KR102237780B1 - Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
KR102237780B1
KR102237780B1 KR1020200133493A KR20200133493A KR102237780B1 KR 102237780 B1 KR102237780 B1 KR 102237780B1 KR 1020200133493 A KR1020200133493 A KR 1020200133493A KR 20200133493 A KR20200133493 A KR 20200133493A KR 102237780 B1 KR102237780 B1 KR 102237780B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
heater
reaction tube
held
gas
Prior art date
Application number
KR1020200133493A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200121771A (en
Inventor
슈헤이 사이도
Original Assignee
가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 filed Critical 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
Publication of KR20200121771A publication Critical patent/KR20200121771A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102237780B1 publication Critical patent/KR102237780B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276—Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Abstract

본 발명은 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제한다.
기판 처리 장치(1)는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지되는 보트(21); 보트(21)를 수용하는 원통 형상의 반응관(4); 반응관(4)의 상방 및 측방을 둘러싸는 처리로(2); 처리로(2)에 설치되고 반응관(4)의 측부를 가열하는 히터(3); 처리로(2)에 설치되고 반응관(4)의 천장(74)을 히터(3)와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터(80); 및 반응관(4)의 내부이자 보트(21)의 하방에 배치되고 히터(3) 및 천장 히터(80)와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터(34);를 포함한다.The present invention suppresses the thickness of a film formed on a plurality of substrates arranged in the vertical direction of the substrate holder from becoming uneven among the substrates.
The substrate processing apparatus 1 includes a boat 21 in which a plurality of product wafers having patterns formed at all positions capable of holding the wafer 7 are held; A cylindrical reaction tube 4 accommodating the boat 21; A treatment furnace 2 surrounding the upper and side surfaces of the reaction tube 4; A heater 3 installed in the processing furnace 2 and heating the side portion of the reaction tube 4; A ceiling heater 80 installed in the processing furnace 2 and heating the ceiling 74 of the reaction tube 4 in a controllable form independently of the heater 3; And a cap heater 34 disposed inside the reaction tube 4 and below the boat 21 and heated in a controllable form independently of the heater 3 and the ceiling heater 80.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}A substrate processing apparatus and a manufacturing method of a semiconductor device TECHNICAL FIELD [SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE]

본 발명은 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus and a method of manufacturing a semiconductor device.

반도체 장치(디바이스)의 제조 공정에서의 기판(웨이퍼)의 열처리에서는 예컨대 종형(縱型) 기판 처리 장치가 사용되고 있다. 종형 기판 처리 장치에서는 기판 보지구(保持具)에 의해 복수의 기판을 수직 방향으로 배열하여 보지하고, 기판 보지구를 처리실 내에 반입한다. 그 후 처리실을 가열한 상태에서 처리실 내에 처리 가스를 도입하여 기판에 대하여 박막 형성 처리가 수행된다.In the heat treatment of a substrate (wafer) in a manufacturing process of a semiconductor device (device), for example, a vertical substrate processing apparatus is used. In a vertical substrate processing apparatus, a plurality of substrates are arranged and held in a vertical direction by a substrate holder, and the substrate holder is carried into the processing chamber. Thereafter, while the processing chamber is heated, a processing gas is introduced into the processing chamber to perform a thin film formation treatment on the substrate.

하기 특허문헌 1에는 기판 보지구의 상부와 저부(底部) 주변의 표면적을 증대시키는 가스 분포 조정 수단에 의해 처리 가스의 소비량을 기판 보지구의 상하 방향 중앙부와 맞추고, 기판 사이에서의 막 두께 균일성을 향상시키도록 한 종형 기판 처리 장치가 개시된다. 가스 분포 조정 수단으로서 (1) 기판 보지구의 상부와 저부에 제품 기판보다 패턴 배율이 높은 패턴 더미를 배치하는 예, (2) 반응관의 내면의 상방(上方) 영역과 하방(下方) 영역에 샌드 블라스트에 의해 요철(凹凸)을 형성하는 예, (3) 기판 보지구의 천판(天板)과 저판(底板)에 샌드 블라스트에 의해 요철을 형성하는 예가 개시된다.In the following Patent Document 1, the consumption amount of the processing gas is matched with the center of the substrate holder in the vertical direction by means of gas distribution adjusting means that increases the surface area around the upper and lower portions of the substrate holder, and the film thickness uniformity between the substrates is improved. A vertical substrate processing apparatus is disclosed. As gas distribution adjustment means, (1) an example of arranging a pattern dummy with a higher pattern magnification than a product substrate on the upper and lower portions of the substrate holder, (2) sanding the upper and lower regions of the inner surface of the reaction tube. An example of forming irregularities by blasting, (3) An example of forming irregularities by sand blasting on a top plate and a bottom plate of a substrate holder are disclosed.

1. 일본 특개 2015-173154호 공보1. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-173154

하지만 상기 특허문헌 1에서는 처리 표면적이 지극히 큰 기판(웨이퍼)을 처리할 때에 패턴 더미와 가까운 위치에 배치된 상단부 및 하단부의 기판과 다른 기판 사이에서 막 두께 균일성이 악화될 가능성이 있어 개선의 여지가 있다. 특히 기판 영역의 상단부 및 하단부에서 급격하게 막 두께 균일성이 악화되는 것을 로딩 이펙트라고 부른다. 이것이 발생하는 것에 의해 제품으로서 취출(取出)되는 기판의 매수가 줄어 생산성이 저하된다.However, in Patent Document 1, when processing a substrate (wafer) with an extremely large processing surface area, there is a possibility that the uniformity of the film thickness may deteriorate between the substrates at the upper and lower portions disposed close to the pattern dummy and other substrates. There is. Particularly, the rapid deterioration of the film thickness uniformity at the upper and lower portions of the substrate region is called a loading effect. As a result of this occurrence, the number of substrates taken out as a product decreases, and productivity decreases.

본 발명은 상기 사실을 고려하여, 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 얻는 것이 목적이다.In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a substrate processing apparatus and a method of manufacturing a semiconductor device that suppress the thickness of films formed on a plurality of substrates arranged in the vertical direction of the substrate holder from becoming non-uniform among substrates.

본 발명의 일 형태에 따르면, 복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지(保持)되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 제품 기판이 보지되는 기판 보지구; 하방(下方)에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구(開口)와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 통 형상의 반응관; 상기 반응관의 상방(上方) 및 측방(側方)을 둘러싸는 노체(爐體); 상기 노체에 설치되고 상기 반응관의 측부를 가열하는 메인 히터; 상기 노체에 설치되고 상기 천장을 상기 메인 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터; 상기 개구를 폐색(閉塞)하는 덮개; 상기 반응관의 내부이자 상기 기판 보지구의 하방에 배치되고, 상기 메인 히터 및 상기 천장 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터; 상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체; 및 상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 제품 기판의 각각에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구를 포함하고, 상기 복수의 히터를 독립적으로 제어하여, 상기 기판 보지구에 기판을 보지 가능한 위치에 상기 제품 기판을 보지한 상태에서 상기 가스 공급 기구로부터 기상(氣相) 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 상기 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종의 분압이 상기 기판을 보지 가능한 위치에서 균일해지는 기판 처리 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a plurality of substrates are arranged and held at predetermined intervals, and a plurality of product substrates having a pattern formed at a retainable position are held therein; A cylindrical reaction tube having an opening through which the substrate holder can enter and exit below, a ceiling having a flat inner surface, and accommodating the substrate holder; A furnace body surrounding the upper and side surfaces of the reaction tube; A main heater installed in the furnace body and heating a side portion of the reaction tube; A ceiling heater installed in the furnace body and heating the ceiling in a controllable manner independently of the main heater; A cover that closes the opening; A cap heater disposed inside the reaction tube and below the substrate holder, and heated in a controllable manner independently of the main heater and the ceiling heater; A heat insulating structure disposed between the substrate holder and the cover; And a gas supply mechanism including a plurality of openings for separately supplying source gas to each of the plurality of product substrates held in the substrate holder in the reaction tube, wherein the plurality of heaters are independently controlled. Thus, when a source gas to be decomposed in a gas phase is supplied from the gas supply mechanism while the product substrate is held in a position where the substrate can be held in the substrate holder, the generated gas generated by the decomposition There is provided a substrate processing apparatus in which one kind of partial pressure is uniform at a position where the substrate can be held.

본 발명에 따르면, 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.According to the present invention, it is possible to suppress the thickness of films formed on a plurality of substrates arranged in the vertical direction of the substrate holder from becoming uneven among the substrates.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 2는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 단열 어셈블리의 종단면도(縱斷面圖).
도 3은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면을 포함하는 사시도.
도 4는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면도.
도 5는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 저면도(底面圖).
도 6은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 컨트롤러의 구성도.
도 7은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치 전체에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때와, 비교예의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치의 프로덕트 웨이퍼의 상방과 하방에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.
도 8은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치 전체에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때의 반응관의 내부에서의 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 10은 비교예의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치에 보지된 프로덕트 웨이퍼의 상방과 하방에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의 웨이퍼의 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.1 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to a first embodiment.
Fig. 2 is a longitudinal sectional view of a heat insulating assembly in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
3 is a perspective view including a cross section of a reaction tube in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
4 is a cross-sectional view of a reaction tube in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
5 is a bottom view of a reaction tube in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
6 is a configuration diagram of a controller in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
Fig. 7 is a case where the product wafer is held in the entire boat holding position in the substrate processing apparatus of the first embodiment, and the dummy wafer is held above and below the product wafer at the boat holding position in the substrate processing apparatus of a comparative example. A diagram showing an analysis result of the radical distribution with respect to the holding position of.
Fig. 8 is a diagram showing an analysis result of a radical distribution inside a reaction tube when a product wafer is held in the entire holding position of a boat in the substrate processing apparatus of the first embodiment.
9 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to a second embodiment.
Fig. 10 is a diagram showing an analysis result of a radical distribution with respect to a holding position of a wafer when dummy wafers are held above and below a product wafer held at a holding position of a boat in the substrate processing apparatus of a comparative example.

이하, 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도면에 도시하는 UP는 장치 상하 방향의 상방을 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Incidentally, UP shown in the drawing indicates the upper side of the device in the vertical direction.

〔제1 실시 형태〕[First embodiment]

도 1 내지 도 8을 이용하여 제1 실시 형태의 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다.A method of manufacturing a substrate processing apparatus and a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

<기판 처리 장치의 전체구성><Overall configuration of substrate processing device>

도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(1)는 반도체 집적 회로의 제조에서의 열처리 공정을 실시하는 종형 열처리 장치로서 구성되고, 노체로서의 처리로(2)를 구비한다. 처리로(2)는 후술하는 반응관(4)의 통부(筒部)를 가열하기 위해서 상하 방향을 따라 배치된 메인 히터로서의 히터(3)를 포함한다. 히터(3)는 원통 형상이며, 후술하는 반응관(4)의 통부(본 실시 형태에서는 측부)의 주위에 상하 방향을 따라 배치된다. 히터(3)는 상하 방향에 복수에 분할된 복수의 히터 유닛으로 구성된다. 본 실시 형태에서는 히터(3)는 상방으로부터 하방을 향하여 순서대로 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)를 구비한다. 히터(3)는 보지판으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 기판 처리 장치(1)의 설치 바닥에 대하여 수직으로 설치된다.As shown in Fig. 1, the substrate processing apparatus 1 is configured as a vertical heat treatment apparatus that performs a heat treatment step in manufacturing a semiconductor integrated circuit, and includes a processing furnace 2 as a furnace body. The processing furnace 2 includes a heater 3 as a main heater disposed along the vertical direction in order to heat a cylindrical portion of the reaction tube 4 to be described later. The heater 3 has a cylindrical shape and is disposed along the vertical direction around a cylindrical portion (a side portion in this embodiment) of the reaction tube 4 described later. The heater 3 is composed of a plurality of heater units divided into a plurality in the vertical direction. In this embodiment, the heater 3 is provided with an upper heater 3A, a center upper heater 3B, a center heater 3C, a center lower heater 3D, and a lower heater 3E in order from the top to the bottom. . The heater 3 is installed vertically with respect to the installation floor of the substrate processing apparatus 1 by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.

어퍼 히터(3A)와, 센터 어퍼 히터(3B)와, 센터 히터(3C)와, 센터 로어 히터(3D)와, 로어 히터(3E)는 전력 조정기(70)에 각각 전기적으로 접속된다. 전력 조정기(70)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 각 히터로의 통전량을 제어하는 온도 컨트롤러로서의 기능을 가진다. 컨트롤러(29)로 전력 조정기(70)의 통전량이 제어되는 것에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)의 온도가 각각 제어된다. 히터(3)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.The upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, the center lower heater 3D, and the lower heater 3E are electrically connected to the power regulator 70, respectively. The power regulator 70 is electrically connected to the controller 29. The controller 29 has a function as a temperature controller that controls the amount of energization to each heater by the power regulator 70. The upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, the center lower heater 3D, and the lower heater 3E are formed by controlling the amount of energization of the power regulator 70 by the controller 29. Each temperature is controlled. The heater 3 also functions as an activation mechanism (excitation portion) that activates (excites) the gas with heat as described later.

히터(3)의 내측에 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(4)이 배설(配設)된다. 반응관(4)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(4)은 하단의 플랜지부(4C)에서 서로 결합한 외관(4A)과 내관(4B)을 포함하는 이중관 구조로 이루어진다. 바꿔 말하면, 외관(4A)과 내관(4B)은 각각 원통 형상으로 형성되고, 외관(4A)의 내부에 내관(4B)이 배치된다. 외관(4A)에는 상단이 닫힌 천장부(72)가 설치된다. 또한 내관(4B)에는 상단이 닫힌 천장(74)이 설치되고, 내관(4B)의 하단은 개구된다. 천장(74)은 내면이 평탄한 형상으로 이루어진다. 외관(4A)은 내관(4B)의 상방 및 측방을 둘러싸도록 배치된다.A reaction tube 4 constituting a reaction vessel (processing vessel) is disposed inside the heater 3. The reaction tube 4 is made of, for example , a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with a closed upper end and an open lower end. The reaction tube 4 has a double tube structure including an outer tube 4A and an inner tube 4B joined to each other at the lower flange portion 4C. In other words, the outer tube 4A and the inner tube 4B are each formed in a cylindrical shape, and the inner tube 4B is disposed inside the outer tube 4A. A ceiling portion 72 with an upper end closed is installed on the exterior 4A. In addition, the ceiling 74 with the upper end closed is provided in the inner tube 4B, and the lower end of the inner tube 4B is opened. The ceiling 74 has a flat inner surface. The exterior 4A is disposed so as to surround the upper and the side of the inner tube 4B.

외관(4A)의 하부에는 플랜지부(4C)가 설치된다. 플랜지부(4C)는 외관(4A)보다 큰 외경을 포함하고, 외측에 돌출한다. 반응관(4)의 하단 부근에는 외관(4A) 내와 연통하는 배기 포트(4D)가 설치된다. 이들을 포함하는 반응관(4) 전체는 단일 재료로 일체적으로 형성된다. 외관(4A)은 내측을 진공으로 했을 때의 압력 차이에 버틸 수 있도록 비교적 두께가 두껍게 구성된다.A flange portion 4C is provided in the lower portion of the outer surface 4A. The flange portion 4C has an outer diameter larger than the outer diameter 4A and protrudes outward. In the vicinity of the lower end of the reaction tube 4, an exhaust port 4D communicating with the inside of the exterior 4A is provided. The entire reaction tube 4 including them is integrally formed of a single material. The outer surface 4A is configured to have a relatively thick thickness so as to withstand the pressure difference when the inside is made into a vacuum.

