KR102268374B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반응관 - Google Patents

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

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Abstract

생산성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다. 기판 처리 장치는, 복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재와, 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 기판을 처리하는 반응관과, 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와, 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계를 갖고, 반응관은, 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와, 원통부의 일 측벽의 외측에 형성되어, 처리 가스 공급계가 접속된 가스 공급 에리어와, 가스 공급 에리어와 대향하는 원통부의 타 측벽의 외측에 형성되어, 배기계가 접속된 가스 배기 에리어를 구비하고, 가스 공급 에리어 및 가스 배기 에리어는, 그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비하도록 구성된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반응관{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE, MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, AND REACTION TUBE}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반응관에 관한 것이다.
기판 처리 장치의 일례로서, 반도체 제조 장치가 있고, 또한 반도체 제조 장치의 일례로서, 종형 장치가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 종류의 기판 처리 장치로서, 반응관 내에, 기판(웨이퍼)을 다단으로 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재로서의 보트를 갖고, 이 복수의 기판을 보유 지지한 상태에서 반응관 내의 처리실에서 기판을 처리하는 것이 있는 것으로 알려져 있다.
특허문헌 1은, 뱃치 처리되는 복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대하여 다단으로 보유 지지되고, 반응관(203) 내에 삽입된 상태에서, 2종류 이상의 원료 가스를 동시에 반응관(203) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 구성을 개시한다.
일본 특허 공개 제2011-52319호 공보
그러나, 상술한 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 웨이퍼와 웨이퍼와의 사이에 충분한 양의 원료 가스를 공급할 수 없기 때문에 막 두께 균일성이 나쁘고, 또한 원료 가스의 치환 효율이 나쁘기 때문에 처리 시간을 길게 요하여, 생산성이 악화된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 막 두께 균일성을 개선함과 함께 생산성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재와,
상기 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 반응관과,
상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계를 갖고,
상기 반응관은, 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와,
상기 원통부의 일 측벽의 외측에 형성되어, 상기 처리 가스 공급계가 접속된 가스 공급 에리어와,
상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 원통부의 타 측벽의 외측에 형성되어, 상기 배기계가 접속된 가스 배기 에리어를 구비하고,
상기 가스 공급 에리어 및 상기 가스 배기 에리어는, 그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비하도록 구성된 반도체 제조 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 막 두께 균일성을 개선함과 함께 생산성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 일부의 개략 구성도이며, 반응관의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 일부의 개략 구성도이며, 반응관 부분의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 일부의 개략 구성도이며, 반응관의 상부를 확대한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서 적합하게 사용되는 반응관의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에서 적합하게 사용되는 반응관의 종단면도이다.
도 8은 종래예에서의 처리 가스의 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명에서의 처리 가스의 흐름을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다. 본 발명에서의 기판 처리 장치는, 반도체 장치의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치의 일례로서 구성되어 있는 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 로(202)는, 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 처리 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 단관 구조의 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 형성되어 있다. 반응관(203)은, 하단부가 개방되고, 상단부가 평탄 형상의 벽체로 폐색된 천장이 있는 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 측벽은, 원통 형상으로 형성된 원통부(209)와, 원통부(209)의 외벽에 설치된 가스 공급 에리어(222)와 가스 배기 에리어(224)를 구비하고 있다. 반응관(203)의 원통부(209)의 내부에는, 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 처리 가능하게 구성되어 있다. 또한, 처리실(201)은, 웨이퍼(200)를 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 보유 지지 가능한 보트(217)를 수용 가능하게 구성되어 있다.
가스 공급 에리어(222)는, 볼록부가 원통부(209)의 일 측벽의 외측에 돌출되도록 형성되어 있다. 가스 공급 에리어(222)의 외벽은, 원통부(209)의 외벽의 일부로서의 일 측벽의 외측에 원통부(209)의 외경보다도 크고, 원통부(209)와 동심원 형상으로 형성되어 있다. 가스 공급 에리어(222)는, 하단부가 개방되고, 상단부가 평탄 형상의 벽체로 폐색된 천장이 있는 형상으로 구성되어 있다. 가스 공급 에리어(222)는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 후술하는 노즐(410a 내지 410c)이 수용되고, 가스 공급 에리어(222)와 원통부(209)와의 사이의 경계를 구성하는 벽체인 경계벽(252)에는, 후술하는 가스 공급 슬릿(235)이 형성되어 있다. 경계벽(252)은, 원통부(209)의 일 측벽이며, 그 외측면은, 가스 공급 에리어(222)에 면하는 측면 부분을 구성한다.
원통부(209)의 가스 공급 에리어(222)가 형성된 일 측벽에 대향하는 타 측벽에는, 가스 배기 에리어(224)가 형성된다. 가스 배기 에리어(224)는, 가스 공급 에리어(222)와의 사이에 처리실(201)의 웨이퍼(200)가 수용되는 영역을 사이에 두도록 배치되어 있다. 가스 배기 에리어(224)는, 볼록부가 원통부(209)의 가스 공급 에리어(222)가 형성된 일 측벽에 대향하는 타 측벽의 외측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 가스 배기 에리어(224)의 외벽은, 원통부(209)의 외벽의 일부로서의 타 측벽의 외측에 원통부(209)의 외경보다도 크고, 원통부(209)와 동심원 형상으로 형성되어 있다. 가스 배기 에리어(224)는, 하단부와 상단부가 평탄 형상의 벽체로 폐색된 천장이 있는 형상으로 구성되어 있다. 가스 배기 에리어(224)와 원통부(209)와의 사이의 경계를 구성하는 벽체인 경계벽(254)에는, 후술하는 가스 배기 슬릿(236)이 형성되어 있다. 경계벽(254)은, 원통부(209)의 일부이며, 그 외측면은, 가스 배기 에리어(224)에 면하는 측면 부분을 구성한다.
반응관(203)의 하단은, 원통체 형상의 매니폴드(226)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(226)는, 예를 들어 니켈 합금이나 스테인리스 등의 금속으로 형성되거나, 또는 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 형성되어 있다. 매니폴드(226)의 상단부에는 플랜지가 형성되어 있고, 이 플랜지 상에 반응관(203)의 하단부를 설치해서 지지한다. 이 플랜지와 반응관(203)의 하단부와의 사이에는 O링 등의 기밀 부재(220)를 개재시켜서 반응관(203) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(226)의 하단의 개구부에는, 시일 캡(219)이 O링 등의 기밀 부재(220)를 통해서 기밀하게 설치되어 있고, 반응관(203)의 하단의 개구부측, 즉 매니폴드(226)의 개구부를 기밀하게 막도록 되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 니켈 합금이나 스테인리스 등의 금속으로 형성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)은, 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 그 외측을 덮도록 구성되어도 된다.
