KR102133547B1 - 기판 처리 장치, 이음부 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 기판 상에 형성하는 막의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
기판을 처리하는 반응관 내에 가스를 도입하도록 구성된 가스 도입부; 상기 가스를 상기 반응관 외에서 가열하는 가열부; 및 상기 가스 도입부와 상기 가열부 사이에 설치되는 접속부;를 포함하고, 상기 접속부는, 일단(一端)이 상기 가스 도입부와 밀폐 부재를 개재하여 접속되는 외관과, 상기 외관보다 작은 지름으로 형성되고, 일단이 상기 가열부와 접속되고, 타단(他端)이 적어도 상기 밀폐 부재가 설치되는 위치까지 연장하는 내관으로 구성되고, 상기 외관의 타단은 상기 가열부와 상기 밀폐 부재 사이에서 상기 내관에 용접되고 폐색되는 기판 처리 장치가 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 이음부 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은 기판 처리 장치, 이음부 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 플래시 메모리 등의 반도체 장치(디바이스)는 고집적화 및 미세화가 진행되고 있다. 디바이스 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리가 실시되는 경우가 있으며, 기판 처리 장치의 처리실 내에 처리 가스를 공급하기 전에 처리 가스를 미리 가열하는 것에 의해 처리 가스의 열분해를 제어하여 막의 균일성을 향상시키는 것이 시도되고 있다.
통상적으로 가스 공급관과 가스 도입 포트의 접속 부분에는 접속부가 개설(介設)되어 있다(예컨대 특허문헌 1). 접속부의 내열 온도보다 높은 온도로 처리 가스를 가열하면 접속부가 열화되는 경우가 있기 때문에 처리 가스를 접속부의 내열 온도보다 높은 온도로 가열하지 못해 처리 가스의 열분해 제어가 곤란한 경우가 있었다.
1: 일본 특개 2010-45251호 공보
본 발명의 목적은 기판 상에 형성하는 막의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응관 내에 가스를 도입하도록 구성된 가스 도입부; 상기 가스를 상기 반응관 외에서 가열하는 가열부; 및 상기 가스 도입부와 상기 가열부 사이에 설치되는 접속부;를 포함하고, 상기 접속부는, 일단(一端)이 상기 가스 도입부와 밀폐 부재를 개재하여 접속되는 외관과, 상기 외관보다 작은 지름으로 형성되고, 일단이 상기 가열부와 접속되고, 타단(他端)이 적어도 상기 밀폐 부재가 설치되는 위치까지 연장하는 내관으로 구성되고, 상기 외관의 타단은 상기 가열부와 상기 밀폐 부재 사이에서 상기 내관에 용접되고 폐색되는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성하는 막의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 포트와 접속부의 접속 상태를 도시하는 종단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 포트를 도시하는 종단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 접속부를 도시하는 종단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 너트를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 포트를 도시하는 종단면도.
도 7은 본 발명에서의 가스 온도의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 전체 도면 중 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 동일하거나 대응되는 참조 부호를 첨부하여 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서 기판 처리 장치는 반도체 장치(디바이스)의 제조 방법에서의 제조 공정의 일 공정으로서 열처리 등의 기판 처리 공정을 실시하는 처리 장치(2)로서 구성된다. 도 1에 도시하는 바와 같이 처리 장치(2)는 원통 형상의 반응관(10)과, 반응관(10)의 외주에 설치된 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(12)를 구비한다. 반응관은 예컨대 석영이나 SiC으로 형성된다. 반응관(10)의 내부에는 기판으로서의 웨이퍼(W)를 처리하는 처리실(14)이 형성된다. 반응관(10)에는 온도 검출기로서의 온도 검출부(16)가 반응관(10)의 내벽을 따라 입설(立設)된다.
