센서(37)가 검출한 온도 정보에 기초하여 측부 히터(2)로의 통전 상태가 피드백 제어되고, 제2 온도 센서(39)가 검출한 온도 정보에 기초하여 캡 히터(34)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 이때 캡 히터(34)의 설정 온도는 측부 히터(2)의 온도(적어도 제4 히터의 온도) 이하의 온도로 한다. 여기서 처리실(6) 내의 보텀 영역의 웨이퍼(8)가 원하는 온도가 되었을 때, 캡 히터(34)에 의한 가열을 정지시켜도 좋다.
계속해서 회전 기구(27)에 의해 저판(29)을 개재하여 보트(7)가 회전되는 것에 의해 처리 중인 웨이퍼(8)가 회전된다. 이때 회전축(28)이 공(30)에 삽입 및 통과되어 있기 때문에 단열부(31)에 대하여 보트(7)만 회전한다. 보트(7)가 회전하는 것에 의해 대략 환 형상의 캡 히터(34)여도 보텀 영역의 환 형상 영역을 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.
(원료 가스 공급 공정)
이어서 원료 가스 공급원으로부터 원료 가스가 처리실(6) 내에 공급된다. 원료 가스는 MFC(14)로 원하는 유량이 되도록 제어되고 가스 도입부(9)로부터 노즐(12)을 유통하여 가스 도입공(16)으로부터 처리실(6) 내에 도입된다.
(원료 가스 배기 공정)
미리 설정된 원료 가스 공급 시간이 경과하면, 원료 가스의 처리실(6) 내로의 공급이 정지되고, 배기 장치(22)에 의해 처리실(6) 내가 진공 배기된다. 이때 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 처리실(6) 내에 공급되도 좋다(불활성 가스 퍼지).
(반응 가스 공급 공정)
미리 설정된 배기 시간이 경과하면, 다음으로 반응 가스 공급원으로부터 반응 가스가 공급된다. MFC(14)로 원하는 유량이 되도록 제어된 반응 가스는 가스 도입부(9)로부터 노즐(12)을 유통하여 가스 도입공(16)으로부터 처리실(6) 내에 도입된다.
(반응 가스 배기 공정)
또한 미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 반응 가스의 처리실(6) 내로의 공급이 정지되고, 배기 장치(22)에 의해 처리실(6) 내가 진공 배기된다. 이때 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 처리실(6) 내에 공급되도 좋다(불활성 가스 퍼지).
전술한 4개의 공정을 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(8) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 막이 형성될 수 있다. 또한 전술한 사이클은 복수 회 반복되는 것이 바람직하다.
소정 막 두께의 막을 형성한 후, 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 공급되어 처리실(6) 내가 불활성 가스에 치환되는 것과 함께 처리실(6)의 압력이 상압으로 복귀된다. 그 후, 보트 엘리베이터(35)에 의해 씰 캡(25)이 강하되어 노구부가 개구되는 것과 함께 처리 완료된 웨이퍼(8)가 보트(7)에 보지된 상태에서 반응관(5)으로부터 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(8)는 보트(7)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지). 이때 캡 히터(34)에 의한 가열을 정지시킨다.
또한 일 예를 들자면 본 실시예의 처리로(1)에 의해 웨이퍼(8)에 산화막을 형성할 때의 처리 조건으로서 원료 가스로 DCS(SiH2Cl2: 디클로로실란) 가스를, 반응 가스로 O2(산소) 가스를, 불활성 가스로 N2(질소) 가스를 이용한 경우에 예컨대 다음과 같이 예시된다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 300℃ 내지 700℃
처리 압력(처리실 내 아압력) 1Pa 내지 4,000Pa
DCS가스: 100sccm 내지 10,000sccm
O2가스: 100sccm 내지 10,000sccm
N2가스: 100sccm 내지 10,000sccm
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내에 있는 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
다음으로 예컨대 웨이퍼(8)의 지름을 300mm으로 한 경우의, 캡 히터(34)의 지름 방향의 가열 위치와 처리실(6)의 하부(보텀 영역)의 온도 분포의 관계에 대하여 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 처리실의 보텀 영역 전체를 가열한 경우(종래 예)의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 보텀 영역 전체를 가열한 경우로서 캡 히터(34)를 동심 다중 형상으로 복수, 예컨대 3개 설치한 구성으로 시뮬레이션을 수행했다.
또한 도 4는 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 처리실의 보텀 영역의 일부를 환 형상으로 가열한 경우(본 발명)의 온도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 또한 도 4에서는 일 예로서 가열 위치를 처리실(6)의 중심으로부터 70mm의 위치, 즉 캡 히터(34)의 지름을 140mm으로 한 경우의 온도 분포를 도시한다.
도 3a 및 도 3b에 도시되듯이 보텀 영역에서 캡 히터(34a 내지 34c)의 온도를 동등하게(615℃) 한 경우, 또한 캡 히터(34a 내지 34c)의 출력을 동등하게(12W) 한 경우 모두, 보텀 영역의 외주측의 온도가 높고 중심측의 온도가 낮은 온도 분포가 발생하여 웨이퍼(8)의 면내 온도 차이 최대 약 4℃가 되었다. 즉 보텀의 모든 영역을 가열하는 것과 같은 구성의 히터의 경우, 웨이퍼(8)의 면내에 큰 온도 차이가 발생하기 때문에 성막의 면내 균일성이 악화되는 경우가 있다.