처리로(2)는 히터(3)의 상부측에 외관(4A)의 천장부(72)의 사선 상방측 및 상방측을 피복하도록 배치된 측부 단열체(76) 및 상부 단열체(78)를 포함한다. 일례로서 원통 형상의 측부 단열체(76)가 히터(3)의 상부에 설치되고, 상부 단열체(78)가 측부 단열체(76)에 가설(架設)된 상태에서 측부 단열체(76)에 고정된다. 이에 의해 처리로(2)는 반응관(4)의 상방 및 측방을 둘러싸는 구성으로 이루어진다.The treatment furnace 2 includes a side heat insulator 76 and an upper heat insulator 78 arranged to cover the diagonally upper and upper sides of the ceiling part 72 of the exterior 4A on the upper side of the heater 3 do. As an example, a cylindrical side heat insulator 76 is installed on the top of the heater 3, and the upper heat insulator 78 is installed on the side heat insulator 76, and the side heat insulator 76 It is fixed. Thereby, the processing furnace 2 has a structure surrounding the upper side and the side of the reaction tube 4.

외관(4A)의 천장부(72)의 상방측이자 상부 단열체(78) 하벽부(下壁部)에는 반응관(4)의 외관(4A)의 천장부(72) 및 내관(4B)의 천장(74)을 가열하는 천장 히터(80)가 설치된다. 본 실시 형태에서는 천장 히터(80)는 외관(4A)의 외측에 설치된다. 천장 히터(80)는 전력 조정기(70)에 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 천장 히터(80)로의 통전량을 제어한다. 이에 의해 천장 히터(80)의 온도는 어퍼 히터(3A)와, 센터 어퍼 히터(3B)와, 센터 히터(3C)와, 센터 로어 히터(3D)와, 로어 히터(3E)의 온도와는 독립적으로 제어된다.On the upper side of the ceiling part 72 of the exterior 4A and the lower wall part of the upper heat insulator 78, the ceiling part 72 of the exterior 4A of the reaction tube 4 and the ceiling of the inner tube 4B ( A ceiling heater 80 for heating 74 is installed. In this embodiment, the ceiling heater 80 is installed outside the exterior 4A. The ceiling heater 80 is electrically connected to the power regulator 70. The controller 29 controls the amount of energization to the ceiling heater 80 by the power regulator 70. Accordingly, the temperature of the ceiling heater 80 is independent of the temperatures of the upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, the center lower heater 3D, and the lower heater 3E. Is controlled by

매니폴드(5)는 원통 또는 원추대 형상으로 금속제 또는 석영제이며, 반응관(4)의 하단을 지지하도록 설치된다. 매니폴드(5)의 내경은 반응관(4)의 내경[플랜지부(4C)의 내경]보다 크게 형성된다. 이에 의해 반응관(4)의 하단[플랜지부(4C)]과 후술하는 씰 캡(19) 사이에 후술하는 원환 형상의 공간을 형성된다. 이 공간 또는 그 주변의 부재를 노구부라고 총칭한다.The manifold 5 is made of metal or quartz in a cylindrical or truncated shape, and is installed to support the lower end of the reaction tube 4. The inner diameter of the manifold 5 is formed larger than the inner diameter of the reaction tube 4 (the inner diameter of the flange portion 4C). Thereby, an annular space to be described later is formed between the lower end (flange portion 4C) of the reaction tube 4 and the seal cap 19 to be described later. This space or members around it are collectively referred to as a nogu part.

내관(4B)은 배기 포트(4D)보다 반응관의 안측이며, 그 측면에서 내측과 외측을 연통시키는 주 배기구(4E)를 포함하고, 또한 주 배기구(4E)와 반대 위치에서 공급 슬릿(4F)을 포함한다. 주 배기구(4E)는 기판으로서의 웨이퍼(7)가 배치되는 영역에 대하여 개구되는 단일의 세로로 긴 개구로 해도 좋고, 원주 방향으로 연장된 복수의 슬릿으로 해도 좋다(도 1 참조). 공급 슬릿(4F)은 원주 방향으로 연장된 슬릿이며, 각 웨이퍼(7)에 대응하도록 수직 방향에 복수 배열되어 설치된다.The inner pipe 4B is on the inner side of the reaction tube than the exhaust port 4D, and includes a main exhaust port 4E for communicating the inner side and the outer side from the side thereof, and a supply slit 4F at a position opposite to the main exhaust port 4E. Includes. The main exhaust port 4E may be a single vertically elongated opening that opens with respect to a region where the wafer 7 as a substrate is disposed, or may be a plurality of slits extending in the circumferential direction (see Fig. 1). The supply slits 4F are slits extending in the circumferential direction, and are arranged and installed in a plurality in the vertical direction so as to correspond to each wafer 7.

내관(4B)은 배기 포트(4D)보다 반응관(4)의 안측이며, 또한 주 배기구(4E)보다 개구측의 위치에 처리실(6)과 배기 공간(S)[이후, 외관(4A)과 내관(4B) 사이의 공간을 배기 공간(S)이라고 부른다.]을 연통시키는 복수의 부 배기구(4G)가 더 설치된다. 또한 플랜지부(4C)에도 처리실(6)과 배기 공간(S) 하단을 연통시키는 복수의 저 배기구(4H, 4J)(도 5 참조)가 형성된다. 또한 플랜지부(4C)에는 노즐 도입공(4K)(도 5 참조)이 형성된다. 바꿔 말하면, 배기 공간(S)의 하단은 플랜지부(4C)에 의해 저 배기구(4H, 4J) 등을 제외하고 폐색된다. 부 배기구(4G) 및 저 배기구(4H, 4J)는 주로 후술하는 축 퍼지 가스를 배기하도록 기능한다.The inner tube 4B is located on the inner side of the reaction tube 4 than the exhaust port 4D, and at a position on the opening side of the main exhaust port 4E, the processing chamber 6 and the exhaust space S (hereinafter, the outer side 4A and The space between the inner pipes 4B is referred to as an exhaust space S.], a plurality of sub-exhaust ports 4G are further provided to communicate with each other. Further, the flange portion 4C is also provided with a plurality of low exhaust ports 4H and 4J (see Fig. 5) for communicating the lower end of the processing chamber 6 and the exhaust space S. Further, a nozzle introduction hole 4K (see Fig. 5) is formed in the flange portion 4C. In other words, the lower end of the exhaust space S is closed by the flange portion 4C except for the low exhaust ports 4H and 4J. The secondary exhaust ports 4G and the low exhaust ports 4H and 4J mainly function to exhaust the axial purge gas described later.

외관(4A)과 내관(4B) 사이의 배기 공간(S)에는 공급 슬릿(4F)의 위치에 대응시켜서 원료 가스 등의 처리 가스를 공급하는 1개 이상의 노즐(8)이 설치된다. 노즐(8)에는 처리 가스(원료 가스)를 공급하는 가스 공급관(9)이 매니폴드(5)를 관통하여 각각 접속된다.In the exhaust space S between the outer tube 4A and the inner tube 4B, one or more nozzles 8 for supplying processing gas such as raw material gas in correspondence with the position of the supply slit 4F are provided. A gas supply pipe 9 for supplying a processing gas (raw material gas) is connected to the nozzle 8 through the manifold 5, respectively.

각각의 가스 공급관(9)의 유로 상에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(10) 및 개폐 밸브인 밸브(11)가 설치된다. 밸브(11)보다 하류측에서는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(12)이 가스 공급관(9)에 접속된다. 가스 공급관(12)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(13) 및 밸브(14)가 설치된다. 주로 가스 공급관(9), MFC(10), 밸브(11)에 의해 처리 가스 공급계인 가스 공급 기구가 구성된다.On the flow path of each gas supply pipe 9, a mass flow controller (MFC) 10 as a flow controller and a valve 11 as an on-off valve are installed in order from the upstream direction. On the downstream side of the valve 11, a gas supply pipe 12 for supplying an inert gas is connected to the gas supply pipe 9. The gas supply pipe 12 is provided with the MFC 13 and the valve 14 in order from the upstream direction. Mainly, the gas supply pipe 9, the MFC 10, and the valve 11 constitute a gas supply mechanism serving as a processing gas supply system.

노즐(8)은 가스 공급 공간(S1) 내에 반응관(4)의 하부로부터 상승[立上]하도록 설치된다. 노즐(8)의 측면이나 상단에는 가스를 공급하는 1개 내지 복수의 노즐 공(8H)이 설치된다. 복수의 노즐 공(8H)은 공급 슬릿(4F)의 각각의 개구에 대응시켜서 반응관(4)의 중심을 향하도록 개구시키는 것에 의해 내관(4B)을 통과하고 웨이퍼(7)를 향하여 가스를 분사할 수 있다.The nozzle 8 is installed in the gas supply space S1 so as to rise from the lower portion of the reaction tube 4. One to a plurality of nozzle holes 8H for supplying gas are provided on the side or upper end of the nozzle 8. The plurality of nozzle holes 8H pass through the inner tube 4B and spray gas toward the wafer 7 by opening them to the center of the reaction tube 4 in correspondence with each opening of the supply slit 4F. can do.

배기 포트(4D)에는 처리실(6) 내의 분위기를 배기하는 배기관(15)이 접속된다. 배기관(15)에는 처리실(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력계)로서의 압력 센서(16) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Automatic Pressure Controller) 밸브(17)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(18)가 접속된다. APC 밸브(17)는 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(6) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있다. 또한 APC 밸브(17)는 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(16)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(6) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(15), APC 밸브(17), 압력 센서(16)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(18)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.An exhaust pipe 15 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 6 is connected to the exhaust port 4D. In the exhaust pipe 15, a pressure sensor 16 as a pressure detector (pressure gauge) for detecting the pressure in the processing chamber 6 and an APC (Automatic Pressure Controller) valve 17 as a pressure regulator (pressure regulator) are interposed to serve as a vacuum exhaust device. A vacuum pump 18 is connected. The APC valve 17 can perform vacuum evacuation and vacuum evacuation stop in the processing chamber 6 by opening and closing the valve while the vacuum pump 18 is operated. In addition, the APC valve 17 adjusts the pressure in the processing chamber 6 by adjusting the valve opening based on the pressure information detected by the pressure sensor 16 while the vacuum pump 18 is operated. It is structured to be able to. Mainly, the exhaust pipe 15, the APC valve 17, and the pressure sensor 16 constitute an exhaust system. You may consider including the vacuum pump 18 in the exhaust system.

매니폴드(5)의 하방에는 매니폴드(5)의 하단의 개구(90)를 기밀하게 폐색 가능한 덮개로서의 씰 캡(19)이 설치된다. 즉 씰 캡(19)은 반응관(4)의 외관(4A)을 폐색하는 덮개로서의 기능을 가진다. 씰 캡(19)은 예컨대 스텐레스나 니켈기(基) 합금 등의 금속으로 이루어지고, 원판 형상으로 형성된다. 씰 캡(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(19A)이 설치된다.Below the manifold 5, a seal cap 19 as a cover capable of sealingly closing the opening 90 at the lower end of the manifold 5 is provided. That is, the seal cap 19 has a function as a cover that closes the outer surface 4A of the reaction tube 4. The seal cap 19 is made of a metal such as stainless steel or a nickel base alloy, and is formed in a disk shape. On the upper surface of the seal cap 19, an O-ring 19A as a seal member that contacts the lower end of the manifold 5 is provided.

또한 씰 캡(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단 내주보다 내측 부분에 대하여, 씰 캡(19)을 보호하는 커버 플레이트(20)가 설치된다. 커버 플레이트(20)는 예컨대 석영, 사파이어, 또는 SiC 등의 내열 내식성 재료로 이루어지고, 원판 형상으로 형성된다. 커버 플레이트(20)는 기계적 강도가 요구되지 않기 때문에 얇은 두께로 형성될 수 있다. 커버 플레이트(20)는 씰 캡(19)과 독립적으로 준비되는 부품에 한정되지 않고, 씰 캡(19)의 내면에 코팅된 또는 내면이 개질된, 공화물 등의 박막 또는 층이어도 좋다. 커버 플레이트(20)는 또한 원주의 연(緣)부터 매니폴드(5)의 내면을 따라 상승하는 벽을 포함해도 좋다.Further, a cover plate 20 is provided on the upper surface of the seal cap 19 to protect the seal cap 19 from a portion inside the lower end of the manifold 5. The cover plate 20 is made of a heat-resistant and corrosion-resistant material such as quartz, sapphire, or SiC, and is formed in a disk shape. The cover plate 20 may be formed to have a thin thickness since mechanical strength is not required. The cover plate 20 is not limited to components prepared independently of the seal cap 19, and may be a thin film or layer such as a polycarbonate coated on the inner surface of the seal cap 19 or modified on the inner surface. The cover plate 20 may also include a wall rising along the inner surface of the manifold 5 from the edge of the circumference.

반응관(4)의 내관(4B)의 내부에는 기판 보지구로서의 보트(21)가 수용된다. 보트(21)는 직립(直立)된 복수의 지주(21A)와, 복수의 지주(21A)의 상단을 서로 고정하는 원판 형상의 보트 천판(21B)을 구비한다. 또한 보트(21)는 복수의 지주(21A)의 하단부를 서로 고정하는 원환 형상[圓環狀]의 저판(86)을 구비한다(도 2 참조). 여기서 보트 천판(21B)은 천판의 일례다. 또한 본 실시 형태에서는 보트(21)는 복수의 지주(21A)의 하단부에 원환 형상의 저판(86)을 구비하지만, 이것을 대신하여 원판 형상의 저판을 설치해도 좋다.Inside the inner tube 4B of the reaction tube 4, a boat 21 serving as a substrate holder is accommodated. The boat 21 includes a plurality of posts 21A erected, and a disk-shaped boat top plate 21B for fixing the upper ends of the plurality of posts 21A to each other. Further, the boat 21 is provided with an annular bottom plate 86 for fixing the lower ends of the plurality of posts 21A to each other (see Fig. 2). Here, the boat top plate 21B is an example of a top plate. Further, in the present embodiment, the boat 21 is provided with an annular bottom plate 86 at the lower end of the plurality of posts 21A, but instead of this, a disk-shaped bottom plate may be provided.

보트(21)는 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(7)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지한다. 거기서는 웨이퍼(7)는 일정한 간격을 두고 배열시킨다. 보트(21)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 형성된다.The boat 21 supports, for example, 25 to 200 wafers 7 in multiple stages by aligning them in a vertical direction in a horizontal position and centered on each other. There, the wafers 7 are arranged at regular intervals. The boat 21 is formed of, for example, a heat-resistant material such as quartz or SiC.

본 실시 형태에서는 보트(21)에 보지된 모든 웨이퍼(7)는 집적 회로 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼로 이루어진다. 바꿔 말하면, 보트(21)에는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지된다. 웨이퍼(7)를 보지 가능한 위치의 수는 FOUP(Front Opening Unified Pod) 등의 웨이퍼 용기의 수용 가능 수(예컨대 25매)의 정수배로 하면, 웨이퍼 용기로부터 보트(21)로의 이재를 포함하는 기판 처리의 효율을 최대화할 수 있다. 프로덕트 웨이퍼는 예컨대 패턴이 없는 기판(더미 웨이퍼)에 대하여 표측에 50배를 넘는 소정의 비표면적(比表面積) 패턴을 가진다.In this embodiment, all the wafers 7 held on the boat 21 are made of a plurality of product wafers on which an integrated circuit pattern is formed. In other words, the boat 21 holds a plurality of product wafers in which patterns are formed at all positions where the wafer 7 can be held. If the number of positions where the wafer 7 can be held is an integer multiple of the number of acceptable wafer containers (e.g. 25 sheets) such as a FOUP (Front Opening Unified Pod), substrate processing including transfer material from the wafer container to the boat 21 Efficiency can be maximized. The product wafer has, for example, a predetermined specific surface area pattern of more than 50 times on the front side with respect to an unpatterned substrate (dummy wafer).

