KR102015693B1 - 종형 열처리 장치 - Google Patents

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KR102015693B1
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히로키 이리우다
고헤이 후쿠시마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

종형 열처리 장치에 있어서, 처리 가스를 기판 간에 효율적으로 또한 빠른 유속으로 공급할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
지주와, 상기 지주를 따라 복수 설치되고, 각각 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 지주에 기판마다 설치되고, 기판보다도 외측으로 그 주연부가 뻗어나도록 형성된 기류 가이드부를 구비한 기판 보유 지지구와, 기판 보유 지지구를 종축을 중심으로 회전시키는 회전 기구와, 복수의 상기 기판이 보유 지지되어 있는 기판 보유 지지 영역의 후방측 및 전방측에 각각 설치된, 처리 가스 공급구 및 배기구와, 상기 기판 보유 지지 영역의 좌우에서, 서로 인접하는 기류 가이드부의 사이의 공간을 향하여 외측으로부터 내측으로 돌출되어 당해 공간에 면하도록, 상기 기판 보유 지지구에 대하여 독립적으로 설치된 정류부를 구비하도록 장치를 구성한다. 이와 같은 구성에 의해, 기판의 외주로의 처리 가스의 흐름을 억제하여, 상기의 과제를 해결할 수 있다.

Description

종형 열처리 장치{VERTICAL HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 가열부에 의해 둘러싸인 종형의 반응 용기 내에서, 선반 형상으로 배치된 복수의 기판에 대하여 열처리를 행하는 기술분야에 관한 것이다.
반도체 제조 장치의 하나로서, 기판 보유 지지구에 복수의 기판을 선반 형상으로 보유 지지하여, 가열부에 의해 둘러싸인 종형의 반응 용기 내에 반입하고, 기판에 대하여 성막 처리 등의 열처리를 행하는 종형 열처리 장치가 있다. 처리 가스의 기류를 형성하는 수법으로서는, 기판의 보유 지지 영역의 후방측 및 전방측에 각각 가스 인젝터 및 배기구를 위치시켜, 가로 방향의 처리 가스의 기류(소위 크로스 플로우)를 형성하는 수법이 알려져 있다.
이러한 수법은, 각 기판에 효율적으로 처리 가스를 공급하는 컨셉에 기초하여 검토된 기술이지만, 기판 간의 간극에 대하여 기판과 반응 용기의 벽부 사이의 간극이 넓기 때문에, 가스 인젝터의 각 가스 토출 구멍으로부터 토출된 처리 가스는 기판 외측의 간극을 통과하기 쉽다. 이 때문에 기판 간에 공급되는 가스는 저유속으로 확산류에 가까운 상태로 배기된다.
한편, 디바이스의 디자인이 미세화, 복잡화되고, 성막 처리가 행해지는 기판 상의 피처리면의 표면적이 커지고 있다. 이 때문에 기판의 피처리면을 따라 흐르는 처리 가스의 유속이 늦으면, 가스 토출 구멍에 가까운 영역과 먼 영역 사이에서 성막 가스의 농도 차가 커지기 때문에, 면 내의 막 두께 분포 균일성 악화의 요인이 되고, 또한 성막 속도도 느려진다.
특허문헌 1에는, 가스 공급관으로부터 웨이퍼의 중심측을 보는 방향을 전방이라 하면, 지주에 선반 형상으로 기판이 보유 지지된 웨이퍼 보트의 좌우 양측에, 웨이퍼의 외주연을 따라서 원호 상의 구획판을 배치한 구조가 기재되어 있다. 그러나 이 구조는, 웨이퍼의 외주연과 구획판의 사이가 최상단측부터 최하단측에 이르기까지, 소위 공동으로 되어 있으므로, 웨이퍼 간의 영역에 대하여 웨이퍼의 외측 영역의 저컨덕턴스화를 충분히 도모할 수 없다.
또한 특허문헌 2에는, 웨이퍼의 외측에 위치하는 외환부를 구비한 웨이퍼 보트와, 외환부의 외단면에 대향하도록, 반응관의 내벽에 설치된 환상 구획판을 구비한 구성이 기재되어 있다. 그러나 이 구성은, 외환부와 환상 구획판 사이의 간극을, 웨이퍼 보트가 회전하고 있을 때 양자가 충돌하지 않도록 웨이퍼 보트의 축 요동을 예상한 치수로 설정할 필요가 있기 때문에, 웨이퍼의 외측 영역의 저컨덕턴스화를 충분히 도모할 수 없다.
일본 특허 공개 제2005-56908호 공보(단락 0013, 0014, 0020) 일본 특허 제4083331호 공보(단락 0034)
본 발명은, 종형 열처리 장치에 있어서, 처리 가스를 기판 간에 효율적으로 또한 빠른 유속으로 공급할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명은, 가열부에 의해 둘러싸인 종형의 반응 용기 내에서, 선반 형상으로 배치된 복수의 기판에 대하여, 한쪽으로부터 다른 쪽을 향하여 가로 방향으로 흐르는 처리 가스의 기류를 형성하여 처리를 행하는 종형 열처리 장치에 있어서,
지주와, 상기 지주에 따라 복수 설치되고, 각각 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 지주에 기판마다 설치되고, 기판보다도 외측으로 그 주연부가 뻗어나도록 형성된 기류 가이드부를 포함하는 기판 보유 지지구와,
상기 기판 보유 지지구를 지지하여 상기 반응 용기의 하방으로부터 반입하기 위한 승강대와,
상기 승강대에 설치되고, 상기 기판 보유 지지구를 종축의 주위로 회전시키기 위한 회전 기구와,
상기 복수의 기판이 보유 지지되어 있는 기판 보유 지지 영역의 후방측 및 전방측에 각각 설치된, 처리 가스 공급구 및 배기구와,
상기 기판 보유 지지 영역의 좌우에서, 서로 인접하는 기류 가이드부의 사이의 공간을 향하여 외측으로부터 내측으로 돌출되어 당해 공간에 면하도록, 상기 기판 보유 지지구에 대하여 독립적으로 설치된 정류부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판 보유 지지구의 지주에, 기판보다도 외측으로 그 주연부가 돌출되는 기류 가이드부를 기판마다 설치함과 함께, 기판 보유 지지 영역의 좌우에서, 외측으로부터 서로 인접하는 기류 가이드부 사이의 공간을 향하여 돌출되어 당해 공간에 면하도록, 기판 보유 지지구에 대하여 독립적으로 정류부를 설치하고 있다. 따라서, 처리 가스를 기판 간에 효율적으로 또한 빠른 유속으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 종형 열처리 장치의 종단 측면도이다.