시일 캡(219) 상에는 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)가 설치되어 있다. 보트 지지대(218)는, 예를 들어 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 구성되어 단열부로서 기능함과 함께 보트를 지지하는 지지체로 되어 있다. 보트(217)는, 보트 지지대(218) 상에 세워 설치되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 구성되어 있다. 보트(217)는, 도시하지 않은 보트 지지대에 고정된 저판과 그 상방에 배치된 천장판을 갖고 있으며, 저판과 천장판과의 사이에 복수개의 지주가 가설된 구성을 갖고 있다. 보트(217)에는 복수매의 웨이퍼(200)가 보유 지지되어 있다. 복수매의 웨이퍼(200)는, 서로 일정한 간격을 두고 수평 자세를 유지하면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 반응관(203)의 관축 방향으로 다단으로 적재되어 보트(217)의 지주에 지지되어 있다.
시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 보트 회전 기구(267)의 회전축(265)은, 시일 캡을 관통해서 보트 지지대(218)에 접속되어 있고, 보트 회전 기구(267)에 의해, 보트 지지대(218)를 통해서 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하게 되어 있다.
매니폴드(226)에는, 노즐(340a 내지 340c)을 지지하는 노즐 지지부(350a 내지 350c)가, L자 형상으로 굴곡되어 매니폴드(226)를 관통하도록 해서 설치되어 있다. 여기에서는, 3개의 노즐 지지부(350a 내지 350c)가 설치되어 있다. 노즐 지지부(350a 내지 350c)는, 예를 들어 니켈 합금이나 스테인리스 등의 재료로 형성된다. 노즐 지지부(350)의 반응관(203)측의 일단에는 반응관(203) 내에 가스를 공급하는 가스 공급관(310a 내지 310c)이 각각 접속되어 있다. 또한, 노즐 지지부(350a 내지 350c)의 타단에는 노즐(340a 내지 340c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(340a 내지 340c)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료로 형성된다.
노즐(340a 내지 340c)은, 가스 공급 에리어(222) 내의 하부로부터 상부에, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 설치되어 있다. 노즐(340a 내지 340c)은, I자형의 롱 노즐로서 각각 구성되어 있다. 노즐(340a 내지 340c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(232a 내지 232c)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(232a 내지 232c)은, 각각 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이와 같이, 가스 공급 에리어(222)에는, 3개의 노즐(340a 내지 340c)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
이상의 처리 로(202)에서는, 뱃치 처리되는 복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대하여 다단으로 적층된 상태에서, 보트(217)가 보트 지지대(218)로 지지되면서 처리실(201)에 삽입되고, 히터(207)가 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열하도록 되어 있다.
가스 공급관(310a)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제1 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급원(360a), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(310b)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제2 처리 가스를 공급하는 제2 처리 가스 공급원(360b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(310c)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 제3 처리 가스를 공급하는 제3 처리 가스 공급원(360c), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(310a 내지 310c)의 밸브(243a 내지 243c)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(310d 내지 310f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(310d 내지 310f)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241d 내지 241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243d 내지 243f)가 각각 설치되어 있다.
주로, 가스 공급관(310a), MFC(320a), 밸브(330a)에 의해 제1 처리 가스 공급계가 구성된다. 제1 처리 가스 공급원(360a), 노즐 지지부(350a), 노즐(340a)을 제1 처리 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 주로, 가스 공급관(310b), MFC(320b), 밸브(330b)에 의해 제2 처리 가스 공급계가 구성된다. 제2 처리 가스 공급원(360b), 노즐 지지부(350b), 노즐(340b)을 제2 처리 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 주로, 가스 공급관(310c), MFC(320c), 밸브(330c)에 의해 제3 처리 가스 공급계가 구성된다. 제3 처리 가스 공급원(360c), 노즐 지지부(350c), 노즐(340c)을 제3 처리 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 본 명세서에서, 처리 가스라는 말을 사용한 경우에는, 제1 처리 가스만을 포함하는 경우, 제2 처리 가스만을 포함하는 경우, 제3 처리 가스만을 포함하는 경우, 또는 그것들 모두를 포함하는 경우가 있다. 또한, 처리 가스 공급계라는 말을 사용한 경우에는, 제1 처리 가스 공급계만을 포함하는 경우, 제2 처리 가스 공급계만을 포함하는 경우, 제3 처리 가스 공급계만을 포함하는 경우, 또는 그것들 모두를 포함하는 경우가 있다.
가스 배기 에리어(224)의 하부에는 배기구(230)가 설치되어 있다. 배기구(230)는 배기관(231)에 접속되어 있다. 배기관(232)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통해서 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있어, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다. 진공 펌프(246)의 하류측의 배기관(232)은, 폐가스 처리 장치(도시하지 않음) 등에 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는, 밸브를 개폐해서 처리실(201) 내의 진공 배기·진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브 개방도를 조절해서 컨덕턴스를 조정하여 처리실(201) 내의 압력 조정을 할 수 있게 되어 있는 개폐 밸브이다. 주로, 배기관(232), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)도 배기계에 포함해도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 후술하는 온도 센서(238)가 설치되어 있고, 온도 센서(238)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 공급 전력을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(280)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(280)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히, 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241f), 밸브(243a 내지 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(238), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(238)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 보트 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(280)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이 외부 기억 장치(123)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태의 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 단, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통해서 공급하는 경우에 제한하지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
이어서, 제1 실시 형태에서 적합하게 사용되는 반응관(203)의 형상에 대해서, 또한 도 2, 도 4, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 가스 공급 에리어(222) 및 가스 배기 에리어(224)의 내부에는, 각 에리어 내 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽(248, 250)이 형성되어 있다.
내벽(248, 250)은, 반응관(203)과 동일 재료로 형성되고, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 형성되어 있다.
여기에서는, 각각 2개의 내벽을 구비하여, 3개의 공간으로 구획되어 있다.
가스 공급 에리어(222) 내를 구획하는 2개의 내벽(248)은, 가스 공급 에리어(222)를 하단측에서부터 상단측에 이르기까지 구획하여, 각각 격리한 3개의 공간을 형성하도록 설치되어 있다. 가스 공급 에리어(222)의 각 공간에는, 노즐(340a 내지 340c)이 각각 설치되어 있다. 내벽(248)에 의해, 각 노즐(340a 내지 340c)은 각각 독립된 공간 내에 설치되기 때문에, 각 노즐(340a 내지 340c)로부터 공급되는 처리 가스가 가스 공급 에리어(222) 내에서 혼합되는 것을 억제할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 가스 공급 에리어(222) 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나, 부생성물이 생성되거나 하는 것을 억제할 수 있다.