반응관(4)의 내관(4B)은 보트(21)를 안전하게 반입반출 가능한 최소한의 내경을 가지는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 예컨대 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 보트(21)에 보지된 웨이퍼(7) 사이의 갭은 예컨대 6mm 이상 16mm 이하로 설정된다. 여기서 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하가 바람직하고, 92% 이상 97% 이하가 보다 바람직하고, 94% 이상 96% 이하가 보다 더 바람직하다. 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 90% 이상으로 설정되는 것에 의해 보트 천판(21B)의 주연과 내관(4B)과의 극간을 좁힐 수 있고, 확산에 의한 가스 이동[특히 보트 천판(21B) 상으로부터 웨이퍼(7)측에 후술하는 잉여 SiCl2이 유입되는 것]을 억제할 수 있다. 또한 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 98% 이하로 설정되는 것에 의해 보트(21)를 내관(4B)에서 안전하게 반입출할 수 있다. 또한 웨이퍼(7) 사이의 갭은 6mm 이상 16mm 이하가 바람직하고, 7mm 이상 14mm 이하가 보다 바람직하고, 8mm 이상 12mm 이하가 보다 더 바람직하다. 웨이퍼(7) 사이의 갭이 6mm 이상으로 설정되는 것에 의해 인접하는 웨이퍼(7) 사이에 가스가 원활하게 흐른다. 또한 웨이퍼(7) 사이의 갭이 16mm 이하로 설정되는 것에 의해 보다 많은 웨이퍼(7)를 처리할 수 있다.It is preferable that the inner tube 4B of the reaction tube 4 has a minimum inner diameter capable of safely carrying the boat 21 in and out. In this embodiment, for example, the diameter of the boat top plate 21B is set to 90% or more and 98% or less of the inner diameter of the inner tube 4B, or the gap between the wafers 7 held in the boat 21 is, for example, 6 mm or more and 16 mm. It is set to the following. Here, the diameter of the boat top plate 21B is preferably 90% or more and 98% or less of the inner diameter of the inner tube 4B, more preferably 92% or more and 97% or less, and even more preferably 94% or more and 96% or less. When the diameter of the boat top plate 21B is set to 90% or more of the inner diameter of the inner tube 4B, the gap between the circumference of the boat top plate 21B and the inner tube 4B can be narrowed, and gas movement due to diffusion (especially Excess SiCl 2 to be described later flows into the wafer 7 side from above the boat top plate 21B] can be suppressed. Further, when the diameter of the boat top plate 21B is set to 98% or less of the inner diameter of the inner tube 4B, the boat 21 can be safely carried in and out of the inner tube 4B. Further, the gap between the wafers 7 is preferably 6 mm or more and 16 mm or less, more preferably 7 mm or more and 14 mm or less, and even more preferably 8 mm or more and 12 mm or less. When the gap between the wafers 7 is set to 6 mm or more, gas flows smoothly between the adjacent wafers 7. Further, more wafers 7 can be processed by setting the gap between the wafers 7 to 16 mm or less.

또한 본 실시 형태에서는 보트 천판(21B)에 의해 다른 것과 구분된, 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된다. 여기서 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 바람직하고, 1배 이상 2.5배 이하가 보다 바람직하고, 1배 이상 2배 이하가 보다 더 바람직하다. 즉 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 작을수록 바람직하다. 단, 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐르는 것이 요구된다. 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 3배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 잔여의 절대량이 적어진다. 또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.In addition, in this embodiment, the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B separated from the others by the boat top plate 21B is, for example, the adjacent wafers 7 held by the boat 21 It is set so that it is not less than 1 times and not more than 3 times the volume of the space interposed in Here, the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is preferably 1 to 3 times the volume of the space interposed on the adjacent wafer 7, and 1 to 2.5 times or less. It is more preferable, and 1 time or more and 2 times or less are still more preferable. That is, the smaller the volume of the upper space interposed between the ceiling 74 and the boat top plate 21B, the better. However, it is required that the gas flows smoothly through the main exhaust port 4E. The volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is set to be less than 3 times the volume of the space interposed in the adjacent wafers 7 held in the boat 21, thereby reducing the amount of gas remaining. The absolute amount decreases. In addition, when the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is set to be 1 or more times the volume of the space interposed in the adjacent wafers 7 held in the boat 21, gas is released. It flows smoothly to the main exhaust port (4E).

보트(21)의 하부에는 후술하는 단열 어셈블리(단열 구조체)(22)가 배설된다. 단열 어셈블리(22)는 상하 방향의 열의 전도 또는 전달이 작아질 수 있는 구조를 가지고, 통상적으로는 내부에 공동(空洞)을 포함한다. 내부는 축 퍼지 가스에 의해 퍼지될 수 있다. 반응관(4)에서 보트(21)가 배치되는 상 부분을 웨이퍼(7)의 처리 영역(A), 단열 어셈블리(22)가 배치되는 하 부분을 단열 영역(B)이라고 부른다.In the lower part of the boat 21, a heat insulation assembly (heat insulation structure) 22, which will be described later, is disposed. The heat insulation assembly 22 has a structure in which conduction or transfer of heat in the vertical direction can be reduced, and generally includes a cavity therein. The interior can be purged by axial purge gas. In the reaction tube 4, the upper portion where the boat 21 is disposed is referred to as a processing region A of the wafer 7, and the lower portion where the heat insulating assembly 22 is disposed is referred to as an insulating region B.

씰 캡(19)의 처리실(6)과 반대측에는 보트(21)를 회전시키는 회전 기구(23)가 설치된다. 회전 기구(23)에는 축 퍼지 가스의 가스 공급관(24)이 접속된다. 가스 공급관(24)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(25) 및 밸브(26)가 설치된다. 이 퍼지 가스의 하나의 목적은 회전 기구(23)의 내부(예컨대 축받이)를 처리실(6) 내에서 이용되는 부식성 가스등으로부터 지키는 것이다. 퍼지 가스는 회전 기구(23)로부터 회전축(66)을 따라 공급되고, 단열 어셈블리(22) 내에 인도된다.A rotating mechanism 23 for rotating the boat 21 is provided on the side opposite to the processing chamber 6 of the seal cap 19. A gas supply pipe 24 for axial purge gas is connected to the rotation mechanism 23. The gas supply pipe 24 is provided with the MFC 25 and the valve 26 in order from the upstream direction. One purpose of this purge gas is to protect the inside of the rotating mechanism 23 (for example, a bearing) from corrosive gases and the like used in the processing chamber 6. The purge gas is supplied from the rotation mechanism 23 along the rotation shaft 66 and is guided into the heat insulation assembly 22.

보트 엘리베이터(27)는 반응관(4)의 외부 하방에 수직으로 구비되고, 씰 캡(19)을 승강시키는 승강 기구(반송 기구)로서 동작한다. 이에 의해 씰 캡(19)에 지지된 보트(21) 및 웨이퍼(7)가 처리실(6) 내외로 반입출된다. 또한 씰 캡(19)이 최하 위치로 하강되는 동안, 씰 캡(19) 대신에 반응관(4)의 하단 개구를 폐색하는 셔터(미도시)가 설치될 수 있다.The boat elevator 27 is provided vertically below the outer side of the reaction tube 4 and operates as an elevating mechanism (conveying mechanism) for raising and lowering the seal cap 19. Thereby, the boat 21 and the wafer 7 supported by the seal cap 19 are carried in and out of the processing chamber 6. In addition, while the seal cap 19 is lowered to the lowest position, a shutter (not shown) may be installed to close the lower opening of the reaction tube 4 instead of the seal cap 19.

외관(4A)의 측부의 외벽 또는 내관(4B)의 내측에는 반응관(4)의 내부의 온도를 검출하는 처리 공간 온도 센서로서의 온도 센서(온도 검출기)(28)가 설치된다. 온도 센서(28)는 예컨대 상하로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만, 온도 센서(28)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(28)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)로의 통전량을 각각 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.A temperature sensor (temperature detector) 28 as a processing space temperature sensor that detects the temperature inside the reaction tube 4 is provided on the outer wall of the side of the exterior 4A or inside the inner tube 4B. The temperature sensor 28 is constituted by, for example, a plurality of thermocouples arranged vertically. Although not shown, the temperature sensor 28 is electrically connected to the controller 29. Based on the temperature information detected by the temperature sensor 28, the controller 29 uses the power regulator 70 to control the upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, and the center lower heater 3D. ) And the amount of energization to the lower heater 3E are respectively adjusted so that the temperature in the processing chamber 6 becomes a desired temperature distribution.

또한 외관(4A)의 천장부(72)의 외벽에는 반응관(4) 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서로서의 온도 센서(온도 검출기)(82)가 설치된다. 온도 센서(82)는 예컨대 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만, 온도 센서(82)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(82)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 천장 히터(80)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 상부의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.Further, on the outer wall of the ceiling portion 72 of the exterior 4A, a temperature sensor (temperature detector) 82 as an upper space temperature sensor that detects the temperature of the upper portion in the reaction tube 4 is provided. The temperature sensor 82 is constituted by, for example, a plurality of thermocouples arranged in a horizontal direction. Although not shown, the temperature sensor 82 is electrically connected to the controller 29. Based on the temperature information detected by the temperature sensor 82, the controller 29 adjusts the amount of energization to the ceiling heater 80 by the power regulator 70, so that the upper temperature in the processing chamber 6 is the desired temperature. Distribution.

컨트롤러(29)는 기판 처리 장치(1) 전체를 제어하는 컴퓨터이며, MFC(10, 13), 밸브(11, 14), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등과 전기적으로 접속되고, 그것들로부터 신호를 수취하거나 그것들을 제어한다.The controller 29 is a computer that controls the entire substrate processing apparatus 1, MFCs 10 and 13, valves 11 and 14, pressure sensors 16, APC valves 17, vacuum pumps 18, It is electrically connected to the rotating mechanism 23, the boat elevator 27, etc., and receives signals from them or controls them.

도 2에 단열 어셈블리(22) 및 회전 기구(23)의 단면도가 도시된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 회전 기구(23)는 상단이 개구되고 하단이 폐색된 생략 원통 형상으로 형성된 케이싱(바디)(23A)을 구비하고, 케이싱(23A)은 씰 캡(19)의 하면에 볼트로 고정된다. 케이싱(23A)의 내부에서는 내측으로부터 순서대로 원통 형상의 내축(23B)과, 내축(23B)의 지름보다 큰 지름의 원통 형상으로 형성된 외축(23C)이 같은 축에 설치된다. 그리고 외축(23C)은 내축(23B) 사이에 개설(介設)된 상하로 한 쌍의 내측 베어링(23D, 23E)과, 케이싱(23A) 사이에 개설된 상하로 한 쌍의 외측 베어링(23F, 23G)에 의해 회전 가능하도록 지승(支承)된다. 한편, 내축(23B)은 케이싱(23A)과 고정되어 회전 불능하도록 이루어진다.A cross-sectional view of the insulating assembly 22 and the rotating mechanism 23 is shown in FIG. 2. As shown in Fig. 2, the rotating mechanism 23 has a casing (body) 23A formed in an abbreviated cylindrical shape in which the upper end is opened and the lower end is closed, and the casing 23A is provided on the lower surface of the seal cap 19. It is fixed with bolts. Inside the casing 23A, a cylindrical inner shaft 23B and an outer shaft 23C formed in a cylindrical shape having a diameter larger than the diameter of the inner shaft 23B are provided on the same shaft in order from the inside. And the outer shaft 23C is a pair of upper and lower inner bearings 23D and 23E opened between the inner shaft 23B, and a pair of upper and lower outer bearings 23F, which are opened between the casing 23A. 23G) to enable rotation. On the other hand, the inner shaft (23B) is made to be fixed to the casing (23A) so as not to rotate.

내측 베어링(23D) 및 외측 베어링(23F) 상, 즉 처리실(6)측에는 진공과 대기압의 공기를 격리하는 자성(磁性) 유체 씰(23H, 23I)이 설치된다. 외축(23C)은 전동 모터(미도시) 등에 의해 구동(驅動)되는 웜 휠 또는 풀리(23K)가 장착된다.Magnetic fluid seals 23H and 23I are provided on the inner bearing 23D and the outer bearing 23F, that is, on the side of the processing chamber 6 to isolate vacuum and atmospheric pressure air. The outer shaft 23C is equipped with a worm wheel or pulley 23K driven by an electric motor (not shown) or the like.

내축(23B)의 내측에는 처리실(6) 내에서 웨이퍼(7)를 하방으로부터 가열하는 보조 가열 기구로서의 서브 히터 지주(33)가 수직으로 삽입 및 관통된다. 서브 히터 지주(33)는 석영제의 파이프이며, 그 상단에서 캡 히터(34)를 동심으로 보지한다. 서브 히터 지주(33)는 내축(23B)의 상단 위치에서 내열 수지로 형성된 지지부(23N)에 의해 지지된다. 또한 하방에서 서브 히터 지주(33)는 진공용 이음새(23P)에 의해 내축(23B) 사이가 밀봉된다.A sub-heater post 33 as an auxiliary heating mechanism for heating the wafer 7 from below in the processing chamber 6 is vertically inserted and penetrated inside the inner shaft 23B. The sub-heater post 33 is a pipe made of quartz, and holds the cap heater 34 concentrically at its upper end. The sub-heater post 33 is supported by the support part 23N formed of heat-resistant resin at the upper end position of the inner shaft 23B. Further, from below, the sub-heater posts 33 are sealed between the inner shafts 23B by the vacuum joints 23P.

캡 히터(34)는 전력 조정기(70)에 전기적으로 접속된다(도 1 참조). 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 캡 히터(34)로의 통전량을 제어한다(도 1 참조). 이에 의해 캡 히터(34)의 온도는 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)와 천장 히터(80)의 온도와는 독립적으로 제어된다.The cab heater 34 is electrically connected to the power regulator 70 (see Fig. 1). The controller 29 controls the amount of energization to the cab heater 34 by the power regulator 70 (see Fig. 1). Thereby, the temperature of the cab heater 34 is the temperature of the upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, the center lower heater 3D, the lower heater 3E, and the ceiling heater 80. Is independently controlled.

플랜지 형상으로 형성된 외축(23C)의 상면에는 하단에 플랜지를 포함하는 원통 형상의 회전축(36)이 고정된다. 회전축(36)의 공동을 서브 히터 지주(33)가 관통한다. 회전축(36)의 상단부에는 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 관통공이 중심에 형성된 원판 형상의 회전대(37)가 커버 플레이트(20)와 소정의 간격(h1)을 두고 고정된다.On the upper surface of the outer shaft 23C formed in a flange shape, a cylindrical rotation shaft 36 including a flange is fixed at the lower end. The sub-heater post 33 passes through the cavity of the rotation shaft 36. At the upper end of the rotation shaft 36, a disk-shaped rotating table 37 having a through hole penetrating through the sub-heater column 33 formed at the center is fixed to the cover plate 20 at a predetermined distance h1.

회전대(37)의 상면에는 단열체(40)를 보지하는 단열체 보지구(38)와, 원통부(39)가 동심으로 재치되고, 나사 등에 의해 고정된다. 원통부(39)는 상단부를 폐색하는 원판 형상의 상면으로서의 천판(39A)을 구비한다. 천판(39A)은 보트(21)의 하방측에 배치되고, 처리 영역(A)의 바닥을 구성한다(도 1 참조). 또한 보트(21)의 하단부를 고정하는 원환 형상의 저판(86)은 천판(39A)의 주위에서 천판(39A)에 감합(嵌合)된다. 단열 어셈블리(22)는 회전대(37), 단열체 보지구(38), 원통부(39) 및 단열체(40)에 의해 구성되고, 회전대(37)는 저판(받침대)을 구성한다. 회전대(37)에는 지름(폭)(h2)의 배기공(37A)이 주연(가장자리) 부근에 회전 대칭으로 복수 형성된다.On the upper surface of the rotating table 37, a heat insulating material holding tool 38 for holding the heat insulating material 40 and a cylindrical portion 39 are concentrically placed and fixed by screws or the like. The cylindrical portion 39 has a top plate 39A as a disk-shaped upper surface that closes the upper end portion. The top plate 39A is disposed on the lower side of the boat 21 and constitutes the bottom of the processing region A (see Fig. 1). Further, the ring-shaped bottom plate 86 for fixing the lower end of the boat 21 is fitted to the top plate 39A around the top plate 39A. The heat insulation assembly 22 is constituted by a rotary table 37, a heat insulation holder 38, a cylindrical portion 39, and a heat insulation 40, and the rotary table 37 constitutes a bottom plate (base). In the rotating table 37, a plurality of exhaust holes 37A having a diameter (width) h2 are formed in a rotational symmetry around the periphery (edge).

