KR102501650B1 - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치는, (a) 기판 보지구 및 단열 어셈블리를 수용하는 통 형상의 공간을 형성하는 처리실; (b) 1 내지 복수의 개구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 공급 기구; (c) 1 내지 복수의 주배기구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 배출 기구; (d) 상기 가스 배출 기구에 연통하여 상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기 포트; (e) 상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 단열 어셈블리에 면하는 위치에서 상기 처리실 내와 상기 배기 포트를 연통시키는 중간 배기구; 및 (f) 상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 처리실 내와 상기 가스 공급 기구를 연통시키는 공급실 배기구를 구비한다. 상기 단열 어셈블리는 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 중간 배기구에 대응하는 높이보다 상방 및 하방의 외경보다 작은 외경을 가지는 오목이 형성된다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
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 배열해서 보지하고, 기판 보지구를 처리실 내에 반입한다. 그 후 처리실 외에 설치된 히터에 의해 기판을 가열한 상태에서 처리실 내에 처리 가스를 도입하여 기판에 대하여 박막 형성 처리 등이 수행된다.
1. 국제공개 제2017/037937호
급격한 압력 변동에 의해 노구부(爐口部)의 하부에서의 막 균열이 권상(卷上)되어 기판 상에 파티클이 떨어지는 경우가 있다. 본 발명의 목적은 상기 파티클을 저감하는 기판 처리 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 기판 처리 장치는, (a) 복수의 웨이퍼를 소정의 축을 따라 소정의 간격으로 배열한 상태에서 보지하는 기판 보지구; (b) 상기 기판 보지구의 하방에 배치되는 단열 어셈블리; (c) 상기 기판 보지구 및 상기 단열 어셈블리를 수용하는 통 형상의 공간을 형성하는 처리실; (d) 상기 처리실 내의 상기 복수의 웨이퍼의 각각의 측부를 향해서 천설(穿設)된 1 내지 복수의 개구(開口)에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 공급 기구; (e) 상기 복수의 웨이퍼의 각각의 측을 향해서 천설된 1 내지 복수의 주배기구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 배출 기구; (f) 상기 가스 배출 기구에 연통하여 상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기 포트; (g) 상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 단열 어셈블리에 면하는 위치에서 상기 처리실 내와 상기 배기 포트를 연통시키는 중간 배기구; 및 (h) 상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 처리실 내와 상기 가스 공급 기구를 연통시키는 공급실 배기구를 구비한다. 상기 단열 어셈블리는 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 중간 배기구에 대응하는 높이보다 상방(上方) 및 하방(下方)의 외경보다 작은 외경을 가지는 오목이 형성된다.
본 발명에 따르면, 노구부의 하부의 파티클을 저감할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 2는 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 단열 어셈블리의 종단면도(縱斷面圖).
도 3은 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면을 포함하는 사시도.
도 4는 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면도.
도 5는 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 저면도(底面圖).
도 6은 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 축 퍼지 가스의 흐름을 도시하는 도면.
도 7은 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 컨트롤러의 구성도.
도 8은 실시 형태의 성막 시퀀스를 도시하는 도면.
도 9는 모델화된 반응관 내의 배기 경로를 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태의 기판 처리 장치(1)는 반도체 집적 회로의 제조에서의 열처리 공정을 실시하는 종형 열처리 장치로서 구성되고, 처리로(2)를 구비한다. 처리로(2)는 처리로(2)를 균일하게 가열하기 위해서 복수의 히터 유닛으로 이루어지는 히터(3)를 포함한다. 히터(3)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 기판 처리 장치(1)의 설치 바닥에 대하여 수직으로 설치된다. 히터(3)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
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 폐색(閉塞)되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(4)은 하단의 플랜지부(4C)에서 서로 결합한 외관(4A)과 내관(4B)을 포함하는 이중관 구조를 가진다. 외관(4A)과 내관(4B)의 상단은 닫히고, 내관(4B)의 하단은 개구된다. 플랜지부(4C)는 외관(4A)보다 큰 외경을 가지고 외측으로 돌출된다. 반응관(4)의 하단 부근에는 외관(4A) 내와 연통하는 배기 포트인 배기 출구(4D)가 설치된다. 이것들을 포함하는 반응관(4) 전체는 단일인 재료로 일체적으로 형성된다. 외관(4A)은 내측을 진공으로 했을 때의 압력 차이를 견딜 수 있도록 비교적 두껍게 구성된다. 플랜지부(4C)는 처리실(6), 노즐실(42) 및 배기 공간(S)의 하단의 외주에 일체적으로 형성될 수 있다.
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 혹은 그 주변의 부재를 노구부라고 총칭한다.
내관(4B)은 배기 출구(4D)보다 반응관의 안쪽에서 그 측면에서 내측과 외측을 연통시키는 주 배기구(4E)를 포함하고, 또한 주 배기구(4E)와 반대 위치에서 공급 슬릿(슬릿 개구)(4F)을 포함한다. 주 배기구(4E)는 웨이퍼(7)가 배치되는 영역에 대하여 개구되는 단일의 세로로 긴 개구다. 공급 슬릿(4F)은 원주 방향으로 연장된 슬릿이며, 각 웨이퍼(7)에 대응하도록 수직 방향으로 배열되어 설치된다(천설된다).
