KR101849998B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 Download PDF

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슈헤이 사이도
히데나리 요시다
타카토모 야마구치
타카유키 나카다
토모시 타니야마
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

처리실 내의 승온 시간을 단축시킨다.
기판이 처리되는 처리실; 상기 처리실 내에서 상기 기판이 보지(保持)되는 기판 보지구; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 처리실 외에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제1 히터; 상단이 폐색(閉塞)된 통 형상으로 형성되고, 상기 기판 보지구의 하부에 설치된 단열부; 상기 단열부 내의 상방에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제2 히터; 및 상기 단열부 내에 퍼지 가스를 공급하고 상기 단열부 내를 퍼지하도록 구성된 퍼지 가스 공급부;를 구비하고, 상기 퍼지 가스 공급부는 상기 단열부 내의 상방의 상기 제2 히터를 향해서 개구한 유로로부터 상기 퍼지 가스를 공급한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정에서의 기판의 열처리에서는 예컨대 종형(縱型) 기판 처리 장치가 사용된다. 종형 기판 처리 장치에서는 소정 매수의 기판을 수직 방향으로 배열하여 기판 보지구(保持具)에 보지하고, 기판 보지구를 처리실 내에 반입한다. 그 후, 처리실 외에 설치된 히터에 의해 기판을 가열한 상태에서 처리실 내에 처리 가스를 도입하여 기판에 대하여 박막 형성 처리 등이 수행된다.
일본 특개 2003-218040호 공보
종래의 종형 기판 처리 장치에서는 처리실 내의 하방(下方)에서 열이 누설되기 쉬운 경우가 있다. 따라서 특히 처리실 내의 하방에 위치하는 기판을 처리 온도까지 승온할 때, 승온 시간을 길게 요하는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 처리실 내의 승온 시간을 단축시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판이 처리되는 처리실; 상기 처리실 내에서 상기 기판이 보지(保持)되는 기판 보지구; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 처리실 외에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제1 히터; 상단이 폐색(閉塞)된 통 형상으로 형성되고, 상기 기판 보지구의 하부에 설치된 단열부; 상기 단열부 내의 상방에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제2 히터; 및 상기 단열부 내에 퍼지 가스를 공급하고 상기 단열부 내를 퍼지하도록 구성된 퍼지 가스 공급부;를 구비하고, 상기 퍼지 가스 공급부는 상기 단열부 내의 상방의 상기 제2 히터를 향해서 개구한 유로로부터 상기 퍼지 가스를 공급하는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면, 처리실 내의 승온 시간을 단축시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 단열부를 도시하는 종단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 받침부를 도시하는 상면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 제어계를 도시하는 블록도.
도 5는 퍼지 가스 공급 위치를 변화시킨 경우의 원통부 내의 처리 가스의 몰 분율을 도시하는 도면.
도 6은 퍼지 가스 공급 위치를 변화시킨 경우의 처리실 내의 처리 가스의 몰 분율을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 의해 처리실 내를 가열한 경우의 보텀 영역의 온도 분포를 도시하는 도면.
도 8은 종래예에 의해 처리실 내를 가열한 경우의 보텀 영역의 온도 분포를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예에 의해 처리실 내를 가열한 경우의 웨이퍼 온도와 면내 온도 차이를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 배기구를 사시도로 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태와 비교예에서의 처리 가스의 몰 분율을 도시하는 설명도.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 단열부를 종단면도로 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제4 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 단열부를 사시도로 도시하는 도면.
도 17은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도.
이하 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 3을 이용하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이 제1 실시 형태에서 기판 처리 장치는 IC의 제조 방법에서의 열처리 공정을 실시하는 종형 열처리 장치(4)(기판 처리 장치)로서 구성된다. 처리로(8)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터 유닛(이하 히터라고 부른다)인 히터(34)를 포함한다. 히터(34)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(34)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(34)의 내측에는 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(36)이 배설(配設)된다. 반응관(36)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성(耐熱性) 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성된다. 반응관(36)의 바깥쪽에는 가스 공급 공간(36A)과 가스 배기 공간(36B)이 대면하도록 외측으로 돌출하여 형성된다. 또한 반응관(36)의 하단에는 외측에 돌출한 플랜지부(36C)가 형성된다. 반응관(36)은 그 하방에 설치된 원통 형상으로 금속제의 매니폴드(35)에 의해 지지된다. 반응관(36)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(38)이 형성된다. 처리실(38)은 후술하는 보트(40)에 의해 기판으로서의 웨이퍼(W)를 수용 가능하도록 구성된다. 처리실(38)과 가스 공급 공간(36A) 및 가스 배기 공간(36B)은 내벽에 의해 구분된다. 매니폴드(35)의 지름은 반응관(36)의 내벽의 지름[플랜지부(36C)의 지름]보다 크게 형성된다. 이에 의해 반응관(36)의 하단[플랜지부(36C)]과 후술하는 씰 캡(60) 사이에 후술하는 원환 형상[圓環狀]의 공간을 형성할 수 있다.
가스 공급 공간(36A) 내에는 노즐(42)이 설치된다. 노즐(42)에는 가스 공급관(44a)이 접속된다. 가스 공급관(44a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(46a) 및 개폐 밸브인 밸브(48a)가 설치된다. 가스 공급관(44a)의 밸브(48a)보다 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(44b)이 접속된다. 가스 공급관(44b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 MFC(46b) 및 밸브(48b)가 설치된다. 주로 가스 공급관(44a), MFC(46a), 밸브(48a)에 의해 처리 가스 공급계인 처리 가스 공급부가 구성된다.
노즐(42)은 가스 공급 공간(36A) 내에 반응관(36)의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(W)의 배열 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(42)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(42A)이 설치된다. 가스 공급공(42A)은 반응관(36)의 중심을 향하도록 개구하고 웨이퍼(W)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능해진다. 가스 공급 공간(36A)과 처리실(38) 사이의 내벽에는 가로로 긴 공급 슬릿(slit)(37A)이 가스 공급공(42A) 및 웨이퍼(W)에 대응하도록 수직 방향으로 복수 단 설치된다.
가스 배기 공간(36B)과 처리실(38) 사이의 내벽에는 제1 배기부(제1 배기구)로서의 가로로 긴 배기 슬릿(37B)이 공급 슬릿(37A)에 대응하도록 수직 방향으로 복수 단 설치된다. 반응관(36)의 하단에는 가스 배기 공간(36B)에 연통하는 배기 포트(36D)가 형성된다. 배기 포트(36D)에는 처리실(38) 내의 분위기를 배기하는 배기관(50)이 접속된다. 배기관(50)에는 처리실(38) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(52) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(54)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(56)가 접속된다. APC밸브(54)는 진공 펌프(56)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(38) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있다. 또한 진공 펌프(56)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(52)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(38) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(50), APC밸브(54), 압력 센서(52)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(56)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(35)의 하방에는 매니폴드(35)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(60)이 설치된다. 씰 캡(60)은 예컨대 SUS나 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(60)의 상면에는 매니폴드(35)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(60A)이 설치된다. 또한 O링(60A)보다 내측의 씰 캡(60) 상면에는 씰 캡(60)을 보호하는 씰 캡 플레이트(60B)가 설치된다. 씰 캡 플레이트(60B)는 예컨대 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지고 원반 형상으로 형성된다.
씰 캡(60)은 반응관(36)의 외부에 수직으로 설비된 승강 기구(반송 기구)로서의 보트 엘리베이터(32)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 즉 보트 엘리베이터(32)는 씰 캡(60)을 승강시키는 것에 의해 보트(40) 및 웨이퍼(W)를 처리실(38) 내외에 반입 및 반출시키도록 구성된다.
기판 보지구로서의 보트(40)는 복수 매, 예컨대 25 내지 200장의 웨이퍼(W)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(40)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다.
보트(40)의 하부에는 후술하는 단열부(68)가 배설된다. 단열부(68)는 그 내부를 퍼지 가스에 의해 퍼지할 수 있도록 구성된다.
반응관(36)의 외벽에는 온도 검출부(58)가 설치된다. 온도 검출부(58)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(34)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(38) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
씰 캡(60)의 처리실(38)과 반대측에는 보트(40)를 회전시키는 회전 기구(62)가 설치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 회전 기구(62)는 상단이 개구되고 하단이 폐색된 대략 원통 형상으로 형성된 하우징(62A)을 구비하고 하우징(62A)은 씰 캡(60)의 하면에 배치된다. 하우징(62A)의 내부에는 가늘고 긴 한 원통 형상의 내축(62B)이 배치된다. 하우징(62A)의 내부에는 내축(62B)의 외경보다 대경의 원통 형상으로 형성된 외축(62C)이 배치되고, 외축(62C)은 내축(62B) 사이에 개설(介設)된 상하로 한 쌍의 내측 베어링(62D, 62E)과 하우징(62A) 사이에 개설된 상하로 한 쌍의 외측 베어링(62F, 62G)에 의해 회전 가능하게 설치[支承]된다.
내측 베어링(62D) 및 외측 베어링(62F)에는 각각 자성(磁性) 유체(流體) 씰(62H, 62I)이 설치된다. 하우징(62A)의 폐색벽 하면에는 외축(62C)의 하단부를 밀봉하는 캡(62J)이 고정된다. 외축(62C)의 외주에서의 외측 베어링(62F)와 외측 베어링(62G) 사이에는 웜휠(62K)이 고정된다. 웜휠(62K)에는 전동 모터(62L)에 의해 회전 구동되는 웜축(62M)이 맞물린다.
내축(62B)의 내측에는 처리실(38) 내에서 웨이퍼(W)를 하방으로부터 가열하는 제2 가열 수단(가열 기구)로서의 히터 유닛인 서브 히터(64)가 수직으로 삽통된다. 서브 히터(64)는 수직으로 연장하는 지주부(64A)와 지주부(64A)에 대하여 수평하게 접속된 발열부(64B)를 구비한다. 지주부(64A)는 내축(62B)의 상단 위치에서 내열 수지로 형성된 지지부(62N)에 의해 지지된다. 또한 지주부(64A)의 하단부는 하우징(62A)의 폐색벽 하면보다 아래의 위치에서 O링을 개재하여 진공용 이음[繼手]으로서의 지지부(62P)에 의해 지지된다.
발열부(64B)는 웨이퍼(W)의 외경보다 작은 지름의 실질적으로 환 형상으로 형성되고 웨이퍼(W)와 평행해지도록 지주부(64A)에 의해 접속 지지된다. 발열부(64B)의 내부에는 코일 형상의 저항 발열체인 발열체(64C)를 구성하는 히터 소선(素線)이 봉입된다. 발열체(64C)는 예컨대 Fe-Cr-Al 합금, 2규화 몰리브덴 등에 의해 형성된다.
외축(62C)의 상면에는 하단에 플랜지를 포함하는 원통 형상의 회전축(66)이 고정된다. 회전축(66)에는 그 중심에 서브 히터(64)를 관통시키는 관통공이 형성된다. 회전축(66)의 상단부에는 서브 히터(64)를 관통시키는 관통공이 중심에 형성된 원반 형상의 받침부(70)가 씰 캡 플레이트(60B)와 소정의 간격(h1)을 두고 고정된다. 간격(h1)은 2 내지 10mm로 설정되는 것이 바람직하다. 간격(h1)이 2mm보다 작으면 보트 회전 시에 부재끼리가 접촉되거나 컨덕턴스 저하에 의해 후술하는 원통부(74) 내의 가스 배기 속도가 저하되는 경우가 있다. 간격(h1)이 10mm보다 크면 처리 가스가 원통부(74) 내에 다량으로 침입되는 경우가 있다.
받침부(70)는 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 형성된다. 받침부(70)의 상면에는 단열체(76)를 보지하는 단열체 보지구로서의 보지부(72)와 원통부(74)가 재치(載置)된다. 받침부(70), 보지부(72), 원통부(74) 및 단열체(76)에 의해 단열부(68)가 구성된다. 원통부(74)는 서브 히터(64)를 내부에 수납하도록 상단이 폐색된 원통 형상으로 형성된다. 도 3에 도시하는 바와 같이 평면시(平面視)에서 보지부(72)와 원통부(74) 사이의 영역에는 원통부(74) 내를 배기하는 구멍 지름[穴徑](h2)의 배기공(70A)이 형성된다. 배기공(70A)은 예컨대 받침부(70)의 동심원 형상을 따라 등간격(等間隔)으로 복수 형성된다. 구멍 지름(h2)은 10 내지 40mm로 설정되는 것이 바람직하다. 구멍 지름(h2)이 10mm보다 작으면 컨덕턴스 저하에 의해 원통부(74) 내의 가스 배기 속도가 저하되는 경우가 있다. 구멍 지름(h2)이 40mm보다 크면 받침부(70)의 내하중(耐荷重) 강도가 저하되어 파손되는 경우가 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이 보지부(72)는 중심에 서브 히터(64)를 관통시키는 관통공을 포함하는 원통 형상으로 구성된다. 보지부(72)의 하단은 받침부(70)보다 작은 외경의 외향 플랜지 형상을 가진다. 보지부(72)의 상단은 상하단의 사이의 기둥 부분의 지름보다 큰 지름으로 형성되고 퍼지 가스의 공급구(72B)를 구성한다. 관통공의 지름은 서브 히터(64)의 지주부(64A)의 외벽의 지름보다 크게 구성되고, 이러한 구성에 의해 보지부(72)와 지주(64A) 사이에 단열부(68) 내에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급로로서의 원환 형상의 공간인 제1 유로를 형성할 수 있다.
보지부(72)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 형성된다. 보지부(72)는 하단의 플랜지와 기둥과의 접속면이 곡면이 되도록 형성된다. 이러한 구성에 의해 접속면에 응력이 집중하는 것을 억제하여 보지부(72)의 강도를 높일 수 있다. 또한 접속면을 매끄러운 형상으로 하는 것에 의해 퍼지 가스의 흐름을 방해하지 않아서 원통부(74) 내에서의 퍼지 가스의 정체(停滯) 발생을 억제할 수 있다.
평면시에서 보지부(72)의 내벽과 지주부(64A)의 외벽 사이에는 원환 형상의 공간이 형성된다. 도 1에 도시하는 바와 같이 원환 형상의 공간에는 가스 공급관(44c)이 접속된다. 가스 공급관(44c)에는 상류 방향으로부터 순서대로 MFC(46c) 및 밸브(48c)가 설치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 원환 형상의 공간의 상단은 공급구(72B)로서 구성되고 공급구(72B)로부터 원통부(74)의 내측 상방을 향하여 퍼지 가스가 공급된다. 공급구(72B)를 원환 형상의 개구로 하는 것에 의해 원통부(74)의 상단 및 원환 형상의 평면 경방향(經方向)의 전주 방향에 걸쳐 균일하게 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 또한 공급구(72B)의 지름을 기둥 부분의 지름보다 크게 하는 것에 의해 원통부(74) 내의 경방향 및 원통부(74) 내의 상방 공간을 향하여 광범위하게 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 이와 같이 원통부(74) 내의 특히 발열부(64B)가 설치되는 상단부(천정부) 부근을 퍼지 가스로 적극적으로 퍼지하는 것에 의해 발열부(64B)에 처리 가스가 노출되는 것을 억제할 수 있다. 공급공(72B)으로부터 공급된 퍼지 가스는 보지부(72)와 원통부(74)의 내벽 사이의 공간인 제2 유로를 경유하여 원통부(72B) 외에 배기된다.
보지부(72)의 기둥에는 단열체(76)로서 반사판(76A)과 단열판(76B)이 설치된다. 반사판(76A)은 보지부(72)의 상부에 예컨대 용접되는 것에 의해 고정적으로 보지된다. 단열판(76B)은 보지부(72)의 중간부에 예컨대 용접되는 것에 의해 고정적으로 보지된다. 단열판(76B)의 상하의 보지부(72)에는 보지 선반(72A)이 형성되고 단열판(76B)은 추가로 보지하는 것이 가능해진다. 보지 선반(72A)은 보지부(72)의 기둥 외벽에서 외쪽을 향하여 수평하게 신장하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해 단열판(76B)을 수평하게 또한 서로 중심을 맞춘 상태에 정렬되어서 다단으로 보지할 수 있다. 반사판(76A)과 단열판(76B) 사이에는 소정의 간격(h3)이 형성된다. 간격(h3)은 100 내지 300mm로 설정되는 것이 바람직하다.
단열판(76B)을 보지 선반(72A)에 상단 정열로 설치하는 경우, 즉 고정된 단열판(76B)의 상방의 보지 선반(72A)에 단열판(76B)을 재치하고 간격(h3)을 작게 하는 경우, 처리실(38)의 균열장(均熱長)을 신장할 수 있다. 반대로 단열판(76)을 보지 선반(72A)에 하단 정렬로 설치하는 경우, 즉 고정된 단열판(76B)의 하방의 보지 선반(72A)에 단열판(76B)을 재치하고 간격(h3)을 크게 하는 경우, 노구부의 온도를 낮출 수 있다. 단열판을 상단 정열로 하는 지 하단 정렬로 하는 지는 온도 리커버리 시간, 균열장, 단열 성능 등을 고려하여 종합적으로 결정한다.
반사판(76A)은 웨이퍼(W)의 지름보다 작은 지름의 원판 형상으로 예컨대 불투명 석영으로 형성되고 상방의 보지 선반(72A)에 소정의 간격(h4)으로 보지된다. 간격(h4)은 2 내지 10mm로 설정되는 것이 바람직하다. 간격(h4)이 2mm보다 작으면 반사판(76A) 간에 가스가 체류되는 경우가 있다. 또한 간격(h4)가 10mm보다 크면 열반사 성능이 저하될 경우가 있다.
단열판(76B)은 웨이퍼(W)의 외경보다 작은 외경의 원판 형상이며, 열용량이 작은 재료에 의해 형성되고 예컨대 석영, 실리콘(Si), SiC 등에 의해 형성된다. 여기서는 4장의 단열판(76B)이 하방의 보지 선반(72A)에 소정의 간격(h5)으로 보지된다. 간격(h5)은 2mm 이상에 설정되는 것이 바람직하다. 간격(h5)이 2mm보다 작으면 단열판(76B) 간에 가스가 체류되는 경우가 있다.
반사판(76A)과 단열판(76B)의 보지 매수는 전술한 매수에 한하지 않고, 적어도 단열판(76B)의 보지 매수가 반사판(76A)의 보지 매수 이상이면 좋다. 이와 같이 상방에 반사판(76A)을 설치하고 하방에 단열판(76B)을 설치하는 것에 의해 반사판(76A)에 의해, 서브 히터(64)로부터의 복사열을 반사하고, 또한 단열판(76B)에 의해 히터(34) 및 서브 히터(64)로부터의 복사열을 웨이퍼(W)에서 떨어진 곳에서 단열하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 온도 응답성을 개선할 수 있어 승온 시간을 단축할 수 있다.
반응관(36)의 내벽과 원통부(74)의 외벽과의 간격(h6)은 프로세스 가스가 석영통 내로 침입하는 것을 억제하고 처리실(38)로 유출하는 것을 적게 하기 위해서 좁게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 7.5mm 내지 15mm으로 하는 것이 바람직하다. 간격(h6)이 7.5mm보다 작으면 보트 회전 시에 반응관(36)과 원통부(74)가 접촉하여 파손할 경우가 있다. 간격(h6)이 15mm보다 크면 처리 가스가 보트의 하부에 흐르기 쉬워져 성막에 악영향을 끼칠 경우가 있다.
원통부(74)의 상면에는 보트(40)가 설치된다. 원통부(74)의 상면의 외주에는 전주에 걸쳐 홈(溝)이 형성되고, 이 홈에 보트(40)의 링 형상의 저판(底板)이 재치된다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 서브 히터(64)를 회전시킬 일 없이 원통부(74) 및 보트(40)를 회전시키는 것이 가능해진다.
원통부(74)의 상면의 홈의 깊이는 보트(40)의 저판의 높이와 대략 같이 형성되고, 보트(40)를 재치했을 때에 보트(40)의 저판과 원통부(74)의 상면의 높이가 평탄하게 된다. 이러한 구성에 의해 처리 가스의 흐름을 좋게 할 수 있어 보텀 영역에서의 성막 균일성을 향상시킬 수 있다.
원통부(74)의 상단은 철(凸) 형상으로 형성된다. 원통부(74)의 상단의 내주(내벽)측은 측면의 내주면보다 내측에 돌출한 수평면(S1)과, 수평면(S1)에 연속적으로 설치된 경사면(S2)과, 경사면(S2)으로부터 연직 방향으로 연속적으로 설치된 수직면(S3)과, 수직면(S3)으로부터 연속적으로 설치된 수평면(S4)으로 형성된다. 즉 철 형상의 수평면(S1)과 수직면(S3)과의 접속 부분(각부)이 테이퍼 형상으로 이루어지고, 원통부 상부에 근접하는 것에 따라 평면시에서의 단면적이 점차 작아지도록 형성된다. 또한 수직면(S3)과 수평면(S4)과의 접속 부분은 곡면으로 형성된다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 원통부(74) 내의 가스의 흐름을 좋게 할 수 있고, 철 형상 부분에서의 가스의 체류를 억제할 수 있다. 또한 공급구(72B)로부터 공급된 퍼지 가스는 원통부(74) 상면의 내벽에 부딪쳐 원주(圓周) 방향으로 흐른 후, 원통부(74) 내의 측벽을 따라 상방으로부터 하방으로 흐르기 때문에 원통부(74) 내에서 퍼지 가스의 다운 플로우를 형성하기 쉬워진다. 즉 제2 유로에서 다운 플로우를 형성할 수 있다. 또한 수평면(S1)에 의해 보트 재치 부분의 하측의 두께를 원통부(74)의 원주 부분의 두께보다 두껍게 할 수 있기 때문에 원통부(74)의 강도를 증가시킬 수 있다.
발열부(64B)는 지주부(72)의 상단과 원통부(74) 상면의 내벽 사이의 영역에 설치되고, 바람직하게는 발열부(64B)의 적어도 일부가 경사면(S2)의 높이 위치 내에 수용되도록 설치된다. 즉 높이 방향에서 수평면(S1)과 경사면(S2)과의 접점과 경사면(S2)과 수직면(S3)과의 접점 사이의 영역에 발열부(64B)가 수용되도록 설치된다.
전술에서는 편의상, 단열부(68)에 원통부(74)를 포함시켰지만, 주로 단열을 수행하는 것은 서브 히터(64) 이하의 영역, 즉 단열체(76)의 영역인 것으로부터 단열체(76)를 단열부라고 부를 수도 있다. 이 경우, 서브 히터(64)는 보트(40)와 단열부 사이에 설치된다고도 말할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이 MFC(46a 내지 46c), 밸브(48a 내지 48c), 압력 센서(52), APC밸브(54), 진공 펌프(56), 히터(34), 서브 히터(64), 온도 검출부(58), 회전 기구(62), 보트 엘리베이터(32) 등의 각 구성은 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(200)에 접속된다. 컨트롤러(200)는 CPU(212)(Central Processing Unit), RAM(214)(Random Access Memory), 기억 장치(216), I/O 포트(218)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(214), 기억 장치(216), I/O 포트(218)는 내부 버스(220)를 개재하여 CPU(212)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. I/O 포트(218)는 전술한 각 구성에 접속된다. 컨트롤러(200)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(222)가 접속된다.
기억 장치(216)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(216) 내에는 기판 처리 장치(4)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나 처리 조건에 따라서 기판 처리 장치(4)의 각 구성에 처리를 실행시키기 위한 프로그램(프로세스 레시피나 클리닝 레시피 등의 레시피)이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 말한다. RAM(214)는 CPU(212)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
CPU(212)는 기억 장치(216)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 응하여 기억 장치(216)로부터 레시피를 판독하여 레시피를 따르도록 각 구성을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(200)는 외부 기억 장치(224)[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(216)나 외부 기억 장치(224)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 말한다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(224)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋다.
다음으로 전술한 처리 장치(4)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 말한다)의 시퀀스예에 대하여 설명한다. 도 17은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다.
이하, 제1 처리 가스(원료 가스)로서 헥사클로로디실란(HCDS) 가스를 이용하고 제2 처리 가스(반응 가스)로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하여, 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화(SiN)막을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(4)의 각 구성의 동작은 컨트롤러(200)에 의해 제어된다.
제1 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(38) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 공정과, 처리실(38) 내로부터 HCDS가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(38) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 NH3가스를 공급하는 공정과, 처리실(38) 내로부터 NH3가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 소정 횟수(1회 이상) 반복하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 SiN막을 형성한다.
본 명세서에서는 이 성막 시퀀스를 편의상, 아래와 같이 도시할 경우도 있다. 또한 이하의 변형예나 다른 실시 형태들의 설명에서도 마찬가지인 표기를 이용하는 것으로 한다.
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)(S201)
복수 매의 웨이퍼(W)가 보트(40)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면 보트(40)는 보트 엘리베이터(32)에 의해 처리실(38) 내에 반입(보트 로드)된다. 이때, 씰 캡(60)은 O링(60A)을 개재하여 매니폴드(35)의 하단을 기밀하게 폐색(씰)한 상태가 된다. 웨이퍼 차지를 수행하기 전의 스탠바이의 상태에서 밸브(48c)를 열어 원통부(74) 내로의 퍼지 가스의 공급을 시작한다.
(압력 조정 및 온도 조정)(S202)
처리실(38) 내, 즉 웨이퍼(W)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(56)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(38) 내의 압력은 압력 센서(52)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(54)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(56)는 적어도 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료할 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 원통부(74) 내로의 퍼지 가스 공급은 적어도 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료할 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
또한 처리실(38) 내의 웨이퍼(W)가 소정의 온도가 되도록 히터(34) 및 서브 히터(64)에 의해 처리실(38) 내가 가열된다. 이때, 처리실(38)이 소정의 온도 분포가 되도록 온도 검출부(58)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(34) 및 서브 히터(64)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(34) 및 서브 히터(64)에 의한 처리실(38) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료할 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 또한 이때, 필요에 따라 서브 히터(64)에 의한 가열을 정지시켜도 좋다.
또한 회전 기구(62)에 의한 보트(40) 및 웨이퍼(W)의 회전을 시작한다. 회전 기구(62)에 의해 회전축(66), 받침부(70), 원통부(74)를 개재하여 보트(40)가 회전되는 것에 의해 서브 히터(64)는 회전시키지 않고, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 회전 기구(62)에 의한 보트(40) 및 웨이퍼(W)의 회전은 적어도 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료할 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 처리)(S301)
처리실(38) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도에 안정되면 스텝1(S203) 내지 스텝2(S204)를 순차 실행한다.
[스텝1](S203)
스텝1(S203)에서는 처리실(38) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 HCDS가스를 공급한다.
밸브(48a)를 여는 것과 함께, 밸브(48b)를 열어 가스 공급관(44a) 내에 HCDS가스를, 가스 공급관(44b) 내에 N2가스를 흘린다. HCDS가스 및 N2가스는 각각 MFC(46a, 46b)에 의해 유량 조정되고 노즐(42)을 개재하여 처리실(38) 내에 공급되어 배기관(50)으로부터 배기된다. 웨이퍼(W)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 실리콘(Si)함유층이 형성된다.
제1층이 형성된 후, 밸브(48a)를 닫아 HCDS가스의 공급을 정지한다. 이때, APC밸브(54)는 연 상태로 하여 진공 펌프(56)에 의해 처리실(38) 내를 진공 배기하고, 처리실(38) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(38) 내로부터 배출한다. 이때, 밸브(48b)를 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(38) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(38) 내에 잔류하는 가스를 처리실(38) 내로부터 배출하는 효과를 높일 수 있다.
[스텝2](S204)
스텝2(S204)에서는 처리실(38) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 NH3가스를 공급한다.
이 스텝에서는 밸브(48a, 48b)의 개폐 제어를 스텝1에서의 밸브(48a, 48b)의 개폐 제어와 마찬가지인 순서로 수행한다. NH3가스 및 N2가스는 각각 MFC(46a, 46b)에 의해 유량 조정되고 노즐(42)을 개재하여 처리실(38) 내에 공급되어 배기관(50)으로부터 배기된다. 웨이퍼(W)에 대하여 공급된 NH3가스는 스텝1에서 웨이퍼(W) 상에 형성된 제1층, 즉 Si함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되어 Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화(개질)된다.
제2층이 형성된 후, 밸브(48a)를 닫아 NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝1과 마찬가지인 처리 순서에 의해 처리실(38) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(38) 내로부터 배출한다.
(소정 횟수 실시)(S205)
전술한 2개의 스텝(S203, S204)을 비동시에 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 또한 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
전술한 시퀀스의 처리 조건으로서는 예컨대 처리 온도(웨이퍼 온도):250 내지 700℃, 처리 압력(처리실 내 압력):1 내지 4000Pa, HCDS가스 공급 유량:1 내지 2000sccm, NH3가스 공급 유량:100 내지 10000sccm, N2가스 공급 유량:100 내지 10000sccm이 예시된다. 각각의 처리 조건을 각각의 범위 내에 있는 값에 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
(퍼지 및 대기압 복귀)(S206)
성막 처리가 완료한 후, 밸브(48b)를 열어 가스 공급관(44b)으로부터 N2가스를 처리실(38) 내에 공급하여 배기관(50)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해 처리실(38) 내가 퍼지되어 처리실(38) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(38) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(38) 내의 분위기가 불활성 가스에 치환되어(불활성 가스 치환) 처리실(38) 내의 압력이 상압에 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)(S207)
보트 엘리베이터(32)에 의해 씰 캡(60)이 하강되어 매니폴드(35)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(W)가 보트(40)에 지지된 상태에서 매니폴드(35)의 하단에서 반응관(36)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 처리 완료된 웨이퍼(W)는 보트(40)에서 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
다음으로 본 발명의 구성과 종래의 구성에 대하여 설명한다.
종래의 구성에서는 서브 히터(64)가 처리 가스에 노출되는 것에 의해 서브 히터(64)의 표면에 박막이 형성되어 가열 성능에 악영향이 발생하는 경우가 있다. 또한 단열체(76)가 처리 가스에 노출되는 것에 의해 단열체(76)의 표면에도 박막이 형성되는 경우가 있다. 또한 서브 히터(64)나 단열체(76)의 표면에 형성된 박막이 박리(剝離)하는 것에 의해 처리실(38) 내에 파티클이 발생하는 경우가 있다.
발명자들은 예의 검토의 결과, 서브 히터(64)나 단열체(76)를 처리실(38)의 분위기로부터 격리하고 또한 격리 공간 내를 퍼지하는 것에 의해 서브 히터(64)나 단열체(76)가 처리 가스에 노출되는 것을 억제할 수 있다는 지견(知見)을 얻었다. 즉 서브 히터(64)나 단열체(76)를 원통부(74) 내에 설치하고 원통부(74) 내를 퍼지하는 것에 의해 서브 히터(64)나 단열체(76)의 표면로의 박막 형성이 억제 가능한 것을 발견했다.
도 5를 이용하여 원통부(74) 내로의 퍼지 가스의 공급에 대하여 설명한다. 여기서는 원통부(74) 내에 퍼지 가스를 공급하지 않는 경우, 원통부(74) 내의 하부로부터 퍼지 가스를 공급하는 경우 및 원통부(74) 내의 상부로부터 퍼지 가스를 공급하는 경우에서의 원통부(74) 내로의 처리 가스의 확산량의 비교를 수행했다. 처리실(38) 내의 처리 가스의 몰 분율을 1로 했을 때, 원통부(74) 내에 퍼지 가스를 공급하지 않는 경우는 서브 히터(64) 부근의 처리 가스의 몰 분율은 1이었다. 이에 대하여 하부로부터 퍼지 가스를 공급한 경우는 서브 히터(64) 부근의 처리 가스의 몰 분율은 약 0.14였다. 또한 상부로부터 퍼지 가스를 공급한 경우는 서브 히터(64) 부근의 처리 가스의 몰 분율은 약 0.03이었다.
원통부(74) 내에 퍼지 가스를 공급하지 않는 경우는 배기공(70A)으로부터 처리 가스가 원통부(74) 내에 들어가서 처리실(38)과 동일한 분위기가 된다. 이에 대하여 원통부(74) 내에 퍼지 가스를 공급한 경우는 배기공(70A)으로부터의 처리 가스의 유입을 억제할 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이 원통부(74) 내의 하부로부터 퍼지하는 경우보다 원통부(74) 내의 상부로부터 퍼지하는 경우가 발열부(64B)가 설치되는 원통부(74) 내 상방의 몰 분율이 작다. 원통부(74) 내의 하부로부터 퍼지 가스를 공급하는 경우, 퍼지 가스 공급구의 상방에 단열체(76)가 설치되기 때문에 상방로의 퍼지 가스의 흐름이 저해되어 단열체(76)의 하방에 퍼지 가스가 체류하기 쉽고, 원통부(74) 내 상방을 퍼지하기 어려운 것이 생각된다. 따라서 농도 확산에 의해 처리 가스가 원통부(74) 내 상방까지 퍼지기 쉽다. 또한 배기공(70A)으로부터 근소하게 들어간 처리 가스는 원통부(74) 내에 공급된 퍼지 가스보다 약간 온도가 높기 때문에 상승 기류가 발생하여 원통부(74) 내 상방에 흐르기 쉬운 것이 생각된다. 또한 원통부(74) 내 상방에는 서브 히터(64)가 설치되기 때문에 단열체(76) 영역에 비하여 온도가 높아진다. 그렇기 때문에 원통부(74) 내 상방의 분위기와 비교하여 온도가 낮은 퍼지 가스는 상방으로의 흐름보다 배기공(70A)으로의 흐름이 주류가 되는 것도 생각된다.
이에 대하여 원통부(74) 내의 상부로부터 퍼지 가스를 공급하는 경우, 퍼지 가스의 공급구는 서브 히터 근방이므로 퍼지 가스 농도를 높게(처리 가스 농도를 낮게) 유지할 수 있다. 또한 원통부(74) 내의 상부로부터 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 원통부(74) 내에서 상부의 공급구(72B)로부터 하부의 배기공(70A)으로의 퍼지 가스의 흐름(다운 플로우)을 형성할 수 있고, 처리 가스의 상부로의 확산을 보다 효과적으로 억제할 수 있다고 생각된다. 또한 원통부(74) 내의 상부로부터 퍼지 가스를 공급하는 경우, 원통부(74) 내에 공급된 퍼지 가스가 배기공(70A)으로부터 근소하게 들어가는 처리 가스보다 온도가 높다고 생각된다. 그렇기 때문에 원통부(74) 내의 상방을 퍼지 가스 분위기로 충만시키기 쉽다.
다음으로 본 발명의 구성에서의 온도 해석 결과를 도 7에 도시한다. 여기서는 예컨대 프로세스 온도를 600℃로 설정하고 서브 히터(64)의 설정 온도를 680℃로 설정한다. 보트(40) 최하부의 웨이퍼 온도는 600℃로 유지되고 또한 원통부(74)의 온도는 600℃가 된다. 이에 의해 보트(40)의 하부에 더미 웨이퍼를 설치하지 않고도 성막 처리를 실행할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 처리실(38) 내에는 처리 가스가 과잉 반응할 수 있는 고온, 즉 프로세스 온도보다 고온이 되는 부분이 없다. 따라서 원통부(74) 내에 서브 히터(64)를 설치하는 것에 의해 프로세스 처리 시여도 서브 히터(64)를 상시 통전하는 것이 가능하다. 이에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다. 종래 예로서 서브 히터(64)를 이용하지 않는 경우의 온도 해석 결과를 도 8에 도시한다. 보트(40) 최하부에서는 프로세스 온도 이하가 되기 때문에 더미 웨이퍼를 설치하지 않으면 안된다는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명의 구성과 종래의 구성과의 승온 시의 실측 데이터를 도 9에 도시한다. 본 발명의 구성은 종래의 구성보다 기판의 면내 온도 차이(△T) 및 기판 온도(T)는 목표값에 대하여 빨리 수렴한다. 여기서는 목표값은 △T=2℃, T=630±2℃다. 이와 같이 서브 히터(64)를 이용하는 것에 의해 고속 승온이 가능해져 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 적어도 서브 히터(64) 주변을 퍼지 가스로 퍼지하고 서브 히터(64)와 처리 가스와의 접촉을 억제하는 것에 의해, 서브 히터(64)를 프로세스 중에서의 어느 스텝에서도 임의로 사용하는 것이 가능해진다.
제1 실시 형태에서는 이하에 도시하는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다. (a) 서브 히터(64)를 원통부(74) 내에 설치하고 또한 원통부(74) 내를 퍼지하는 것에 의해 서브 히터(64) 표면에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 프로세스 처리 시여도 서브 히터(64)를 상시 통전하는 것이 가능해져 보텀 영역에서 기판의 면내 온도 균일성을 확보할 수 있는 것으로부터 성막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 보트(40) 하부에서 더미 웨이퍼를 없애서 생산성을 향상시킬 수 있다. (b) 원통부(74) 내의 상부[서브 히터(64) 부근]로부터 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해, 서브 히터(64)의 주위를 퍼지 가스 분위기로 할 수 있고 처리 가스가 서브 히터(64)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해 서브 히터(64)의 표면에 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 파티클의 발생이나 서브 히터(64)의 가열 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다. (c) 서브 히터(64)를 보트(40) 하방에 설치하는 것에 의해 보텀 웨이퍼의 저온부의 승온에 따른 시간을 단축할 수 있어 리커버리 시간을 단축시킬 수 있다.
다음으로 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태와 다른 점은 제2 배기부를 형성하고, 원통부(74) 내의 퍼지 가스를 배기하는 배기 통로를 성막 영역의 배기 통로와 독립해서 배치하는 점이다. 도 10에서 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시하는 바와 같이 반응관(36)의 하부[단열부(68)를 포함하는 영역, 단열 영역(B)]의 내벽에 제2 배기부(제2 배기구)로서의 배기구(80)가 형성된다. 배기구(80)가 형성되는 것에 의해 배기공(70A)으로부터 배기구(80)까지의 유로가 퍼지 가스를 배기하기 위한 퍼지 배기 통로로서 구성된다. 배기구(80)는 처리실(38)과 가스 배기 공간(36B)을 연통하도록 형성되고 처리실(38) 내의 단열 영역(B)의 분위기를 배기한다. 즉 단열 영역(B)을 향하는 위치에 배기구(80)를 설치하는 것에 의해 단열 영역(B)의 퍼지 가스의 처리 영역(A)으로의 확산이 억제되어 처리 영역(A)의 처리 가스가 희석되는 것에 의한 성막 균일성의 악화가 억제된다.
배기구(80)는 바람직하게는 단열부(68)와 중첩되는 높이 위치에 형성된다. 바꿔 말하면, 배기구(80)는 단열 영역(B)에 대응하는 위치에 형성된다. 또한 바람직하게는 수평 방향으로 배기구(80)의 개구 영역이 배기 포트(36D)[배기관(50)과 반응관(36)과의 접속 부분]의 개구 영역에 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다. 이러한 구성에 의해 보다 효율적으로 퍼지 가스를 배기할 수 있다. 또한 가스 배기 공간(36B) 내에 처리 가스나 퍼지 가스의 정체나 체류를 발생시키지 않고 처리 가스 및 퍼지 가스를 원활하게 배기할 수 있다.
단열부(68) 내를 퍼지한 퍼지 가스는 배기공(70A)으로부터 배기된다. 바꿔 말하면, 퍼지 가스는 반응관(36)의 하단[플랜지부(36C)]보다 아래[단열 영역(B) 하방]로부터 처리실(38) 내에 공급된다. 플랜지부(36C)보다 아래에는 원환 형상의 공간(C)이 형성된다. 공간(C)은 단열 영역(B)에 포함해도 좋다. 평면시에서 공간(C)의 원환부의 폭은 반응관(36)의 내벽과 단열부와의 폭[도 2에서의 (h6)]보다 넓다. 이러한 구성에 의해 공간(C)의 연(緣)을 따른 퍼지 가스의 흐름을 형성하기 쉬워진다. 이에 의해 배기공(70A) 부근을 항상 퍼지 가스 분위기로 할 수 있고, 성막 가스의 단열부(68)로의 유입을 억제할 수 있다. 또한 배기구(80)의 반대측의 배기공(70A)으로부터 배출된 퍼지 가스도 공간(C)을 흐르는 것에 의해 원활하게 배기시킬 수 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이 배기구(80)는 직사각형 형상으로 형성되고, 그 개구 면적은 가스 배기 슬릿(37B)의 하나의 개구 면적보다 크고, 가스 배기 슬릿(37B)의 개구 총면적보다 작다. 또한 배기구(80)의 직사각형의 장변(長邊)의 폭은 가스 배기 공간(36B)의 폭 이하로 형성된다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 특히 처리 영역(A)과 단열 영역(B)과의 경계 부분에서 퍼지 가스가 가스 배기 슬릿(37B)으로부터 배기되는 것을 억제할 수 있다.
배기구(80)의 각부(角部)는 모따기(chamfering)되고 둥그스름한 모양이 부가된다. 이러한 구성에 의해 각부에 응력이 집중하여 파손하는 것을 억제할 수 있다. 또한 퍼지 가스의 흐름을 원활하게 하여 보다 효율적으로 퍼지 가스를 배기할 수 있다.
도 12에 배기구(80)의 유무에 의한 몰 분율의 비교 결과를 도시한다. 배기구(80)가 없으면 원통부(74) 내를 퍼지한 퍼지 가스가 성막 영역에 확산되는 것에 의해 처리 가스가 희석되고 특히 보텀 영역에서 처리 가스의 몰 분율이 작아지는 경우가 있다. 이에 대하여 배기구(80)가 있는 경우, 배기공(70A)으로부터 배기된 퍼지 가스는 배기구(80)로부터 배기되기 때문에 성막 영역에 확산하지 않고, 성막 영역은 전 영역에서 대략 같은 몰 분율이 된다. 배기구(80)를 설치하는 것에 의해, 원통부 내로부터 배기된 퍼지 가스의 처리 영역(A)로의 확산을 억제할 수 있고 처리 영역(A)의 처리 가스가 희석되는 것에 의한 성막 균일성의 악화를 억제할 수 있다.
다음으로 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 제3 실시 형태에서는 반응관(36)의 플랜지부(36C)에 제3 배기구(82)를 형성한다.
도 13 및 14에 도시하는 바와 같이 배기구(80)의 하방의 플랜지부(36C)에 제3 배기부(제3 배기구)로서의 배기구(82)를 형성한다. 배기구(82)는 공간(C)과 가스 배기 공간(36B)이 연통하도록 형성된다. 가스 공급관(44c)으로부터 공급된 퍼지 가스는 배기구(80) 및 배기구(82)로부터 배기되어 단열 영역(B)의 분위기를 배기한다. 즉 단열부(68)의 주위에 공급된 퍼지 가스의 처리 영역(A)으로의 확산을 억제할 수 있고, 처리 영역(A)의 처리 가스가 희석되는 것에 의한 성막 균일성의 악화를 억제할 수 있다. 또한 단열 영역(B)의 특히 노구부 주변[매니폴드(35) 주변]의 공간(C)을 직접적으로 배기할 수 있기 때문에 상기 공간에서의 퍼지 가스의 체류나 정체의 발생을 억제할 수 있다.
배기구(82)의 개구 면적은 바람직하게는 배기구(80)의 개구 면적보다 작게 형성된다. 또한 바람직하게는 배기구(82)의 횡폭(橫幅)은 배기구(80)의 횡폭보다 좁게 형성된다. 이러한 구성에 의해 배기구(82)의 배기량보다 배기구(80)의 배기량을 크게 할 수 있다. 이에 의해 단열부(68) 및 단열부(68)의 주위에 퍼지 가스가 도달하기 전에 배기구(82)로부터 다량의 퍼지 가스가 배기되는 것을 방지할 수 있고, 단열부(68)를 적절하게 퍼지할 수 있다.
다음으로 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 제4 실시 형태에서는 상하로 분할된 단열부(68)를 이용한다.
도 15 및 16에 도시하는 바와 같이 단열부(68)는 원통 형상의 상부 단열체(68A)와 원통 형상의 하부 단열체(68B)로 분할된다. 하부 단열체(68B)의 상면 주위에는 예컨대 4개의 원통 형상의 지지부(68C)가 등간격으로 설치된다. 상부 단열체(68A)는 하부 단열체(68B)와 소정의 간격(S)을 두고 지지부(68C)에 의해 지지된다.
배기구(80)는 상부 단열체(68A)와 하부 단열체(68B)와의 간격(S) 내에 들어가는 위치에 즉 간격(S)과 적어도 일부가 중첩되는 위치에 형성된다. 이러한 구성에 의해 단열부(68)의 주위의 퍼지 가스가 간격(S)을 개재하여 배기구(60)에 배기된다.
단열부(68)와 반응관(36)의 내벽과의 간극(間隙) 중 가스 공급 공간(36)측의 간극을 흐르는 퍼지 가스는 배기구(80)가 근방에 없기 때문에 배기되기 어렵고, 처리 영역(A)에 확산되기 쉬운 경우가 있다. 이에 대하여 간격(S)을 형성하는 것에 의해 상기 퍼지 가스가 간격(S)쪽에 흐르기 때문에 퍼지 가스를 처리 영역(A)에 도달시키지 않고 보다 효율적으로 배기할 수 있다. 바람직하게는 배기구(80)의 개구의 적어도 일부와 간격(S)의 적어도 일부가 높이 방향에서 중첩되는 위치에 배기구(80)를 형성한다. 이렇게 구성하는 것에 의해 간격(S)을 통과하는 퍼지 가스를 직선적으로 배기구(80)로부터 배기할 수 있고, 정체(停滯)가 없는 배기의 흐름을 형성할 수 있다. 또한 간격(S)의 높이 위치에서 퍼지 가스의 수평한 흐름(가스 커튼)이 형성되는 것에 의해 처리 영역(A)측과 배기공(70)측과의 분위기를 구분할 수 있다. 이에 의해 처리 영역(A)의 처리 가스가 희석되는 것에 의한 성막 균일성의 악화를 억제할 수 있다.
또한 제4 실시 형태에서는 원통 형상의 상부 단열체(68A)와 원통 형상의 하부 단열체(68B)를 이용하는 구성에 대해서 설명했다. 하지만 이에 한정되지 않고, 단열체를 복수의 단열판이 적층한 구성으로 하고 단열판의 적층 간에 배기구(80)와 높이 위치가 일부 중첩되는 간격(S)을 포함하는 구성으로 해도 좋다. 또한 배기구(80)뿐만 아니라, 제3 실시 형태에서 상세히 서술한 배기구(82)를 또한 설치한 구성에도 적용된다.
본 발명은 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 웨이퍼(W) 상에 막을 퇴적(堆積)시키는 예에 대해서 설명했다. 하지만 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 웨이퍼(W)나 웨이퍼(W) 상에 형성된 막 등에 대하여 산화 처리, 확산 처리, 어닐링 처리, 에칭 처리 등의 처리를 수행하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태나 변형예는 적절히 조합해서 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있다.
W: 웨이퍼 34: 히터 40: 보트
62: 회전 기구 64:서브 히터 68: 단열부

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 기판이 처리되는 처리실;
    상기 처리실 내에서 상기 기판이 보지(保持)되는 기판 보지구;
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리실 외에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제1 히터;
    상단이 폐색(閉塞)된 통 형상으로 형성되고, 상기 기판 보지구의 하부에 설치된 단열부;
    상기 단열부 내의 상방에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제2 히터; 및
    상기 단열부 내에 퍼지 가스를 공급하고 상기 단열부 내를 퍼지하도록 구성된 퍼지 가스 공급부;
    를 구비하고,
    상기 퍼지 가스 공급부는 상기 단열부 내의 상방의 상기 제2 히터를 향해서 개구한 유로로부터 상기 퍼지 가스를 공급하는 것이고,
    상기 단열부는,
    상단이 폐색된 원통 형상으로 형성되고, 그 상면에 상기 기판 보지구를 재치하는 원통부;
    상기 원통부 내에 상기 원통부의 중심축을 따라 배치되는 중공(中空)의 보지부;
    상기 원통부 및 상기 보지부를 지지하는 받침부; 및
    상기 원통부 내부의 퍼지 가스를 상기 처리실 내에 배기하는 구멍;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열부의 상기 보지부는 그 측부에서 복수의 반사판과 단열판을 보지하고, 상기 보지부의 선단(先端)은 상기 원통부의 상면 부근까지 연장하여 상기 상면을 향해서 개구하고,
    상기 제2 히터는 상기 기판보다 작은 지름의 환 형상(環狀)으로 형성되고, 상방에 있는 원통부의 상면 및 하방에 있는 반사판과 접촉하지 않고 공극(空隙)을 따라 수평하게 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 공급부로부터 공급된 퍼지 가스는 상기 보지부의 중공 부분을 아래에서 위로 지나 그 선단의 상기 개구로부터 방출되는 것에 의해 상기 단열부 내에 도입되고, 그 후 단열부 내를 위에서 아래로 흘러 상기 구멍으로부터 상기 처리실 내에 유입(流入)되는 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 히터는 상기 보지부의 중공 부분을 관통하는 지주부; 및
    상기 지주부에 접속된 발열부;
    를 포함하고,
    상기 퍼지 가스는 상기 지주부와 상기 보지부 사이에 형성되는 공간을 개재하여 상기 단열부 내에 공급되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 처리실의 덮개를 관통해서 설치되고, 상기 받침부에 연결되어 상기 기판 보지구를 회전시키는 회전축을 포함하고,
    상기 지주부는 상기 회전축을 관통하여 상기 처리실 외로 연장하고,
    상기 지주부의 상단의 지름은 상기 보지부의 기둥 부분의 지름보다 크게 형성되고,
    상기 보지부 및 상기 원통부는 석영 또는 SiC(탄화규소)제인 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 받침부는 상기 처리실의 덮개와의 간격이 2mm 내지 10mm가 되도록 설치되고, 상기 받침부에는 상기 구멍이 복수로 형성되고, 상기 단열부 내를 퍼지한 가스는 상기 구멍에서 상기 처리실 내에 흐르는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원통부의 상단은 철(凸) 형상으로 형성되고 상기 기판 보지구의 저판(底板)은 링 형상으로 형성되고,
    상기 원통부의 상단에 보트가 재치되는 것에 의해 상기 원통부와 상기 기판 보지구가 함께 회전하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원통부의 상단은 철 형상으로 형성되고, 상기 철 형상의 내벽 부분의 각부(角部)는 테이퍼 형상으로 형성되고,
    상기 제2 히터의 발열부는 높이 방향에서 상기 테이퍼 형상으로 형성된 부분의 높이에 수용되도록 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 처리실은 하단이 개구된 원통 형상의 반응관 내에 형성되고,
    상기 처리실은 복수의 기판을 동시에 처리하고,
    상기 복수의 기판이 처리되는 처리 영역; 및
    상기 처리 영역의 하방으로 위치하는 단열 영역;
    을 포함하고,
    상기 반응관은 상기 복수의 기판에 대응하여 복수 설치되고, 상기 처리 영역의 분위기를 배기하는 제1 배기부(배기 슬릿); 및
    상기 단열 영역과 높이 방향에서 중첩되는 위치에서 상기 제1 배기부와 떨어져서 형성되고 상기 단열 영역의 분위기를 배기하는 제2 배기부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응관 내의 외측에 돌출하여 형성된 가스 공급 공간 및 가스 배기 공간; 및
    반응관의 하방에 형성되고, 상기 가스 배기 공간의 하단에 연통하는 배기 포트;
    를 더 구비하고,
    상기 제1 배기부는 상기 처리실 내와 상기 가스 배기 공간을 연통시키고,
    상기 제2 배기부는 상기 제1 배기부보다 상기 배기 포트와 가까운 위치에서 상기 처리실 내와 상기 가스 배기 공간을 연통시키고,
    성막 영역의 배기 통로와 독립된 퍼지 배기 통로로서 상기 구멍에서 제2 배기부까지의 유로가 형성되는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반응관은 상기 반응관의 하단에 형성된 플랜지부; 및
    상기 플랜지부에 형성되고 상기 단열 영역의 분위기를 배기하는 제3 배기부;
    를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 기판이 처리되는 처리실; 상기 처리실 내에서 상기 기판이 보지(保持)되는 기판 보지구; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 처리실 외에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제1 히터; 상단이 폐색(閉塞)된 통 형상으로 형성되고, 상기 기판 보지구의 하부에 설치된 단열부; 상기 단열부 내의 상방에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제2 히터; 및 상기 단열부 내에 퍼지 가스를 공급하고 상기 단열부 내를 퍼지하도록 구성된 퍼지 가스 공급부;를 구비하고, 상기 퍼지 가스 공급부는 상기 단열부 내의 상방의 상기 제2 히터를 향해서 개구한 유로로부터 상기 퍼지 가스를 공급하는 것이고, 상기 단열부는, 상단이 폐색된 원통 형상으로 형성되고, 그 상면에 상기 기판 보지구를 재치하는 원통부; 상기 원통부 내에 상기 원통부의 중심축을 따라 배치되는 중공(中空)의 보지부; 상기 원통부 및 상기 보지부를 지지하는 받침부; 및 상기 원통부 내부의 퍼지 가스를 상기 처리실 내에 배기하는 구멍;을 포함하는 기판 처리 장치의 상기 단열부의 상방에 설치된 상기 기판 보지구에 상기 기판을 보지하는 공정; 및
    상기 처리실 외에 설치된 상기 제1 히터와 상기 단열부 내에 설치된 상기 제2 히터로 가열된 상기 처리실 내에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 공정;
    을 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는 상기 단열부 내를 상기 퍼지 가스로 퍼지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판이 처리되는 처리실; 상기 처리실 내에서 상기 기판이 보지(保持)되는 기판 보지구; 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 처리실 외에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제1 히터; 상단이 폐색(閉塞)된 통 형상으로 형성되고, 상기 기판 보지구의 하부에 설치된 단열부; 상기 단열부 내의 상방에 설치되고 상기 처리실 내를 가열하는 제2 히터; 및 상기 단열부 내에 퍼지 가스를 공급하고 상기 단열부 내를 퍼지하도록 구성된 퍼지 가스 공급부;를 구비하고, 상기 퍼지 가스 공급부는 상기 단열부 내의 상방의 상기 제2 히터를 향해서 개구한 유로로부터 상기 퍼지 가스를 공급하는 것이고, 상기 단열부는, 상단이 폐색된 원통 형상으로 형성되고, 그 상면에 상기 기판 보지구를 재치하는 원통부; 상기 원통부 내에 상기 원통부의 중심축을 따라 배치되는 중공(中空)의 보지부; 상기 원통부 및 상기 보지부를 지지하는 받침부; 및 상기 원통부 내부의 퍼지 가스를 상기 처리실 내에 배기하는 구멍;을 포함하는 기판 처리 장치의 상기 단열부의 상방에 설치된 상기 기판 보지구에 상기 기판을 보지하는 단계; 및
    상기 처리실 외에 설치된 상기 제1 히터와 상기 단열부 내에 설치된 상기 제2 히터로 가열된 상기 처리실 내에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 기판을 처리하는 단계에서는 상기 단열부 내를 상기 퍼지 가스로 퍼지하도록 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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