본 실시 형태에서는 보트(21)에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 단열체(40)의 상면의 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정된다. 여기서 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 바람직하고, 0.6배 이상 1.3배 이하 사이가 보다 바람직하고, 0.7배 이상 1.0배 이하가 보다 더 바람직하다. 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1.5배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 잔여의 절대량이 적어진다. 또한 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.In this embodiment, the volume of the lower space between the wafer 7 held at the lowest position that can be held by the boat 21 and the bottom plate 86 or the top plate 39A on the upper surface of the heat insulator 40 is, for example, the boat 21 It is set to be 0.5 times or more and 1.5 times or less of the volume of the space interposed between the adjacent wafers 7 held in ). Here, the volume of the lower space interposed by the wafer 7 and the bottom plate 86 or the top plate 39A is preferably 0.5 times or more and 1.5 times or less, and 0.6 times or more of the volume of the space interposed on the adjacent wafers 7. Between 1.3 times or less is more preferable, and 0.7 times or more and 1.0 times or less are even more preferable. Since the volume of the lower space interposed by the wafer 7 and the bottom plate 86 or the top plate 39A is set to 1.5 times or less of the volume of the space interposed in the adjacent wafer 7, the absolute amount of gas remaining is small. Lose. In addition, when the volume of the lower space interposed by the wafer 7 and the bottom plate 86 or the top plate 39A is set to be 1 or more times the volume of the space interposed in the adjacent wafer 7, the gas is discharged from the main exhaust port ( 4E) flows smoothly.

캡 히터(34)에는 캡 히터(34)의 온도 또는 최하단의 웨이퍼(7)의 온도를 검출하는 하단 공간 온도 센서로서의 온도 센서(84)가 설치된다. 온도 센서(84)는 예컨대 캡 히터(34)와 같은 높이로 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만 온도 센서(84)는 컨트롤러(29)(도 1 참조)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(84)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하고, 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)(도 1 참조)에 의해 캡 히터(34)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 하부의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.The cap heater 34 is provided with a temperature sensor 84 as a lower space temperature sensor that detects the temperature of the cap heater 34 or the lowermost wafer 7. The temperature sensor 84 is constituted by a plurality of thermocouples arranged horizontally at the same height as the cap heater 34, for example. Although not shown, the temperature sensor 84 is electrically connected to the controller 29 (see Fig. 1). Based on the temperature information detected by the temperature sensor 84, the controller 29 adjusts the amount of energization to the cab heater 34 by the power regulator 70 (see Fig. 1). The lower temperature becomes the desired temperature distribution.

컨트롤러(29)는 상단 공간의 온도 센서(82)와 처리 공간의 온도 센서(28)와 하단 공간의 온도 센서(84)의 검출 온도에 기초하여, 모든 위치에 보지된 복수의 웨이퍼(7)의 온도가 같아지도록, 전력 조정기(70)에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)와 천장 히터(80)와 캡 히터(34)에 부여하는 전력(즉 통전량)을 조정한다. 즉 처리 영역(A) 전체를 균열화할 수 있다.The controller 29 is based on the detection temperatures of the temperature sensor 82 of the upper space, the temperature sensor 28 of the processing space, and the temperature sensor 84 of the lower space, The upper heater (3A), the center upper heater (3B), the center heater (3C), the center lower heater (3D), the lower heater (3E), the ceiling heater (80) and the upper heater (3A), the center upper heater (3B), the center heater (3D), and the ceiling heater (80) so that the temperature is the same. The electric power (that is, the amount of energization) applied to the cap heater 34 is adjusted. That is, the entire processing region A can be cracked.

단열체 보지구(38)는 중심에 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 공동을 포함하는 원통 형상으로 구성된다. 단열체 보지구(38)의 하단에는 회전대(37)보다 작은 외경의 외향(外向) 플랜지 형상의 다리(38C)를 포함한다. 한편, 단열체 보지구(38)의 상단은 거기서부터 서브 히터 지주(33)가 돌출되도록 개구되고, 퍼지 가스의 공급구(38B)를 구성한다.The heat insulating material holding device 38 is configured in a cylindrical shape including a cavity penetrating the sub-heater post 33 at the center. The lower end of the heat insulating member 38 includes an outward flange-shaped leg 38C having an outer diameter smaller than that of the rotating table 37. On the other hand, the upper end of the heat insulating member holding tool 38 is opened so that the sub-heater post 33 protrudes from there, and constitutes a purge gas supply port 38B.

단열체 보지구(38)와 서브 히터 지주(33) 사이에 단열 어셈블리(22) 내의 상부에 축 퍼지 가스를 공급하는 원환 형상의 단면을 포함하는 유로가 형성된다. 공급구(38B)로부터 공급된 퍼지 가스는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)의 내벽 사이의 공간을 하향으로 흐르고, 배기공(37A)으로부터 원통부(39) 외로 배기된다. 배기공(37A)을 나온 축 퍼지 가스는 회전대(37)와 커버 플레이트(20) 사이의 극간을 반경 방향으로 흘러서 노구부에 방출되고, 거기서 노구부를 퍼지한다.A flow path including an annular cross-section for supplying an axial purge gas to an upper portion of the heat insulating assembly 22 is formed between the heat insulating member holding device 38 and the sub heater post 33. The purge gas supplied from the supply port 38B flows downward through the space between the heat insulating member holding port 38 and the inner wall of the cylindrical portion 39, and is exhausted out of the cylindrical portion 39 from the exhaust hole 37A. The shaft purge gas exiting the exhaust hole 37A flows in a radial direction through the gap between the rotating table 37 and the cover plate 20 and is discharged to the furnace mouth, where it purges the furnace mouth.

단열체 보지구(38)의 기둥에는 단열체(40)로서 복수의 반사판(40A)과 단열판(40B)이 같은 축에 설치된다.A plurality of reflecting plates 40A and 40B are provided on the same shaft as the heat insulating body 40 on the pillars of the heat insulating body holder 38.

원통부(39)는 내관(4B)과의 간극(h6)이 소정의 값이 될 수 있는 외경을 가진다. 간극(h6)은 처리 가스나 축 퍼지 가스의 누설을 억제하기 위해서 좁게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 7.5mm 내지 15mm으로 하는 것이 바람직하다.The cylindrical portion 39 has an outer diameter in which the gap h6 with the inner tube 4B can be a predetermined value. In order to suppress the leakage of the processing gas or the shaft purge gas, the gap h6 is preferably set to be narrow, and is preferably set to 7.5 mm to 15 mm, for example.

도 3에 수평하게 절단된 반응관(4)의 사시도가 도시된다. 또한 도 3에서는 플랜지부(4C)는 생략된다. 도 3에 도시하는 바와 같이 내관(4B)에는 처리실(6) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급 슬릿(4F)이 세로 방향에 웨이퍼(7)(도 1 참조)와 같은 수, 가로 방향에 3개, 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 공급 슬릿(4F)의 가로 방향의 배열 사이나 양단의 위치에서 외관(4A)과 내관(4B) 사이의 배기 공간(S)을 구획하도록 세로 방향으로 연장된 칸막이 판(41)이 각각 설치된다. 복수의 칸막이 판(41)에 의해 주된 배기 공간(S)으로부터 분리된 구획은 노즐실(노즐 버퍼)(42)을 형성한다. 결과적으로 배기 공간(S)은 단면에서 C자형으로 형성된다. 노즐실(42)과 내관(4B) 내를 직접 연결하는 개구는 공급 슬릿(4F)만이다. 또한 노즐실(42)의 상단은 내관(4B)의 상단과 대략 같은 높이로 폐색된다.3 is a perspective view of the reaction tube 4 cut horizontally. In addition, in Fig. 3, the flange portion 4C is omitted. As shown in Fig. 3, the inner tube 4B has the same number of supply slits 4F as the wafer 7 (see Fig. 1) in the vertical direction and three in the horizontal direction for supplying the processing gas into the processing chamber 6 , Is formed by being arranged in a grid shape. Partition plates 41 extending in the longitudinal direction are respectively provided to partition the exhaust space S between the outer tube 4A and the inner tube 4B between the arrangement of the supply slits 4F in the transverse direction or at the positions at both ends. The division separated from the main exhaust space S by a plurality of partition plates 41 forms a nozzle chamber (nozzle buffer) 42. As a result, the exhaust space S is formed in a C shape in cross section. The opening directly connecting the nozzle chamber 42 and the inner tube 4B is only the supply slit 4F. In addition, the upper end of the nozzle chamber 42 is closed to approximately the same height as the upper end of the inner tube 4B.

칸막이 판(41)은 내관(4B)과는 연결되지만, 외관(4A)과 내관(4B)의 온도 차이에 기인하는 응력을 피하기 위해서 외관(4A)과는 연결시키지 않고 근소한 극간을 포함하도록 구성할 수 있다. 노즐실(42)은 배기 공간(S)으로부터 완전히 격리될 필요는 없고, 특히 상단이나 하단에서 배기 공간(S)과 통한 개구 또는 극간을 포함할 수 있다. 노즐실(42)은 그 외주측이 외관(4A)에 의해 구획되는 것에 한정되지 않고, 외관(4A)의 내면에 따른 칸막이 판을 별도로 설치해도 좋다.The partition plate 41 is connected to the inner tube 4B, but in order to avoid the stress caused by the temperature difference between the outer tube 4A and the inner tube 4B, the partition plate 41 is not connected to the outer tube 4A and may be configured to include a slight gap. I can. The nozzle chamber 42 need not be completely isolated from the exhaust space S, and may include an opening or gap through the exhaust space S, particularly at the top or bottom. The nozzle chamber 42 is not limited to that the outer peripheral side is partitioned by the outer surface 4A, and a partition plate corresponding to the inner surface of the outer surface 4A may be separately provided.

내관(4B)에는 단열 어셈블리(22)의 측면을 향하여 개구하는 위치에 3개의 부 배기구(4G)가 설치된다. 부 배기구(4G) 중 1개는 배기 포트(4D)와 같은 방향에 설치되고, 그 개구의 적어도 일부가 배기 포트(4D)의 관과 중첩될 수 있는 높이로 배치된다. 또한 나머지 2개의 부 배기구(4G)는 노즐실(42)의 양측부 부근에 배치된다. 또는 3개의 부 배기구(4G)가 내관(4B)의 원주 상에서 180° 간격이 될 수 있는 위치에 배치될 수 있다.In the inner tube 4B, three sub-exhaust ports 4G are provided at positions that open toward the side surfaces of the heat insulation assembly 22. One of the sub-exhaust ports 4G is installed in the same direction as the exhaust port 4D, and at least a part of the opening is disposed at a height such that it can overlap with the pipe of the exhaust port 4D. Further, the remaining two sub-exhaust ports 4G are disposed near both side portions of the nozzle chamber 42. Alternatively, the three sub-exhaust ports 4G may be disposed at a position that may be spaced 180° on the circumference of the inner tube 4B.

도 4에 도시하는 바와 같이 3개의 노즐실(42)에는 노즐(8a 내지 8c)이 각각 설치된다. 노즐(8a 내지 8d)의 측면에는 반응관(4)의 중심 방향을 향하여 개구된 노즐 공(8H)이 각각 설치된다. 노즐 공(8H)으로부터 분출된 가스는 공급 슬릿(4F)으로부터 내관(4B) 내에 흐르도록 의도되지만, 일부의 가스는 직접 유입되지 않는다. 칸막이 판(41)에 의해 각 노즐(8a 내지 8c)은 각각 독립한 공간 내에 설치되기 때문에 각 노즐(8a 내지 8c)로부터 공급되는 처리 가스가 노즐실(42) 내에서 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 또한 노즐실(42)에 체류하는 가스는 노즐실(42)의 상단이나 하단으로부터 배기 공간(S)에 배출될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 노즐실(42) 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나 부생성물이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도 4에서만 노즐실(42)에 인접하는 배기 공간(S)에는 반응관의 축 방향(상하 방향)을 따라 임의로 설치될 수 있는 퍼지 노즐(8d)이 설치된다. 이후, 퍼지 노즐(8d)은 존재하지 않는 것으로서 설명한다.As shown in Fig. 4, nozzles 8a to 8c are provided in the three nozzle chambers 42, respectively. The nozzle holes 8H opened toward the center of the reaction tube 4 are provided on the side surfaces of the nozzles 8a to 8d, respectively. The gas ejected from the nozzle hole 8H is intended to flow into the inner tube 4B from the supply slit 4F, but some gas does not directly flow in. Since each nozzle 8a to 8c is installed in an independent space by the partition plate 41, it is possible to suppress mixing of the processing gas supplied from the nozzles 8a to 8c in the nozzle chamber 42. . In addition, the gas remaining in the nozzle chamber 42 may be discharged from the upper or lower end of the nozzle chamber 42 to the exhaust space S. With this configuration, it is possible to suppress the formation of a thin film or generation of by-products due to mixing of the processing gas in the nozzle chamber 42. In addition, only in FIG. 4, in the exhaust space S adjacent to the nozzle chamber 42, a purge nozzle 8d that can be arbitrarily installed along the axial direction (up-down direction) of the reaction tube is installed. Hereinafter, it will be described that the purge nozzle 8d does not exist.

도 5에 반응관(4)의 저면도가 도시된다. 도 5에 도시하는 바와 같이 플랜지부(4C)에는 배기 공간(S)(도 4 참조)과 플랜지 하방을 접속하는 개구로서 저 배기구(4H, 4J) 및 노즐 도입공(4K)이 설치된다. 저 배기구(4H)는 배기 포트(4D)에 가장 가까운 장소에 설치된 긴 구멍이며, 저 배기구(4J)는 C자형의 배기 공간(S)을 따라 6개소(箇所)에 설치된 작은 구멍이다. 노즐 도입공(4K)은 그 개구로부터 노즐(8a 내지 8c)(도 4 참조)이 삽입된다. 저 배기구(4J)는 후술하는 바와 같이 개구가 지나치게 크면, 그곳을 통과하는 축 퍼지 가스의 유속이 저하되고, 배기 공간(S)으로부터 원료 가스 등이 확산에 의해 노구부에 침입된다. 그렇기 때문에 중앙부의 지름을 작게 한(협착시킨) 구멍으로서 형성하는 경우가 있다.5 shows a bottom view of the reaction tube 4. As shown in Fig. 5, low exhaust ports 4H and 4J and nozzle introduction holes 4K are provided in the flange portion 4C as openings connecting the exhaust space S (see Fig. 4) and the lower side of the flange. The low exhaust port 4H is a long hole provided at a location closest to the exhaust port 4D, and the low exhaust port 4J is a small hole provided at six places along the C-shaped exhaust space S. In the nozzle introduction hole 4K, the nozzles 8a to 8c (see Fig. 4) are inserted from the opening. If the opening of the low exhaust port 4J is too large as will be described later, the flow velocity of the axial purge gas passing through the lower exhaust port 4J decreases, and the source gas or the like enters the furnace port portion by diffusion from the exhaust space S. Therefore, in some cases, it is formed as a hole in which the diameter of the central portion is made small (constricted).

도 6에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(29)는 MFC(10, 13, 25), 밸브(11, 14, 26), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되고, 그것들을 자동 제어한다. 또한 컨트롤러(29)는 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80), 캡 히터(34), 온도 센서(28), 온도 센서(82), 온도 센서(84) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되고, 그것들을 자동 제어한다. 도시를 생략하지만 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)를 개재하여 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80), 캡 히터(34)와 각각 전기적으로 접속된다.As shown in Fig. 6, the controller 29 includes MFCs 10, 13, 25, valves 11, 14, 26, pressure sensors 16, APC valves 17, vacuum pumps 18, and rotary mechanisms. (23) It is electrically connected to each component, such as the boat elevator 27, and controls them automatically. In addition, the controller 29 includes a heater 3 (upper heater 3A, center upper heater 3B, center heater 3C, center lower heater 3D, lower heater 3E)], ceiling heater 80, The cab heater 34, the temperature sensor 28, the temperature sensor 82, the temperature sensor 84, and the like are electrically connected to each other, and they are automatically controlled. Although not shown, the controller 29 is a heater 3 (upper heater 3A, center upper heater 3B, center heater 3C), center lower heater 3D, and lower heater via the power regulator 70. (3E)], the ceiling heater 80 and the cab heater 34 are respectively electrically connected.