도 3은 상기 종형 열처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 4는 상기 종형 열처리 장치에 설치되는 반응 용기에 반입되는 웨이퍼 보트의 사시도이다.
도 5는 상기 웨이퍼 보트 및 상기 반응 용기의 종단 측면도이다.
도 6은 상기 반응 용기 내의 처리 가스의 흐름을 도시하는 모식도이다.
도 7은 상기 제1 실시 형태의 변형예에 관한 종형 열처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치의 횡단 평면도이다.
도 9는 상기 제2 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치를 구성하는 웨이퍼 보트 및 반응 용기의 종단 측면도이다.
도 10은 상기 웨이퍼 보트의 다른 구성을 도시하는 개략적인 종단 측면도이다.
도 11은 상기 웨이퍼 보트의 다른 구성을 도시하는 개략적인 종단 측면도이다.
도 12는 상기 웨이퍼 보트의 다른 구성을 도시하는 개략적인 종단 측면도이다.
도 13은 상기 웨이퍼 보트의 다른 구성을 도시하는 개략적인 종단 측면도이다.
도 14는 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프 도면이다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치(1)에 대해서, 종단 측면도인 도 1 및 도 2와, 횡단 평면도인 도 3을 참조하여 설명한다. 종형 열처리 장치(1)는 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 원형의 기판인 웨이퍼 W에 SiO2(산화 실리콘)막을 성막한다. 도면 중 참조 부호 11은, 예를 들어 석영제의 반응 용기이며, 종형의 천장이 있는 원통형으로 구성되어 있고, 그 하단부는 외방으로 넓어져 플랜지(12)를 형성하고 있다. 그런데 도 1 내지 도 3에 대하여 보충 설명하면, 도 1, 도 2는 반응 용기(11)의 둘레 방향의 서로 상이한 위치에 있어서의 종단 측면을 도시하고 있고, 도 1은 도 3의 A-A 화살표 방향에서 볼 때의 단면도, 도 2는 도 3의 B-B 화살표 방향에서 볼 때의 단면도이다.
상기의 반응 용기(11)에 있어서 플랜지(12)에 의해 둘러싸이는 영역은, 기판 반입 출구(13)로서 개구되어 있고, 보트 엘리베이터(도시하지 않음)에 설치된 석영제의 원형의 덮개(14)에 의해, 기밀하게 폐쇄된다. 승강대인 덮개(14)의 중앙부에는, 수직 방향(세로 방향)으로 연장되는 회전축(15)이 관통하여 설치되고, 그 상단부에는 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(2)가 지지된다.
웨이퍼 보트(2)에 대해서, 도 4의 사시도도 참조하면서 설명한다. 웨이퍼 보트(2)는 석영에 의해 구성되어 있고, 수평한 원형의 천장판(21)과, 당해 천장판(21)과 평행한 원형의 저판(22)과, 수직한 4개의 지주(23)를 구비하고 있다. 지주(23)는, 웨이퍼 보트(2)의 측방으로부터 후술하는 링판(24)에 대하여 웨이퍼 W의 전달을 행할 수 있도록, 천장판(21) 및 저판(22)의 주위를 따라 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 또한, 지주(23)는 천장판(21)과 저판(22)과 링판(24)을 연결하고 있으면 되고, 하나의 웨이퍼 보트(2)에 설치되는 개수로서는 도 4의 예와 같이 4개인 것에 한정되지 않고, 3개 이하의 개수이어도 되고, 5개 이상의 개수이어도 된다.
천장판(21)과 저판(22)의 사이는 기판 보유 지지 영역을 이루고, 이 기판 보유 지지 영역에는 기판 보유 지지부를 이루는 원형의 링판(24)이 서로 간격을 두고 상하 방향으로 다단으로 설치되어 있다. 각 링판(24)의 주연부는 상기의 지주(23)에 관통되고, 각 링판(24)은 당해 지주(23)에 의해 수평으로 지지되어 있다. 링판(24)의 외형은 웨이퍼 W의 직경보다도 크게 형성되고, 웨이퍼 W는, 그 중심이 링판(24)의 중심에 정렬되도록, 당해 링판(24) 위에 보유 지지된다. 따라서, 링판(24)의 주연부는, 보유 지지된 웨이퍼 W보다도 외측으로 돌출되고, 후술하는 바와 같이 반응 용기(11) 내의 기류를 가이드하기 위한 기류 가이드부를 구성한다. 또한, 도시의 편의상, 도 4에서는 다수 설치되는 링판(24) 중, 2개만을 도시하고 있다.