내관(4B)은 또한 배기 출구(4D)보다 반응관(4)의 안쪽에서, 또한 주 배기구(4E)보다 개구측의 위치에 처리실(6)과 배기 공간(배기실)(S)을 연통시키는 중간 배기구(4G)가 설치된다. 즉, 중간 배기구(4G)는 처리실(6)의 측벽에 설치된다. 또한 플랜지부(4C)에도 처리실(6)과 배기 공간(S) 하단을 연통시키는 저(底)배기구(4H), 저배기구(4J)(도 3 참조) 및 노즐 도입공(4K)(도 5 참조)이 형성된다. 바꿔 말하면, 배기 공간(S)의 하단은 플랜지(4C)에 의해 저배기구(4H, 4J) 등을 제외하고 폐색된다. 중간 배기구(4G) 및 저배기구(4H)는 주로 후술하는 축 퍼지 가스를 배기하도록 기능한다.
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 관통해서 각각 접속된다.
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 처리 가스 공급부가 구성된다. 그것들에 MFC(13) 및 밸브(14)를 한층 더 포함시켜서 가스 공급계라고 부른다.
인젝터인 노즐(8)은 노즐실(42) 내에 반응관(4)의 하부로부터 상승[立上]하도록 설치된다. 노즐(8)의 측면이나 상단에는 가스를 공급하는 1 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 통과하여 웨이퍼(7)를 향해서 가스를 분사할 수 있다. 노즐(8)은 복수의 웨이퍼(7) 중 최하단의 웨이퍼와 같거나 혹은 그보다 높은 높이에 설치된 복수의 노즐 공(8H)으로부터 가스를 공급하고, 웨이퍼(7)를 처리하는 동안이며 압력의 시간 변동이 가장 큰 타이밍에 복수의 노즐 공(8H)으로부터 공급실 배기구(4L)를 향하는 하강류가 노즐실(42) 내에 발생하는 유량으로 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
배기 출구(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(Auto 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 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.
매니폴드(5)의 하방에는 매니폴드(5)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(19)이 설치된다. 씰 캡(19)은 예컨대 스텐레스나 니켈기 합금 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(19A)이 설치된다.
또한 씰 캡(19) 상면에는 매니폴드(5)의 하단 내주보다 내측의 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, 원반 형상으로 형성된다. 커버 플레이트(20)는 기계적 강도가 요구되지 않기 때문에 얇은 두께로 형성될 수 있다. 커버 플레이트(20)는 씰 캡(19)과 독립해서 준비되는 부품에 한정되지 않고, 씰 캡(19)의 내면에 코팅된 또는 내면이 개질된 질화물 등의 박막 또는 층이어도 좋다. 커버 플레이트(20)는 또한 원주의 가장자리로부터 매니폴드(5)의 내면을 따라 상승하는 벽을 포함해도 좋다.
기판 보지구로서의 보트(21)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(7)를 수평 자세에서, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지한다. 거기서는 웨이퍼(7)는 일정 간격을 두고 배열시킨다. 즉 보트(21)는 복수 매의 웨이퍼(7)를 소정의 축을 따라 소정의 간격으로 배열한 상태에서 보지한다. 보트(21)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 반응관(4)은 보트(21)를 안전하게 반입출 가능한 최소한의 내경을 포함하는 것이 바람직한 경우가 있다.
보트(21)의 하부에는 후술하는 단열 어셈블리(22)가 배설된다. 단열 어셈블리(22)는 상하 방향의 열의 전도 또는 전달이 작아지는 구조를 가지고, 통상적으로 내부에 공동(空洞)을 포함한다. 내부는 축 퍼지 가스에 의해 퍼지될 수 있다. 반응관(4)에서 보트(21)가 배치되는 윗부분을 처리 영역(A), 단열 어셈블리(22)가 배치되는 아랫부분을 단열 영역(B)이라고 부른다.
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 가스 등으로부터 보호하는 것이다. 퍼지 가스는 회전 기구(23)로부터 축을 따라 배출되고 단열 어셈블리(22) 내에 인도된다. 퍼지 가스 공급부는 주로 가스 공급관(24), MFC(25) 및 밸브(26)로 구성된다. 퍼지 가스 공급부는 단열 어셈블리(22)의 하부를 통해 단열 어셈블리(22)에 축 퍼지 가스를 공급하도록 구성된다.
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 위치에 강하되는 동안, 씰 캡(19) 대신에 반응관(4)의 하단 개구를 폐색하는 셔터(미도시)가 설치될 수 있다.
외관(4A)의 외벽에는 온도 센서(28)가 설치된다. 온도 센서(28)는 상하로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성될 수 있다. 온도 센서(28)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(3)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
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), 히터(3), 캡 히터(34)(도 2 참조), 온도 센서(28), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등과 전기적으로 접속되고, 그것들로부터 신호를 수취하거나 그것들을 제어한다.
다음으로 단열 어셈블리(22)에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 단열 어셈블리(22)는 회전대(37), 단열체 보지구(38), 원통부(39) 및 단열체(40)에 의해 구성되고, 회전대(37)는 저판(底板)(받침대)을 구성한다. 단열 어셈블리(22)는 캡 히터(34)를 더 포함할 수 있다.
회전대(37)는 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 관통공이 중심으로 형성된 원반 형상을 가지고, 회전축(36)의 상단부에 재치되고, 커버 플레이트(20)와 소정의 간격(h1)을 두고 고정된다. 회전대(37)에는 지름(폭)(h2)의 배기공(37A)이 가장자리 부근에 회전 대칭에 복수 형성된다. 이에 의해 단열 어셈블리는 바닥이 분리되도록 구성된다. 회전대(37)의 상면에는 단열체(40)를 보지하는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)가 동심으로 재치되고 나사 등에 의해 고정된다.
단열체 보지구(38)는 중심에 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 공동을 포함하는 원통 형상으로 구성된다. 단열체 보지구(38)의 내주와 서브 히터 지주(33) 사이에 단열 어셈블리(22) 내의 상방으로 축 퍼지 가스를 공급하는 원환 형상의 단면을 포함하는 유로가 형성된다. 단열체 보지구(38)의 하단에는 회전대(37)보다 작은 외경의 외향 플랜지 형상의 다리(38C)를 포함한다. 한편, 단열체 보지구(38)의 상단은 거기서부터 서브 히터 지주(33)가 돌출되도록 퍼져서 개구되는 축 퍼지 가스의 공급구(38B)를 구성한다.
단열체 보지구(38)의 기둥에는 단열체(40)로서 복수의 반사판(40A)과 단열판(40B)이 같은 축에 설치된다.
원통부(39)는 내관(4B)과의 간극(G)이 소정의 값이 되는 외경을 가진다. 간극(G)은 처리 가스나 축 퍼지 가스의 투과를 억제하기 위해서 좁게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 7.5mm 내지 15mm로 하는 것이 바람직하다. 원통부(39)의 상단은 평탄한 판자로 닫히고, 거기에 보트(21)가 설치된다. 원통부(39)의 지름은 웨이퍼(7)의 지름보다 크고, 처리실(6)의 내경보다 작다. 원통부(39)는 통 형상의 구조이지만, 일부 외주를 교축한[원통부(39)의 상부 및 하부의 지름의 작은 지름의] 오목(39a)이 배기 출구(4D), 중간 배기구(4G), 공급실 배기구(4L)와 같은 높이로 설치된다. 바꿔 말하면, 공급실 배기구(4L), 오목(39a), 중간 배기구(4G) 및 배기 출구(4D)는 일직선상에 배치된다. 오목(39a)은 단열판(40B)보다 상방이며 반사판(40A)보다 하방에 위치하고, 오목(39a)의 내경은 반사판(40A) 및 단열판(40B)의 지름보다 크다.
회전 기구(23)의 케이싱(바디)(23A)은 씰 캡(19)의 하면에 기밀하게 고정된다. 케이싱(23A)의 내부에서는 내측부터 순서대로 원통 형상의 내축(23B)과, 내축(23B)의 지름보다 큰 지름의 원통 형상으로 형성된 외축(23C)이 같은 축에 설치된다. 회전축(36)에 결합되는 외축(23C)은 케이싱(23A) 사이에 개설(介設)된 베어링(미도시)에 의해 회전 자재로 지승(支承)되는 한편, 서브 히터 지주(33)에 결합되는 내축(23B)은 케이싱(23A)과 회전 불능으로 고정된다.
내축(23B)의 내측에는 서브 히터 지주(33)가 수직으로 삽통(揷通)된다. 서브 히터 지주(33)는 석영제의 파이프이며, 그 상단에서 보조 히터인 캡 히터(34)를 동심으로 보지한다. 캡 히터(34)는 원관(圓管)을 원환 형상으로 형성되어 구성되고, 외부로부터 격리된 내부에는 전열선 코일(34B)을 수납한다. 전열선 코일(34B)이나 그것에 부수되는 온도 센서의 도선(미도시)은 서브 히터 지주(33)를 지나 씰 캡(19)의 외측으로 취출(取出)된다.
가스 공급관(24)에 의해 케이싱(23A) 내에 도입된 축 퍼지 가스는 회전축(36)의 내측 및 외측을 위로 흐른다. 회전축(36)의 내측에 유입된 축 퍼지 가스는 단열체 보지구(38)와 서브 히터 지주(33) 사이의 유로를 상향으로 흐르고, 공급구(38B)로부터 나온 후에는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)의 내벽 사이의 공간을 하향으로 흐르고, 배기공(37A)으로부터 단열 어셈블리(22) 외로 배기된다. 회전축(36)의 외측에 유입된 축 퍼지 가스는 회전축(36)과 커버 플레이트(20) 사이를 반경 방향으로 퍼져서 흐르면서 배기공(37A)으로부터의 축 퍼지 가스와 합류한 후, 노구부를 퍼지한다.
다음으로 반응관에 대해서 도 3 내지 도 5를 이용하여 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이 내관(4B)에는 처리실(6) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급 슬릿(4F)이 세로 방향으로 웨이퍼(7)와 같은 수, 가로 방향으로 3개, 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 내관(4B)의 내측, 즉 처리실(6)은 수용 가능한 최대의 웨이퍼(7)의 지름의 104% 내지 108%의 내경의 통 형상(통 형상 공간)으로 구성된다. 공급 슬릿(4F)의 가로 방향의 배열 사이나 양단(兩端)의 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 공급실인 노즐실(공급 버퍼)(42)을 형성한다. 즉 노즐실(42)은 처리실(6)의 측벽의 외측에 전술한 축에 평형하게 형성되고, 내관(4B)의 측부의 일부를 외측으로 장출(張出)하여 형성된다. 결과적으로 배기 공간(S)은 단면에서 C자형으로 형성된다. 처리 영역(A) 부근에서 노즐실(42)과 내관(4B) 내를 직접 연결하는 개구는 공급 슬릿(4F)뿐이다. 노즐실(42) 및 배기 공간(S)은 처리실(6)과 분리 불능으로 구성될 수 있다. 즉 노즐실(42), 배기 공간(S) 및 처리실(6)은 일체로 형성될 수 있다.
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 관통하는 개구 또는 극간을 포함할 수 있다. 노즐실(42)은 그 외주측이 외관(4A)에 의해 구획되는 것에 한정되지 않고, 외관(4A)의 내면을 따른 칸막이 판을 별도로 설치해도 좋다.
내관(4B)에는 단열 어셈블리(22)의 측면을 향해서 개구되는 위치에 중간 배기구(4G), 공급실 배기구(4L)가 설치된다. 중간 배기구(4G)는 배기 출구(4D)와 같은 방향에 설치되고, 그 개구의 적어도 일부가 배기 출구(4D)의 관과 중첩되는 높이로 배치된다. 중간 배기구(4G)는 배기 출구(4D)의 관축의 연장선 상의 위치에서 개구된다. 공급실 배기구(4L)는 중간 배기구(4G)와 대향하는 위치에 배치된다.
도 4에 도시하는 바와 같이 3개의 노즐실(42)에는 노즐(8a 내지 8c)이 각각 설치된다. 노즐(8a 내지 8c)의 측면에는 반응관(4)의 중심 방향을 향해서 개구된 노즐 공(8H)이 각각 설치된다. 노즐 공(8H)으로부터 분출된 가스는 공급 슬릿(4F)으로부터 내관(4B) 내에 흐르도록 의도되고 있지만, 일부의 가스는 직접 유입되지 않는다.
노즐(8a 내지 8c)에는 도 1에 도시되는 바와 같은 가스 공급관(9), 밸브(11), MFC(10), 가스 공급관(12), 밸브(14) 및 MFC(13)로 이루어지는 가스 공급계가 각각 별개로 접속되고, 서로 다른 가스가 공급될 수 있다. 칸막이 판(41)에 의해 각 노즐(8a 내지 8c)은 각각 독립된 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)으로 배출될 수 있다. 이러한 구성에 의해 노즐실(42) 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나 부생성물이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도 4에서만 노즐실(42) 옆의 배기 공간(S)에 반응관의 축 방향(상하 방향)을 따라 임의로 설치될 수 있는 퍼지 노즐(8d)이 도시된다. 이후, 퍼지 노즐(8d)은 존재하지 않는 것으로서 설명한다.
도 5에 도시하는 바와 같이 플랜지부(4C)에는 배기 공간(S)과 플랜지 하방을 접속하는 개구로서 저배기구(4H, 4J) 및 노즐 도입공(4K)이 설치된다. 저배기구(4H)는 배기 출구(4D)와 가장 가까운 곳에 설치된 긴 공(孔)이며, 저배기구(4J)는 C자형의 배기 공간(S)을 따라 여섯 군데에 설치된 작은 공이다. 노즐 도입공(4K)은 그 개구로부터 노즐(8a 내지 8c)이 삽입되고, 통상적으로 석영제의 노즐 도입공 커버(8S)(도 1 참조)에 의해 폐색된다. 저배기구(4J)는 후술하는 바와 같이 개구가 지나치게 크면 거기를 통과하는 축 퍼지 가스의 유속이 저하되고, 배기 공간(S)으로부터 원료 가스 등이 확산에 의해 노구부에 침입된다. 그렇기 때문에 중앙부의 지름을 작게 한(오목하게 한) 공으로서 형성하는 경우가 있다.
다음으로 축 퍼지 가스의 배출 경로에 대해서 도 6을 이용해서 설명한다. 가스 공급관(24)으로부터의 축 퍼지 가스는 회전대(37)와 커버 플레이트(20) 사이의 극간(h1)을 확산 배리어를 형성하면서 반경 방향으로 흘러 노구부에 방출된다. 거기서는 축 퍼지 가스는 원료 가스의 노구부로의 유입을 억제하고, 노구부에 확산 등으로 침입된 원료 가스를 희석하고, 축 퍼지 가스의 흐름을 타서 배출하는 것에 의해 노구부에 부생성물이 부착되거나 열화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 축 퍼지 가스의 배출 경로는 대략 다음과 같이 다섯 가지가 있다.
경로(P1): 저배기구(4H 또는 4J)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
경로(P2): 내관(4B)과 단열 어셈블리(22) 사이의 간극(G)을 지나 중간 배기구(4G)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
경로(P3): 내관(4B)과 단열 어셈블리(22) 사이의 간극(G)을 지나 처리 영역(A)에 들어가고, 주 배기구(4E)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다
경로(P4): 노즐 도입공(4K)으로부터 노즐실(42)에 들어가고, 처리 영역(A)을 횡단해서 주 배기구(4E)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다
경로(P5): 노즐 도입공(4K)으로부터 노즐실(42)에 들어가고, 공급실 배기구(4L)로부터 내관(4B)과 단열 어셈블리(22) 사이의 간극(G) 및 단열 어셈블리(22)의 오목(39a)을 지나 중간 배기구(4G)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
축 퍼지 가스가 처리 영역(A)에 유입하는 경로(P3)와 경로(P4)는 처리 영역(A)의 하방에서 처리 가스의 농도가 저하되고, 기판 간 균일성이 손상되기 때문에 기판에 대한 처리에서는 바람직하지 않다. 특히 본 예의 반응관(4)은 주 배기구(4E)의 압력 손실이 작다는 특징이 있기 때문에 경로(P3)나 경로(P4)에 축 퍼지 가스가 인입(引入)되기 쉽다. 만약 노즐 도입공 커버(8S)와 저배기구(4J)를 양방(兩方) 모두 설치하지 못한 경우 축 퍼지 가스는 경로(P4)에 흐르고 만다. 그렇기 때문에 본 예에서는 중간 배기구(4G)의 개구를 크게 하는 것과 함께 간극(G)을 작게 하여 경로(P3)보다 경로(P2)에 흐르기 쉽도록 한다. 또한 경로(P5)를 형성하여 경로(P4)보다 경로(P5)에 흐르기 쉽도록 한다. 또한 노즐 도입공(4K)은 노즐 도입공 커버(8S)에 의해 폐색하는 등에 의해서 실질적인 개구를 충분히 작게 하여 경로(P4)에 흐르기 어렵도록 한다. 중간 배기구(4G)에 의해 처리 가스 및 축 퍼지 가스를 흘릴 때의 원통부(39)의 측면에는 처리 영역(A)측 및 노구부측의 압력이 높고, 중간 배기구(4G) 부근이 가장 압력이 낮아질 수 있는 바람직한 압력 구배(勾配)가 형성된다. 이 압력 구배에서는 경로(P3)에 의한 축 퍼지 가스의 처리 영역으로의 유입 및 처리 가스의 노구부로의 유입(확산)의 양방이 억제된다. 또한 축 퍼지 가스의 공급이 과잉이면 경로(P1)나 경로(P2)의 압력 손실이 증가하여 이 압력 구배가 악화될 수 있다.
한편, C자형의 배기 공간(S)의 최오부(最奧部)는 노즐실(42)에 맞부딪쳐서 막혀 있기 때문에 클리닝 가스 등의 처리 가스가 체류하기 쉽다. 이때 저배기구(4J)에 의해 배기 공간(S)과 노구부가 유통 가능해지면 축 퍼지 가스가 많을(노구부측의 압력이 높을) 때는 경로(P3)에서 축 퍼지 가스가 배기 공간(S)에 유입되어 체류를 해소하고, 축 퍼지 가스가 적을 때는 반대로 처리 가스가 배기 공간(S)에 유입 또는 확산되어 저배기구(4J)로부터 배출되므로 어느 경우에도 체류 가스의 배기에 기여한다. 또한 체류 가스는 미량이면 노구부에 침입해도 충분히 희석되기 때문에 문제없다.
하지만 저배기구(4J)를 크게 하고, 경로(P1)의 컨덕턴스를 지나치게 크게 하면 경로(P1)를 포함하는 모든 경로에서 축 퍼지 가스의 최대 유속이 저하되고, 흐름을 거스르는 방향의 확산에 의해 처리 가스가 노구부에 침입되기 쉬워진다.
이상 정리하면, 경로(P4) 및 경로(P3)의 컨덕턴스를 경로(P1), 경로(P2) 및 경로(P5)보다 작게 하는 것 및 경로(P1) 및 경로(P2)의 컨덕턴스는 노구부로의 처리 가스의 침입이 허용량 이하가 되도록 상한이 설치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 단열 어셈블리(22)의 하부를 통해 단열 어셈블리(22)로 공급된 퍼지 가스가 배기배출되는 경로 중에서, 퍼지 가스가 노즐실(42)의 바닥 개구, 노즐실(42), 공급 슬릿(4F), 웨이퍼(7)의 근방, 주 배기구(4E) 및 배기 공간(S) 순으로 흐르는 제 1 경로의 컨덕턴스는 단열 어셈블리(22)의 주위 및 배기 공간(S) 순으로 퍼지 가스가 흐르는 제 2 경로의 컨덕턴스보다 클 수 있다. 또한 제1 경로의 컨턱턴스는 노즐실(42)의 바닥 개구, 노즐실(42), 공급실 배기구(4L), 오목(39a)의 주위, 중간 배기구(4G), 배기 공간(S) 순으로 흐르는 제3 경로의 컨덕턴스보다 작을 수 있다.
다음으로 컨트롤러(29)에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다. 컨트롤러(29)는 MFC(10, 13, 25), 밸브(11, 14, 26), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 히터(3), 캡 히터(34), 온도 센서(28), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되고, 그것들을 자동 제어한다. 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.
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 조건에 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.
CPU(212)은 기억 장치(216)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(216)로부터 레시피를 판독하고, 레시피를 따르도록 각 구성을 제어한다.
컨트롤러(29)는 외부 기억 장치[예컨대 USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, HDD](224)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.
다음으로 전술한 기판 처리 장치(1)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 부른다.)의 시퀀스예에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다.
여기서는 노즐(8)을 2개 이상 설치하고, 노즐(8a)로부터 제1 처리 가스(원료 가스)로서 헥사클로로디실란(HCDS) 가스를 노즐(8b)로부터 제2 처리 가스(반응 가스)로서 암모니아(NH3) 가스를 각각 공급하여 웨이퍼(7) 상에 실리콘 질화(SiN)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)의 각 구성의 동작은 컨트롤러(29)에 의해 제어된다.
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) 내에서 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.
(HCDS→NH3)×n⇒SiN.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
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 상태에서 밸브(26)를 열고 원통부(39) 내에 소량의 축 퍼지 가스가 공급될 수 있다.
(압력 조정)
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 동안 유지한다.
(승온)
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), 캡 히터(34)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(3) 등에 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 동일한 온도에 도달하고, 매니폴드(5)의 내면 온도는 180℃ 이상(예컨대 260℃)에 도달하는 것이 바람직하다.
또한 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전을 시작한다. 회전 기구(23)에 의해 회전축(36), 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.
(성막)
처리실(6) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 도 8에 도시하는 바와 같이 스텝(S1 내지 S4)을 반복 실행한다. 또한 스텝(S1)을 시작하기 전에 밸브(26)를 열고 축 퍼지 가스의 공급을 증가시켜도 좋다.
[스텝(S1): 원료 가스 공급 공정]
스텝(S1)에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여, HCDS 가스를 공급한다. 밸브(11)를 여는 것과 함께 밸브(14)를 열고 가스 공급관(9) 내에 HCDS 가스를, 가스 공급관(12) 내에 N2 가스를 흘린다. HCDS 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되어 노즐(8a)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.
[스텝(S2): 원료 가스 배기 공정]
제1층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(17)는 연 상태로 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 해서 공급된 N2 가스는 가스 공급관(9)이나 반응관(4) 내, 노구부를 퍼지한다.
[스텝(S3): 반응 가스 공급 공정]
스텝(S3)에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급한다. 밸브(미도시)의 개폐 제어를 스텝(S1)에서의 밸브(11, 14)의 개폐 제어와 같은 순서로 수행한다. NH3 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(미도시)에 의해 유량 조정되어 노즐(8b)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 공급된 NH3 가스는 스텝(S1)에서 웨이퍼(7) 상에 형성된 제1층, 즉 Si 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되고, Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화(개질)된다.
[스텝(S4): 반응 가스 배기 공정]
제2층이 형성된 후, 밸브를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝(S2)과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(6) 내로부터 배출한다.
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.
전술한 시퀀스의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 250℃ 내지 700℃
처리 압력(처리실 내 압력): 10Pa 내지 4,000Pa
HCDS 가스 공급 유량: 1sccm 내지 2,000sccm
NH3 가스 공급 유량: 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(노즐): 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(회전축): 100sccm 내지 500sccm,
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내의 어떤 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
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.
(퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 완료된 후, 밸브(14) 및 미도시의 밸브를 열고 가스 공급관(12) 및 미도시의 가스 공급관으로부터 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).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(27)에 의해 씰 캡(19)이 하강되고 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.
전술한 성막 처리를 수행하면, 가열되었던 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 것으로 수행된다.
다음으로 모델화된 반응관(4) 내의 배기 경로에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다. 이 모델은 간략화 되어 있고, 예컨대 주 배기구(4E)를 나온 처리 가스가 배기 공간(S)을 하강할 때의 저항은 주 배기구(4E)의 저항에 포함되고, 중간 배기구(4G)나 저배기구(4J)를 나온 축 퍼지 가스가 배기 공간(S)을 가로로 흐를 때의 저항은 그것들 중간 배기구(4G)나 저배기구(4J)의 저항에 포함된다. 도 9를 참조하면, 가스 공급관(24)으로부터의 축 퍼지 가스는 노구부의 전주(全周)에 거의 균등하게 공급된다. 또한 노즐(8)로부터의 처리 가스는 통상은 그 대부분이 공급 슬릿(4F), 주 배기구(4E)를 지나서 배기 출구(4D)에 흡입된다. 주 배기구(4E), 중간 배기구(4G), 저배기구(4H, 4J)보다 배기 출구(4D) 부근이 배기 공간(S)에 대응한다.
이때 중간 배기구(4G)나 저배기구(4H)는 처리 가스의 주된 배기 경로로부터 벗어나기 때문에 배기 출구(4D)만큼 압력이 낮고, 근방의 가스를 흡입한다. 따라서 중간 배기구(4G)는 축 퍼지 가스가 간극(G)의 아랫부분을 상향으로 흐르는 흐름을 형성하고, 저배기구(4H)는 노구부에서 잉여의 또는 처리 가스의 희석에 도움이 된 후의 축 퍼지 가스를 배출하는 드레인으로서 기능한다. 중간 배기구(4G)는 축 퍼지 가스가 간극(G)의 아랫부분을 상향으로 흐르는 흐름을 형성하고, 저배기구(4H)는 노구부에서 잉여의 또는 처리 가스의 희석에 도움이 된 후의 축 퍼지 가스를 배출하는 드레인으로서 기능한다.
주 배기구(4E)의 내관(4B) 내측의 압력은 주 배기구(4E)의 내측의 압력과 거의 같거나 조금 낮아지도록 주 배기구(4E), 간극(G)의 컨덕턴스 및 축 퍼지 가스 유량이 설정될 수 있다. 간극(G) 윗부분에서는 컨덕턴스 및 압력 차이[전압(全壓)]이 모두 작기 때문에 가스 분자의 이동은 억제된다. 즉 간극(G)에는 상하 방향으로 농도 차이가 존재하지만, 단면적이 작고 거리가 길기 때문에 이류(移流) 및 확산의 양은 적다. 간극(G)의 아랫부분에서는 축 퍼지 가스의 상승류에 의해 확산 배리어가 형성되기 때문에 중간 배기구(4G)까지 확산해온 처리 가스는 축 퍼지 가스의 배기 출구(4D)로 향하는 흐름을 타서 배출된다.
저배기구(4J)로부터 배기 공간(S)의 하단에 유입되는 경로는 그 이외에 저항성의 개소(箇所)가 없기 때문에 비교적 작게 설정된 저배기구(4J) 자체의 컨덕턴스로 의해 유량이 결정된다. 배기 공간(S)의 하단에 축 퍼지 가스가 분사되는 것에 의해 C자 형상의 단면의 배기 공간(S)의 폐색 부분에 가스의 이류나 교반이 발생하여 체류하는 처리 가스나 클리닝 가스를 효과적으로 퍼지할 수 있다. 만약 저배기구(4J)가 없는 경우 막힌 이 경로의 퍼지가 어려워지고, 전술한 압력 스윙에 많은 횟수가 필요해질 것이다.
노즐 도입공(4K)은 그 컨덕턴스를 실질적인 0보다 큰 유의한 값으로 하면 노즐실(42) 내에 상하 방향이 온화한 흐름을 발생시킨다. 특히 노즐실(42)의 상단도 작게 개구되면 처리 영역(A)에서의 가스 분포에 대한 영향을 억제하면서 이 상하 방향의 흐름에 의해 노즐실(42)의 가스 치환성을 향상시킬 수 있다. 일반적으로는 노즐 도입공(4K)을 근소하게 상향으로 흐르도록 축 퍼지 가스의 유량이 설정되면 노구부로의 원료 가스의 침입 방지의 관점에서 바람직하다. 과대한 저배기구(4H나 4J)는 보다 많은 유량의 축 퍼지 가스를 요구한다. 공급실 배기구(4L)로부터 내관(4B)의 내측에 유입되는 경로는 간극(G)의 상하 방향으로부터의 흐름과 합류하고 중간 배기구(4G)로부터 배출된다.
원료 가스 이외의 가스를 공급하는 노즐(8)이라면 노즐 도입공(4K)의 컨덕턴스를 크게 하는 것은 용이하다. 예컨대 노즐(8)이 축 퍼지 가스와 같은 퍼지 가스(N2)를 공급하는 것이라면, 양쪽 퍼지 가스의 유량(압력)의 제어하기에 따라서 노즐 도입공(4K)에서 퍼지 가스를 상향으로도 하향으로도 흘릴 수 있다. 통상적으로 축 퍼지 가스의 유량은 소정 값을 밑돌지 않도록 설정되기 때문에 노즐(8)로부터의 퍼지 가스를 늘린 경우, 노즐실(42)로부터 넘친 퍼지 가스는 노즐 도입공(4K)으로부터 공급실 배기구(4L)에 들어가 중간 배기구(4G)나 저배기구(4J)를 지나서 배기 공간(S)에 유입되고, 거기서 체류 가스의 퍼지에 공헌할 수 있다.
본 실시 형태에서는 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 중간 배기구(4G), 공급실 배기구(4L) 및 오목(39a)을 설치한 것에 의해 내관(4B) 내에 흐른 퍼지 가스가 외관과 내관 사이의 배기 공간(S)에 적극적으로 흐르게 되고, 처리 영역(A)에 유입되는 퍼지 가스의 유량이 경감된다.
(b) 중간 배기구(4G), 공급실 배기구(4L) 및 오목(39a)을 중간 배기구와 같은 높이로 설치한 것에 의해, 급격한 압력 변동에 의해 노구부 하부에서의 막 균열이 권상되고 기판 상에 파티클이 떨어지는 경우에도, 파티클을 배기측에 인입할 수 있다.
또한 반응관(4)은 외관(4A)과 내관(4B)이 일체적으로 형성된 것에 한정되지 않고, 별개의 부재로서 형성되고, 각각 매니폴드(5)에 재치되어도 좋다. 그 경우, 외관(4A)과 내관(4B)의 개구단 부근에서 배기 공간과 노구부를 유통시키는 극간이 저배기구(4H, 4J)에 상당할 수 있다. 또는 외관(4A), 내관(4B)과 매니폴드(5)가 모두 석영으로 일체적으로 형성되어도 좋다.
또한 배기 공간(S)은 복수의 웨이퍼(7)에 대하여 개구된 주배기구와, 배기 출구(4D)를 유체 연통시키는 공간 또는 유로로서 구성되면 충분하며, 그것들을 가스 배출 기구라고 부른다. 가스 배출 기구는 처리실(6)과 유체 연통한다. 주배기구는 1개 또는 복수의 개구로서 구성될 수 있다.
마찬가지로 복수의 웨이퍼(7)의 각각의 측부를 향해서 천설된 1 내지 복수의 개구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하고, 각각의 웨이퍼에 가스의 흐름(이류)을 공급할 수 있는 공간 또는 유로를 가스 공급 기구라고 정의하고, 그것은 노즐실(42) 또는 노즐(8)을 포함한다.
전술한 실시 형태에서는 웨이퍼 상에 성막을 수행하는 예에 대해서 설명했다. 하지만 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 산화나 질화 등의 개질 처리, 확산 처리, 에칭 처리 등의 처리이어도 급격한 압력 변동에 의해 노구부 하부에서의 막 균열이 권상되고 기판 상에 파티클이 떨어지는 경우에는 유용하다.
또한 실시 형태에서는 반응관은 이중관 타입{내압 원통관[외관(4A)]+비내압 라이너 관[내관(4B)]+비내압 버퍼[노즐실(42)]}의 예에 대해서 설명했지만, 1중관 타입(내압 원통관+내압 버퍼)이어도 좋다.
1: 기판 처리 장치 2: 처리로
3: 히터 4: 반응관
4A: 외관 4B: 내관
4C: 플랜지부 4D: 배기 출구(Outlet)
4E: 주배기구 4F: 공급 슬릿
4G: 중간 배기구 4H, 4J: 저배기구
4K: 노즐 도입공 4L: 공급실 배기구
5: 매니폴드 6: 처리실
7: 웨이퍼 22: 단열 어셈블리
39: 원통부 39a: 오목

Claims (13)

  1. 복수의 웨이퍼를 소정의 축을 따라 소정의 간격으로 배열한 상태에서 보지(保持)하는 기판 보지구;
    상기 기판 보지구의 하방(下方)에 배치되는 단열 어셈블리;
    상기 기판 보지구 및 상기 단열 어셈블리를 수용하는 통 형상의 공간을 형성하는 처리실;
    상기 처리실 내의 상기 복수의 웨이퍼의 각각의 측부를 향해서 천설(穿設)된 1 내지 복수의 개구(開口)에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 공급 기구;
    상기 복수의 웨이퍼의 각각의 측을 향해서 천설된 1 내지 복수의 주배기구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 가스 배출 기구;
    상기 가스 배출 기구에 연통하여 상기 처리실 내의 분위기를 배출하는 배기 포트;
    상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 단열 어셈블리에 면하는 위치에서 상기 처리실 내와 상기 배기 포트를 연통시키는 중간 배기구; 및
    상기 처리실의 측벽에 설치되고, 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 처리실 내와 상기 가스 공급 기구를 연통시키는 공급실 배기구
    를 구비하고,
    상기 단열 어셈블리는 상기 중간 배기구에 대응하는 높이 위치에서 상기 중간 배기구에 대응하는 높이보다 상방(上方) 및 하방의 외경보다 작은 외경을 가지는 오목이 형성된 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구는 상기 처리실의 측면의 외측에 상기 축에 평행하게 형성되고 상기 복수의 웨이퍼의 각각에 대응하여 상기 처리실의 측면에 천설된 복수의 슬릿 개구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 복수의 공급실을 구비하고,
    상기 가스 배출 기구는 상기 처리실의 측면의 외측이자 상기 공급실과 다른 위치에 형성되고 상기 처리실의 측면에 천설된 주배기구에 의해 상기 처리실과 유체 연통하는 배기실을 구비하고,
    상기 배기 포트는 상기 배기실에 연통하여 상기 배기실 내의 분위기를 배출하고,
    상기 중간 배기구는 상기 처리실 내와 상기 배기실 내를 연통시키고,
    상기 공급실 배기구는 상기 처리실 내와 상기 공급실 내를 연통시키는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 공급실의 바닥의 개구로부터 각각 삽입되어 설치되고 상기 웨이퍼에 대하여 가스를 제공하는 튜브 형상의 인젝터; 및
    상기 인젝터의 각각을 상기 처리실 외에 설치된 대응하는 가스 공급원에 유체 연통시키는 공급관
    을 더 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단열 어셈블리의 하방에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부;
    상기 처리실, 상기 공급실 및 상기 배기실의 하단의 외주에 일체적으로 형성된 플랜지;
    하단에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구를 포함하고, 상기 플랜지를 지지하는 통 형상의 매니폴드;
    상기 매니폴드의 하단의 개구를 개폐 가능하도록 폐색(閉塞)하는 덮개; 및
    상기 웨이퍼를 상기 처리실의 외로부터 가열하는 히터
    를 구비하고,
    상기 단열 어셈블리는 상기 웨이퍼의 지름보다 크고 상기 처리실의 내경보다 작은 지름을 가지는 원통의 바디를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 어셈블리의 하방에 공급된 퍼지 가스가 상기 배기 포트에 배출되는 경로 중 상기 공급실의 바닥 개구, 상기 공급실, 상기 슬릿 개구, 상기 웨이퍼의 근방, 상기 주배기구, 상기 배기실 순으로 흐르는 제1 경로의 컨덕턴스가, 상기 단열 어셈블리의 주위, 상기 배기실 순으로 흐르는 제2 경로의 컨덕턴스보다 크게 되고,
    상기 공급실의 바닥 개구, 상기 공급실, 상기 공급실 배기구, 상기 오목의 주위, 상기 중간 배기구, 상기 배기실 순으로 흐르는 제3 경로의 컨덕턴스보다 작아지도록 구성된 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 공급실 배기구, 상기 웨이퍼의 중심, 상기 중간 배기구 및 상기 배기 포트는 일직선상에 배치되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 중간 배기구는 상기 배기 포트의 관축의 연장선상의 위치에서 개구되는 기판 처리 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 복수의 웨이퍼 내의 최하단의 웨이퍼와 같거나 혹은 그보다 높은 높이에 설치된 토출구로부터 가스를 공급하고, 상기 웨이퍼를 처리하는 동안이며 압력의 시간 변동이 가장 큰 타이밍에 상기 토출구로부터 상기 공급실 배기구를 향하는 하강류가 상기 공급실 내에 발생하는 유량으로 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 단열 어셈블리는, 바닥이 분리되도록 구성되고, 그 내부의 상기 오목보다 상방 및 하방에 상기 오목의 내경보다 작은 지름을 포함하는 복수의 단열판 또는 반사판을 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단열 어셈블리는 상기 오목보다 상방에 배치된 복수의 단열판 또는 반사판보다 위에 상기 웨이퍼를 가열하는 보조 히터를 구비하는 기판 처리 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 처리실은 수용 가능한 최대의 상기 웨이퍼의 지름의 104% 내지 108%의 내경의 통 형상으로 구성되고, 제1 노즐 내지 제3 노즐은 상기 처리실의 측부의 일부를 외측에 장출(張出)하여 형성된 공급 버퍼 내에 각각 격리된 상태에서 수용되는 기판 처리 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 공급실 및 상기 배기실은 상기 처리실과 분리 불능으로 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 따른 기판 처리 장치의 상기 처리실에 웨이퍼를 반입하는 공정; 및
    상기 웨이퍼를 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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