컨트롤러(29)는 CPU(Central Processing Unit)(212), RAM(Random Access Memory)(214), 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)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. I/O 포트(218)는 전술한 각 구성에 접속된다. 컨트롤러(29)에는 예컨대 터치패널 등과의 입출력 장치(222)가 접속된다.The controller 29 is configured as a computer having a CPU (Central Processing Unit) 212, a RAM (Random Access Memory) 214, a storage device 216, and an I/O port 218. The RAM 214, the storage device 216, and the I/O port 218 are configured to be capable of exchanging data with the CPU 212 via the internal bus 220. I/O ports 218 are connected to each of the above-described configurations. An input/output device 222 such as a touch panel or the like is connected to the controller 29.

기억 장치(216)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(216) 내에는 기판 처리 장치(1)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 처리 조건을 따라 기판 처리 장치(1)의 각 구성에 성막 처리 등을 실행시키기 위한 프로그램(프로세스 레시피나 클리닝 레시피 등의 레시피)이 판독 가능하도록 격납된다. RAM(214)은 CPU(212)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.The storage device 216 is composed of, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), or the like. In the memory device 216, a control program for controlling the operation of the substrate processing device 1 or a program for executing a film forming process or the like on each component of the substrate processing device 1 in accordance with processing conditions (process recipe or cleaning recipe) Recipe) is stored so as to be readable. The RAM 214 is configured as a work area in which programs, data, etc. read by the CPU 212 are temporarily held.

CPU(212)은 기억 장치(216)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등을 따라 기억 장치(216)로부터 레시피를 판독하고 레시피를 따르도록 각 구성을 제어한다.The CPU 212 reads and executes a control program from the storage device 216, and reads a recipe from the storage device 216 in response to an input of an operation command from the input/output device 222 and the like and follows the recipe. Control the configuration.

컨트롤러(29)는 외부 기억 장치(224)[예컨대 USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, HDD]에 지속적으로 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(216)나 외부 기억 장치(224)는 컴퓨터 판독 가능한 유체인 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(224)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.The controller 29 is used to install the above-described program continuously stored in the external storage device 224 (e.g., a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card, an optical disk such as a CD or DVD, an HDD) in the computer. It can be configured by The storage device 216 or the external storage device 224 is configured as a medium that is a computer-readable fluid. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. Further, the provision of the program to the computer may be performed using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 224.

<반도체 장치의 제조 방법><Method of manufacturing semiconductor device>

다음으로 상기 기판 처리 장치(1)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(7) 위로 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 말한다)의 시퀀스예에 대해서 설명한다.Next, a sequence example of a process of forming a film on the wafer 7 (hereinafter also referred to as a film forming process) as a step in the manufacturing process of a semiconductor device (device) using the substrate processing apparatus 1 will be described.

여기서는 노즐(8)을 2개 이상 설치하고, 예컨대 노즐(8a)로부터 제1 처리 가스(원료 가스)로서 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 즉 약칭은 HCDS) 가스를 공급하고, 노즐(8b)로부터 제2 처리 가스(원료 가스)로서 암모니아(NH3) 가스를 공급하여 웨이퍼(7) 상에 실리콘질화(SiN)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 제2 처리 가스(원료 가스)가 반응 가스인 경우도 있다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)의 각 구성의 동작은 컨트롤러(29)에 의해 제어된다.Here, two or more nozzles 8 are provided, for example, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , that is, abbreviated as HCDS) gas is supplied from the nozzle 8a as the first processing gas (raw material gas), and the nozzle 8b An example in which ammonia (NH 3 ) gas is supplied as a second processing gas (raw material gas) from) to form a silicon nitride (SiN) film on the wafer 7 will be described. In some cases, the second processing gas (raw material gas) is a reactive gas. Further, in the following description, the operation of each component of the substrate processing apparatus 1 is controlled by the controller 29.

본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 공정과, 처리실(6) 내로부터 HCDS 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 공정과, 처리실(6) 내로부터 NH3 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 소정 횟수(1회 이상) 반복하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 SiN막을 형성한다. 본 명세서에서는 이 성막 시퀀스를 편의상 다음과 같이 표기한다.In the film forming process in this embodiment, the process of supplying HCDS gas to the wafer 7 in the process chamber 6, the process of removing the HCDS gas (residual gas) from the inside of the process chamber 6, and the process of On the wafer 7 by repeating the process of supplying the NH 3 gas to the wafer 7 and the process of removing the NH 3 gas (residual gas) from the inside of the processing chamber 6 a predetermined number of times (one or more times). A SiN film is formed. In this specification, this film formation sequence is indicated as follows for convenience.

(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN(HCDS→NH 3 )×n ⇒ SiN

본 실시 형태에서는 결정(結晶) 중에 Si를 제공하는 SiCl2(활성종)이 표면에 흡착(화학흡착)하는 것에 의해 성막이 진행한다. HCDS로부터 SiCl2이 발생하는 화학 반응에는 이하의 (1), (2)을 포함하는 다양한 루트가 있으며, 경험적으로 적지 않게 (2)의 루트가 존재할 것으로 생각된다.In this embodiment, the film formation proceeds by adsorbing (chemical adsorption) SiCl 2 (active species) that provides Si in the crystal to the surface. There are various routes including the following (1) and (2) in the chemical reaction in which SiCl 2 occurs from HCDS, and it is considered that there are not a few routes of (2) empirically.

(1) Si2Cl6의 해리 흡착.(1) Dissociation adsorption of Si 2 Cl 6.

(2) 기상(氣相) 중에서 소정의 평형 조건(2) A predetermined equilibrium condition in the gas phase

Si2Cl6 ⇔ SiCl2+SiCl4에 향하여 분해된 SiCl2이 흡착. Si 2 Cl 6 ⇔ SiCl 2 + SiCl 4 an exploded SiCl 2 adsorption toward on.

어떤 경우에도 SiCl2의 전구체의 농도(분압)이 SiCl2의 대량 소비에 따라 웨이퍼(7)의 표면 부근에서 저하된다.Concentration (partial pressure) of the precursor of SiCl 2 In any case, according to the mass consumption of SiCl 2 is lowered near the surface of the wafer (7).

(웨이퍼 차지 및 보트 로드)(Wafer charge and boat load)

보트(21)에는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지된다. 복수 매의 웨이퍼(7)가 보트(21)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 보트(21)는 보트 엘리베이터(27)에 의해 처리실(6) 내에 반입(보트 로드)된다. 이때 씰 캡(19)은 O링(19A)을 개재하여 매니폴드(5)의 하단을 기밀하게 폐색(씰)한 상태가 된다. 웨이퍼 차지하기 전의 스탠바이 상태로부터 밸브(26)를 열고 원통부(39) 내에 소량의 퍼지 가스가 공급될 수 있다.The boat 21 holds a plurality of product wafers in which patterns are formed in all positions where the wafer 7 can be held. When a plurality of wafers 7 are loaded into the boat 21 (wafer charging), the boat 21 is carried into the processing chamber 6 by the boat elevator 27 (boat loading). At this time, the seal cap 19 is in a state in which the lower end of the manifold 5 is hermetically closed (sealed) through the O-ring 19A. From the standby state before charging the wafer, the valve 26 is opened and a small amount of purge gas can be supplied into the cylindrical portion 39.

(압력 조정)(Pressure adjustment)

처리실(6) 내, 즉 웨이퍼(7)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(18)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때 처리실(6) 내의 압력은 압력 센서(16)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(17)가 피드백 제어된다. 원통부(39) 내로의 퍼지 가스 공급 및 진공 펌프(18)의 작동은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 유지한다.The inside of the processing chamber 6, that is, the space in which the wafer 7 is present, is evacuated (reduced and evacuated) by the vacuum pump 18 so that the predetermined pressure (vacuum degree) is reached. At this time, the pressure in the processing chamber 6 is measured by the pressure sensor 16, and the APC valve 17 is feedback-controlled based on the measured pressure information. The supply of the purge gas into the cylindrical portion 39 and the operation of the vacuum pump 18 are maintained for at least until the processing of the wafer 7 is completed.

(승온)(Heating up)

처리실(6) 내로부터 산소 등이 충분히 배기된 후, 처리실(6) 내의 승온이 시작된다. 처리실(6)이 성막에 바람직한 소정의 온도 분포가 되도록, 온도 센서(28)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)]로의 통전량이 피드백 제어된다. 또한 온도 센서(82)가 검출한 온도 정보에 기초하여 천장 히터(80)로의 통전량이 피드백 제어된다. 또한 온도 센서(84)가 검출한 온도 정보에 기초하여 캡 히터(34)로의 통전량이 피드백 제어된다. 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80) 및 캡 히터(34)에 의한 처리실(6) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리(성막)가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 캡 히터(34)로의 통전 기간은 히터(3)에 의한 가열 기간과 일치시킬 필요는 없다. 성막이 시작되기 직전에서, 캡 히터(34)의 온도는 성막 온도와 같은 온도에 도달하고, 매니폴드(5)의 내면 온도는 180℃ 이상(예컨대 260℃)에 도달하는 것이 바람직하다.After oxygen or the like is sufficiently exhausted from the inside of the process chamber 6, the temperature increase in the process chamber 6 starts. The heater 3 (upper heater 3A, center upper heater 3B, center heater 3C) based on the temperature information detected by the temperature sensor 28 so that the processing chamber 6 has a predetermined temperature distribution suitable for film formation. ), center lower heater 3D, lower heater 3E]. Further, based on the temperature information detected by the temperature sensor 82, the amount of energization to the ceiling heater 80 is feedback-controlled. Further, based on the temperature information detected by the temperature sensor 84, the amount of energization to the cab heater 34 is feedback-controlled. Heater (3) [upper heater (3A), center upper heater (3B), center heater (3C), center lower heater (3D), lower heater (3E)], ceiling heater (80) and cab heater (34) The heating in the processing chamber 6 is continuously performed at least until the processing (film formation) on the wafer 7 is completed. The energization period to the cap heater 34 need not coincide with the heating period by the heater 3. Immediately before the film formation starts, the temperature of the cap heater 34 reaches the same temperature as the film formation temperature, and the inner surface temperature of the manifold 5 preferably reaches 180°C or higher (for example, 260°C).

또한 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전을 시작한다. 회전 기구(23)에 의해 회전축(66), 회전대(37), 원통부(39)를 개재하여 보트(21)가 회전되는 것에 의해 캡 히터(34)는 회전시키지 않고 웨이퍼(7)를 회전시킨다. 이에 의해 가열의 불균일이 저감된다. 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.Further, rotation of the boat 21 and the wafer 7 by the rotation mechanism 23 is started. The cap heater 34 rotates the wafer 7 without rotating the boat 21 by rotating the rotating shaft 66, the rotating table 37, and the cylindrical portion 39 by the rotating mechanism 23. . This reduces the unevenness of heating. The rotation of the boat 21 and the wafer 7 by the rotation mechanism 23 is continuously performed for at least until the processing on the wafer 7 is finished.

(성막)(Tabernacle)

처리실(6) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 스텝 1 내지 스텝 4를 반복하여 실행한다. 또한 스텝 1을 시작하기 전에 밸브(26)를 열고 퍼지 가스(N2)의 공급을 증가시켜도 좋다.When the temperature in the processing chamber 6 is stabilized at a predetermined processing temperature, steps 1 to 4 are repeatedly executed. Also, before starting step 1, the valve 26 may be opened and the supply of the purge gas N 2 may be increased.

[스텝 1: 원료 가스 공급 공정][Step 1: Raw material gas supply process]

스텝 1에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 밸브(11)를 엶과 동시에 밸브(14)를 열고, 가스 공급관(9) 내에 HCDS 가스를 흘리고, 가스 공급관(12) 내에 N2 가스를 흘린다. HCDS 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐실(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(7)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 실리콘(Si) 함유막이 형성된다.In step 1, HCDS gas is supplied to the wafer 7 in the processing chamber 6. When the valve 11 is opened, the valve 14 is opened, the HCDS gas flows into the gas supply pipe 9, and the N 2 gas flows into the gas supply pipe 12. The HCDS gas and the N 2 gas are flow-adjusted by the MFCs 10 and 13, respectively, and are supplied into the processing chamber 6 through the nozzle chamber 42 and exhausted from the exhaust pipe 15. By supplying HCDS gas to the wafer 7, a silicon (Si)-containing film having a thickness of, for example, less than one atomic layer to several atomic layers is formed as a first layer on the outermost surface of the wafer 7 .

[스텝 2: 원료 가스 배기 공정][Step 2: Raw material gas exhaust process]

제1층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(17)는 연 상태 하여 진공 펌프(18)에 의해 처리실(6) 내를 진공 배기하고, 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(6) 내로부터 배출한다. 또한 밸브(14)나 밸브(26)를 연 상태로 하고, 공급된 N2 가스는 가스 공급관(9)이나 반응관(4) 내, 노구부를 퍼지한다.After the first layer is formed, the valve 11 is closed and the supply of HCDS gas is stopped. At this time, the APC valve 17 is opened and the inside of the processing chamber 6 is evacuated by the vacuum pump 18, and the HCDS gas remaining in the processing chamber 6 is unreacted or after contributing to the formation of the first layer. 6) Discharge from the inside. Further, the valve 14 or the valve 26 is opened, and the supplied N 2 gas purges the gas supply pipe 9 or the reaction pipe 4 and the furnace opening.

[스텝 3: 반응 가스 공급 공정][Step 3: Reactive gas supply process]

스텝 3에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급한다. 밸브(11, 14)의 개폐 제어를 스텝 1에서의 밸브(11, 14)의 개폐 제어와 마찬가지의 순서로 수행한다. NH3 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐실(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 공급된 NH3 가스는 스텝 1에서 웨이퍼(7) 상에 형성된 제1층, 즉 Si 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되어, Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘질화층(SiN층)으로 변화(개질)된다. In step 3, NH 3 gas is supplied to the wafer 7 in the processing chamber 6. The opening and closing control of the valves 11 and 14 is performed in the same order as the opening and closing control of the valves 11 and 14 in Step 1. The flow rates of NH 3 gas and N 2 gas are adjusted by the MFCs 10 and 13, respectively, and are supplied into the processing chamber 6 through the nozzle chamber 42 and exhausted from the exhaust pipe 15. The NH 3 gas supplied to the wafer 7 reacts with at least a part of the first layer formed on the wafer 7 in step 1, that is, the Si-containing layer. Thereby, the first layer is nitrided and changed (modified) to a second layer containing Si and N, that is, a silicon nitride layer (SiN layer).

[스텝 4: 반응 가스 배기 공정][Step 4: Reactive gas exhaust process]

제2층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝 1과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(6) 내로부터 배출한다.After the second layer is formed, the valve 11 is closed and the supply of NH 3 gas is stopped. Then, the unreacted NH 3 gas or reaction by-products remaining in the processing chamber 6 or after contributing to the formation of the second layer are discharged from the processing chamber 6 by the same processing procedure as in step 1.

이상의 4개의 스텝을 비동시에, 즉 오버랩시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다.A SiN film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the wafer 7 by performing the above four steps asynchronously, that is, a cycle performed without overlapping a predetermined number of times (n times).

전술한 시퀀스의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.The processing conditions for the above-described sequence are, for example, as follows.