웨이퍼 보트(2)는, 당해 웨이퍼 보트(2)가 반응 용기(11) 내에 로드(반입)되고, 덮개(14)에 의해 반응 용기(11)의 기판 반입 출구(13)가 막히는 처리 위치(도 1 내지 도 3에서 도시하는 위치)와, 반응 용기(11)의 하방측의 기판 전달 위치와의 사이에서 승강 가능하게 구성된다. 기판 전달 위치란, 도시하지 않은 로딩 에리어 내에 설치된 이동 탑재 기구에 의해, 웨이퍼 보트(2)에 대하여 웨이퍼 W의 이동 탑재가 행해지는 위치이다. 또한, 상기의 회전축(15)은 덮개(14)에 설치된 회전 기구를 이루는 모터(17)에 의해 연직축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 이 회전축(15)의 회전에 의해, 당해 회전축(15) 위에 적재된 웨이퍼 보트(2)는, 보유 지지된 각 웨이퍼 W의 중심을 중심으로, 즉 세로 방향의 축을 중심으로 회전한다. 도면 중 참조 부호 16은, 덮개(14)에 설치되는 단열 유닛이며, 상하 방향으로 간격을 두고 다수매 겹쳐짐과 함께 회전축(15)을 둘러싸는 링 형상의 플레이트에 의해 구성되어, 웨이퍼 보트(2)와 덮개(14)의 사이를 단열한다.
반응 용기(11)의 측벽부에는, 외방으로 불룩한 확장 영역(31), 확장 영역(32), 확장 영역(33)이 반응 용기(11)의 둘레 방향으로 서로 이격되고, 평면에서 볼 때 시계 방향으로 이 순서대로 형성되어 있다. 확장 영역(31 내지 33)은, 처리 위치에 있어서의 웨이퍼 보트(2)의 상단 높이로부터 반응 용기(11)의 하단에 걸쳐서 형성된 세로로 긴 영역이다. 확장 영역(32)에는, 수직한 막대 형상으로 형성된 가스 인젝터(41, 42)의 선단측이, 반응 용기(11)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 이 수직한 가스 인젝터(41, 42)의 선단측에는, 처리 위치에 있어서의 웨이퍼 보트(2)에 보유 지지되는 각 웨이퍼 W의 중심부를 향하여 처리 가스를 각각 토출할 수 있도록, 다수의 가스 토출 구멍(43)이 수직 방향으로 간격을 두고 개구되어 있다.
가스 인젝터(41)의 기단측은 절곡되고, 플랜지(12)를 직경 방향으로 관통하도록 수평으로 외방으로 연장되고, 밸브 V1, 매스 플로우 컨트롤러(44)를 이 순서대로 통하여 TEOS(테트라에톡시실란) 가스의 공급원(45)에 접속되어 있다. 가스 인젝터(42)의 기단측은, 가스 인젝터(41)의 기단측과 마찬가지로 절곡되고, 플랜지(12)를 직경 방향으로 관통하도록 수평으로 외방으로 연장되고, 밸브 V2, 매스 플로우 컨트롤러(46)를 이 순서대로 통하여 O2(산소) 가스의 공급원(47)에 접속되어 있다. 즉, 가스 인젝터(41)의 가스 토출 구멍(43)으로부터는 처리 가스로서 TEOS 가스가, 가스 인젝터(42)의 가스 토출 구멍(43)으로부터는 처리 가스로서 O2 가스가, 각각 토출된다.
또한, 반응 용기(11)의 측벽부에 있어서 확장 영역(32)에 대향하는 영역은 개구되어, 배기구(51)로서 구성되어 있다. 배기구(51)는, 상하로 연장되는 사각형의 슬릿 형상으로 형성되어 있고, 웨이퍼 보트(2)의 천장판(21)의 높이로부터 저판(22)의 높이에 걸쳐서 형성되어 있다. 이 배기구(51)로부터 배기를 행함과 함께, 상기의 가스 인젝터(41, 42)로부터 각 처리 가스를 공급함으로써, 가로 방향의 처리 가스의 기류(크로스 플로우)를 형성할 수 있다.
반응 용기(11)의 외측에는, 당해 반응 용기(11)를 둘러싸는 천장이 있는 외부관(52)이 설치되어 있다. 외부관(52)의 하단은, 반응 용기(11)의 플랜지(12) 위에 접속되어 있다. 도 1, 2 중 참조 부호 53은, 외부관(52)의 주위를 둘러싸는 지지판이며, 외부관(52) 및 반응 용기(11)는 당해 지지판(53)에 지지되어 있다. 외부관(52)에 있어서 배기구(51)보다도 하방에, 배기관(54)의 상류단이 접속되어 있다. 배기관(54)의 하류단은, 밸브 등에 의해 구성되는 배기량 조정부(55)를 통하여 진공 펌프 등에 의해 구성되는 배기 기구(56)에 접속되어 있다. 배기관(54)에 의해, 외부관(52)과 반응 용기(11)의 사이에 형성되는 버퍼 공간(57)이 배기되고, 그에 의해 상기의 배기구(51)로부터의 배기가 행해진다. 도 1, 2 중 참조 부호 59는, 가열부인 히터이며, 지지판(53)의 상측에 외부관(52)의 측 주위를 둘러싸도록 설치되어 있고, 웨이퍼 W가 설정 온도가 되도록 반응 용기(11) 내를 가열한다. 또한, 도 3에서는 당해 히터(59)의 도시를 생략하고 있다.
이후에는 편의상, 종형 열처리 장치(1)에 대해서, 상기의 확장 영역(32)이 형성되어 있는 측을 전방측, 배기구(51)가 형성되어 있는 측을 후방측으로 하여 설명한다. 상기의 확장 영역(31, 33)에 대하여 더 설명하자면, 이들 확장 영역(31, 33)은, 반응 용기(11)의 전방측에 각각 평면에서 볼 때 원호 형상으로 형성되어 있다.
그런데, 상기의 덮개(14)에는 지지부인 2개의 지주(61)가 수직으로 상방으로 연장되도록 설치되어 있다. 상기의 반응 용기(11)의 하방의 기판 전달 위치에 있어서의 웨이퍼 보트(2)에 대하여, 이동 탑재 기구는 후방측으로부터 액세스하여 웨이퍼 W의 전달을 행하기 때문에, 각 지주(61)는 이 웨이퍼 W의 이동 탑재를 방해하지 않도록 덮개(14)의 전방측에 설치되어 있고, 웨이퍼 보트(2)를 처리 위치에 반입했을 때에는 상기의 확장 영역(31, 33)에 각각 수용되도록 구성된다. 이 예에서는 각 지주(61)는, 확장 영역(31, 33)의 측 주위면을 따라 평면에서 볼 때 원호 형상으로 형성되어 있다.
각 지주(61)에는, 정류부인 수평한 정류판(62)이 다단으로 설치되어 있다. 정류판(62)은 평면에서 볼 때, 확장 영역(31, 33)에 따르도록 원호 형상으로 형성되어 있고, 지주(61)로부터 반응 용기(11)의 중심측으로 수평으로 돌출되어 다단으로 설치되어 있다. 따라서, 확장 영역(31, 33)은, 반응 용기(11)의 측벽부에 있어서 정류판(62)에 대향하는 부위가 외방으로 불룩해짐으로써 형성된 영역이다. 또한, 웨이퍼 보트(2)는 덮개(14)에 대하여 회전 가능한 것에 반해, 정류판(62)은 덮개(14)에 대하여 고정되어 있다. 즉, 정류판(62)은 웨이퍼 보트(2)에 대하여 독립적으로 설치되어 있다. 각 정류판(62)은 링판(24)과 함께 웨이퍼 W의 외주에 있어서의 간극을 저감하고, 당해 외주에 있어서의 처리 가스의 컨덕턴스를 저하시키는 역할을 갖는다.
도 5의 종단 측면도도 참조하여, 반응 용기(11)와 처리 위치에 있어서의 웨이퍼 보트(2)와 정류판(62)과의 위치 관계에 대하여 설명한다. 각 정류판(62)은 웨이퍼 W 및 링판(24)과 상이한 높이에 위치하고 있고, 각 정류판(62)의 선단은, 당해 웨이퍼 보트(2)의 천장판(21)과 당해 천장판(21)의 바로 아래의 링판(24)과의 간극, 인접하는 링판(24) 사이의 각 간극, 저판(22)과 당해 저판(22)의 바로 위의 링판(24)의 간극에 각각 면함과 함께, 이들 간극에 진입되어 있다. 반응 용기(11)에 있어서의 확장 영역(31, 33)의 측 주위면과 지주(61) 사이의 거리 L1은, 예를 들어 9.0㎜이다. 링판(24)의 주위단과 정류판(62)의 선단과의 사이의 수평 방향에 있어서의 거리 L2는, 예를 들어 10.0㎜이다. 즉, 평면에서 보면, 링판(24)과 정류판(62)이 오버랩되어 있다. 또한, 서로 인접하는 정류판(62)과, 이들 정류판(62) 사이에 파고 들어간 링판(24)에 대해서, 링판(24)과 정류판(62)의 사이에 형성되는 간극의 높이 H1은, 예를 들어 3㎜이다. 상기의 거리 L2에 대해서는 클수록, 상기의 높이 H1에 대해서는 작을수록, 웨이퍼 W의 외주에 형성되는 간극이 작아지므로, 후술하는 처리 가스의 흐름의 규제를 보다 확실하게 행할 수 있다.
그런데, 예를 들어 장치(1)의 동작 정밀도의 한계에 의해, 덮개(14)의 승강축의 요동이 일어나는 것을 생각할 수 있다. 이미 설명한 확장 영역(31, 33)은, 그와 같이 축 요동이 일어났을 경우에, 승강 중의 지주(61)가, 반응 용기(11)의 내주에 간섭되는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다. 즉, 확장 영역(31, 33)은, 웨이퍼 W의 외주에 정류판(62)을 배치하는 구성으로 하면서도, 상기의 반응 용기(11)와 당해 정류판(62)을 설치하기 위해 필요해지는 지주(61)와의 사이의 거리 L1을 담보하기 위해 설치되어 있다. 또한, 가령 링판(24)과 정류판(62)이 동일한 높이에 배치되는 경우에는, 배경기술의 항목에서 설명한 바와 같이 덮개(14)의 회전축의 요동을 고려할 필요가 있기 때문에, 정류판(62)과 링판(24)의 간섭을 방지하기 위해 정류판(62)의 선단의 위치는 크게 제한된다. 그러나, 상기와 같이 정류판(62)이 링판(24)과 상이한 높이에 배치되어 있음으로써, 당해 정류판(62)의 선단이 웨이퍼 W의 주위단 부근에 위치하도록 반응 용기(11)의 중심측을 향하여 비교적 크게 돌출되도록, 당해 정류판(62)을 구성할 수 있다. 즉, 정류판(62)이 링판(24)과 상이한 높이에 배치됨으로써, 반응 용기(11)의 외주의 간극을 보다 작게 할 수 있다. 그에 의해, 후술하는 처리 가스의 흐름의 규제를 보다 확실하게 행할 수 있다.
또한, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기의 종형 열처리 장치(1)는 컴퓨터에 의해 구성된 제어부(5)를 구비하고 있다. 상기 제어부(5)는, 덮개(14)의 승강, 히터(59)에 의한 웨이퍼 W의 온도, 매스 플로우 컨트롤러(44, 46) 및 밸브 V1, V2에 의한 각 처리 가스의 공급량, 배기량 조정부(55)에 의한 배기량, 모터(17)에 의한 회전축(15)의 회전 등의 각 동작을 제어하도록 구성되어 있다. 그리고, 제어부(5)는, 후술하는 일련의 처리를 실행할 수 있도록 스텝군이 짜여져 있다. 이 프로그램은 예를 들어 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장된 상태로 제어부(5)에 저장된다.
계속해서, 종형 열처리 장치(1)에서 실시되는 성막 처리에 대하여 설명한다. 우선, 회전축(15) 위에 지지됨과 함께 반응 용기(11)의 하방의 기판 전달 위치에 위치하는 웨이퍼 보트(2)에 웨이퍼 W가 반송되고, 각 링판(24) 위에 웨이퍼 W가 선반 형상으로 보유 지지된다. 그러한 후, 덮개(14)가 상승하고, 반응 용기(11)의 하방으로부터 웨이퍼 보트(2)가 처리 위치로 상승함과 함께 지주(61) 및 정류판(62)이 확장 영역(31, 33)에 수용되고, 기판 반입 출구(13)가 폐쇄된다. 그리고 배기구(51)로부터의 배기에 의해 반응 용기(11) 내가 소정의 압력의 진공 분위기가 되도록 진공화됨과 함께, 히터(59)에 의해 웨이퍼 W가 소정의 온도로 가열된다. 또한, 모터(17)에 의해 회전축(15)을 통하여 웨이퍼 보트(2)가 회전한다.
그 후, 가스 인젝터(41, 42)의 각 토출 구멍(43)으로부터 각 웨이퍼 W의 표면의 중심부를 향하여 처리 가스로서 TEOS 가스 및 O2 가스가 토출된다. 배기구(51)에 의해 배기가 행해지고 있음으로써, TEOS 가스 및 O2 가스는 반응 용기(11) 내를, 전방측으로부터 타방측을 향하여 가로 방향으로 흐른다. 도 6에, 이 처리 가스의 흐름을 흰색 화살표로 나타내고 있다. 또한, 도 6 중의 쇄선의 화살표는 웨이퍼 W의 회전 방향을 나타내고 있다.
웨이퍼 W의 외주에 있어서는 링판(24)의 주연부가 위치하고, 또한 확장 영역(31, 33)으로부터, 서로 인접하는 링판(24) 사이에 파고 들어가도록 당해 링판(24)의 내측을 향하는 정류판(62)이 설치되어 있음으로써, 토출된 각 처리 가스로부터 보면 좌우의 웨이퍼 W 외주의 간극이 작게 억제되어 있기 때문에, 당해 처리 가스의 웨이퍼 W 외주로의 확산은 억제되어, 당해 처리 가스는 인접하는 웨이퍼 W 간의 간극에 효율적으로 공급된다. 그리고, 그와 같이 웨이퍼 간의 간극에 공급된 처리 가스로부터 볼 때, 웨이퍼 W의 외주 방향에 있어서의 간극은 정류판(62)에 의해 비교적 작기 때문에, 당해 처리 가스의 웨이퍼 W의 외주 방향으로의 확산이 억제된다. 그 결과, 처리 가스는 비교적 높은 유속으로 배기구(51)를 향하여 웨이퍼 W를 횡단하도록 흐르고, 당해 배기구(51)로부터 배기된다.
그와 같이 웨이퍼 W의 표면을 흐르는 처리 가스(TEOS 가스 및 O2 가스)는, 웨이퍼 W의 열에 의해 화학 반응을 일으키고, 웨이퍼 W 표면에 SiO2의 분자가 퇴적되어, SiO2막이 형성된다. SiO2의 분자 퇴적이 진행되어, SiO2막이 설정된 막 두께가 되면, 가스 인젝터(41, 42)로부터의 처리 가스의 공급이 정지되고, 덮개(14)가 하강하여 웨이퍼 보트(2)가 반응 용기(11)로부터 반출되어, 성막 처리가 종료된다.
이 종형 열처리 장치(1)에 있어서는, 웨이퍼 W를 각각 보유 지지함과 함께 웨이퍼 W보다도 외측으로 주연부가 뻗어 있는 링판(24)이 지주(23)에 다단으로 설치된 웨이퍼 보트(2)를 사용하여 처리가 행해진다. 그리고, 반응 용기(11) 내의 처리 위치에 있어서의 웨이퍼 보트(2)의 좌우의 외측으로부터, 서로 인접하는 링판(24) 사이의 간극을 향하여 돌출되어 당해 간극에 면하도록, 당해 웨이퍼 보트(2)에 대하여 독립된 정류판(62)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 가스 인젝터(41, 42)로부터 토출된 처리 가스가 웨이퍼 W의 외주를 통과하여 배기구(51)를 향하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 각 웨이퍼 W의 표면에 효율적으로, 또한 비교적 높은 유속으로 당해 처리 가스를 공급할 수 있다. 그와 같이 효율적으로 처리 가스가 공급됨으로써, 성막 레이트(단위 시간당 막 두께의 상승량)를 향상시킬 수 있으므로, 장치(1)의 스루풋의 상승을 도모할 수 있다. 또한, 비교적 높은 유속으로 처리 가스가 웨이퍼 W에 공급됨으로써, 회전하는 웨이퍼 W의 전후의 직경 방향에 있어서의 처리 가스의 공급량에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 웨이퍼 W의 막 두께의 균일성의 향상을 도모할 수 있다.
그런데, 상기와 같이 정류판(62)은 웨이퍼 W의 외주의 간극을 작게 하여 처리 가스의 흐름을 규제하기 위해 설치되는 것이며, 도 5에 도시하는 바와 같이 정류판(62)의 선단이 인접하는 링판(24) 사이에 파고 들어가도록 정류판(62)을 구성함으로써, 이 간극을 매우 작게 할 수 있기 때문에, 상기의 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 단, 그와 같이 파고 들어가게 설치하지 않아도, 정류판(62)을 설치함으로써, 상기한 웨이퍼 W의 외주의 간극이 정류판(62)을 설치하지 않은 경우에 비하여 작아지기 때문에, 본 발명의 효과가 얻어진다. 따라서, 정류판(62)의 선단과 링판(24)의 주위단이 서로 겹치도록, 즉 도 5 중의 L2가 0㎜가 되도록 정류판(62)을 형성해도 되고, 정류판(62)의 선단이 링판(24)의 주위단에 대하여 반응 용기(11)의 주위단측으로 이격되어 있도록, 정류판(62)을 형성해도 된다.
(제1 실시 형태의 변형예)
제1 실시 형태의 변형예에 관한 종형 열처리 장치(6)에 대해서, 도 7의 횡단 평면도를 참조하여, 종형 열처리 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 이 종형 열처리 장치(6)에서는 정류판(62) 대신에, 링판(24)의 절반 둘레에 따른 평면에서 볼 때 원호 형상의 정류판(63)이 설치되어 있고, 원호의 일단, 타단은 반응 용기(11) 내의 좌우 한쪽, 다른 쪽에 각각 설치되고, 원호의 길이 방향의 중앙부는 반응 용기(11) 내의 전방측에 설치되어 있다. 즉, 정류판(63)은, 평면에서 볼 때 정류판(62)보다도 긴 원호 형상으로 형성되어 있다. 이러한 형상의 차이를 제외하고, 정류판(63)은 정류판(62)과 마찬가지로 구성되어 있다. 정류판(63)은, 예를 들어 반응 용기(11)의 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되는 막대 형상의 수직한 지주(64)에 의해 지지되어 있다. 이 지주(64)는, 평면에서 본 형상이 상이한 것을 제외하고, 상기의 지주(61)와 마찬가지로 구성되어 있다.
반응 용기(11)의 측벽부에 있어서, 정류판(63)에 대향하는 영역이 외방으로 불룩하여, 제1 확장 영역(65)을 형성하고 있다. 이 제1 확장 영역(65)은, 평면에서 본 형상이 상기의 확장 영역(31, 33)에 비하여 상이한 것을 제외하고, 당해 확장 영역(31, 33)과 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 제1 확장 영역(65)을 형성하는 반응 용기(11)의 측벽부의 전방측은, 국소적으로 당해 반응 용기(11)의 외방으로 더 불룩해짐으로써 제2 확장 영역(66)을 형성한다. 이 제2 확장 영역(66)에는, 상기의 확장 영역(32)과 마찬가지로 가스 인젝터(41, 42)가 설치된다. 가스 인젝터(41, 42)의 토출 구멍(43)은, 인접하는 링판(24) 사이에 처리 가스를 토출하도록 개구되어 있다.
그와 같이 인접하는 링판(24) 사이에 토출된 처리 가스는, 링판(24) 및 정류판(63)에 의해 웨이퍼 W의 외주에 형성되는 간극이 비교적 작기 때문에, 당해 외주를 향하는 것이 억제되고, 배기구(51)를 향한다. 따라서, 이 종형 열처리 장치(6)에 의하면, 종형 열처리 장치(1)와 마찬가지로, 각 웨이퍼 W에 효율적으로 또한 비교적 높은 유속으로, 처리 가스를 공급할 수 있다.
(제2 실시 형태)
계속하여 제2 실시 형태에 따른 종형 열처리 장치(7)에 대해서, 종형 열처리 장치(1)와의 차이점을 중심으로, 도 8의 횡단 평면도 및 도 9의 종단 측면도를 참조하여 설명한다. 종형 열처리 장치(7)에 있어서는, 확장 영역(31, 33) 및 지주(61) 및 정류판(62)이 설치되어 있지 않고, 그 대신에 정류판(62)에 상당하는 정류판(71)이 설치되어 있다. 정류판(71)에 대해서도 정류판(62)과 마찬가지로 다단으로 설치되어 있고, 각 정류판(71)은, 반응 용기(11)의 내주벽의 둘레 방향에 있어서의 서로 이격된 4개의 영역으로부터, 처리 위치에 배치된 웨이퍼 보트(2)의 인접하는 링판(24) 사이의 간극에 면하도록, 당해 간극을 향하여 돌출되어 있다. 이 예에서는, 정류판(71)은 반응 용기(11) 내에 있어서의 전방측의 좌우 및 후방측의 좌우에 각각 설치되어 있다.
링판(24)에는, 정류판(71)에 대응하는 4개의 절결(25)이 둘레 방향으로 형성되어 있다. 반응 용기(11)에 대하여 웨이퍼 보트(2)를 반입 및 반출할 때에는, 도 8에 도시하는 바와 같이 절결(25)이 정류판(71)에 대향하도록, 모터(17)에 의해 웨이퍼 보트(2)의 방향이 조정된 상태에서 덮개(14)가 승강되고, 절결(25)을 정류판(71)이 통과한다. 이 절결(25)은, 앞서 설명한 웨이퍼 보트(2)의 승강축의 축 요동이 일어나도, 링판(24)과 정류판(71)과의 간섭을 방지할 수 있도록 형성되어 있다.
종형 열처리 장치(7)에 있어서는, 종형 열처리 장치(1)와 마찬가지로 처리 가스의 공급과 배기에 의한 기류의 형성과, 웨이퍼 보트(2)의 회전이 행해져서, 웨이퍼 W가 성막 처리된다. 이 웨이퍼 보트(2)의 회전에 의해, 평면에서 볼 때 정류판(71)의 선단부와 링판(24)의 주단부가 오버랩되어 있지 않은 상태(도 8에 도시하는 상태)와, 오버랩된 상태가 교대로 반복되면서 성막 처리가 행해진다. 이 성막 처리 중, 상기의 링판(24) 및 정류판(71)이 설치되어 있음으로써, 반응 용기(11) 내에 토출된 처리 가스로부터 볼 때, 웨이퍼 W의 외주에 형성되는 간극이 비교적 작기 때문에, 이 종형 열처리 장치(7)에서는, 종형 열처리 장치(1)와 마찬가지로, 당해 웨이퍼 W의 외주로 당해 처리 가스가 흐르는 것이 억제된다. 그리고, 상기의 정류판(71)과 링판(24)이 오버랩되어 있을 때에는, 처리 가스로부터 본 상기의 웨이퍼 W의 외주의 간극이 보다 작기 때문에, 웨이퍼 W의 외주로의 처리 가스의 흐름이, 보다 확실하게 억제된다.
상기와 같이 처리 가스의 흐름이 규제됨으로써, 이 종형 열처리 장치(7)도, 종형 열처리 장치(1)와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 이 종형 열처리 장치(7)의 정류판(71)은 반응 용기(11)에 고정된 구성이기 때문에, 웨이퍼 보트(2)에 대하여 웨이퍼 W의 이동 탑재 기구가 액세스하는 방향에 관계없이 설치할 수 있다. 즉, 반응 용기(11) 내의 전후 좌우로 자유로운 레이아웃으로 배치할 수 있다.
그런데 상기의 각 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 보트(2)의 링판(24)으로서는 웨이퍼 W의 외주의 간극을 저감할 수 있으면 되므로, 완전한 원형일 필요는 없고, 제2 실시 형태에서 기재한 바와 같이 절결(25)이 형성되어 있어도 되며, 예를 들어 타원형이나 사각형이어도 된다. 또한, 배기구(51)에 대해서는, 각 웨이퍼 W 간에 있어서의 면 내의 압력을 조정하기 위해 임의의 형상으로 할 수 있다. 예를 들어, 하방을 향하여 끝이 가늘어지는 쐐기형의 슬릿 형상으로 해도 되고, 상하에 다수의 구멍이 간격을 두고 개구됨과 함께 하방측의 구멍일수록 개구 직경이 축소된 구성이어도 된다. 또한, 배기구(51) 하류의 배기의 유로로서는 상기의 구성예에 한정되지 않는다. 예를 들어 외부관(52)을 설치하지 않고 배기구(51)를 반응 용기(11)의 외측으로부터 커버로 덮고, 당해 커버로 덮이는 공간이 배기관(54)으로 배기되는 구성이어도 된다. 또한, 배기관(54)의 상류단을 외부관(52)의 전방측에 접속하여, 배기구(51)에 유입된 처리 가스가 반응 용기(11)의 천장판 위를 통과하여 배기관(54)에 유입되는 구성으로 할 수도 있다.
또한 웨이퍼 보트의 구성에 대해서도, 상기의 예에 한정되는 것은 아니다. 도 10 내지 도 13은, 각각 웨이퍼 보트(2)와는 상이한 구성의 웨이퍼 보트를 도시하는 개략적인 종단 측면도이다. 이하, 이들 도 10 내지 도 13의 웨이퍼 보트에 대해서, 웨이퍼 보트(2)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 10에서는, 링판(24) 대신 원판(72)이 설치된 웨이퍼 보트(73)의 구성예를 도시하고 있다. 원판(72)의 주연부는, 링판(24)의 주연부와 마찬가지로, 적재되는 웨이퍼 W의 주연의 외측으로 뻗어나 있다. 또한, 도 11에서는, 링판(24)의 내주연에 따른 링 형상의 돌기(74)가 형성된 웨이퍼 보트(75)를 도시하고 있으며, 이 돌기(74) 위에 웨이퍼 W가 보유 지지된다.
도 12에 도시하는 웨이퍼 보트(76)는, 각 지주(23)로부터 당해 지주(23)에 둘러싸이는 영역의 중심부로 돌출되는 보유 지지체(77)를 구비하고, 당해 보유 지지체(77) 위에 웨이퍼 W의 주연부가 보유 지지된다. 그리고 이 웨이퍼 보트(76)에 있어서는, 수평한 원형의 링판(78)이 보유 지지체(77) 및 웨이퍼 W와 상이한 높이에 다단으로 설치되어 있고, 링판(78)의 내주연이 각 지주(23)에 의해 지지되어 있다. 이 링판(78)은 링판(24)의 주연부와 마찬가지로, 반응 용기(11) 내에 있어서의 기류를 규제한다. 즉, 이 웨이퍼 보트(76)에 있어서는, 기판 보유 지지부와 기류 가이드부가 개별로 형성되어 있다. 그리고, 도 13에 도시하는 웨이퍼 보트(79)는, 웨이퍼 보트(76)와 대략 마찬가지로 구성되어 있고, 차이점으로서 링판(78) 대신에 수평한 원판(70)이 설치되어 있다.
그런데 각 웨이퍼 보트에 대하여 웨이퍼 W를 이동 탑재하는 이동 탑재 기구에 대해서는, 앞서 설명한 웨이퍼 보트에 대하여 웨이퍼 W의 이동 탑재를 행할 수 있으면 되고, 임의의 구성의 이동 탑재 기구가 사용된다. 일례를 들면, 웨이퍼 W의 측면의 서로 이격된 상이한 위치를 각각 웨이퍼 W의 중심을 향하여 가압함으로써 당해 웨이퍼 W를 파지하는 파지 기구를 구비한 이동 탑재 기구를 사용할 수 있다.
상기의 종형 열처리 장치(1)는 CVD에 의한 성막을 행하는 장치로서 구성되는 것에 한정되지 않고, ALD(Atomic Layer Deposition)에 의해 성막을 행하는 장치로서 구성되어도 된다. 또한, 가스 인젝터(41, 42)로부터 토출된 처리 가스가 웨이퍼 W에 공급될 때까지 플라즈마화하여 라디칼을 생성하는 플라즈마화 기구를 설치하고, 당해 라디칼 등의 활성종이 웨이퍼 W에 공급되도록 해도 된다. 그 경우, 상기와 같이 비교적 높은 유속으로 인접하는 웨이퍼 W를 처리 가스가 통류하기 때문에, 웨이퍼 W의 표면의 각 부에 도달할 때까지 활성종이 실활되는 것을 억제할 수 있으므로, 장치의 고스루풋화 및 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 처리의 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 종형 열처리 장치(1)는, 성막 처리를 행하는 성막 장치로서 구성되는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 N2(질소) 가스 등의 불활성 가스를 공급하면서 웨이퍼 W를 가열하여 당해 웨이퍼 W의 표면을 개질하는 개질 장치로서 구성되어도 된다. 또한, 앞서 설명한 각 실시 형태의 구성은 적절히 조합할 수 있다. 예를 들어, 종형 열처리 장치(1)에 있어서 정류판(62)을 지지하는 지주로서는, 종형 열처리 장치(6)에서 설명한 지주(64)를 사용해도 된다.
그런데, 도 3, 도 8에서 도시한 예에서는, 웨이퍼 보트(2)의 링판(24)의 주연부는, 웨이퍼 W의 둘레의 전체로부터 당해 웨이퍼 W의 주연보다도 외측으로 뻗어나도록 형성되어 있으나, 링판(24)으로서는, 이미 설명한 바와 같이 기류를 규제하는 작용이 얻어지면 되고, 그와 같이 웨이퍼 W의 둘레의 전체로부터 주연부가 뻗어나도록 구성되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 링판(24)의 주연부에, 당해 링판(24)의 중심을 향하도록 형성됨과 함께 선단이 웨이퍼 W의 주연보다 내측에 위치하도록 절결을 형성하고, 평면에서 볼 때 웨이퍼 W의 전체 둘레 중 대부분, 구체적으로는 예를 들어 전체 둘레 중 70％ 이상의 영역으로부터 링판(24)의 주연부가 웨이퍼 W의 외측으로 돌출되도록 당해 링판(24)을 구성하도록 해도 된다. 이 절결은, 예를 들어 웨이퍼 W의 이면 주연부에 있어서의 서로 이격된 복수의 영역을 각각 지지하는 복수의 갈고리를 갖는 반송 기구가, 링판(24)에 대하여 승강함으로써 링판(24)에 대하여 웨이퍼 W를 전달할 때에, 당해 갈고리가 통과할 수 있도록 링판(24)의 주연부의 복수의 영역에 형성되는 것이다.
(평가 시험)
평가 시험(1)으로서, 이미 설명한 종형 열처리 장치(1)를 사용하여 직경이 300㎜인 웨이퍼 W에 성막 처리를 행하는 시뮬레이션을 실행하였다. 그리고 이 성막 처리중의 인접하는 웨이퍼 간의 간극에 있어서의 처리 가스의 유속의 분포를 취득하였다. 또한, 비교 시험 1로서, 정류판(62), 지주(61), 확장 영역(31, 32)이 형성되어 있지 않은 것을 제외하고 평가 시험(1)과 동일 조건의 시뮬레이션을 실행하여, 평가 시험(1)과 마찬가지로 처리 가스의 유속의 분포를 취득하였다.
도 14의 그래프는, 상기의 간극에 있어서 웨이퍼 W의 좌우 방향을 따른 직경 상에서 취득된 유속의 분포를 나타낸 것이다. 평가 시험(1)에서 취득한 유속의 분포를 실선으로, 비교 시험 1에서 취득한 유속의 분포를 점선으로 각각 나타내고 있다. 그래프의 횡축은, 유속을 검출한 위치에 대해서, 웨이퍼 W의 중심(0m라고 하였음)으로부터의 거리(단위: m)로서 나타내고 있으며, 반응 용기(11)의 우측을 +의 값, 좌측을 -의 값으로 각각 표시하고 있다. 그래프의 종축은 검출된 유속(단위: m/초)을 나타내고 있으며, 종축에 있어서의 a는 양의 수이다. 이 그래프로부터, 서로 동일 위치에 있어서의 유속을 비교하면, 평가 시험 1의 쪽이 비교 시험 1보다도 크다. 따라서 이 평가 시험의 결과로부터, 앞서 설명한 본 발명의 효과가 확인되었다.
W: 웨이퍼
1: 종형 열처리 장치
11: 반응 용기
14: 덮개
17: 모터
2: 웨이퍼 보트
23: 지주
24: 링판
31 내지 33: 확장 영역
61: 지주
62: 정류판

Claims (7)

  1. 가열부에 의해 둘러싸인 종형의 반응 용기 내에서, 선반 형상으로 배치된 복수의 기판에 대하여, 한쪽으로부터 다른 쪽을 향하여 가로 방향으로 흐르는 처리 가스의 기류를 형성하여 처리를 행하는 종형 열처리 장치에 있어서,
    지주와, 상기 지주를 따라 복수 설치되고, 각각 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 지주에 기판마다 설치되고, 기판보다도 외측으로 그 주연부가 뻗어나도록 형성된 기류 가이드부를 포함하는 기판 보유 지지구와,
    상기 기판 보유 지지구를 지지하여 상기 반응 용기의 하방으로부터 반입하기 위한 승강대와,
    상기 승강대에 설치되고, 상기 기판 보유 지지구를 종축을 중심으로 회전시키기 위한 회전 기구와,
    상기 복수의 기판이 보유 지지되어 있는 기판 보유 지지 영역의 후방측 및 전방측에 각각 설치된, 처리 가스 공급구 및 배기구와,
    상기 기판 보유 지지 영역의 좌우에서, 외측으로부터 서로 인접하는 기류 가이드부의 사이의 공간을 향하여 돌출되어 당해 공간에 면하도록, 상기 기판 보유 지지구에 대하여 독립적으로 설치된 정류부를 포함하는, 종형 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는, 상기 승강대에 지지부를 개재하여 설치되고,
    상기 반응 용기의 측벽부에 있어서의 정류부에 대향하는 부위가 외방으로 불룩해져 있는, 종형 열처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는, 상기 반응 용기의 측벽부에 설치되고,
    상기 기판 보유 지지부가 승강할 때의 방향에 있어서, 평면에서 보았을 때 상기 기류 가이드부에 있어서의 상기 정류부와 대향하는 부위에는, 절결부가 형성되어 있는, 종형 열처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류부는, 평면에서 보았을 때 상기 기류 가이드부와 겹쳐져 있는, 종형 열처리 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기류 가이드부는, 상기 기판 보유 지지부의 주연 부위에 상당하는, 종형 열처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 보유 지지부는, 기판 보유 지지구의 둘레 방향을 따라 환상으로 형성된 환상 부재인, 종형 열처리 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보유 지지부는, 상기 기류 가이드부와는 별개로 상기 지주에 설치되어 있는, 종형 열처리 장치.
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