적합하게는, 내벽(248)은, 가스 공급 에리어(222)를 하단에서부터 상단에 이르기까지 구획하여, 각각 격리한 3개의 공간을 형성하도록 설치하면 된다.
가스 배기 에리어(224) 내를 구획하는 2개의 내벽(250)은, 가스 배기 에리어(224)를 하단측에서부터 상단측에 이르기까지 구획하여, 각각 격리한 3개의 공간을 형성하도록 설치되어 있다.
적합하게는, 내벽(250)은, 가스 배기 에리어(224)를 하단측에서부터 상단에 이르기까지 구획하여, 각각 격리한 3개의 공간을 형성하도록 설치하면 된다.
적합하게는, 가스 공급 에리어(222) 및 가스 배기 에리어(224)의 외벽의 외경은, 동일 치수로 하면, 히터(207)와의 사이의 데드 스페이스를 적게 할 수 있는 등의 장점이 있다.
또한, 적합하게는, 가스 공급 에리어(222)와 가스 배기 에리어(224) 각각의 가스의 유로 단면적은 동일한 면적으로 한다. 또한, 적합하게는, 가스 공급 에리어(222) 내의 각 공간의 가스의 유로 단면적과, 가스 공급 에리어(222) 내의 각 공간에 대면하는 가스 배기 에리어(224) 내의 각 공간의 가스의 유로 단면적을 동일한 면적으로 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 원통부(209)의 가스 공급 에리어(222)측의 경계벽(252)의 하단에는, 노즐(340a 내지 340c)을 가스 공급 에리어(222) 내에 설치하기 위한 개구부(256)가 형성되어 있다. 노즐(340a 내지 340c)을 설치할 때는, 개구부(256)로부터 각 공간에 노즐(340a 내지 340c)을 삽입하고, 노즐(340a 내지 340c)의 하단을 노즐 지지부(350a 내지 350c)의 상단보다 일단 높고 들어올리고 나서, 노즐(340a 내지 340c)의 하단이 노즐 지지부(350a 내지 350c)의 상단보다도 낮아지게 함으로써 삽입한다.
노즐(340a 내지 340c)을 일단 들어올려서 노즐 지지부(350a 내지 350c)에 설치할 때, 노즐(340a 내지 340c)의 상단이 가스 공급 에리어(222)의 상단에 있는 천장부에 접촉하지 않도록, 가스 공급 에리어(222)의 노즐(340a 내지 340c) 상단보다 상부에 버퍼 영역(258)이 형성되어 있다(도 5 참조). 가스 공급 에리어(222)의 상단측은, 적어도 버퍼 영역(258)의 분만큼, 가스 배기 에리어(224)의 천장부보다도 높아지게 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 가스 공급 에리어(222)의 천장부의 상단은, 원통부(209)의 천장부의 상단과 동일한 높이이며, 가스 배기 에리어(224)의 천장부의 상단은, 원통부(209)의 천장부의 상단보다도 낮아지도록 구성되어 있다.
바꿔 말하면, 버퍼 영역(258)의 분만큼 가스 공급 에리어(222)의 용적은 가스 배기 에리어(224)의 용적보다도 크게 되어 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 가스 배기 에리어(224)의 상단의 높이를 가스 공급 에리어(222)의 상단보다도 낮게 구성하고 있지만, 가스 배기 에리어(224)이 용적의 사이즈에 의한 배기 밸런스에의 영향이나 부생성물의 부착 상태에의 영향 등이 문제없는 경우에는, 동일한 높이로 구성해도 된다.
가스 배기 에리어(224) 내의 내벽(250)은, 가스 배기 에리어(224)의 천장부의 상단에서부터 하단측의 배기구(230) 상단보다도 높은 위치까지 형성되어 있다. 가스 배기 에리어(224)의 하단측의 배기구(230) 상단보다도 높은 위치에서부터 가스 배기 에리어(224)의 하단까지는, 1개의 공간으로서 구성되어 있다.
가스 배기 에리어(224)의 내벽(250)으로 구획된 각 공간을 유통한 가스는, 배기구(230)의 바로 앞의 1개의 공간에서 합류하여, 배기구(230)로부터 배기되도록 되어 있다.
가스 공급 에리어(222) 내의 내벽(248)은, 가스 공급 에리어(222)의 천장부에서부터 반응관(203)의 하단부 상부까지 형성되어 있다. 구체적으로는, 내벽(248)의 하단은, 개구부(256)의 상단보다도 하측까지 형성된다. 내벽(248)의 하단은, 반응관(203)의 하단부보다도 상측이며, 노즐 지지부(350)의 상단부보다도 하측이 되는 영역으로서 형성되어 있다. 가스 공급 에리어(222) 내의 내벽(248)의 길이는, 반응관(203)의 길이보다도 짧고, 경계벽(252)의 길이보다도 길어지도록 구성되어 있다. 또한, 가스 공급 에리어(222) 내의 내벽(248)이, 가스 배기 에리어(224) 내의 내벽(250)보다도 더 길어지도록 구성되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 원통부(209)와 가스 공급 에리어(222)와의 경계벽(252)에는, 처리실(201) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 슬릿(235)이 형성되어 있다. 가스 공급 슬릿(235)은, 상하 좌우 방향으로 복수 단, 복수 열의 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 즉, 가스 공급 에리어(222) 내의 내벽(248)으로 구획된 각 공간 각각에 대향한 가로로 긴 슬릿이 상하 방향으로 복수 형성되어 있다.
적합하게는, 가스 공급 슬릿(235)의 원통부(209) 둘레 방향의 길이는, 가스 공급 에리어(222) 내의 각 공간의 둘레 방향의 길이와 동일하게 하면, 가스 공급 효율이 향상되므로 좋다. 또한, 적합하게는, 가스 공급 슬릿(235)은, 내벽(248)과 경계벽(252)과의 연결 부분을 제외하고 가로로 길게, 세로 복수 단으로 형성하면 가스 공급 효율이 향상되므로 좋다. 또한, 적합하게는, 가스 공급 슬릿(235)의 열수는 구획된 공간과 동일 수로 형성되면 좋다. 본 실시 형태에서는, 3개의 공간이 형성되어 있기 때문에, 가스 공급 슬릿(235)은 3열 형성되어 있다.
원통부(209)와 가스 배기 에리어(224)와의 경계벽(254)에, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하기 위한 가스 배기 슬릿(236)이 형성되어 있다. 가스 배기 슬릿(236)은, 상하 좌우 방향으로 복수 단, 복수 열의 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 즉, 가스 공급 에리어(222) 내의 내벽(248)으로 구획된 각 공간 각각에 대향하여, 원통부의 둘레 방향으로 길게 형성된 가로로 긴 슬릿이 상하 방향으로 복수 형성되어 있다.
적합하게는, 가스 배기 슬릿(236)의 원통부(209) 둘레 방향의 길이는, 가스 배기 에리어(224) 내의 각 공간의 둘레 방향의 길이와 동일하게 하면, 가스 배기 효율이 향상되므로 좋다. 또한, 적합하게는, 가스 배기 슬릿(236)은, 내벽(250)과 경계벽(254)과의 연결 부분을 제외하고 가로로 길게, 세로 복수 단으로 형성하면 가스 배기 효율이 향상되므로 좋다. 또한, 적합하게는, 가스 배기 슬릿(236)의 열수는 구획된 공간과 동일 수로 형성되면 좋다. 본 실시 형태에서는, 3개의 공간이 형성되어 있기 때문에, 가스 배기 슬릿(236)은 3열 형성되어 있다.
가스 공급 슬릿(235) 및 가스 배기 슬릿(236)은, 각각의 네 코너로서의 에지부가 곡면을 그리듯이 매끄럽게 형성되어 있다. 에지부에 라운딩 가공(R) 등을 행하여, 곡면 형상으로 함으로써, 에지부 주연의 가스의 정체를 억제할 수 있어, 에지부의 막의 형성을 억제할 수 있고, 또한 에지부에 형성되는 막의 막 박리를 억제할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 가스 공급 슬릿(235) 및 가스 배기 슬릿(236)은, 처리실(201)에 수용된 상태의 보트(217)에 복수 단 적재된, 인접하는 웨이퍼(200)와 웨이퍼(200)와의 사이에 각각 배치되도록 형성되어 있다. 도 5에서는, 보트(217)를 생략하고 설명한다.
적합하게는, 보트(217)에 적재 가능한 최하단의 웨이퍼(200)와 그 상측에 인접하는 웨이퍼(200)와의 사이에서부터, 최상단의 웨이퍼(200)와 그 상측에 인접하는 보트(217)의 천장판과의 사이에 이르기까지, 각 웨이퍼(200)간, 웨이퍼(200)와 천장판간에 대하여 1단씩 대향하도록 형성되면 된다.
적합하게는, 각 가스 공급 슬릿(235)과 각 가스 배기 슬릿(236)은 동일한 높이, 동일한 수로 형성되면 된다. 예를 들어, 웨이퍼(200)가 25매 적재될 때는, 가스 공급 슬릿(235)과 가스 배기 슬릿(236)은 25단 형성되면 된다.
적합하게는, 가스 공급 슬릿(235) 및 가스 배기 슬릿(236)은, 일정한 세로 폭(L1)으로 형성하면 된다. 인접하는 웨이퍼(200)간의 간격을 L2로 하면, L1이 L2보다 더 작아지도록 가스 공급 슬릿(235) 및 가스 배기 슬릿(236)이 형성되면 된다. 이렇게 구성함으로써, 가스 공급 슬릿(235)으로부터 웨이퍼(200)에 흐르는 가스의 정체의 발생을 억제할 수 있고, 또한 처리실(201)로부터 가스 배기 슬릿(236)에 흐르는 가스의 정체의 발생을 억제할 수 있다.
적합하게는, L1은 1mm 내지 9mm 정도의 범위 내로 하면 되고, 더욱 적합하게는 3 내지 7mm 정도의 범위 내로 하면 된다. 또한, L2는 6 내지 14mm 정도의 범위 내로 하면 되고, 더욱 적합하게는 8 내지 12mm 정도의 범위 내로 하면 된다.
노즐(340a 내지 340c)의 가스 공급 구멍(234a 내지 234c)은, 각 가스 공급 슬릿(235)에 대하여 1개씩 대응하도록, 각 가스 공급 슬릿(235)의 세로 폭의 중앙 부분에 형성하면 된다. 예를 들어, 가스 공급 슬릿(235)이 25개 형성되어 있을 때는, 각각 25개의 가스 공급 구멍(234a 내지 234c)이 형성되면 된다. 즉, 가스 공급 슬릿(235)과 가스 공급 구멍(234a 내지 234c)은, 적재되는 웨이퍼(200)와 동일 수 형성되면 된다. 이러한 슬릿 구성으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 웨이퍼(200)에 평행한 처리 가스의 흐름을 형성할 수 있다(도 5 화살표 참조).
또한, 가스 배기 에리어(224)에는 둘레 방향으로 길게 슬릿이 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(200) 상을 흐르는 처리 가스의 흐름을 어지럽히지 않고, 배기를 행할 수 있다. 예를 들어, 가스 배기 슬릿을 구멍 형상으로 형성한 경우, 처리 가스의 흐름이 구멍을 향해서 집중되기 때문에, 웨이퍼(200) 상에서 균일한 가스의 흐름을 형성할 수 없다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 가스 배기 슬릿을 가로로 길게 형성하고 있기 때문에, 배기측에 근접함에 따라서 집중된 처리 가스의 흐름이 형성되지 않고, 웨이퍼(200) 상에서 흐름을 정류하여, 균일하게 처리 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 동작 개요에 대해서 설명한다. 또한, 기판 처리 장치는, 컨트롤러(280)에 의해 제어되는 것이다.
소정 매수의 웨이퍼(200)가 적재된 보트(217)가 반응관(203) 내에 삽입되고, 시일 캡(219)에 의해, 반응관(203)이 기밀하게 폐색된다. 기밀하게 폐색된 반응관(203) 내에서는, 웨이퍼(200)가 가열됨과 함께, 처리 가스가 반응관(203) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)에 가열 등의 열처리가 이루어진다.
열처리로서, 예를 들어 제1 처리 가스로서 NH3 가스와, 제2 처리 가스로서 HCDS 가스와, 제3 처리 가스로서 N2 가스를 교대 공급(HCDS 가스 공급→N2 퍼지→NH3 가스 공급→N2 퍼지를 1 사이클로 해서 이 사이클을 소정 횟수 반복하는 것)함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성한다. 처리 조건은, 예를 들어 하기와 같다.
웨이퍼(200)의 온도: 100 내지 600℃
처리실 내 압력: 1 내지 3000Pa
HCDS 가스 공급 유량: 1 내지 2000sccm
NH3 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
N2 가스 공급 유량: 10 내지 10000sccm
SiN막의 막 두께: 0.2 내지 10nm
먼저, 제2 처리 가스 공급계의 가스 공급관(310b)으로부터 노즐(304b)의 가스 공급 구멍(234b), 가스 공급 슬릿(235)을 통해서 처리실(201) 내에 HCDS 가스를 공급한다. 구체적으로는, 밸브(330b, 330e)를 개방함으로써, 캐리어 가스와 함께, 가스 공급관(310b)으로부터 HCDS 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 개시한다. 이때, APC 밸브(244)의 개방도를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다. 소정 시간이 경과하면, 밸브(330b)를 폐쇄하고, HCDS 가스의 공급을 정지한다.
처리실(201) 내에 공급된 HCDS 가스는, 웨이퍼(200)에 공급되어, 웨이퍼(200) 상을 평행하게 흐른 후, 가스 배기 슬릿(236)을 통해서 가스 배기 에리어(224)를 상부로부터 하부로 흘러, 가스 배기 에리어(224) 하부의 배기구(230)를 통해서 배기관(232)으로부터 배기된다.
또한, 처리실(201) 내에 HCDS 가스를 공급하는 동안에, 가스 공급관(310a 및 310c)에 접속되는 불활성 가스 공급관의 밸브(330a 및 330c)를 열어서 N2 등의 불활성 가스를 흘리면, 가스 공급관(310a 및 310c) 내에 HCDS 가스가 돌아 들어가는 것을 방지할 수 있다.
밸브(330b)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급을 정지한 후에는, APC 밸브(244)를 열어서 처리실(201) 내를 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하고 있는 HCDS 가스나 반응 생성물 등을 배제한다. 이때, 불활성 가스 공급관(310a 및 310c)으로부터 N2 등의 불활성 가스를 각각 처리실(201) 내에 공급해서 퍼지하면, 처리실(201) 내로부터의 잔류 가스를 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다. 소정 시간 경과 후, 밸브(330e)를 폐쇄한다.
이어서, 제1 처리 가스 공급계의 가스 공급관(310a)으로부터 노즐(304a)의 가스 공급 구멍(234a), 가스 공급 슬릿(235)을 통해서 처리실(201) 내에 NH3 가스 가스를 공급한다. 구체적으로는, 밸브(330a, 330d)를 개방함으로써, 캐리어 가스와 함께, 가스 공급관(310a)으로부터 NH3 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 개시한다. 이때, APC 밸브(244)의 개방도를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다. 소정 시간이 경과하면, 밸브(330a)를 폐쇄하고, NH3 가스의 공급을 정지한다.
처리실(201) 내에 공급된 NH3 가스는, 웨이퍼(200)에 공급되어, 웨이퍼(200) 상을 평행하게 흐른 후, 가스 배기 슬릿(236)을 통해서 가스 배기 에리어(224)를 상부로부터 하부로 흘러, 가스 배기 에리어(224) 하부의 배기구(230)를 통해서 배기관(232)으로부터 배기된다.
또한, 처리실(201) 내에 NH3 가스를 공급하는 동안에, 가스 공급관(310b 및 310c)에 접속되는 불활성 가스 공급관의 밸브(330e 및 330f)를 열어서 N2 등의 불활성 가스를 흘리면, 가스 공급관(310a 및 310c) 내에 NH3 가스가 돌아 들어가는 것을 방지할 수 있다.
밸브(330a)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급을 정지한 후에는, APC 밸브(244)를 열어서 처리실(201) 내를 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하고 있는 NH3 가스나 반응 생성물 등을 배제한다. 이때, 불활성 가스 공급관(310e 및 310f)으로부터 N2 등의 불활성 가스를 각각 처리실(201) 내에 공급해서 퍼지하면, 처리실(201) 내로부터의 잔류 가스를 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다. 소정 시간 경과 후, 밸브(330e)를 폐쇄한다.
웨이퍼(200)의 처리가 완료되면, 상기한 동작의 역 수순에 의해, 보트(217)가 반응관(203) 내로부터 반출된다. 웨이퍼(200)는, 웨이퍼 이동 탑재기에 의해, 보트(217)로부터 이동 탑재 선반의 카세트에 이동 탑재되고, 카세트는, 카세트 반송기에 의해, 이동 탑재 선반으로부터 카세트 스테이지에 이동 탑재되어, 도시하지 않은 외부 반송 장치에 의해, 하우징의 외부로 반출된다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스를 교대로 공급하는 경우에 대해서 설명했지만, 동시에 공급한 경우에도 본 발명은 적용할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 종래의 반응관 구성에 의한 처리 가스 공급의 경우, 처리 가스는 가스 공급 구멍으로부터 상하 좌우에 걸쳐 원추 형상으로 공급된다. 처리 가스가 웨이퍼(200)에 평행한 방향(좌우 방향)뿐만 아니라, 상하 방향으로도 넓게 공급됨으로써, 웨이퍼(200)의 에지와 반응관과의 사이의 공간에 처리 가스가 흘러버려, 웨이퍼(200)간에 충분한 양의 처리 가스를 공급할 수 없다. 이 때문에, 가스 공급 구멍 근방의 막이 두꺼워져 균일한 막 두께가 얻어지지 않는다. 또한, 처리 가스의 치환 효율이 나빠, 생산성이 악화되어버린다.
이에 반해, 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 가스 공급 구멍의 하류측에 가로로 긴 가스 공급 슬릿(235)이 형성되어 있다. 상하 방향으로 공급된 처리 가스는 경계벽(252)에 부딪치기 때문에, 그대로 처리실(201) 내에 공급되지 않는다. 경계벽(252)에 부딪친 처리 가스는, 가스 공급 에리어(222) 내를 확산하여, 가스 공급 슬릿(235)의 형상을 따라서 가로 길이(좌우 방향)로 퍼져나가 처리실(201) 내에 공급된다. 가스 공급 슬릿(235)의 세로 폭은 웨이퍼(200)간의 간격보다도 짧게 형성되어 있기 때문에, 가스 공급 슬릿(235)을 통과한 처리 가스는, 다소 상하 방향으로 퍼져나갔다고 해도, 웨이퍼(200)의 에지와 반응관과의 사이의 공간에 처리 가스가 흐르지 않고, 웨이퍼(200)간에 충분한 양을 공급할 수 있어, 막 두께의 치우침을 경감할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 가스 공급 에리어(222)와 가스 배기 에리어(224)를 원통부(209)(처리실(201))의 외측에 형성하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 반응관(203)의 용적을 종래의 반응관보다도 작게 하는 것이 가능하게 된다. 원통부(209)와 웨이퍼(200)의 에지와의 간격을 S1로 하면(도 5 참조), 즉, 종래의 반응관에 비해 용적을 30％ 정도 삭감하는 것이 가능하게 되기 때문에, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 가스 공급 에리어(222)와 가스 배기 에리어(224)를 3개의 공간으로 구획했지만, 2개의 공간으로 구획해도 되고, 4개 이상의 공간으로 구획해도 된다. 원하는 가열 처리에 필요한 노즐의 개수에 맞추어, 구획하는 공간의 수는 적절히 변경 가능하다.
또한, 노즐의 형상을 각각 변경해도 된다. 예를 들어, 정 가운데의 공간에 설치되는 노즐의 가스 공급 구멍을 내벽을 향해서 개구시켜도 된다. 가스 공급구를 웨이퍼(200)가 아니라 내벽을 향해서 개구시킴으로써, 처리 가스를 공간 내에서 확산시켜, 각 가스 공급 슬릿으로부터 균일하게 처리 가스를 공급시키는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 가스 공급 에리어와 가스 배기 에리어를 처리실의 외측에 형성함으로써, 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급 매체로서의 노즐을 설치할 필요가 없기 때문에, 기판의 에지와 반응관 내벽과의 간격을 짧게 할 수 있고, 또한 반응관의 용적을 종래의 반응관보다도 대폭 작게 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼의 에지와 반응관 내벽과의 사이의 간극으로부터 처리 가스가 흐르는 것을 억제할 수 있고, 기판간에 충분한 양의 처리 가스를 공급할 수 있어, 처리 가스의 치환 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(b) 공급 버퍼 에리어 및 배기 버퍼 에리어에 내벽을 형성함으로써, 가스 공급 에리어와 가스 배기 에리어를 처리실의 외측에 형성함으로 인한 반응관의 강도의 저하를 보충할 수 있다. 이에 의해, 반응관의 용적을 작게 하면서도 반응관의 파손 리스크를 저하시킬 수 있다.
(c) 가스 공급 슬릿 및 가스 배기 슬릿의 에지부가 곡면을 그리듯이 매끄럽게 형성함으로써, 에지부 주연의 가스의 정체를 억제할 수 있어, 에지부의 막의 형성을 억제할 수 있고, 또한 에지부에 형성되는 막의 막 박리를 억제할 수 있다.
(d) 가스 공급 에리어의 내부의 내벽에 의해, 노즐이 각각 격리된 공간 내에 설치되기 때문에, 각 노즐로부터 공급되는 처리 가스가 가스 공급 에리어 내에서 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 가스 공급 에리어 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나, 부생성물이 생성되거나 하는 것을 방지할 수 있고, 파티클 발생에 의한 수율 저하를 억제할 수 있다. 또한, 각 공간 내에서 처리 가스의 유속을 완화시킬 수 있기 때문에, 돌발적인 처리 가스의 유속 변화를 발생시키지 않고, 처리실 내에의 균일한 처리 가스의 공급을 촉진시켜, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(e) 가스 공급 에리어의 노즐 상단보다 상부에 버퍼 영역이 형성됨으로써, 노즐 교환을 안전하게 행할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 가스 배기 에리어에 온도 센서(238)를 설치하기 위해서, 가스 배기 에리어(224)의 양단에 온도 측정 에리어(260)를 형성한 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 이하, 제2 실시 형태에서 적합하게 사용되는 반응관(203)의 형상에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 가스 배기 에리어(224)의 양단에는, 온도 센서(238)가 수납되는 온도 측정 에리어(260)가 형성되어 있다. 온도 측정 에리어(260)는, 하단부와 상단부가 평탄하게 폐색된 천장이 있는 형상으로 구성되고, 그 외벽은 원통부(209)와 동심원 형상으로 형성되어 있다. 또한, 온도 측정 에리어(260)는, 가스 배기 에리어(224)와 내벽(250)을 개재해서 연속해서 형성되어 있다. 온도 측정 에리어(260)와 원통부(209)와의 경계벽에는 가스 배기 슬릿(236)은 형성되어 있지 않다. 즉, 온도 측정 에리어(260)는, 가스 배기 에리어(224) 및 처리실(201)로부터 공간적으로 독립되어 형성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 온도 센서(238)가 처리 가스에 노출되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 온도 센서(238)의 열화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 온도 센서(238)에 의해, 보트(217)에 적재된 최상단의 웨이퍼(200) 상방에서의 처리실(201) 내의 온도를 계측하기 위해서, 온도 측정 에리어(260)의 천장부의 높이는, 원통부(209)의 높이와 동일한 높이로 형성되어 있다. 또한, 가스 배기 에리어(224)의 천장부도 마찬가지로, 원통부(209)의 높이와 동일한 높이로 형성된다. 즉, 본 실시예에서는, 가스 공급 에리어(222)와 가스 배기 에리어(224)와 온도 측정 에리어(260)와 원통부(209)와의 천장부의 높이가 동일한 높이로, 평탄해지도록 형성되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 처리실(201) 내를 상하에 걸쳐 온도 측정하는 것이 가능하게 되어, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 균일한 가열을 행할 수 있다. 또한, 반응관(203)의 강도를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 가스 배기 에리어(224)의 양단에 온도 측정 에리어(260)를 형성함으로써, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
기판 처리 장치에서 행하여지는 성막 처리에는, 예를 들어 CVD, PVD, ALD, Epi, 기타 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리가 있다. 또한, 어닐 처리, 산화 처리, 확산 처리 등의 처리라도 상관없다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
(부기 1)
복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재와,
상기 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 반응관과,
상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 반응관 내의 분위기를 배기하는 배기계를 갖고,
상기 반응관은, 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와,
상기 원통부의 일 측벽의 외측에 형성되어, 상기 처리 가스 공급계가 접속된 가스 공급 에리어와,
상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 원통부의 타 측벽의 외측에 형성되어, 상기 배기계가 접속된 가스 배기 에리어를 구비하고,
상기 가스 공급 에리어 및 상기 가스 배기 에리어는, 그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비하도록 구성된 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 2)
부기 1에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어와 상기 원통부와의 경계벽에 상기 처리 가스를 상기 원통부 내에 공급하는 가스 공급 슬릿이 형성된다.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 배기 에리어와 상기 원통부와의 경계벽에 상기 원통부 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 슬릿이 형성된다.
(부기 4)
부기 3에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿 및 상기 가스 배기 슬릿은, 상기 복수의 공간 각각에 대향한 위치에, 상하 방향으로 복수 형성되어 있다.
(부기 5)
부기 3 또는 4에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿 및 상기 가스 배기 슬릿은 상기 원통부의 둘레 방향으로 길게 형성되고, 그 양단부가 곡면 형상으로 형성되어 있다.
(부기 6)
부기 1 내지 5에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어의 횡단면적과 상기 가스 배기 에리어의 횡단면적은 동일하다.
(부기 7)
부기 1 내지 6에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어와 상기 가스 배기 에리어는 동일 수만큼 내벽을 갖고, 동일한 공간 수로 구획된다.
(부기 8)
부기 6 또는 부기 7에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어의 각 공간의 횡단면적과 상기 가스 공급 에리어의 각 공간에 대면하는 상기 가스 배기 에리어의 각 공간의 횡단면적은 동일한 면적이다.
(부기 9)
부기 1 내지 8에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어의 용적이 상기 가스 배기 에리어의 용적보다 더 크다.
(부기 10)
부기 9에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어의 내벽의 길이가 상기 가스 배기 에리어의 내벽의 길이 보다도 더 길다.
(부기 11)
부기 1 내지 10에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어와 상기 원통부와의 경계벽의 하단에 개구부가 형성되어 있다.
(부기 12)
부기 11에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 에리어의 내벽의 길이는, 상기 원통부의 길이보다도 짧고, 또한 상기 가스 공급 에리어와 상기 원통부와의 상기 경계벽의 길이보다도 길다.
(부기 13)
부기 1 내지 12에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿의 세로 길이는, 상기 기판간의 간격보다도 짧다.
(부기 14)
부기 4 내지 13에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿 및 상기 가스 배기 슬릿의 단수는 상기 기판의 매수와 동일 수이다.
(부기 15)
부기 4 내지 부기 14에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿 및 상기 가스 배기 슬릿의 열 수는, 상기 가스 공급 에리어의 상기 공간 수 및 상기 가스 배기 에리어의 상기 공간 수와 동일 수이다.
(부기 16)
부기 15에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 공급 슬릿 및 상기 가스 배기 슬릿의 가로 길이는, 상기 가스 공급 에리어의 상기 공간 및 상기 가스 배기 에리어의 상기 공간의 가로 길이와 동일하다.
(부기 17)
부기 1에 기재된 기판 처리 장치이며, 바람직하게는
상기 가스 배기 에리어에 인접해서 상기 반응관 내의 온도를 측정하는 온도 센서가 내부에 설치된 온도 측정 에리어가 형성되어 있다.
(부기 18)
본 발명의 다른 일 형태에 의하면,
상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와, 상기 원통부의 일 측벽의 외측에 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 원통부의 타 측벽의 외측에 형성된 가스 배기 에리어로 구성된 반응관의 원통부 내에 기판을 반송하는 공정과,
그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비한 가스 공급 에리어로부터 상기 원통부 내에 처리 가스를 공급하는 공정과,
그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비한 가스 배기 에리어로부터 상기 원통부 내의 분위기를 배기하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 19)
본 발명의 또 다른 일 형태에 의하면,
상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와, 상기 원통부의 일 측벽의 외측에 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 원통부의 타 측벽의 외측에 형성된 가스 배기 에리어로 구성된 반응관의 원통부 내에 기판을 반송하는 수순과,
그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비한 가스 공급 에리어로부터 상기 원통부 내에 처리 가스를 공급하는 수순과,
그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비한 가스 배기 에리어로부터 상기 원통부 내의 분위기를 배기하는 수순,
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 또는, 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
(부기 20)
본 발명의 또 다른 일 형태에 의하면,
상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 원통부와,
상기 원통부의 일 측벽의 외측에 형성된 가스 공급 에리어와,
상기 가스 공급 에리어의 대향하는 상기 원통부의 타 측벽의 외측에 형성된 가스 배기 에리어를 갖고,
상기 가스 공급 에리어 및 상기 가스 배기 에리어는, 그 내부의 공간을 복수의 공간으로 구획하는 내벽을 구비하도록 구성되는 반응관이 제공된다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 따른 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 반응관에 의하면, 반응관의 용적을 삭감하고, 처리 가스의 치환 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
280 : 컨트롤러(제어부) 200 : 웨이퍼
201 : 처리실 202 : 처리 로
203 : 반응관 207 : 히터
222 : 가스 공급 에리어 224 : 가스 배기 에리어
231 : 배기관 310a 내지 310f : 가스 공급관

Claims (16)

  1. 복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 반응관과,
    상기 반응관 내에 제1 및 제2 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계를 구비하고,
    상기 반응관은, 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와, 상기 통부의 일 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 통부의 타 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성되어, 내부의 가스를 배기하는 가스 배기 에리어와, 상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽에 설치되고, 상기 통부 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 슬릿을 구비하고,
    상기 가스 배기 슬릿은, 상기 기판 보유 지지 부재의 보유 지지 영역에 복수 설치되는 둘레 방향으로 긴 슬릿을 포함하고,
    상기 가스 공급 에리어 내에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 각각의 측면에 갖는 제1, 제2 및 제3 노즐이, 상하 방향을 따라 배치되고,
    상기 제1 노즐은, 제1 처리 가스를 공급 가능하게 구성되고,
    상기 제1 노즐과 제3 노즐 사이에 배치된 제2 노즐은, 제2 처리 가스를 공급 가능하게 구성되고,
    제1 노즐과 제3 노즐은, 불활성 가스를 공급 가능하게 구성된 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 노즐의 가스 공급 구멍은, 각각 반응관의 중심을 향하도록 개구되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배기 에리어는, 상기 통부의 외경보다도 크고, 상기 통부와 동심으로 형성된 외벽과, 상단부를 폐색하는 천장을 갖고,
    상기 제1, 제2 및 제3 노즐의 가스 공급 구멍은, 상기 기판을 향하도록 개구되는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 노즐의 가스 공급 구멍은, 복수매의 상기 기판에 대응하여 설치되고, 상기 제1 및 제2 처리 가스는 상기 기판에 평행하게 흐르는 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 둘레 방향으로 긴 슬릿은, 복수매의 상기 기판에 대응하여 설치되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응관은, 상기 가스 배기 에리어의 하부에 직접 설치되고, 상기 통부 내의 분위기를 배출하는 배기구를 갖는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 공급 에리어의 천장부의 상단은 통부의 천장부의 상단과 동일한 높이인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급계는, 제2 노즐이 제2 처리 가스를 공급하고 있는 동안, 제1 노즐과 제3 노즐로부터 불활성 가스를 공급하는 밸브를 갖는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 처리 가스는 Si를 포함하고, 제1 처리 가스는 NH3이고, 상기 기판에 SiN 막을 형성하는 기판 처리 장치.