처리 온도(웨이퍼 온도): 250℃ 내지 700℃Treatment temperature (wafer temperature): 250°C to 700°C

처리 압력(처리실 내 압력): 1Pa 내지 4,000PaProcessing pressure (pressure in the processing chamber): 1 Pa to 4,000 Pa

HCDS 가스 공급 유량: 1sccm 내지 2,000sccmHCDS gas supply flow rate: 1 sccm to 2,000 sccm

NH3 가스 공급 유량: 100sccm 내지 10,000sccmNH 3 gas supply flow rate: 100 sccm to 10,000 sccm

N2 가스 공급 유량(노즐): 100sccm 내지 10,000sccmN 2 gas supply flow rate (nozzle): 100 sccm to 10,000 sccm

N2 가스 공급 유량(회전축): 100sccm 내지 500sccmN 2 gas supply flow rate (rotary shaft): 100 sccm to 500 sccm

각각의 처리 조건을 각각의 범위 내의 어느 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.By setting each processing condition to a certain value within each range, it becomes possible to appropriately advance the film forming process.

HCDS 등의 열분해성 가스는 석영보다 금속의 표면에서 부생성물의 막을 형성하기 쉬운 경우가 있다. HCDS(및 암모니아)에 노출된 표면은 특히 260℃ 이하일 때 SiO, SiON 등이 부착되기 쉽다.Pyrolytic gases such as HCDS are more likely than quartz to form a film of by-products on the surface of the metal. Surfaces exposed to HCDS (and ammonia) are particularly susceptible to adhesion of SiO and SiON when the temperature is below 260°C.

(퍼지 및 대기압 복귀)(Purge and atmospheric pressure return)

성막 처리가 완료된 후, 밸브(14)를 열고 가스 공급관(12)으로부터 N2 가스를 처리실(6) 내에 공급하고 배기관(15)으로부터 배기한다. 이에 의해 처리실(6) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 잔류하는 원료나 부생성물이 처리실(6) 내로부터 제거(퍼지)된다. 그 후 APC 밸브(17)가 닫히고, 처리실(6) 내의 압력이 상압이 될 때까지 N2 가스가 충전된다(대기압 복귀).After the film forming process is completed, the valve 14 is opened, the N 2 gas is supplied from the gas supply pipe 12 into the processing chamber 6 and exhausted from the exhaust pipe 15. As a result, the atmosphere in the processing chamber 6 is replaced with an inert gas (inert gas substitution), and the remaining raw materials or by-products are removed (purged) from the interior of the processing chamber 6. After that, the APC valve 17 is closed, and the N 2 gas is filled until the pressure in the processing chamber 6 becomes normal pressure (atmospheric pressure return).

(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)(Boat Unloading and Wafer Discharge)

보트 엘리베이터(27)에 의해 씰 캡(19)이 하강되어 매니폴드(5)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(7)가 보트(21)에 지지된 상태에서 매니폴드(5)의 하단으로부터 반응관(4)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 처리 완료된 웨이퍼(7)는 보트(21)로부터 취출된다.The seal cap 19 is lowered by the boat elevator 27 to open the lower end of the manifold 5. Then, the processed wafer 7 is carried out to the outside of the reaction tube 4 from the lower end of the manifold 5 in a state supported by the boat 21 (boat unloading). The processed wafer 7 is taken out from the boat 21.

전술한 성막 처리를 수행하면, 가열되고 있었던 반응관(4) 내의 부재의 표면, 예컨대 외관(4A)의 내벽, 노즐(8a)의 표면, 내관(4B)의 표면, 보트(21)의 표면 등에 질소를 포함하는 SiN막 등이 퇴적하여 박막을 형성할 수 있다. 그래서 이들의 퇴적물의 양, 즉 누적 막 두께가 퇴적물에 박리나 낙하가 발생하기 전의 소정의 양(두께)에 달했을 때 클리닝 처리가 수행된다. 클리닝 처리는 반응관(4) 내에 불소계 가스로서 예컨대 F2 가스를 공급하는 것에 의해 수행된다.When the above-described film forming treatment is performed, the surface of the member in the reaction tube 4 that has been heated, such as the inner wall of the outer surface 4A, the surface of the nozzle 8a, the surface of the inner tube 4B, the surface of the boat 21, etc. A SiN film or the like containing nitrogen may be deposited to form a thin film. Therefore, the cleaning treatment is performed when the amount of these deposits, that is, the accumulated film thickness, reaches a predetermined amount (thickness) before peeling or dropping occurs on the deposits. The cleaning treatment is performed by supplying, for example, F 2 gas as a fluorine-based gas into the reaction tube 4.

<작용 및 효과><Action and Effect>

상기 기판 처리 장치(1)에서는 어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E), 캡 히터(34) 및 천장 히터(80)의 온도를 각각 제어하는 것에 의해 처리실(6)의 상하 방향의 온도를 거의 균일하게 제어할 수 있다. 이에 의해 보트(21)에서의 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼를 보지하고 더미 웨이퍼를 없앨 수 있다.In the substrate processing apparatus 1, an upper heater 3A, a center upper heater 3B, a center heater 3C, a center lower heater 3D, a lower heater 3E, a cab heater 34, and a ceiling heater 80 By controlling the temperature of ), it is possible to control the temperature in the vertical direction of the processing chamber 6 almost uniformly. Thereby, the product wafer can be held in all positions in the boat 21 where the wafer 7 can be held, and the dummy wafer can be removed.

또한 보트(21)에서의 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼가 보지된 상태에서 가스 공급관(9)으로부터 기상 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종(예컨대 SiCl2)의 분압이 보트(21)에 보지되는 웨이퍼(7)의 모든 위치에서 거의 균일해진다. 이에 의해 보트(21)의 상하 방향에 복수 배열된 프로덕트 웨이퍼에 형성되는 막의 두께가 프로덕트 웨이퍼 사이에서 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.In addition, when the source gas to be decomposed in the gaseous phase is supplied from the gas supply pipe 9 while the product wafer is held in all positions where the wafer 7 can be held in the boat 21, one of the generated gases generated by the decomposition The partial pressure of the species (eg SiCl 2 ) becomes almost uniform in all positions of the wafer 7 held by the boat 21. Accordingly, it is possible to suppress the thickness of the film formed on the product wafers arranged in a plurality of vertical directions of the boat 21 from becoming uneven among the product wafers.

또한 기판 처리 장치(1)에서는 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 상단측과 하단측에 배치되는 더미 웨이퍼를 없애는 것에 의해 프로덕트 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다. 또는 프로덕트 웨이퍼 매수를 늘리는 대신에 더미 웨이퍼를 없앤 만큼만 프로덕트 웨이퍼의 피치를 확장시킬 수도 있다.In addition, in the substrate processing apparatus 1, the number of product wafers can be increased and productivity can be improved by eliminating dummy wafers disposed on the upper and lower ends of the product wafer, for example. Alternatively, instead of increasing the number of product wafers, the pitch of the product wafers may be increased only by removing dummy wafers.

또한 기판 처리 장치(1)에서는 예컨대 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 보트(21)에 보지된 웨이퍼(7) 사이의 갭은 예컨대 6mm 이상 16mm 이하가 되도록 설정된다. 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 90% 이상으로 설정되는 것에 의해 확산에 의한 가스 이동[특히 보트 천판(21B) 상에서 웨이퍼(7)측에 잉여 SiCl2이 유입되는 것]을 억제할 수 있다. 또한 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 98% 이하로 설정되는 것에 의해 보트(21)를 내관(4B)으로부터 안전하게 반입출시킬 수 있다.Further, in the substrate processing apparatus 1, for example, the diameter of the boat top plate 21B is set to 90% or more and 98% or less of the inner diameter of the inner tube 4B, or the gap between the wafers 7 held in the boat 21 is For example, it is set to be 6 mm or more and 16 mm or less. Gas movement by diffusion when the diameter of the boat top plate 21B is set to 90% or more of the inner diameter of the inner tube 4B (especially, excess SiCl 2 flows into the wafer 7 side on the boat top plate 21B) Can be suppressed. Further, when the diameter of the boat top plate 21B is set to 98% or less of the inner diameter of the inner tube 4B, the boat 21 can be safely carried in and out of the inner tube 4B.

또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된다. 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 3배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 나머지의 절대량이 적어진다. 또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.In addition, the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is set to be 1 to 3 times the volume of the space interposed on the adjacent wafers 7 held in the boat 21, for example. do. When the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is set to be less than 3 times the volume of the space interposed in the adjacent wafers 7 held in the boat 21, the remaining gas is The absolute amount decreases. In addition, when the volume of the upper space interposed by the ceiling 74 and the boat top plate 21B is set to be 1 or more times the volume of the space interposed in the adjacent wafers 7 held in the boat 21, gas is released. It flows smoothly to the main exhaust port (4E).

또한 기판 처리 장치(1)에서는 보트(21)에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 단열체(40)의 상면의 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의, 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정된다. 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1.5배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 나머지의 절대량이 적어진다. 또한 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.In addition, in the substrate processing apparatus 1, the volume of the lower space between the wafer 7 held in the lowest position that can be held by the boat 21 and the bottom plate 86 or the top plate 39A on the upper surface of the heat insulator 40 is For example, it is set so as to be 0.5 times or more and 1.5 times or less of the volume of the space interposed between the adjacent wafers 7 held by the boat 21. Since the volume of the lower space interposed by the wafer 7 and the bottom plate 86 or the top plate 39A is set to 1.5 times or less of the volume of the space interposed in the adjacent wafer 7, the absolute amount of gas remaining is small. Lose. In addition, when the volume of the lower space interposed by the wafer 7 and the bottom plate 86 or the top plate 39A is set to be 1 or more times the volume of the space interposed in the adjacent wafer 7, the gas is discharged from the main exhaust port ( 4E) flows smoothly.

도 7에는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치(1)로서 보트(21)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다. 또한 도 10에는 비교예의 기판 처리 장치로서 보트(21)의 보지 위치의 패턴 웨이퍼의 상단측과 하단측에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다(도 7 참조). 여기서 래디컬은 HCDS가 반응할 때 생성되는 부대전자(不對電子)를 가지는 원자 또는 분자를 말한다.Fig. 7 shows the analysis result of the radical distribution with respect to the holding position when the pattern wafer (product wafer) is held in the entire holding position of the boat 21 as the substrate processing apparatus 1 according to the first embodiment. In addition, Fig. 10 shows the analysis result of the radical distribution with respect to the holding position when the dummy wafer is held on the upper and lower ends of the pattern wafer at the holding position of the boat 21 as the substrate processing apparatus of the comparative example (Fig. 7 Reference). Here, a radical refers to an atom or molecule that has unpaired electrons generated when HCDS reacts.

도 10에 도시하는 바와 같이 비교예의 기판 처리 장치에서는 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)의 상단측과 하단측에, 제품으로서 사용하지 않는 더미 웨이퍼를 수 매 보지한다. 비교예의 기판 처리 장치에서는 반응관 주위에 상하 방향을 따라 배치된 히터를 구비하지만 제1 실시 형태와 같은 온도 센서(82, 84)를 구비하지 않고, 캡 히터나 천장 히터를 독립적으로 온도 제어하여 균열 영역을 확대하도록 구성되지는 않는다. 여기서 패턴 웨이퍼는 패턴이 형성되는 것에 의해 패턴이 없는 경우에 비해 표면적이 커지고, 표면적에 비례하여 래디컬의 소비가 극심하다. 더미 웨이퍼는 패턴이 형성되지 않고(패턴 웨이퍼에 비해 표면적이 작게), 래디컬의 소비가 거의 없다. 비교예의 기판 처리 장치에서 패턴 웨이퍼의 상단측과 하단측에 더미 웨이퍼를 배치하는 것은 그것들에 개재된 패턴 웨이퍼를 규칙적으로 무한 길이로 배열된 패턴 웨이퍼의 일부로 여기도록(그 부분에는 단부 효과는 미치지 않고, 온도나 가스 농도는 균일화된다) 하기 위해서다.As shown in Fig. 10, in the substrate processing apparatus of the comparative example, a number of dummy wafers not used as products are held on the upper and lower ends of the pattern wafer (product wafer). In the substrate processing apparatus of the comparative example, a heater disposed in the vertical direction around the reaction tube was provided, but the temperature sensors 82 and 84 as in the first embodiment were not provided, and the cap heater or the ceiling heater was independently temperature controlled to cause cracking. It is not configured to enlarge the area. Here, the patterned wafer has a larger surface area compared to the case where there is no pattern due to the formation of the pattern, and radical consumption is extreme in proportion to the surface area. The dummy wafer does not form a pattern (the surface area is smaller than that of the pattern wafer), and there is little consumption of radicals. Arranging the dummy wafers on the upper and lower sides of the pattern wafer in the substrate processing apparatus of the comparative example is such that the pattern wafers interposed therebetween are regarded as part of the pattern wafers regularly arranged in infinite length (the part has no end effect. , Temperature and gas concentration are uniform).

도 10에 도시하는 바와 같이 비교예의 기판 처리 장치에서는 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부에서 래디컬 분포의 균일성이 악화된다는 것을 알 수 있다. 그 원인은 래디컬의 소비가 거의 없는 더미 웨이퍼와, 래디컬의 소비가 극심한 패턴 웨이퍼(표면적에 비례한다)의 차이에 의해 로딩 이펙트가 발생하기 때문이다. 즉 패턴 웨이퍼 상은 표면적이 크고 래디컬의 소비가 극심하기 때문에 기상 중의 래디컬 농도는 낮아지는 한편, 더미 웨이퍼 상에서는 소비가 적기 때문에 기상 중의 래디컬 농도는 높다. 이와 같이 극단적인 농도 차가이가 있는 패턴 웨이퍼와 더미 웨이퍼가 인접하는 영역에서는 기상 중의 농도 확산이 발생해 래디컬 농도 차이를 완화하는 방향으로 작용한다. 그렇기 때문에 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부에서는 필연적으로 농도가 높아지고(막 두께가 두꺼워지고), 막 두께의 균일성을 악화시킨다.As shown in Fig. 10, in the substrate processing apparatus of the comparative example, it can be seen that the uniformity of the radical distribution is deteriorated in the upper and lower ends of the pattern wafer. This is because a loading effect occurs due to the difference between a dummy wafer with little consumption of radicals and a pattern wafer with extreme consumption of radicals (which is proportional to the surface area). That is, since the surface area of the pattern wafer is large and the consumption of radicals is extreme, the radical concentration in the gas phase is lowered, while on the dummy wafer, the radical concentration in the gas phase is high because consumption is small. In a region adjacent to the pattern wafer and the dummy wafer having such an extreme difference in concentration as described above, concentration diffusion in the gas phase occurs, thereby acting in a direction to mitigate the difference in radical concentration. Therefore, in the upper and lower ends of the pattern wafer, the concentration inevitably increases (the film thickness becomes thicker), and the uniformity of the film thickness is deteriorated.

이에 대하여 제1 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에서는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)가 보지된다. 또한 기판 처리 장치(1)에서는 어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E), 캡 히터(34) 및 천장 히터(80)의 온도를 각각 제어하는 것에 의해, 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부의 영역의 온도를 거의 균일하게 제어할 수 있기 때문에 더미 웨이퍼를 없애는 것이 가능하다.In contrast, in the substrate processing apparatus 1 of the first embodiment, the pattern wafer (product wafer) is held in the entire holding position of the wafer 7 of the boat 21. In addition, in the substrate processing apparatus 1, the upper heater 3A, the center upper heater 3B, the center heater 3C, the center lower heater 3D, the lower heater 3E, the cab heater 34, and the ceiling heater 80 By controlling the temperature of ), the dummy wafer can be eliminated because the temperature of the upper and lower regions of the pattern wafer can be controlled almost uniformly.

도 7에 도시되는 바와 같이 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때는 전체적으로 래디컬 분포의 균일성이 개선됨을 알 수 있다(도 7 중의 파선의 그래프 참조). 이는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼를 보지하기 때문에 비교예와 같이 더미 웨이퍼와 패턴 웨이퍼의 소비 차이가 없기 때문이다.As shown in Fig. 7, it can be seen that when the pattern wafer (product wafer) is held over the entire holding position of the wafer 7 of the boat 21, the uniformity of the radical distribution is improved as a whole (a graph of the broken line in Fig. 7). Reference). This is because there is no difference in consumption between the dummy wafer and the pattern wafer as in the comparative example because the pattern wafer is held in the entire holding position of the wafer 7 of the boat 21.