반응관(10)의 하단 개구부(開口部)에는 원통형의 매니폴드(18)가 O링 등의 씰 부재(20)를 개재하여 연결되고 반응관(10)의 하단을 지지한다. 매니폴드(18)는 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 형성된다. 매니폴드의 측벽에는 후술하는 가스 포트(가스 도입부)가 복수 형성된다. 매니폴드(18)의 하단 개구부는 원반 형상의 덮개부(22)에 의해 개폐된다. 덮개부(22)는 예컨대 금속으로 형성된다. 덮개부(22)의 상면에는 O링 등의 씰 부재(20)가 설치되고, 이에 의해 반응관(10) 내와 외기(外氣)가 기밀하게 밀봉된다. 덮개부(22) 상에는 중앙에 상하에 걸쳐서 공(孔)이 형성된 단열부(24)가 재치된다. 단열부(24)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재에 의해 형성된다.
처리실(14)은 복수 매, 예컨대 25매 내지 150매의 웨이퍼(W)를 수직으로 선반 형상으로 지지하는 기판 보지구(保持具)로서의 보트(26)를 내부에 수납한다. 보트(26)는 예컨대 석영이나 SiC으로 형성된다. 보트(26)는 덮개부(22) 및 단열부(24)의 공을 관통하는 회전축(28)에 의해 단열부(24)의 상방(上方)에 지지된다. 덮개부(22)의 회전축(28)이 관통하는 부분에는 예컨대 자성(磁性) 유체(流體) 씰이 설치되고, 회전축(28)은 덮개부(22)의 하방(下方)에 설치된 회전 기구(30)에 접속된다. 이에 의해 회전축(28)은 반응관(10)의 내부를 기밀하게 밀봉한 상태에서 회전 가능하도록 구성된다. 덮개부(22)는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(32)에 의해 상하 방향으로 구동(驅動)된다. 이에 의해 보트(26) 및 덮개부(22)가 일체적으로 승강되어 반응관(10)에 대하여 보트(26)가 반입출된다.
처리 장치(2)는 기판 처리에 사용되는 가스를 처리실(14) 내에 공급하는 가스 공급 기구(34)를 구비한다. 가스 공급 기구(34)가 공급하는 가스는 성막되는 막의 종류에 따라 바꿀 수 있다. 여기서는 가스 공급 기구(34)는 원료 가스 공급부, 반응 가스 공급부 및 불활성 가스 공급부를 포함한다.
원료 가스 공급부는 가스 공급관(36a)을 구비하고, 가스 공급관(36a)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(38a)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(40a)가 설치된다. 가스 공급관(36a)에는 후술하는 예비 가열 장치(70) 및 접속부(80)가 설치되어도 좋다. 노즐(44a)은 반응관(10) 내에 상하 방향을 따라 입설되고, 보트(26)에 보지되는 웨이퍼(W)를 향하여 개구되는 복수의 공급공이 형성된다. 가스 공급관(36a)으로부터 공급된 원료 가스는 노즐(44a)의 공급공을 통해서 웨이퍼(W)에 대하여 공급된다.
반응 가스 공급부는 가스 공급관(36b)을 구비하고, 가스 공급관(36b)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(38b), 밸브(40b), 예비 가열 장치(70)가 설치된다. 가스 공급관(36b)은 후술하는 접속부(80)를 개재하여 노즐(44b)에 접속된다. 접속부(80)를 가스 공급관(36b)에 포함시켜서 생각해도 좋다. 불활성 가스 공급부로부터는 공급관(36c, 36d), MFC(38c, 38d), 밸브(40c, 40d) 및 노즐(44a, 44b)을 개재하여 웨이퍼(W)에 대하여 불활성 가스가 공급된다.
매니폴드(18)에는 배기관(46)이 설치된다. 배기관(46)에는 처리실(14) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(48) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서 APC(Automatic Pressure Controller) 밸브(40)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(52)가 접속된다. 이러한 구성에 의해 처리실(14) 내의 압력을 처리에 따른 처리 압력으로 할 수 있다.