  11. 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와,
    상기 통부의 일 측벽의 외측에, 하단을 개방시키고 상단을 폐색시켜 형성된 가스 공급 에리어와,
    상기 가스 공급 에리어의 대향하는 상기 통부의 타 측벽의 외측에 상단을 폐색시켜 형성된 가스 배기 에리어를 갖는 반응관으로서,
    상기 가스 공급 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽은, 상기 통부의 측벽의 일부이며, 상기 경계벽에는, 처리 가스를 상기 통부 내에 공급하는 가스 공급 슬릿이, 적어도 2종류의 처리 가스에 대응하여 형성되고,
    상기 가스 공급 에리어는, 가스 공급 에리어 내의 하부로부터 상부에 상하 방향을 따라 설치되고, 상기 가스 공급 슬릿의 각각에 개별적으로 처리 가스를 공급하는 구멍을 갖는 처리 가스 공급계로부터 공급되는 상기 2종류의 처리 가스의 각각을, 반응관 내에 공급하기 전에 상기 가스 공급 에리어 내에서 혼합시키지 않고, 대응하는 상기 가스 공급 슬릿으로부터, 상기 반응관 내의 모든 기판에 한번에 공급 가능하게 구성되고,
    상기 가스 공급 에리어의 구획된 공간의 적어도 2개에는, 2종류의 처리 가스가 각각 공급되도록 구성되고,
    상기 가스 공급 슬릿은, 상기 2종류의 처리 가스의 적어도 1개에 대하여 복수매의 기판과 동수, 1열로 형성되어, 상기 2종류의 처리 가스가 상기 반응관 내를 가로로 길게 퍼져 나가도록 공급하고,
    상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽은, 상기 통부의 측벽의 일부이며, 상기 처리 가스를 상기 통부 내로부터 배출하는 가스 배기 슬릿이 횡방향으로 복수 형성되고,
    상기 가스 배기 에리어는, 상기 통부의 외경보다도 크고, 상기 통부와 동심으로 형성된 외벽과, 상단부를 폐색하는 천장을 갖고,
    상기 가스 배기 에리어의 하부에 설치된 배기구로부터 상기 통부 내의 분위기가 배기되는, 반응관.
  12. 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와, 상기 통부의 일 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 통부의 타 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 배기 에리어로 구성된 반응관의 통부 내에, 기판 보유 지지 부재에 보유 지지된 복수 매의 기판을 반송하는 공정과,
    상기 가스 공급 에리어에 배치된 상하 방향을 따라 설치되고, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 각각의 측면에 갖는 제1, 제2 및 제3 노즐이, 상기 통부 내에 제1 또는 제2 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽에 상기 기판 보유 지지 부재의 보유 지지 영역에 면하여 설치된 둘레 방향으로 긴 슬릿을 포함하는 가스 배기 슬릿을 통해서, 상기 통부 내의 분위기를 배기하는 공정
    을 갖고,
    상기 공급하는 공정은,
    (A) 제1 처리 가스가, 제1 노즐로부터 공급되는 공정과,
    (B) 제2 처리 가스가, 제1 노즐과 제3 노즐 사이에 배치된 제2 노즐로부터 공급되는 공정과,
    (C) 불활성 가스가, 제1 노즐과 제3 노즐로부터 공급되는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공급하는 공정은,
    (D) 제1 처리 가스가 공급되는 공정 또는 제2 처리 가스가 공급되는 공정 후에, 불활성 가스를 적어도 제1 노즐 또는 제3 노즐 중 어느 것으로부터 공급하여, 상기 제1 또는 제2 처리 가스를 퍼지하는 공정을 더 갖고, 상기 공정 (C)는, 제2 노즐이 제2 처리 가스를 공급하고 있는 동안에 행해져, 공정 (A)에서 (D)를 포함하는 사이클을 소정 횟수 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 반응관과,
    상기 반응관 내에 제1 및 제2 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계를 구비하고,
    상기 반응관은, 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와, 상기 통부의 일 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 통부의 타 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성되고, 내부의 가스를 배기하는 가스 배기 에리어와, 상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽에 설치되고, 상기 통부 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 슬릿을 구비하고,
    상기 가스 배기 슬릿은, 상기 기판 보유 지지 부재의 보유 지지 영역에 복수 설치되는 둘레 방향으로 긴 슬릿을 포함하고,
    상기 가스 공급 에리어 내에는, 상하 방향을 따라 설치되고, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 각각의 측면에 갖는 제1, 제2 및 제3 노즐이 수납된 기판 처리 장치.
  15. 복수매의 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 부재를 수용하고, 처리 가스 공급계가 공급하는 처리 가스에 의해 상기 기판을 처리하는 반응관으로서,
    상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와,
    상기 통부의 일 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 공급 에리어와,
    상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 통부의 타 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성되고, 내부의 가스를 배기하는 가스 배기 에리어와,
    상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽에 설치되고, 상기 통부 내의 분위기를 배기하는 가스 배기 슬릿을 구비하고,
    상기 가스 배기 슬릿은, 상기 기판 보유 지지 부재의 보유 지지 영역에 복수 설치되는 둘레 방향으로 긴 슬릿을 포함하고,
    상기 가스 공급 에리어는, 상하 방향을 따라 설치되고, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 각각의 측면에 갖는 제1, 제2 및 제3 노즐을, 수용 가능하게 구성된 반응관.
  16. 상단에 폐색부를 갖고, 하단에 개구부를 갖는 통부와, 상기 통부의 일 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 공급 에리어와, 상기 가스 공급 에리어와 대향하는 상기 통부의 타 측벽을 외측으로 돌출시킨 볼록부로서 형성된 가스 배기 에리어를 구비하는 반응관의 통부 내에, 기판 보유 지지 부재에 보유 지지된 복수 매의 기판을 반송하는 공정과,
    상기 가스 공급 에리어에 배치된 상하 방향을 따라 설치되고, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 각각의 측면에 갖는 제1, 제2 및 제3 노즐이, 상기 통부 내에 제1 또는 제2 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 가스 배기 에리어와 상기 통부 내와의 경계벽에 상기 기판 보유 지지 부재의 보유 지지 영역에 면하여 설치된 둘레 방향으로 긴 슬릿을 포함하는 가스 배기 슬릿을 통해서, 상기 통부 내의 분위기를 배기하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
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