단, 도 7에서는 아직 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)의 상단부와 하단부에서 농도량의 영역이 조금 보인다. 이는 패턴 웨이퍼 영역 외, 즉 보트 천판(21B)과 반응관(4)의 내관(4B) 사이의 공간의 영향에 의한 것으로 생각된다. 이 부분은 내관(4B)을 구성하는 석영으로 둘러싸이고, 적극적인 가스의 흐름은 없지만 확산에 의해 래디컬이 웨이퍼(7) 부근에 확산된다. 그리고 석영 표면의 래디컬의 소비가 베어 웨이퍼(표면에 실리콘 평탄면만 노출된 것)와 동등하다고 하면, 이 공간의 농도는 패턴 웨이퍼 상과 비교하면 역시 짙고, 여기서 농도 차이가 발생한다.However, in FIG. 7, a region of the concentration amount is still slightly visible at the upper and lower ends of the pattern wafer (product wafer). This is considered to be due to the influence of the space outside the pattern wafer region, that is, between the boat top plate 21B and the inner tube 4B of the reaction tube 4. This part is surrounded by quartz constituting the inner tube 4B, and there is no active gas flow, but radicals are diffused around the wafer 7 by diffusion. And if it is assumed that the consumption of radicals on the quartz surface is equivalent to that of a bare wafer (only a flat silicon surface is exposed on the surface), the concentration of this space is also thick compared to that of the patterned wafer, where a difference in concentration occurs.

도 8에는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때의, 보트(21)의 상하 방향의 웨이퍼(7)의 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다. 도 8에 도시하는 바와 같이 보트(21)의 상단부측에 래디컬 농도가 높은 공간임을 알 수 있다. 이를 개선하기 위한 제2 실시 형태, 제3 실시 형태의 기판 처리 장치를 이하에 나타낸다.Fig. 8 is an analysis of the radical distribution with respect to the holding position of the wafer 7 in the vertical direction of the boat 21 when the pattern wafer (product wafer) is held over the entire holding position of the wafer 7 of the boat 21 The results are shown. As shown in Fig. 8, it can be seen that the space in the upper end side of the boat 21 has a high radical concentration. The substrate processing apparatuses of the second and third embodiments for improving this are shown below.

〔제2 실시 형태〕[Second Embodiment]

도 9를 이용하여 제2 실시 형태의 기판 처리 장치(100)에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 번호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.A substrate processing apparatus 100 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. 9. In addition, the same numerals are attached to the same constituent parts as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

도 9에 도시되는 바와 같이 기판 처리 장치(100)에는 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스(불활성 가스)를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구로서의 공급 장치(101)가 설치된다. 공급 장치(101)는 퍼지 가스를 공급하는 공급관(102)과, 공급관(102)의 선단에 설치되는 것과 함께 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스를 도입하는 노즐(104)을 구비한다. 노즐(104)은 내관(4B)의 상단 측부에 설치된다. 공급관(102)에는 MFC(106)과 밸브(108)가 설치된다. 퍼지 가스로서는 예컨대 N2이 이용된다.9, a supply device as a purge gas supply mechanism for supplying a purge gas (inert gas) to the upper space between the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner tube 4B to the substrate processing apparatus 100 as shown in FIG. 101 is installed. The supply device 101 is installed at the front end of the supply pipe 102 and the supply pipe 102 for supplying the purge gas, and the purge gas in the upper space between the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner pipe 4B. It is provided with a nozzle 104 for introducing. The nozzle 104 is installed on the upper end side of the inner tube 4B. In the supply pipe 102, an MFC 106 and a valve 108 are installed. As the purge gas, for example, N 2 is used.

기판 처리 장치(100)에서는 공급관(102)으로부터 노즐(104)을 개재하여 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스가 공급된다. 이에 의해 퍼지 가스에 따라 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 희석하여 그 분압을 저하시킨다. 즉 퍼지 가스에 따라 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간의 래디컬 농도를 희석하는 것에 의해 보트(21)의 상하 방향에서의 래디컬 농도가 거의 균일해진다. 이에 의해 보트(21)에 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때 웨이퍼(7)에 형성되는 막의 두께가 웨이퍼(7) 사이에서 불균일해지는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.In the substrate processing apparatus 100, a purge gas is supplied from the supply pipe 102 to the upper space between the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner pipe 4B via the nozzle 104. As a result, one type of product gas (eg, SiCl 2 ) is diluted according to the purge gas to reduce its partial pressure. That is, the radical concentration in the vertical direction of the boat 21 becomes almost uniform by diluting the radical concentration in the upper space between the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner tube 4B according to the purge gas. Thereby, when the product wafer is held in all positions where the wafer 7 can be held on the boat 21, it is possible to more effectively suppress the thickness of the film formed on the wafer 7 from becoming non-uniform between the wafers 7.

또한 공급 장치(101)는 퍼지 가스로서 H2을 첨가한 N2 가스를 사용해도 좋다. 수소는 SiCl2과 결합하여 이것을 소비하므로, 평형 조건을 SiCl2 농도를 내리는 방향으로 이동시키는 것을 기대할 수 있다. 또는 기판 처리 장치(100)는 공급 장치(101)를 대신하여 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(12)으로부터 매니폴드(5)를 개재하여 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 불활성 가스를 공급하는 공급관 및 노즐을 설치하는 구성이어도 좋다.Further, the supply device 101 may use an N 2 gas to which H 2 is added as a purge gas. Since hydrogen binds to SiCl 2 and consumes it, it can be expected to shift the equilibrium conditions in the direction of decreasing the SiCl 2 concentration. Alternatively, the substrate processing apparatus 100 is provided with a manifold 5 from the gas supply pipe 12 for supplying an inert gas in place of the supply apparatus 101, and the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner pipe 4B. A configuration in which a supply pipe for supplying an inert gas and a nozzle may be provided in the upper space therebetween.

〔제3 실시 형태〕[Third embodiment]

다음으로 제3 실시 형태의 기판 처리 장치에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 및 제2 실시 형태와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 번호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.Next, a substrate processing apparatus according to a third embodiment will be described. In addition, the same numerals are attached to the same constituent parts as in the first and second embodiments, and the description thereof is omitted.

도시를 생략하지만 제3 실시 형태의 기판 처리 장치에서는 보트 천판(21B)과 대향하는 내관(4B)의 천장(74)의 내측면에 패턴이 형성된 프로덕트 웨이퍼와 동등하게, 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 흡착하고 또한 소비하여 그 분압을 저하시키는 다공질 또는 소결체(燒結體)로 구성된 고형물을 배치한다. 고형물은 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 패턴 스케일보다 큰 스케일로 가공된 요철 표면을 포함하는 판재가 이용되고, 이 가공 및 소재 자체의 세공(細孔)(마이크로 포어)에 의해 큰 흡착 가능표면적을 가진다. 세공에서는 크누센 확산이나 모관 응축 등의 가스 분자량에 의존하는 특이한 현상이 일어나기 때문에, 적어도 일부의 세공의 내경은 웨이퍼의 패턴에 맞춰서 예컨대 10nm 내지 100nm로 선택할 수 있다. 또한 구멍의 지름의 분포가 수 10nm 내지 수 100nm에 걸쳐서 일정해지도록 하면, 퇴적에 의한 세공의 폐색이 있어도 고형물을 비교적 장기간 교환하지 않고 사용할 수 있다. 제3 실시 형태에서는 예컨대 요철 표면을 포함하는 복수의 판재를 균열 영역인 천장(74)과 보트 천판(21B) 사이의 공간에, 예컨대 천장(74)의 내측면을 따라 배열하여 배치한다. 배치 간격은 좁아도 좋고, 예컨대 2mm 내지 3mm로 선택할 수 있다.Although not shown, in the substrate processing apparatus of the third embodiment, one type of gas produced (e.g., a product wafer having a pattern formed on the inner surface of the ceiling 74 of the inner tube 4B facing the boat top plate 21B) A solid material composed of a porous or sintered body which adsorbs and consumes SiCl 2) to reduce its partial pressure is disposed. For the solid material, for example, a plate material including an uneven surface processed to a larger scale than the pattern scale of the product wafer is used, and has a large adsorptionable surface area by this processing and pores (micropores) of the material itself. Since peculiar phenomena that depend on gas molecular weight, such as Knudsen diffusion or condensation of the capillary, occur in the pores, the inner diameter of at least some of the pores can be selected from 10 nm to 100 nm according to the pattern of the wafer. In addition, if the distribution of the diameter of the pores is made constant over several 10 nm to several 100 nm, even if the pores are clogged by deposition, the solids can be used without exchange for a relatively long period of time. In the third embodiment, for example, a plurality of plate members including an uneven surface are arranged in a space between the ceiling 74 as a crack region and the boat top plate 21B, for example, along the inner surface of the ceiling 74. The arrangement interval may be narrow, and may be selected from 2 mm to 3 mm, for example.

고형물의 실질적인 표면적은 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상 1.0배 이하로 설정된다. 고형물의 실질적인 표면적은 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상 1.0배 이하가 바람직하고, 0.2배 이상 0.7배 이하가 보다 바람직하고, 0.3배 이상 0.6배 이하가 보다 더 바람직하다. 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에는 적극적으로 원료 가스를 공급하지 않고, 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 내면의 극간으로부터 유입하기만 하므로, 고형물의 실질적인 표면적은 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 1.0배 이하이어도 좋다. 고형물의 실질적인 표면적이 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상으로 설정되는 것에 의해 상단 공간에서 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 보다 효과적으로 흡착하고 또한 소비할 수 있다.The actual surface area of the solid material is set to, for example, 0.1 times or more and 1.0 times or less of the surface area on the front side of the product wafer. The substantial surface area of the solid material is preferably 0.1 times or more and 1.0 times or less of the surface area of the product wafer, more preferably 0.2 times or more and 0.7 times or less, and even more preferably 0.3 times or more and 0.6 times or less. Since the raw material gas is not actively supplied to the upper space between the boat top plate 21B and the ceiling 74 of the inner tube 4B, it only flows in from the gap between the inner surface of the boat top plate 21B and the inner tube 4B. The actual surface area of may be 1.0 times or less of the surface area of the product wafer. When the actual surface area of the solid material is set to 0.1 times or more of the surface area of the product wafer, the product gas (eg, SiCl 2 ) can be more effectively adsorbed and consumed in the upper space.

이에 의해 내관(4B)의 천장(74)의 내측의 공간과 프로덕트 웨이퍼 상과의 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)의 농도 차이를 저감할 수 있다. 이에 의해 보트(21)에 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼가 보지됐을 때 웨이퍼(7)에 형성되는 막의 두께가 웨이퍼(7) 사이에서 불균일해지는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.Thereby, the difference in concentration of one kind of product gas (for example, SiCl 2 ) between the space inside the ceiling 74 of the inner tube 4B and the top of the product wafer can be reduced. Thereby, when the product wafer is held in all positions where the wafer 7 can be held in the boat 21, it is possible to more effectively suppress the thickness of the film formed on the wafer 7 from becoming non-uniform between the wafers 7.

또한 보트 천판(21B)과 대향하는 내관(4B)의 천장(74)의 내측면에 고형물을 구비한 구성을 대신하여, 내관(4B)의 천장(74)의 내측의 표면(석영 표면)에 요철 형상의 가공을 수행해도 좋다.In addition, in place of the configuration in which a solid material is provided on the inner surface of the ceiling 74 of the inner tube 4B facing the boat top plate 21B, the surface (quartz surface) of the inner tube 4B is uneven. You may perform shape processing.

또한 본 발명을 특정 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했지만 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 다른 여러 실시 형태가 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다.In addition, although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, it is clear to those skilled in the art that the present invention is not limited to these embodiments, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.

1: 기판 처리 장치 2: 처리로(노체의 일례)
3: 히터(메인 히터의 일례) 4: 반응관
4A: 외관(반응관의 일례) 4B: 내관(반응관의 일례)
7: 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼의 일례) 9: 가스 공급관(가스 공급 기구의 일례)
19: 씰 캡(덮개의 일례) 21: 보트(기판 보지구의 일례)
21A: 지주 21B: 보트 천판(천판의 일례)
34: 캡 히터 39A: 천판(상면의 일례)
74: 천장 80: 천장 히터
86: 저판 90: 개구
100: 기판 처리 장치1: substrate processing apparatus 2: processing furnace (an example of a furnace body)
3: Heater (example of main heater) 4: Reaction tube
4A: Appearance (example of reaction tube) 4B: Inner tube (example of reaction tube)
7: Wafer (example of product wafer) 9: Gas supply pipe (example of gas supply mechanism)
19: seal cap (example of cover) 21: boat (example of substrate holder)
21A: Post 21B: Boat top plate (example of top plate)
34: cap heater 39A: top plate (example of upper surface)
74: ceiling 80: ceiling heater
86: bottom plate 90: opening
100: substrate processing apparatus

Claims (15)