이에 대하여 발명자들은 예의 연구한 결과, 캡 히터(34)에 의해 보텀의 모든 영역이 아니라 도 4에 도시되듯이 보텀 영역의 지름 방향의 일부인 환 형상 영역을 중심으로 가열한 경우에는, 보텀 영역의 외주측과 중심측에서 온도 차이가 거의 없어지고 보텀 영역의 온도 분포도 완만하게 하는 것이 가능하다는 지견을 얻었다.
도 5, 도 6에 도시되듯이 캡 히터(34)에 의한 지름 방향의 가열 위치[캡 히터(34)의 반지름]를 처리실(6)의 중심에서 90mm, 110mm으로 한 경우, 즉 보텀 영역의 웨이퍼(8a)의 반지름의 중간부(75mm)보다 외주측을 가열한 경우에는, 보텀의 모든 영역을 가열한 경우와 비교하면, 웨이퍼(8a)의 면내 온도 차이는 작아져 개선되었다. 하지만 최하단의 웨이퍼(8a)의 외주측의 온도가 높고, 중심측의 온도가 낮아진다는 온도 분포가 발생한다(도 5 참조). 또한 웨이퍼(8a)의 면내에서의 최대 온도 차이가 여전히 크기 때문에 면내 온도가 불균일해진다(도 6 참조). 이는 웨이퍼(8a)의 중심측에 열원(熱源)이 없기 때문에 웨이퍼(8a)의 중심측이 가열되기 어렵고 또한 웨이퍼(8a)의 외주측이 측부 히터(2)와 캡 히터(34)로 이중(二重)으로 가열되었기 때문인 것으로 생각된다.
또한 캡 히터(34)에 의한 지름 방향의 가열 위치를 처리실(6)의 중심으로부터 30mm, 50mm으로 한 경우, 즉 보텀 영역의 웨이퍼(8a)의 반지름의 중간부보다 중심측을 가열한 경우도, 보텀의 모든 영역을 가열한 경우와 비하면 웨이퍼(8a)의 면내 온도 분포의 개선은 보이지만, 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내는 외주측과 중심측의 온도가 높아지는 역철(逆凸) 형상의 온도 분포가 발생한다. 이 경우에도 웨이퍼(8a)의 면내에서의 최대 온도 차이가 여전히 커서 면내 온도가 불균일하다. 이는 캡 히터(34)가 중심측에 지나치게 근접되는 것에 의해 웨이퍼(8a)의 반지름 방향의 중간부 근방으로의 가열이 부족했기 때문인 것으로 생각된다.
한편, 캡 히터(34)에 의한 가열 위치를 처리실(6)의 중심으로부터 60mm 이상 77.5mm 이하로 한 경우, 즉 최하단의 웨이퍼(8a)의 반지름 방향의 대략 중간부 부근을 가열한 경우에는 최하단의 웨이퍼(8a)의 외주측과 중심측에서 대부분 온도 차이가 발생하지 않고, 완만한 온도 분포가 되었다.
또한 웨이퍼(8a)의 면내에서의 온도 차이도 0.6℃ 정도로 면내 온도 균일성이 향상되었다. 또한 웨이퍼(8a) 면내에서의 최대 온도 차이가 가장 작아져 면내 온도 균일성이 향상된 경우는 예컨대 캡 히터(34)에 의한 지름 방향의 가열 위치를 처리실(6)의 중심[웨이퍼(8a)의 중심]으로부터 77.5mm으로 한 경우, 즉 캡 히터(34)의 지름을 155mm으로 하여 보텀 영역을 가열한 경우다.
또한 보텀의 모든 영역을 가열한 경우에 비해 캡 히터(34)의 지름이 60mm 이상 180mm 이하의 범위의 환 형상 영역 내가 되도록 한 경우에서 면내 온도 분포의 개선이 발견되었다. 즉 보텀 영역의 웨이퍼(8a)의 중심을 중심점으로 하여 보텀 영역의 지름 60mm 이상 180mm 이하의 환 형상 영역 내를 중심으로 가열하는 것에 의해 면내 온도 분포를 개선시키는 것이 가능해진다. 캡 히터(34)의 지름을 60mm보다 작은 원형 영역의 범위 내가 되도록 한 경우 또는 180mm보다 크게 한 경우, 면내의 온도 차이가 약 2.5℃로 면내 온도 분포가 악화하여 성막의 면내 균일성이 저하된다.
또한 캡 히터(34)의 지름을 90mm 이상 160mm 이하로 하는 것에 의해 웨이퍼(8a) 면내의 온도 차이를 2℃보다 작게 할 수 있어 추가적인 온도 분포의 개선이 발견되었다. 즉 보텀 영역의 지름 90mm 이상 160mm 이하의 환 형상 영역 내를 가열하는 것에 의해 한층 더 온도 분포를 개선할 수 있다. 또한 기판 처리에서의 면내 균일성을 한층 더 향상시키기 위해서는 웨이퍼(8a)의 면내에서의 온도 차이가 0.6℃ 이내인 것이 바람직하고, 캡 히터(34)의 지름을 120mm 이상 155mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 즉 보텀 영역의 지름 120mm 이상 155mm 이하의 환 형상 영역 내를 적극적으로 가열하도록, 캡 히터(34)의 지름을 120mm 이상 155mm 이하의 환 형상 영역이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기에서는 예컨대 웨이퍼의 지름을 300mm으로 한 예를 설명했지만, 웨이퍼의 지름은 300mm에 한정되지 않고, 예컨대 150mm, 200mm 및 450mm이어도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉 웨이퍼의 지름에 대하여 보텀 영역의 1/5 이상 3/5 이하의 범위를 적극적으로 가열하면, 면내 온도 분포가 개선된다. 즉 캡 히터(34)의 지름이 웨이퍼의 지름의 1/5 이상 3/5 이하의 환 형상 영역 내가 되도록 하면 면내 온도 분포가 개선된다. 바람직하게는 보텀 영역의 3/10 이상 8/15 이하의 범위를 적극적으로 가열하면 면내 온도 분포가 한층 더 개선될 수 있다. 즉 캡 히터(34)의 지름이 웨이퍼의 지름의 3/10 이상 8/15 이하의 환 형상 영역 내가 되도록 하면 면내 온도 분포가 한층 더 개선될 수 있다. 보다 바람직하게는 보텀 영역의 2/5 이상 31/60 이하의 범위를 적극적으로 가열하면 면내 온도 분포가 한층 더 개선될 수 있어서, 기판 처리의 균일성이 향상될 수 있다. 즉 캡 히터(34)의 지름을 2/5 이상 31/60 이하의 환 형상 영역 내가 되도록 하면 면내 온도 분포가 한층 더 개선될 수 있어서, 기판 처리의 면내 균일성이 향상될 수 있다.
전술한 바와 같이 캡 히터(34)에 의한 지름 방향의 가열 위치를 보텀 영역의 외주측으로부터 중심측으로 이동시키는 과정에서, 즉 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내 온도가 외주측에서 높고 중심측에서 낮은 온도 분포와 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내 온도가 외주측과 중심측에서 높고 그 사이에서 낮은 역철 형상의 온도 분포 사이에서 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내 온도가 외주측과 중심측에서 온도 차이가 거의 없는 온도 분포가 된다.
장치 등에 따라 차이가 존재할 가능성은 있지만, 지름 방향의 가열 위치를 외주측에서 중심측으로 변화시킨 경우에 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내 온도 분포가 균일해지는 위치가 존재한다. 따라서 실험 등을 통해서 최하단의 웨이퍼(8a)의 면내 온도 분포가 균일해지는 가열 위치를 구하고, 구해진 가열 위치를 가열할 수 있도록 캡 히터(34)의 지름을 구하는 것에 의해 기판 처리의 균일성이 향상될 수 있다.
다음으로 도 7 내지 도 13을 참조하여 제1 실시예의 캡 히터(34)의 일 예에 대하여 설명한다. 도 7에 도시되듯이 캡 히터(34)는 상단에 대략 환 형상의 발열부(51)와 발열부(51)의 양단으로부터 외주 방향을 향하여 돌출하는 V자형의 보강부(52)를 포함한다. 여기서 발열부(51)는 그 일부가 개방된 링 형상이며, 바꿔 말하면, 원호 형상(말굽 형상)이다. 또한 캡 히터(34)는 도 8에 도시되듯이 보강부(52)의 근본부(외주측 단부)에서 굴곡되어 하방을 향하여 수직으로 연출(延出)하는 수하부(53)(垂下部)를 포함한다.
단열부(31)의 주면(周面)에는 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 제1 노치(notch)부(54)가 형성된다. 제1 노치부(54)에 수하부(53)가 삽입 및 통과되어 수하부(53)가 단열부(31)의 주면으로부터 돌출하는 것을 방지 또는 실질적으로 방지하도록, 제1 노치부(54)는 구성된다. 또한 수하부(53)는 베이스(24) 및 씰 캡(25)을 기밀하게 관통하여 도시되지 않는 급전부에 접속되고, 수하부(53)의 관통부는 진공용 이음새[繼手] 등 소정의 씰 부재에 의해 밀봉된다.
또한 제1 노치부(54)가 형성되는 위치, 즉 보강부(52)가 형성되는 위치는 가스 배기부(17)의 상방이며, 보강부(52)와 가스 배기부(17)는 면 방향으로 일치하거나 또는 대략 일치한다.
단열부(31)의 상면에는 발열부(51) 사이에 소정 각도 피치로 복수의 스페이서(55)가 설치되고, 스페이서(55)와 발열부(51) 사이에는 간극(間隙)이 형성된다. 스페이서(55)는 석영 등의 단열 부재에 의해 형성되고, 캡 히터(34)가 경년(經年) 열화에 의해 변형된 경우에 발열부(51)가 단열부(31)와 직접 접촉하는 것을 방지하도록 스페이서(55)는 구성된다.
또한 열전대 등의 제2 온도 센서(39)가 발열부(51)의 상면에 선단부(先端部)에 접촉되도록 설치된다. 제2 온도 센서(39)의 선단부의 위치는 발열부(51)에 설치된 온도 측정 부재 지지부인 서포트부(56)에 의해 고정된다. 서포트부(56)는 발열부(51)와 제2 온도 센서(39)의 접촉 길이(접촉 면적)가 커지도록 보강부(52)의 근본부에서 90° 변위한 위치로부터 한층 더 소정 각도, 예컨대 5° 변위한 위치에 설치된다. 또한 제2 온도 센서(39)와 발열부(51)는 평면시에서 발열부(51)의 중심선이 형성하는 가상원(중심원)에 대하여 제2 온도 센서(39)의 중심선이 접선 또는 대략 접선이 되는 관계를 가진다.
제2 온도 센서(39)의 기단측(基端側)은 단열부(31)의 주연부를 향하여 연출하고, 단열부(31)의 주연부에서 수직 하방을 향하여 굴곡된다. 제2 온도 센서(39)의 굴곡부는 단열부(31)의 주면에 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 형성된 제2 노치부(57)에 삽입 및 통과되고, 진공용 이음새 등 소정의 씰 부재를 개재하여 베이스(24) 및 씰 캡(25)을 기밀하게 관통하여 온도 제어부(38)에 전기적으로 접속된다.
제2 온도 센서(39)도 캡 히터(34)의 수하부(53)와 마찬가지로 제2 노치부(57)에 삽입 및 통과되는 것에 의해 단열부(31)의 주면으로부터 돌출하지 않도록 이루어진다.
다음으로 도 10 내지 도 13을 참조하여 캡 히터(34)의 상세에 대하여 설명한다. 보강부(52)의 V자형의 정각(頂角)은 예컨대 60°이다. 또한 도 10에 도시되듯이 발열부(51)와 보강부(52)의 경계 사이의 거리[V자형의 저변(저변)의 길이]를 D1로 하면, 발열부(51)와 보강부(52)의 경계부에 걸리는 힘은 단열부(31)의 주면에 대한 접선 방향의 모멘트 M1에 대해서는 거리(D1)에 의해 발생하는 반력(反力)에 의해 경감된다. 또한 보강부(52)의 발열부(51)로부터의 돌출거리[발열부(51)의 중심원으로부터 V자형의 정점까지의 거리]를 D2로 하면, 발열부(51)와 보강부(52)의 경계부에 걸리는 힘은 단열부(31)로부터 이반(離反)되는 방향의 모멘트(반지름 방향의 모멘트) M2에 대해서는 거리(D2)에 의해 발생하는 반력에 의해 경감되도록 이루어진다.
캡 히터(34)는 단면 원형의 틀(樺體)인 석영제의 보호 부재(58)와 보호 부재(58) 내에 삽입된 도선(59)을 포함하고, 도선(59)은 예컨대 니켈제의 1권(卷)의 도선이다. 도선(59)은 발열부(51)와 보강부(52)의 경계부를 발열점으로 하여 발열부(51) 내에서 발열체, 예컨대 코일 형상의 저항 발열체(61)를 형성한다. 저항 발열체(61)에 통전시키는 것에 의해 캡 히터(34)가 발열된다.
발열부(51) 내에 삽입 및 통과된 도선(59)은 보강부(52) 내에서 합류되고, 구속된 상태에서 수하부(53) 내에 수하(垂下)된다. 또한 도선(59)에는 보강부(52) 내에서 각각 절연 부재인 보호 유리(62)가 장착되고, 보호 유리(62)에 의해 도선(59)은 서로 절연된다.
보호 유리(62)는 예컨대 다수 연결된 원주 형상의 세라믹 유리에 의해 구성된다. 세라믹 유리에 도선(59)을 삽입 및 통과시키고 또한 연결된 세라믹 유리 사이의 간격을 좁히는 것에 의해 구속된 도선(59) 사이의 절연성이 확보된다.
또한 수하부(53) 내에는 구속된 도선(59) 중 일방(一方)만이 보호 유리(62)에 삽입 및 통과된다. 또한 수하부(53)의 지름을 충분히 확보할 수 있는 경우에는 구속된 도선(59)의 양방을 보호 유리(62)에 삽입 및 통과시켜도 좋다.
수하부(53)의 하단은 실리콘 등의 절연 부재에 의해 형성된 캡(63)에 의해 기밀하게 또한 전기적으로 절연된 상태에서 봉지된다. 즉 저항 발열체(61)는 전기적으로 절연된 상태에서 보호 부재(58) 내에 기밀하게 봉입된다. 또한 도선(59)은 테프론(등록상표) 등의 절연 부재에 의해 피복된 상태에서 수하부(53)의 하단으로부터 연출하여 도시되지 않는 급전부에 접속된다.
전술한 바와 같이 본 실시예에서는 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 캡 히터의 발열부를 웨이퍼의 지름보다 작은 원호 형상(말굽 형상)으로 하고 캡 히터의 보호 부재를 판 두께가 작은 석영제로 하기 때문에, 캡 히터의 승온 및 강온이 용이하여 리커버리 시간이 단축되고 스루풋이 향상될 수 있다.
(b) 캡 히터의 지름이 웨이퍼의 지름보다 작게 이루어지기 때문에, 가스 도입공으로부터 가스 배기부를 향하여 흐르는 가스의 흐름이 저해되지 않고 가스가 웨이퍼의 표면에 균일하게 공급되어, 웨이퍼의 면내 균일성이 향상될 수 있다.
(c) 캡 히터에 의해 최하단의 웨이퍼의 주연부보다 중심측의 환 형상 영역을 적극적으로 가열하도록 이루어지기 때문에, 최하단의 웨이퍼의 주연부가 측부 히터와 캡 히터에 의해 이중으로 가열되는 것이 방지되어 온도가 저하되기 쉬운 보텀 영역이 효율적으로 균일하게 가열될 수 있어, 웨이퍼의 면내 온도 균일성이 향상될 수 있다.
(d) 캡 히터는 발열부로부터 외주측으로 돌출하는 V자형의 보강부를 포함하고, 보강부의 근본으로부터 하방으로 굴곡시켜서 수하부를 형성하기 때문에 별도로 보강 부재를 설치하지 않아도 캡 히터가 강도의 확보가 가능하여 부품 갯수가 저감될 수 있다.
(e) 보강부가 가스 배기부의 상방에 위치하기 때문에, V자형의 보강부에 의해 가스에 난류가 발생한 경우에도 난류를 신속하게 배기할 수 있어 난류의 발생이 억제되고 웨이퍼에 균일하게 가스가 공급되어 면내 균일성이 향상될 수 있다.
(f) 수하부는 단열부의 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 형성된 제1 노치부에 삽입 및 통과되고, 수하부가 단열부의 주면으로부터 돌출하지 않도록 이루어지기 때문에 수하부에 의해 가스의 흐름이 저해되는 것이 방지될 수 있다.
(g) 수하부 내에서는 구속된 도선 중 일방만이 보호 유리에 삽입 및 통과되도록 이루어지기 때문에, 수하부의 내경(內徑)이 작게 될 수 있고, 캡 히터의 공간 절약화가 도모될 수 있다.
(h) 캡 히터는 고정적으로 설치되고 보트가 캡 히터에 대하여 독립적으로 회전되도록 이루어지기 때문에, 캡 히터를 이용할 때의 웨이퍼의 가열 불균형이 억제되어, 웨이퍼가 균일하게 가열될 수 있다.
(i) 단열부의 상면에 스페이서가 설치되기 때문에, 캡 히터가 열에 의해 변형되고 수하되었을 때에 단열부와 직접 접촉하지 않고 단열부에 열을 빼앗기지 않고, 캡 히터의 내구성이 향상될 수 있다.
(j) 제2 온도 센서가 캡 히터의 발열부의 상면에 접촉하도록 설치되고, 캡 히터의 온도가 피가열체인 웨이퍼측에서 계측될 수 있기 때문에, 캡 히터의 온도의 측정 정밀도[精度]가 향상되어 가열 제어성이 향상되어, 웨이퍼의 면내 균일성이 향상될 수 있다.
(k) 제2 온도 센서는 보강부의 근본부에서 90° 변위한 위치에서 한층 더 소정 각도 변위한 위치에 설치된 서포트부에 의해 고정되기 때문에, 제2 온도 센서와 발열부의 접촉 면적이 커져 열전대를 보호하는 석영관이 단시간에 가열될 수 있어, 측정 오차가 작게 될수 있는 것과 함께 제2 온도 센서가 용이하게 위치 맞춤될 수 있다.
(l) 캡 히터에 의한 가열 위치를 웨이퍼의 반지름의 중간 또는 중간 근방으로 하는 것에 의해 처리실 내의 보텀 영역에서의 외주측과 중심측의 온도 차이가 작아져 보텀 영역이 효율적으로 균일하게 가열되어, 웨이퍼의 온도의 면내 균일성이 한층 더 향상될 수 있다.
(m) 캡 히터에 의해 처리실 하부의 온도가 저하되기 쉬운 부분을 가열하는 것에 의해 균열 길이가 처리실 하방까지 연장될 수 있으므로 더미 웨이퍼가 삭감될 수 있다. 즉 제품 웨이퍼의 처리 매수를 늘리는 것이 가능해져 생산성이 향상될 수 있다.
도 14는 제1 실시예의 변형예를 도시한다. 변형예에서는 캡 히터(34)와 동심으로 캡 히터(34)보다 지름이 작은 캡 히터(34′)를 설치한다. 또한 상기 캡 히터(34′)의 구조는 캡 히터(34)와 마찬가지이므로 설명은 생략한다.
변형예의 경우, 제1 노치부(54)의 노치 깊이를 깊게 하고, 캡 히터(34)의 수하부(53)(도 8 참조)와 캡 히터(34′)의 수하부(도시되지 않음)를 함께 제1 노치부(54)에 삽통시키는 것에 의해, 수하부를 단열부(31)의 주면으로부터 돌출시키지 않고 설치할 수 있다.
캡 히터(34, 34′)를 환 형상 영역 내에 복수 설치하고, 각 캡 히터(34, 34′)를 개별로 제어 가능하도록 하는 것에 의해 캡 히터(34, 34′)에 의한 가열 제어성이 한층 더 향상되어 보다 효과적으로 보텀 영역이 가열될 수 있어, 웨이퍼(8)의 면내 온도 균일성이 한층 더 향상될 수 있다. 또한 도 14에서 제2 온도 센서(39)를 1개만 설치했지만, 제2 온도 센서(39)를 각 캡 히터(34, 34′)에 설치하는 것에 의해 보다 세밀한 온도 제어가 가능해져, 가열 제어성이 한층 더 향상될 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 또한 도 15에서 도 7과 동일 구성에 대해서는 같은 부호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.
제2 실시예에서 캡 히터(34)는 외원부(66a)와 내원부(66b)가 동심 다중원 형상이 된 이중 구조의 발열부(66)를 포함한다. 또한 캡 히터(34)는 제1 노치부(54)에 삽입 및 통과되는 수하부(53)(도 8 참조) 및 단열부(31)의 상면을 따라 굴곡되고 수하부(53)로부터 단열부(31)의 중심을 향하여 연출하는 연출부(65)를 포함한다.
외원부(66a)는 기단측에서 연출부(65)와 용접 등에 의해 고착된다. 또한 외원부(66a)와 내원부(66b)는 연출부(65)와 대략 대향하는 위치, 즉 선단측에서 용접 등에 의해 고착된다. 또한 선단측에서는 외원부(66a)끼리 및 내원부(66b)끼리는 접속되지 않고, 발열부(66)의 선단이 이반된 상태로 이루어진다. 즉 발열부(66)는 외원부(66a)와 내원부(66b)가 1권으로 일체화된 이중 구조로 이루어진다. 또한 도시되지 않지만, 제1 실시예와 마찬가지로 연출부(65)와 외원부(66a)의 경계부를 발열점으로 하여 발열부(66) 내에 코일 형상의 저항 발열체가 봉입된다.
제2 실시예에서는 발열부(66)가 이중으로 이루어진다. 따라서 캡 히터(34)의 출력을 증가시킬 수 있어, 처리실(6)(도 1 참조) 하부의 보텀 영역이 보다 효과적으로 가열될 수 있다. 또한 캡 히터(34)는 1권의 도선(59)(도 11 참조)으로 구성 가능하기 때문에, 이중의 발열부(66)를 포함하는 캡 히터(34)에 대하여 급전부는 1개이어도 좋으므로, 제어계가 간략화될 수 있고 부품 갯수가 삭감될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예의 변형예를 도시한다. 제2 실시예의 변형예에서 캡 히터(34)는 제2 실시예의 연출부(65) 대신에 제1 실시예의 V자형의 보강부(52)(도 7 참조)와 마찬가지 형상의 보강부(67)를 포함한다.
보강부(67)의 근본부에서 하방으로 굴곡시켜 수하부(도시되지 않음)를 형성하는 것에 의해 캡 히터(34)의 단열부(31)의 주면을 따른 방향 및 단열부(31)로부터 이반되는 방향에 대한 강도가 향상될 수 있다.
다음으로 도 17, 도 18을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다. 또한 도 7과 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 첨부하여 설명을 생략한다.
제3 실시예에서는 평면시에서 수하부(53)가 발열부(51)의 중심에 형성된다. 또한 캡 히터(34)는 수하부(53)의 상방에서 수평 방향으로 굴곡되고 단열부(31)의 중심으로부터 외방을 향하여 연출하는 연출부(65)를 포함한다. 연출부(65)는 발열부(51)의 양단에 접속되도록 한 쌍의 I자형 형상으로 형성되고, 수하부(53)의 상단에서 1개로 합류된다. 제2 온도 센서(39)는 발열부(51)의 중심으로부터 단열부(31)의 상면을 따라 연출부(65)와는 반대 방향에 수평하게 굴곡되어, 발열부(51)의 측면에 접속되도록 형성된다. 도 17에 도시되듯이 한 쌍의 연출부(65) 및 제2 온도 센서(39)가 합류하기 때문에, 수하부(53)의 상단은 수하부(53)의 하방보다 지름이 크도록 구성된다. 제2 온도 센서(39)는 발열부(51)의 온도를 검출하는 제1 센서(39A)와 보텀 영역의 중심 부근의 온도를 검출하는 제2 센서(39B)를 포함한다.
발열부(51)는 대략 카디오이드형(심장형)으로 형성된다. 바꿔 말하면, 발열부(51)는 카디오이드형의 첨점(尖点)을 분리시킨 형상이다. 제1 실시예와 마찬가지로 연출부(65)와 발열부(51)의 경계부를 발열점으로 하여 발열부(51) 내에 코일 형상의 저항 발열체가 봉입된다. 바람직하게는 카디오이드형의 곡선 부분은 진원(眞圓) 형상으로 형성된다. 수하부(53)는 공(30), 씰 캡(25) 및 베이스(24)를 관통하도록 설치된다.
카디오이드형의 첨점까지 저항 발열체가 봉입되기 때문에 발열부(51)에 의한 환 형상 영역 내의 가열 부분을 늘릴 수 있어, 캡 히터(34)에 의한 가열 성능이 향상될 수 있다. 이에 의해보다 효과적으로 보텀 영역이 가열될 수 있어, 웨이퍼(8)의 면내 온도 균일성이 한층 더 향상될 수 있다. 또한 평면시에서 발열부(51)의 중심 위치에 설치된 수하부(53)에 의해 발열부(51)가 지지되기 때문에 경년 열화에 의한 발열부(51)의 늘어짐이나 일그러짐이 발생하기 어렵다. 장기적으로 캡 히터(34)를 운용할 수 있기 때문에 생산성이 향상될 수 있다.
또한 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예에서는 발열체로서 코일 형상의 저항 발열체를 예시했지만, 발열체로서 할로겐 램프 등의 램프 히터를 이용해도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
전술에서 예시한 산화막 형성에 한정되지 않고, 질화막 형성에서도 본 발명을 바람직하게 적용 가능하다. 예컨대 전술에서 예시한 원료 가스와, 반응 가스로서 NH3가스를 이용하는 것에 의해, 질화막을 형성할 수 있다.
또한 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에서도 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하 본 발명의 실시의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구;
상기 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부;
상기 기판을 처리하는 처리실을 내부에 포함하는 반응관;
상기 반응관의 주위에 설치된 제1 가열부;
상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;
를 구비하고,
상기 제2 가열부는
실질적으로 환 형상의 발열부; 및
상기 발열부로부터 하방으로 연출하는 수하부;
를 포함하고,
상기 발열부는 상기 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역에 수납되도록 구성되는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기2)
부기1에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 환 형상 영역의 지름은 상기 기판의 지름의 1/5 이상 3/5 이하다.
(부기3)
부기1 또는 부기2에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부의 표면에 접속되는 온도 측정 부재를 더 포함한다.
(부기4)
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 제1 가열부는,
상기 처리실 내의 상기 기판 보지구가 수납되는 상부 영역을 가열하는 상부 히터; 및
상기 처리실 내의 상기 단열부가 수납되는 하부 영역을 가열하는 하부 히터;
를 구비하고,
상기 발열부는 적어도 상기 상부 히터와 상기 하부 히터와의 경계의 높이 위치 이상의 높이에 설치된다.
(부기5)
부기4에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부의 온도는 상기 하부 히터의 온도 이하다.
(부기6)
부기1 내지 부기3에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부는 원호 형상(말굽 형상)이다.
(부기7)
부기4에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 제2 가열부는 상기 발열부에서 외주측을 향하여 돌출하는 V자형의 보강부를 포함한다.
(부기8)
부기3에 기재된 장치로서 바람직하게는, 상기 제2 가열부는 상기 발열부에 설치되는 온도 측정 부재 지지부를 더 포함하고, 상기 온도 측정 부재는 상기 온도 측정 부재 지지부에 의해 상기 발열부의 상면에 접촉한 상태로 지지된다.
(부기9)
부기8에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 온도 측정 부재 지지부는 상기 발열부의 중심선이 형성하는 가상원에 대하여 상기 온도 검출기의 중심선이 접선이 되는 위치 또는 실질적으로 접선이 되는 위치에 설치된다.
(부기10)
부기7에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 보강부의 근본부와 상기 수하부가 접속되고, 상기 수하부 내에서는 1쌍의 발열체 중 일방에만 절연 부재가 장착된다.
(부기11)
부기8에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 단열부의 상면이며 상기 발열부의 하방에 설치되는 스페이서를 더 포함하고,
상기 스페이서와 상기 발열부 사이에 간극이 형성된다.
(부기12)
부기11에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 보강부는 상기 처리실의 배기부의 상방에 설치된다.
(부기13)
부기1 또는 부기2에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 제2 가열부는 동심으로 복수 설치된다.
(부기14)
부기1 또는 부기2에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부는 동심 다중(多重)인 원 형상으로 설치된 외원부와 내원부를 포함하고, 상기 외원부가 기단(基端)측에서 상기 보강부와 접속되고, 상기 외원부와 상기 내원부가 선단측에서 접속된다.
(부기15)
부기1 내지 부기14에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 단열부의 주면의 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 형성되는 노치부를 더 포함하고, 상기 노치부에 상기 수하부가 삽입 및 관통된다.
(부기16)
부기1 또는 부기2에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부는 카디오이드형(심장형)으로 형성된다.
(부기17)
부기16에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 수하부는 평면시에서 상기 발열부의 중심 위치에 형성된다.
(부기18)
부기2에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 환 형상 영역의 지름은 상기 기판의 지름의 1/5 이상 3/5 이하다.
(부기19)
부기18에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 환 형상 영역의 지름은 상기 기판의 지름의 3/10 이상 8/15 이하다.
(부기20)
부기1 내지 부기19에 기재된 장치로서 바람직하게는,
상기 발열부의 지름은 최하단의 기판의 면내 온도 분포가 균일하게 되는 위치를 가열할 수 있는 값이다.
(부기21)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
단열부의 상방에 설치되고 복수의 기판을 보지하는 기판 보지구를 처리실 내에 반입하는 공정;
상기 처리실의 주위에 설치된 제1 가열부 및 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 실질적으로 환 형상의 제2 가열부에 의해 상기 처리실 내를 가열하는 공정; 및
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 공정;
을 포함하고,
상기 처리실 내를 가열하는 공정에서는 상기 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역에 수납되도록 형성된 상기 제2 가열부의 발열부에 의해 상기 처리실 내의 보텀 영역을 가열하는 기판 처리 방법 또는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기22)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
단열부의 상방에 설치되고, 복수의 기판을 보지하는 기판 보지구를 처리실 내에 반입하는 단계;
상기 처리실의 주위에 설치된 제1 가열부 및 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 실질적으로 환 형상의 제2 가열부에 의해 상기 처리실 내를 가열하는 단계; 및
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 단계;
를 포함하고,
상기 처리실 내를 가열하는 단계에서는 상기 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역에 수납되도록 형성된 상기 제2 가열부의 발열부에 의해 상기 처리실 내의 보텀 영역을 가열하도록 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 또는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
(부기23)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
복수의 기판을 보지하는 기판 보지구와 상기 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부 사이에 설치되는 가열부로서,
상기 가열부는,
실질적으로 환 형상의 발열부; 및
상기 발열부로부터 하방으로 연장(延伸)하는 수하부;
를 포함하고,
상기 발열부가 상기 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역에 수납되도록 상기 발열부가 구성되는 가열부가 제공된다.
(부기24)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 보지하는 기판 보지구;
상기 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부;
기판을 처리하는 처리실을 내부에 포함하는 반응관;
상기 반응관의 주위를 둘러싸도록 설치된 제1 가열부; 및
상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;
를 구비하고,
상기 제2 가열부는 상기 기판의 지름보다 지름이 작은 환 형상이며, 상기 처리실의 하부의 반지름 방향의 일부를 가열하도록 구성된 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기25)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 보지하는 기판 보지구를 처리실 내에 장입하는 공정;
제1 가열부 및 제2 가열부에 의해 상기 처리실 내를 가열하는 공정;
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하고 배기하는 공정; 및
상기 처리실 내로부터 상기 기판 보지구를 탈장하는 공정;
을 포함하고,
상기 처리실 내를 가열하는 공정에서는 상기 제2 가열부에 의해 상기 기판 보지구의 하방으로부터 상기 기판의 주연보다 중심측에서 반지름 방향의 일부를 환 형상으로 가열하는 기판 처리 방법 또는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
2: 측부 히터 6: 처리실
7: 보트 31: 단열부
34: 캡 히터 38: 온도 제어부
51, 66: 발열부 53: 수하부
61: 저항 발열체
7: 보트 31: 단열부
34: 캡 히터 38: 온도 제어부
51, 66: 발열부 53: 수하부
61: 저항 발열체
Claims (15)
- 복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구(保持具);
상기 기판 보지구의 하방(下方)에 설치된 단열부;
상기 기판 보지구를 수납하고 상기 복수 매의 기판이 처리되는 처리실;
상기 처리실의 주위에 설치되고 상기 처리실 내를 측부(側部)에서 가열하는 제1 가열부; 및
상기 처리실 내이며 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;
를 구비하고,
상기 제2 가열부는,
실질적으로 환 형상의 발열부; 및
상기 발열부로부터 하방으로 연장(延伸)되는 수하부(垂下部);
를 포함하고,
상기 발열부는 카디오이드(cardioid) 형상으로 형성되고, 상기 복수 매의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상(環狀) 영역 내에 상기 발열부가 수납되도록 구성되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 환 형상 영역은 상기 복수 매의 기판의 지름의 1/5 이상 3/5 이하의 영역인 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 발열부의 표면에 접속되는 온도 측정 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가열부는,
상기 처리실 내의 상기 기판 보지구가 수납되는 상부 영역을 가열하는 상부 히터; 및
상기 처리실 내의 상기 단열부가 수납되는 하부 영역을 가열하는 하부 히터;
를 구비하고,
상기 발열부는 적어도 상기 상부 히터와 상기 하부 히터의 경계의 높이 이상의 높이에 설치되는 기판 처리 장치. - 제4항에 있어서,
상기 발열부의 온도는 상기 하부 히터의 온도 이하인 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 발열부는 상기 카디오이드 형상의 첨점(尖点)이 분리된 형상인 기판 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발열부는 상기 카디오이드 형상의 곡선 부분이 진원(眞圓) 형상으로 형성되는 기판 처리 장치. - 단열부의 상방에 설치되고 복수의 기판을 보지하는 기판 보지구를 처리실 내에 반입하는 공정; 및
상기 처리실의 주위에 설치된 제1 가열부 및 상기 처리실 내이며 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치되고 실질적으로 환 형상의 발열부와 상기 발열부로부터 하방으로 연장되는 수하부를 포함하는 제2 가열부에 의해 상기 처리실 내를 가열하면서 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하고 상기 복수의 기판을 처리하는 공정;
을 포함하고,
상기 복수의 기판을 처리하는 공정에서는 상기 복수의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 수납되는 카디오이드 형상으로 형성된 상기 발열부가 상기 처리실을 가열하는 반도체 장치의 제조 방법. - 복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구;
상기 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부;
상기 기판 보지구를 수납하고 상기 복수 매의 기판이 처리되는 처리실;
상기 처리실의 주위에 설치되고 상기 처리실 내를 측부에서 가열하는 제1 가열부; 및
상기 처리실 내이며 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치된 제2 가열부;
를 구비하고,
상기 제2 가열부는,
실질적으로 환 형상의 발열부;
상기 발열부로부터 하방으로 연장되는 수하부; 및
상기 발열부로부터 외주측을 향하여 돌출하는 보강부;
를 포함하고, 상기 복수 매의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 상기 발열부가 수납되도록 구성되는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 발열부에 온도 측정 부재 지지부가 설치되고,
상기 온도 측정 부재 지지부에 의해 온도 검출기가 상기 발열부의 상면에 접촉한 상태로 지지되는 기판 처리 장치. - 제10항에 있어서,
상기 단열부의 상면이며 상기 발열부의 하방에 상기 발열부와의 사이에 간극을 포함하는 스페이서가 설치되고,
상기 스페이서에 의해 상기 발열부와 상기 단열부의 접촉이 방지되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 단열부에 상하 방향의 길이 전체에 걸쳐서 노치(notch)부가 형성되고, 상기 노치부에 상기 수하부가 삽입 및 통과(揷通)되는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 발열부는 카디오이드 형상인 기판 처리 장치. - 단열부의 상방에 설치되고 복수의 기판을 보지하는 기판 보지구가 반입된 처리실의 주위에 설치된 제1 가열부에 의해 상기 처리실 내의 상기 기판을 가열하면서, 상기 처리실 내이며 상기 기판 보지구와 상기 단열부 사이에 설치되고, 실질적으로 환 형상의 발열부와 상기 발열부로부터 하방으로 연장되는 수하부를 포함하는 제2 가열부에 의해 상기 처리실 내의 상기 복수의 기판을 가열하는 공정을 포함하고,
상기 처리실 내를 가열하는 공정에서는 상기 복수의 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 수납되는 카디오이드 형상으로 형성된 상기 발열부가 가열하는 가열 방법. - 복수의 기판을 보지하는 기판 보지구와 상기 기판 보지구의 하방에 설치된 단열부 사이에 설치되는 가열부로서,
상기 가열부는,
실질적으로 환 형상의 발열부; 및
상기 발열부로부터 하방에 연출하는 수하부;
를 포함하고,
상기 발열부는 상기 기판의 지름보다 작은 지름의 환 형상 영역 내에 수납되는 카디오이드 형상으로 형성된 가열부.
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