회전 기구(30), 보트 엘리베이터(32), 가스 공급 기구(34)의 MFC(38a 내지 38d) 및 밸브(40a 내지 40d), APC 밸브(50), 예비 가열 장치(70)에는 이들을 제어하는 컨트롤러(100)가 접속된다. 컨트롤러(100)는 예컨대 CPU를 구비한 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지고, 처리 장치(2)의 동작을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(100)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(102)가 접속된다.
컨트롤러(100)에는 기억 매체로서의 기억부(104)가 접속된다. 기억부(104)에는 처리 장치(10)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 처리 장치(2)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램(레시피라고도 부른다.)이 판독 가능하도록 격납된다.
기억부(104)는 컨트롤러(100)에 내장된 기억 장치(하드 디스크나 플래시 메모리)이어도 좋고, 가반성(可搬性)의 외부 기록 장치[자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]이어도 좋다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다. 프로그램은 필요에 따라 입출력 장치(102)로부터의 지시 등을 통해서 기억부(104)로부터 판독되고, 판독된 레시피에 따른 처리를 컨트롤러(100)가 실행하는 것에 의해 처리 장치(2)는 컨트롤러(100)의 제어 하에서 원하는 처리를 실행한다.
계속해서 본 실시 형태에 따른 접속부(80)의 구성에 대해서 도 2 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 이하, 노즐(44)이라고 부르는 경우는 노즐(44a)만을 나타내는 경우, 노즐(44b)만을 나타내는 경우, 그것들의 양방(兩方)을 나타내는 경우를 포함한다. 기타의 구성에 대해서도 마찬가지이다.
(가스 도입부)
도 3에 도시하는 바와 같이 매니폴드(18)의 측벽에는 노즐(44)의 기부(基部)를 삽입하기 위한 개구부(19)(관통공)가 노즐과 같은 개수 설치된다. 매니폴드(18)의 개구부(19)에는 삽입된 노즐(44)의 기부를 보지하는 가스 도입부(60)(포트)가 매니폴드(18)의 외측에 돌출되도록 중공(中空)의 원통 형상으로 구성된다. 노즐(44)은 매니폴드(18)에 설치된 개구부(19)에 노즐(44)의 기부가 삽입되는 것과 함께 포트(60)에 의해 보지된다. 또한 노즐(44)과 포트(60)는 밀착되고, 반응 용기 내는 기밀하게 유지되도록 구성된다.
포트(60)의 일단[처리실(14)측, 하류측의 단부]은 매니폴드(18)에 설치된 개구부(19)의 외주를 기밀하게 폐색(閉塞)하도록 구성된다. 포트(60)의 타단(상류측의 단부)의 외주면에는 고정부로서의 나사산(61)이 설치된다. 포트(60)의 타단인 나사산(61) 부분의 내주면의 지름은 포트(60)의 양단의 중간 부분의 내주면의 지름보다 크게 형성된다. 즉 포트(60)의 나사산(61)이 형성된 부분의 내주면의 지름은 포트(60)의 중간 부분의 내주면의 지름보다 크게 형성된다. 즉 포트(60)의 타단은 안지름이 한 사이즈 크게 되도록 형성된다. 이에 의해 포트(60)의 나사산(61)과 노즐(44) 사이에는 간극부(62)(間隙部)가 설치된다. 이 간극부(62)에는 밀폐 부재(씰 부재)로서의 O링(63)이 설치되고, 또한 후술하는 접속부(80)의 외관(82)의 단부가 감입(嵌入)되는 것에 의해 포트(60)와 외관(82)이 O링(63)을 개재하여 접속되고 계합(係合)되도록 구성된다.
(접속부)
다음으로 도 4, 도 5를 이용하여 접속부(80)에 대해서 설명한다. 포트(60)의 상류측에는 이음부로서의 접속부(80)가 설치된다. 포트(60)와 예비 가열 장치(70)는 접속부(80)를 개재하여 접속된다. 예비 가열 장치(70)는 처리 가스를 반응관(10) 외에서 소정의 온도, 예컨대 O링(63)의 내열 온도보다 높은 온도로 미리 가열하는 가열부로서 구성된다. 예비 가열 장치(70)가 가스 공급관(36)에 설치되는 경우에는 접속부(80)는 포트(60)와 가스 공급관(36)을 접속하도록 구성되어도 좋다. 접속부(80)는 내관(81) 및 외관(82)에 의해 구성된다. 너트(85)를 접속부(80)의 구성에 포함시켜서 생각해도 좋다. 내관(81) 및 외관(82)은 중공의 원통(원주) 형상으로 형성된다. 내관(81)의 바깥지름은 외관(82)의 안지름 및 노즐(44)의 바깥지름보다 작게 구성된다.
내관(81)의 외측에는 외관(82)이 설치된다. 외관(82)은 일단[상류측, 예비 가열 장치(70)측의 단부]이 폐색되고, 타단[하류측, 포트(60)측의 단부]이 개구된 형상이며, 외관(82)의 일단의 폐색 부분인 접속벽(83)은 내관(81)의 외면과 용접된다. 바꿔 말하면 내관(81)은 외관(82)을 관통하도록 구성되고, 외관(82)과 내관(81)은 일체적으로 형성된다. 또한 내관(81)의 전체 길이는 외관(80)의 전체 길이보다 길게 형성된다. 접속부(80)는 외관(82)과 내관(81)의 이중 관 구조를 가진다.
외관(82)의 양단의 중간 부분의 안지름은 노즐(44)의 안지름과 마찬가지의 지름으로 형성된다. 외관(82)의 타단은 후술하는 너트(85)와 간섭하는 단차부(84)가 설치된다. 또한 외관(82)의 타단의 외주 및 내주의 지름은 일단의 외주 및 내주의 지름보다 크게 형성된다. 바꿔 말하면 외관(82)의 타단의 내주의 지름은 노즐(44)의 외주의 지름 이상으로 형성된다. 내관(81)의 하류측[포트(60)측]의 단부인 개방단(89)은 외관(82)의 타단보다 한층 더 하류측으로 연장되도록 형성된다. 바꿔 말하면 내관(81)은 포트(60) 내, 즉 노즐(44) 내까지 연장되도록 형성된다.
고정 부재로서 너트(85)는 도 5에 도시하는 바와 같이 외관(82)의 바깥지름보다 약간 큰 지름을 가지는 개구부(87)를 포함하고, 외관(82)의 주변에서 회전 가능하도록 설치된다.
다음으로 포트(60)와 접속부(80)의 접속에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 포트(60)에 접속부(80)를 접속할 때, 포트(60)의 나사산(61)의 내측에 설치된 간극부(62)에 밀폐 부재로서의 0링(63)과 함께 접속부(80)의 단차부(64)의 일부분을 삽입한다. 계속해서 너트(85)를 포트(60)측으로 밀면서 회전시키는 것에 의해 포트측의 나사산(61)과 너트(85)측의 나사산(86)이 감합된다. 그리고 너트(85)의 단차 수부(88)(段差受部)에 의해 단차부(84)가 밀리는 것에 의해 O링(63)이 압궤(壓潰)되어 포트(60)와 접속부(80)를 기밀하게 접속할 수 있다. 포트(60)와 접속부(80)가 접속된 상태에서 내관(81)의 개방단(89)은 O링(63)보다 하류측, 즉 노즐(44) 내[포트(60) 내]에 위치한다.
종래의 구성에서는 내관(81)을 구비하지 않기 때문에 가열된 가스가 고온 상태로 O링 설치 부분 주변에 직접 접촉해버렸다. 이에 의해 O링 설치 부분이 O링의 내열 온도보다 높은 고온으로 가열되어 O링이 열화되는 경우가 있었다. 그렇기 때문에 O링의 내열 온도보다 높은 온도, 예컨대 일반적인 O링의 내열 온도인 100℃ 내지 350℃보다 높은 온도로 가스를 가열하는 것이 곤란했다. 본 실시 형태에 따르면, 도 7에 도시하는 바와 같이 내관(81) 내에 고온의 가스가 흘러도 O링 주변은 내관(81) 내의 온도에 비해 약 절반 이하의 온도로 유지되고 있다는 것을 알 수 있다. 즉 O링의 설치 위치를 이중 관 구조로 하여 고온의 가스의 직접 접촉을 억제하는 것에 의해, O링이 내열 온도보다 높은 온도로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 내관(81)의 길이는 적어도 O링이 설치되는 위치보다 포트측(하류측)으로 연장되는 듯한 길이로 구성하는 것이 바람직하다. 적어도 O링이 설치되는 위치를 이중 관 구조로 하는 것에 의해 고온의 가스에 의한 O링의 가열을 억제할 수 있다. 또한 내관(81)은 개구부(19)까지 연장되어도 좋다. 내관(81)을 개구부(19)까지 연장하는 것에 의해 고온의 가스가 반응관(10) 내에 공급되기 전에 냉각되는 것을 억제할 수 있다.
접속부(80)는 고온의 가스에 대해 내열성이 있으며, 금속 오염이 발생하기 어려운 금속 재료로 형성된다. 예컨대 접속부(80)는 알루미늄이 첨가된 금속으로 형성된다. 이러한 재료를 이용하는 것에 의해 접속부(80)의 내벽면, 즉 가스가 흐르는 가스 유로에 알루미나 피막이 형성된다. 이 알루미나 피막이 보호막 역할을 하는 것에 의해 접속부(80)가 함유하는 금속을 기인으로 한 금속 오염을 억제할 수 있다. 알루미나 피막은 예컨대 전술과 같은 금속 재료를 소성하는 것에 의해 형성할 수 있다. 또한 알루미나 피막은 적어도 고온의 가스가 흘러 금속 재료로 형성되는 가스 유로의 벽면에 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대 예비 가열 장치(70) 내의 가스 유로도 고온의 가스가 흐르기 때문에 예비 가열 장치(70)를 접속부(80)와 동일한 재료로 형성해도 좋다. 또한 예컨대 예비 가열 장치(70)와 접속부(80)를 일체적으로 형성해도 좋다. 이러한 구성에 의해 예비 가열 장치(70)와 접속부(80)의 재질 차이로 가열된 가스가 냉각되는 것(방열)을 억제할 수 있는 것과 함께 금속 오염도 한층 더 저감할 수 있다.
이상과 같은 구성에 의해, 처리 장치(2) 내에 예비 가열 장치(70)에 의해 고온으로 가열된 처리 가스를 공급하는 것이 가능해져 원하는 가스의 분해 제어를 수행할 수 있고 막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 가열된 가스는 내관 부분을 흐르기 때문에 외관의 O링 주변에 고온의 가스가 직접 접촉하지 않는다. 또한 내관(81)을 나온 후에 O링 주변을 회입(回入)되는 처리 가스는 O링의 내열 온도 이하가 된다. 이에 의해 O링의 내열 온도보다 높은 온도로 가스를 가열해도 O링의 열화를 억제할 수 있어 O링의 파손이나 열화를 방지할 수 있다.
또한 도 6에 도시하는 바와 같이 포트(60)의 나사산(63) 및 간극부(62)의 근방에 환 형상[環狀]의 냉각 유로(64)를 설치하고 내부에 냉각수를 흘리는 것에 의해 O링(63) 주변을 냉각할 수 있기 때문에 O링(63)의 파손 우려를 한층 더 저하시키는 것이 가능해진다. 이러한 구성에 의해 처리 가스를 보다 고온으로 가열할 수 있다. 환 형상의 냉각 유로(64)는 포트(60)에 매립하는 듯한 구성에 한정되지 않고, 접속부(80)의 외주에 수냉관을 둘러 감는 듯한 구성으로서도 좋다.
다음으로 전술한 처리 장치(2)를 이용하여 기판 상에 막을 형성하는 처리(성막 처리)에 대해서 설명한다. 여기서는 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스로서 DCS(SiH2Cl2: 디클로로실란) 가스와, 반응 가스로서 O2(산소) 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 실리콘 산화(SiO)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 처리 장치(2)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(100)에 의해 제어된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(W)가 보트(26)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 보트(26)는 보트 엘리베이터(32)에 의해 처리실(14) 내에 반입(보트 로드)되고, 반응관(10)의 하부 개구는 덮개부(22)에 의해 기밀하게 폐색(씰)된 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(14) 내가 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(52)에 의해 진공 배기(감압배기)된다. 처리실(14) 내의 압력은 압력 센서(48)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(50)가 피드백 제어된다. 또한 처리실(14) 내의 웨이퍼(W)가 소정의 온도가 되도록 히터(12)에 의해 가열된다. 이때 처리실(14)이 소정의 온도 분포가 되도록 온도 검출부(16)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(12)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한 회전 기구(30)에 의한 보트(26) 및 웨이퍼(W)의 회전을 시작한다.
(성막 처리)
[원료 가스 공급 공정]
처리실(14) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 처리실(14) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 DCS 가스를 공급한다. DCS 가스는 MFC(38a)로 원하는 유량이 되도록 제어되고, 가스 공급관(36a) 및 노즐(44a)을 개재하여 처리실(14) 내에 공급된다.
[원료 가스 배기 공정]
다음으로 DCS 가스의 공급을 정지하여 진공 펌프(52)에 의해 처리실(14) 내를 진공 배기한다. 이때 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 처리실(14) 내에 공급해도 좋다(불활성 가스 퍼지).
[반응 가스 공급 공정]
다음으로 처리실(14) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 O2 가스를 공급한다. 처리실(14) 내에 O2 가스를 공급하기 전에 예비 가열 장치(70)를 ON으로 해둔다. 예비 가열 장치(70)는 성막 처리의 전후에서는 OFF로 하거나 성막 온도보다 낮은 온도로 한다. O2 가스는 예비 가열 장치(70)로 고온으로, 예컨대 800℃로 가열된다. O2 가스는 MFC(38b)로 원하는 유량이 되도록 제어되고, 가스 공급관(36b), 예비 가열 장치(70), 접속부(80) 및 노즐(44b)을 개재하여 처리실(14) 내에 공급된다. 이러한 구성에 의해 처리실(14) 내에 도입되기 전에 O2 가스를 미리 높은 온도로 가열할 수 있다.
[반응 가스 배기 공정]
다음으로 O2 가스의 공급을 정지하고, 진공 펌프(52)에 의해 처리실(14) 내를 진공 배기한다. 이때 불활성 가스 공급부로부터 N2 가스를 처리실(14) 내에 공급해도 좋다(불활성 가스 퍼지).
전술한 4개의 공정을 수행하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다.
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
소정 막 두께의 막을 형성한 후, 불활성 가스 공급부로부터 N2 가스가 공급되고, 처리실(14) 내가 N2 가스로 치환되는 것과 함께 처리실(14)의 압력이 상압으로 복귀된다. 그 후, 보트 엘리베이터(32)에 의해 덮개부(22)가 강하되고 보트(26)가 반응관(10)으로부터 반출(보트 언로드)된다.그 후, 처리 완료된 웨이퍼(W)는 보트(26)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
웨이퍼(W)에 SiO막을 형성할 때의 처리 조건으로서는 예컨대 다음과 같다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 300℃ 내지 1,000℃
처리 압력(처리실 내 압력): 1Pa 내지 4,000Pa
DCS 가스: 100sccm 내지 10,000sccm
O2 가스: 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스: 100sccm 내지 10,000sccm
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내의 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
<본 실시 형태에 따른 효과>
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 처리 가스를 O링의 내열 온도보다 높은 온도의 고온으로 가열할 수 있기 때문에 처리 가스의 분해를 촉진시키거나 반응성을 향상시키는 것이 가능해진다. 이에 의해 성막의 품질을 향상시킬 수 있고, 디바이스의 제품 비율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(2) O링 설치 부분을 내관과 외관의 이중 관 구조로 하는 것에 의해 내관 내를 흐르는 처리 가스의 열이 O링 주변에 전파되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 O링을 내열 온도 이하로 유지할 수 있기 때문에 O링의 열화를 억제할 수 있고, 장치 가동율을 향상시킬 수 있다.
(3) 내관을 가스 노즐 내까지 연출(延出)시키는 것에 의해 접속부 내에서의 처리 가스의 냉각(방열)을 억제할 수 있기 때문에 고온을 유지한 상태에서 처리 가스를 처리실 내에 공급할 수 있고, 막의 면간(面間) 균일성 및 면내(面內) 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했다. 하지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 가스 공급관에 접속부를 포함시켜도 좋다. 바꿔 말하면, 가스 공급관의 단부(가스 도입 포트와의 접속측)를 접속부와 마찬가지의 구성으로 해도 좋다. 또한 가스 공급관의 단부에 접속부를 용접해서 고착해도 좋다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 접속부를 개재하는 일이 없기 때문에 구성을 간략화할 수 있다.
또한 예컨대 예비 가열 장치 내에 처리 가스를 통과시켜서 처리 가스를 가열하는 예를 제시했지만, 가스 공급관에 외부 히터, 예컨대 테이프 히터를 설치해서 가스 공급관 내를 통과하는 처리 가스를 가열해도 좋다. 또한 반응 가스를 가열하는 경우를 예로 들었지만, 원료 가스를 가열하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한 예컨대 밀폐 부재로서 0링(63)을 이용하는 예를 제시했지만, O링 대신에 금속제의 개스킷을 이용해도 좋다. 또한 예컨대 접속부(80)의 단부를 플랜지 형상으로 하고 나사로 고정하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우에도 전술한 실시 형태와 마찬가지로 접속 부분의 온도를 각각의 밀폐 부재의 내열 온도 이하의 온도로 유지할 수 있다.
전술한 실시 형태에서는 웨이퍼(W) 상에 막을 퇴적시키는 예에 대해서 설명했지만, 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 처리에서 처리 가스를 가열하여 사용하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다. 또한 전술한 실시 형태에서는 종형 장치를 이용하는 예에 대해서 설명했지만, 매엽(枚葉) 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 각 실시 형태 이외에도 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각양각색으로 변형시켜서 실시 가능한 것은 물론이다.
본 출원은 2016년 2월 8일에 출원된 일본 출원 특원 2016-021845를 기초로 하여 우선권의 이익을 주장하는 것이며, 그 개시를 모두 인용하여 여기에 병합한다.
2: 처리 장치 10: 반응관
36: 가스 공급관 60: 포트
63: O링 64: 냉각로
70: 예비 가열 장치 80: 접속부
81: 내관 82: 외관
85: 너트 89: 해방단

Claims (12)

  1. 기판을 처리하는 반응관 내에 가스를 도입하도록 구성된 가스 도입부;
    상기 가스를 상기 반응관 외에서 가열하는 가열부; 및
    상기 가스 도입부와 상기 가열부 사이에 설치되는 접속부;
    를 포함하고,
    상기 접속부는,
    일단(一端)이 상기 가스 도입부와 밀폐 부재를 개재하여 접속되는 외관과,
    상기 외관보다 작은 지름으로 형성되고, 일단이 상기 가열부와 접속되고, 타단(他端)이 적어도 상기 밀폐 부재가 설치되는 위치까지 연장하는 내관으로 구성되고, 상기 외관의 타단은 상기 가열부와 상기 밀폐 부재 사이에서 상기 내관에 용접되고 폐색되는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 도입부는 상기 반응관 내에 연장하는 노즐의 기부가 삽입되고 상기 노즐을 보지하고,
    상기 외관은 상기 일단의 측에서 내경이 상기 노즐의 외경 이상으로 형성된 단차부를 포함하고,
    상기 밀폐 부재는 상기 단차부의 선단과 상기 노즐의 외주에 당접(當接)하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내관의 타단은 상기 노즐 내까지 연장하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외관의 내경은 상기 노즐의 내경과 실질적으로 동일하게 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 밀폐 부재의 내열 온도보다 높은 온도로 상기 가스를 가열하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 가열부와 일체적으로 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 외관의 외경보다 큰 지름의 개구부를 포함하고, 상기 외관의 주변에서 회전 가능하도록 설치되는 너트를 더 구비하고,
    상기 가스 도입부는, 상류측의 단부에서 외주면에 상기 너트와 계합하는 나사산을 포함하고, 상기 가스 도입부의 상기 나사산이 형성된 부분의 내주면의 지름은 상기 가스 도입부의 중간 부분의 내주면의 지름보다 크게 형성되고, 상기 가스 도입부와 상기 노즐과의 사이에 극간을 발생시키고, 상기 극간에 상기 밀폐 부재가 배치되는 것과 함께 상기 외관의 상기 단차부가 삽입되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 상기 가열부 내 및 상기 내관 내에 형성된 유로를 흐르고, 상기 유로의 벽면에는 알루미나 피막이 형성되는 기판 처리 장치.
  9. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속부와 상기 가열부는 알루미늄(Al)을 포함하는 동일한 금속 재료로 형성되고, 상기 금속 재료를 소성(燒成)하는 것에 의해 상기 가열부 내 및 상기 내관 내에 형성되는 가스 유로의 벽면에 알루미나 피막을 형성하는 기판 처리 장치.
  10. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀폐 부재를 냉각하는 환 형상[環狀]의 냉각 부재를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  11. 기판을 처리하는 반응관 내에 가스를 도입하도록 구성된 가스 도입부와 상기 가스를 상기 반응관 외에서 가열하는 가열부 사이에 설치되는 이음부로서,
    일단이 상기 가스 도입부와 밀폐 부재를 개재하여 접속되는 외관과,
    상기 외관보다 작은 지름으로 형성되고, 일단이 상기 가열부와 접속되고, 타단이 적어도 상기 밀폐 부재가 설치되는 위치까지 연장되는 내관으로 구성되고,
    상기 외관의 타단은 상기 가열부와 상기 밀폐 부재 사이에서 상기 내관에 용접되고 폐색되는 이음부.
  12. 반응관 내에 기판을 반입하는 공정; 및
    상기 반응관 외에 설치된 가열부에 의해 가열된 가스를 가스 도입부를 개재하여 상기 반응관 내에 공급하고, 상기 기판을 처리하는 공정;
    을 포함하고,
    상기 가열부와 상기 가스 도입부는 일단이 상기 가스 도입부와 밀폐 부재를 개재하여 접속되는 외관과, 상기 외관보다 작은 지름으로 형성되고, 일단이 상기 가열부와 접속되고, 타단이 적어도 상기 밀폐 부재가 설치되는 위치까지 연장되는 내관으로 구성되고, 상기 외관의 타단은 상기 가열부와 상기 밀폐 부재 사이에서 상기 내관에 용접되고 폐색되는 접속부를 개재하여 접속되고, 상기 가스는 상기 밀폐 부재의 내열 온도보다 높은 온도로 가열되는 반도체 장치의 제조 방법.
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