복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지(保持)되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 제품 기판이 보지되는 기판 보지구;
하방(下方)에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구(開口)와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 통 형상의 반응관;
상기 반응관의 상방(上方) 및 측방(側方)을 둘러싸는 노체(爐體);
상기 노체에 설치되고 상기 반응관의 측부를 가열하는 메인 히터;
상기 노체에 설치되고 상기 천장을 상기 메인 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터;
상기 개구를 폐색(閉塞)하는 덮개;
상기 반응관의 내부이자 상기 기판 보지구의 하방에 배치되고, 상기 메인 히터 및 상기 천장 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터;
상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체; 및
상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 제품 기판의 각각에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구
를 포함하고,
상기 복수의 히터를 독립적으로 제어하여, 상기 기판 보지구에 기판을 보지 가능한 위치에 상기 제품 기판을 보지한 상태에서 상기 가스 공급 기구로부터 기상(氣相) 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 상기 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종의 분압이 상기 기판을 보지 가능한 위치에서 균일해지는 기판 처리 장치.A substrate holding tool in which a plurality of substrates are arranged and held at predetermined intervals, and a plurality of product substrates having a pattern formed at a retainable position are held;
A cylindrical reaction tube having an opening through which the substrate holder can enter and exit below, a ceiling having a flat inner surface, and accommodating the substrate holder;
A furnace body surrounding the upper and side surfaces of the reaction tube;
A main heater installed in the furnace body and heating a side portion of the reaction tube;
A ceiling heater installed in the furnace body and heating the ceiling in a controllable manner independently of the main heater;
A cover that closes the opening;
A cap heater disposed inside the reaction tube and below the substrate holder, and heated in a controllable manner independently of the main heater and the ceiling heater;
A heat insulating structure disposed between the substrate holder and the cover; And
A gas supply mechanism including a plurality of openings for separately supplying a source gas to each of a plurality of product substrates held in the substrate holder in the reaction tube
Including,
When a source gas to be decomposed in a gas phase is supplied from the gas supply mechanism while the product substrate is held in a position where the substrate can be held in the substrate holder by independently controlling the plurality of heaters, the A substrate processing apparatus in which a partial pressure of one kind of product gas generated by decomposition is uniform at a position where the substrate can be held. 제1항에 있어서,
상기 기판 보지구에 보지된 상기 제품 기판의 단(端) 또는 그 상방의 공간을 향하도록 개구하고, 반응관 내의 분위기를 배기하는 주 배기구를 더 구비하고,
상기 주 배기구는 상기 기판 보지구에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 상기 제품 기판과, 상기 기판 보지구의 저판(底板) 또는 상기 단열 구조체의 상면으로 개재된 하단 공간을 향하는 슬릿 개구를 포함하고,
상기 복수의 제품 기판의 표측은 50배 이상의 비표면적(比表面積)을 가지는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
Further comprising a main exhaust port which is opened to face an end of the product substrate held in the substrate holding port or a space above the product substrate, and exhausts the atmosphere in the reaction tube,
The main exhaust port includes the product substrate held at a lowermost position holdable in the substrate holder, and a slit opening toward a lower space interposed between a bottom plate of the substrate holder or an upper surface of the heat insulating structure,
A substrate processing apparatus having a specific surface area of 50 times or more on the front side of the plurality of product substrates. 제2항에 있어서,
상기 반응관은 상기 주 배기구를 측면에 포함하는 내관을 구비하는 기판 처리 장치.The method of claim 2,
The reaction tube is a substrate processing apparatus having an inner tube including the main exhaust port on the side. 제1항에 있어서,
상기 반응관의 천장부의 외벽에 설치되고, 상기 반응관 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서를 더 구비하고,
상기 천장 히터는 상기 상단 공간 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 통전량이 조정되는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
It is installed on the outer wall of the ceiling of the reaction tube, further comprising an upper space temperature sensor for detecting a temperature of the upper portion of the reaction tube,
The ceiling heater is a substrate processing apparatus in which an amount of energization is adjusted based on temperature information detected by the upper space temperature sensor. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판 보지구는 직립된 복수의 지주와, 상기 복수의 지주의 상단을 서로 고정하는 원판 형상의 천판을 포함하고,
상기 천판의 지름은 상기 반응관의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 상기 기판 보지구의 상기 제품 기판 사이의 갭이 6mm 이상 16mm 이하로 설정되고,
상기 천판에 의해 다른 것과 구분된, 상기 천장과 상기 천판으로 개재된 상단 공간의 용적이 상기 기판 보지구에 보지된 인접하는 상기 제품 기판에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된 기판 처리 장치.The method according to claim 1 or 2,
The substrate holder includes a plurality of vertical posts and a disk-shaped top plate for fixing upper ends of the plurality of posts to each other,
The diameter of the top plate is set to 90% or more and 98% or less of the inner diameter of the reaction tube, or a gap between the product substrates of the substrate holder is set to 6 mm or more and 16 mm or less,
It is set so that the volume of the upper space interposed by the ceiling and the top plate, separated from the others by the top plate, is 1 to 3 times the volume of the space interposed on the adjacent product substrate held in the substrate holder. Substrate processing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 기판 보지구는 복수의 지주와, 상기 복수의 지주의 하단을 서로 고정하는 원판 형상 또는 상기 단열 구조체의 상면에 감합(嵌合)하는 원환 형상의 저판을 포함하고,
상기 기판 보지구에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 상기 제품 기판과, 상기 저판 또는 상기 단열 구조체의 상기 상면으로 개재된 하단 공간의 용적이 상기 기판 보지구에 보지된 서로 인접하는 상기 제품 기판에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정되고,
상기 가스 공급 기구는 상기 하단 공간에 대하여 개별로 원료 가스를 공급하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The substrate holding tool includes a plurality of posts, and a disk shape for fixing lower ends of the plurality of posts to each other, or an annular bottom plate fitting to an upper surface of the heat insulating structure,
The product substrate held at the lowest position holdable in the substrate holder and the volume of the lower space interposed on the upper surface of the bottom plate or the heat insulating structure are interposed on the product substrates adjacent to each other held in the substrate holder. It is set to be 0.5 times or more and 1.5 times or less of the volume of the space,
The gas supply mechanism individually supplies source gas to the lower space. 복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 제품 기판이 보지되는 기판 보지구;
하방에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 통 형상의 반응관;
상기 반응관의 상방 및 측방을 둘러싸는 노체;
상기 노체에 설치되고 상기 반응관의 측부를 가열하는 메인 히터;
상기 노체에 설치되고 상기 천장을 상기 메인 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터;
상기 개구를 폐색하는 덮개;
상기 반응관의 내부이자 상기 기판 보지구의 하방에 배치되고, 상기 메인 히터 및 상기 천장 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터;
상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체;
상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 제품 기판의 각각의 표측에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구;
상기 기판 보지구의 천판에 의해 다른 것과 구분된 상기 천장과 상기 천판으로 개재된 상단 공간에만 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구; 및
상기 반응관의 천장부의 외벽에 설치되고, 상기 반응관 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서
를 구비하고,
상기 천장 히터는 상기 상단 공간 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 통전량이 조정되고,
상기 상단 공간의 용적은 상기 기판 보지구에 보지된 인접하는 상기 제품 기판에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정되고,
상기 반응관은, 상기 기판 보지구에 보지된 상기 제품 기판의 단 또는 그 상방의 공간을 향하도록 개구하고 상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 주 배기구를 포함하고,
상기 주 배기구는 상기 상단 공간에 대응하여 추가적으로 설치되고, 상기 상단 공간을 국소적으로 배기하는 슬릿 형상 개구를 더 포함하고,
상기 기판 보지구의 상기 보지 가능한 위치의 상단까지 상기 제품 기판이 보지되었을 때, 상기 노즐로부터 공급된 상기 퍼지 가스는 원료 가스로부터 생성한 래디컬의 농도를 상기 기판 보지구의 상하 방향에서 균일화하는 기판 처리 장치.A substrate holding tool in which a plurality of substrates are arranged and held at predetermined intervals, and a plurality of product substrates having a pattern formed at a retainable position are held;
A cylindrical reaction tube having an opening through which the substrate holder is allowed to enter below, a ceiling having a flat inner surface, and accommodating the substrate holder;
A furnace body surrounding the upper and side surfaces of the reaction tube;
A main heater installed in the furnace body and heating a side portion of the reaction tube;
A ceiling heater installed in the furnace body and heating the ceiling in a controllable manner independently of the main heater;
A cover that closes the opening;
A cap heater disposed inside the reaction tube and below the substrate holder, and heated in a controllable manner independently of the main heater and the ceiling heater;
A heat insulating structure disposed between the substrate holder and the cover;
A gas supply mechanism including a plurality of openings for separately supplying source gas to each of the surface sides of the plurality of product substrates held in the substrate holder in the reaction tube;
A purge gas supply mechanism for supplying a purge gas only to the ceiling separated from the other by a top plate of the substrate holder and an upper space interposed by the top plate; And
Upper space temperature sensor installed on the outer wall of the ceiling of the reaction tube and detecting the temperature of the upper part of the reaction tube
And,
The ceiling heater is adjusted based on the temperature information detected by the upper space temperature sensor,
The volume of the upper space is set to be 1 to 3 times the volume of the space interposed on the adjacent product substrate held in the substrate holder,
The reaction tube includes a main exhaust port that opens toward an end of the product substrate held in the substrate holder or toward a space above the product substrate and exhausts the atmosphere in the reaction tube,
The main exhaust port is additionally installed corresponding to the upper space, further comprising a slit-shaped opening for locally exhausting the upper space,
When the product substrate is held to an upper end of the holdable position of the substrate holder, the purge gas supplied from the nozzle uniformizes the concentration of radicals generated from the raw material gas in the vertical direction of the substrate holder. 제7항에 있어서,
상기 원료 가스는 수소를 포함하지 않는 실리콘 할라이드이며, 상기 퍼지 가스 공급 기구는 수소가 첨가된 퍼지 가스를 공급하는 기판 처리 장치.The method of claim 7,
The source gas is a silicon halide containing no hydrogen, and the purge gas supply mechanism supplies a purge gas to which hydrogen has been added. 제1항에 있어서,
상기 기판 보지구의 천판에 의해 다른 것과 구분된 상기 천장과 상기 천판으로 개재된 상단 공간에 배치되고, 상기 생성 가스를 소비하여 분압을 저하시키는 다공질 또는 소결체(燒結體)로 구성된 고형물을 더 구비하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
A substrate further comprising a solid material composed of a porous or sintered body that is disposed in the ceiling separated from the other by a top plate of the substrate holder and the upper space interposed by the top plate, and consumes the generated gas to reduce partial pressure Processing device. 제9항에 있어서,
상기 고형물은 상기 제품 기판의 상기 패턴 스케일보다 큰 스케일로 가공된 요철(凹凸) 표면을 포함하는 것과 함께 상기 패턴에 대응하는 내경의 세공(細孔)을 포함하고, 고형물의 실질적인 표면적은 상기 제품 기판의 표측의 표면적 이하인 기판 처리 장치.The method of claim 9,
The solid material includes an uneven surface processed to a scale larger than the pattern scale of the product substrate, and includes pores having an inner diameter corresponding to the pattern, and the substantial surface area of the solid material is the product substrate A substrate processing apparatus having a surface area of less than or equal to the surface of the substrate. 제10항에 있어서,
상기 세공의 내경의 분포는 상기 패턴에 대응하는 내경보다 큰 소정의 범위에 걸쳐서 일정해지는 기판 처리 장치.The method of claim 10,
The distribution of the inner diameter of the pores is constant over a predetermined range larger than the inner diameter corresponding to the pattern. 제4항에 있어서,
상기 상단 공간 온도 센서는, 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 4,
The upper space temperature sensor is configured by a plurality of thermocouples arranged in a horizontal direction. 복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 제품 기판이 보지되는 기판 보지구;
하방에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 통 형상의 반응관;
상기 반응관의 상방 및 측방을 둘러싸는 노체;
상기 노체에 설치되고 상기 반응관 내를 가열하는 복수의 히터;
상기 개구를 폐색하는 덮개;
상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체; 및
상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 제품 기판의 각각에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구
를 구비하고,
상기 복수의 히터를 독립적으로 제어하여 상기 기판 보지구에 기판을 보지 가능한 위치에 상기 제품 기판을 보지한 상태에서 상기 가스 공급 기구로부터 기상 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 상기 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종의 분압이 상기 기판을 보지 가능한 위치에서 균일해지는 기판 처리 장치.A substrate holding tool in which a plurality of substrates are arranged and held at predetermined intervals, and a plurality of product substrates having a pattern formed at a retainable position are held;
A cylindrical reaction tube having an opening through which the substrate holder is allowed to enter and exit below, a ceiling having a flat inner surface, and accommodating the substrate holder;
A furnace body surrounding the upper and side surfaces of the reaction tube;
A plurality of heaters installed in the furnace body and heating the inside of the reaction tube;
A cover that closes the opening;
A heat insulating structure disposed between the substrate holder and the cover; And
A gas supply mechanism including a plurality of openings for separately supplying a source gas to each of a plurality of product substrates held in the substrate holder in the reaction tube
And,
When the product substrate is held in a position where the substrate can be held in the substrate holder by independently controlling the plurality of heaters, when a source gas to be decomposed in the gas phase is supplied from the gas supply mechanism, generated by the decomposition. A substrate processing apparatus in which the partial pressure of one kind of generated gas is uniform at a position where the substrate can be held. 삭제delete 제1항, 제6항 및 제13항 중 어느 한 항의 기판 처리 장치를 이용하여,
상기 가스 공급 기구가 제1 원료 가스를 복수의 상기 제품 기판에 공급하는 제1 공정;
상기 가스 공급 기구가 퍼지 가스를 복수의 상기 제품 기판에 공급하는 제2 공정;
상기 가스 공급 기구가 제2 원료 가스를 복수의 상기 제품 기판에 공급하는 제3 공정; 및
상기 가스 공급 기구가 퍼지 가스를 복수의 상기 제품 기판에 공급하는 제4 공정
을 순차 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.Using the substrate processing apparatus of any one of claims 1, 6 and 13,
A first step in which the gas supply mechanism supplies a first source gas to the plurality of product substrates;
A second step of supplying a purge gas to the plurality of product substrates by the gas supply mechanism;
A third step of supplying, by the gas supply mechanism, a second source gas to the plurality of product substrates; And
A fourth step in which the gas supply mechanism supplies a purge gas to the plurality of product substrates
A method of manufacturing a semiconductor device that sequentially repeats.
KR1020200133493A 2018-03-15 2020-10-15 Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device KR102237780B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018047873 2018-03-15
JPJP-P-2018-047873 2018-03-15

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180143336A Division KR20190109216A (en) 2018-03-15 2018-11-20 Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200121771A KR20200121771A (en) 2020-10-26
KR102237780B1 true KR102237780B1 (en) 2021-04-07

Family

ID=67958801

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180143336A KR20190109216A (en) 2018-03-15 2018-11-20 Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
KR1020200133493A KR102237780B1 (en) 2018-03-15 2020-10-15 Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180143336A KR20190109216A (en) 2018-03-15 2018-11-20 Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6715975B2 (en)
KR (2) KR20190109216A (en)
CN (1) CN110277305B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111033714B (en) * 2017-09-27 2023-12-29 株式会社国际电气 Substrate processing apparatus, method for manufacturing semiconductor device, and recording medium
CN114762092A (en) 2020-01-28 2022-07-15 株式会社国际电气 Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and program
CN115136284A (en) * 2020-03-24 2022-09-30 株式会社国际电气 Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, storage medium, and inner tube

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289603A (en) * 2001-03-28 2002-10-04 Tokyo Electron Ltd Heat treatment device and heat treatment method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6440221B2 (en) * 1996-05-13 2002-08-27 Applied Materials, Inc. Process chamber having improved temperature control
JP3479020B2 (en) * 2000-01-28 2003-12-15 東京エレクトロン株式会社 Heat treatment equipment
JP3863786B2 (en) * 2002-01-24 2006-12-27 株式会社日立国際電気 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method
US8282733B2 (en) * 2007-04-02 2012-10-09 Hitachi Kokusai Electric Inc. Manufacturing method of semiconductor apparatus
JP2008277777A (en) * 2007-04-02 2008-11-13 Hitachi Kokusai Electric Inc Semiconductor device manufacturing method
JP5545055B2 (en) * 2010-06-15 2014-07-09 東京エレクトロン株式会社 Support structure and processing apparatus
JP5545061B2 (en) * 2010-06-18 2014-07-09 東京エレクトロン株式会社 Processing apparatus and film forming method
US9165761B2 (en) * 2011-08-25 2015-10-20 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method for manufacturing semiconductor device, method for processing substrate, substrate processing apparatus and recording medium
JP6016542B2 (en) * 2012-09-13 2016-10-26 株式会社日立国際電気 Reaction tube, substrate processing apparatus, and semiconductor device manufacturing method
JP2015173154A (en) 2014-03-11 2015-10-01 東京エレクトロン株式会社 Vertical heat treatment apparatus, operation method of vertical heat treatment apparatus and storage medium
JP6306411B2 (en) * 2014-04-17 2018-04-04 株式会社日立国際電気 Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program
CN107408505B (en) * 2015-02-25 2021-03-09 株式会社国际电气 Substrate processing apparatus, heater, and method for manufacturing semiconductor device
JP6579974B2 (en) * 2015-02-25 2019-09-25 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Substrate processing apparatus, temperature sensor, and semiconductor device manufacturing method
TWI611043B (en) * 2015-08-04 2018-01-11 Hitachi Int Electric Inc Substrate processing apparatus, manufacturing method of semiconductor device, and recording medium
JP6529927B2 (en) * 2016-04-15 2019-06-12 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289603A (en) * 2001-03-28 2002-10-04 Tokyo Electron Ltd Heat treatment device and heat treatment method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190109216A (en) 2019-09-25
CN110277305B (en) 2023-08-22
JP6715975B2 (en) 2020-07-01
KR20200121771A (en) 2020-10-26
CN110277305A (en) 2019-09-24
JP2019165210A (en) 2019-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207020B1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and program
US10593572B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
KR102237780B1 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US9206931B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US10714362B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP6568508B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program
JP6894521B2 (en) Substrate processing equipment, quartz reaction tube, cleaning method and program
JP2009044023A (en) Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing device
JP7015923B2 (en) Substrate processing equipment and device manufacturing method
US10907253B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and recording medium
US20230055506A1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, method of processing substrate, and gas injector
KR20200115208A (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and program
JPWO2017138087A1 (en) Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
US20210207265A1 (en) Substrate Processing Apparatus and Reaction Tube
US11581201B2 (en) Heat treatment apparatus and film deposition method
JP7229266B2 (en) SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND PROGRAM
WO2023181405A1 (en) Substrate processing device, processing vessel, substrate holding jig, and semiconductor device manufacturing method
TW202339087A (en) Substrate treatment device, substrate support, semiconductor device production method, substrate treatment method, and program
WO2018163250A1 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing device, and recording medium
JP2019195106A (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing device, and program
JP2007207974A (en) Method of manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant