KR102626685B1 - 열처리 장치, 열처리 방법 및 성막 방법 - Google Patents

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다츠야 야마구치
가즈테루 오바라
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Abstract

본 발명은, 온도 제어성을 높일 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 따른 열처리 장치는, 기판을 수용하는 원통 형상의 내관과, 상기 내관의 외측을 덮는 외관과, 상기 외관의 주위에 설치된 히터와, 상기 내관 내에 길이 방향을 따라 연장되는 가스 공급관과, 상기 가스 공급관과 대향하는 상기 내관의 측벽에 형성된 개구부와, 상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부의 위치로부터 미리 정해진 각도 어긋난 위치에 설치된 온도 센서와, 상기 온도 센서의 검출치에 기초하여 상기 히터를 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

열처리 장치, 열처리 방법 및 성막 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS, HEAT TREATMENT METHOD, AND FILM FORMING METHOD}
본 개시는, 열처리 장치, 열처리 방법 및 성막 방법에 관한 것이다.
처리실 내에서, 기판 유지구에 복수의 기판을 다단으로 유지한 상태에서, 복수의 기판에 대하여 성막 처리 등을 행하는 것이 가능한 배치식의 기판 처리 장치가 알려져 있다. 이러한 기판 처리 장치로서, 처리실의 한 측에 수직으로 부설된 냉각 가스 공급관과 90도의 위상차를 가진 위치에 보호관을 부설하고, 보호관에 열전대의 열접점을 봉입하여, 처리실 내의 온도를 검출하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-186049호 공보
본 개시는, 온도 제어성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 열처리 장치는, 기판을 수용하는 원통 형상의 내관(內管)과, 상기 내관의 외측을 덮는 외관(外管)과, 상기 외관의 주위에 설치된 히터와, 상기 내관의 내벽 내에 길이 방향을 따라 연장되는 가스 공급관과, 상기 가스 공급관과 대향하는 상기 내관의 측벽에 형성된 개구부와, 상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부의 위치로부터 미리 정해진 각도 어긋난 위치에 설치된 온도 센서와, 상기 온도 센서의 검출치에 기초하여 상기 히터를 제어하는 제어부를 구비한다.
본 개시에 따르면, 온도 제어성을 높일 수 있다.
도 1은 열처리 장치의 구성예를 나타낸 단면도.
도 2는 내관에 형성된 개구부와 온도 센서의 위치 관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시형태의 성막 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 4는 실시예 1에서의 온도 센서의 검출 온도의 시간 변화를 나타낸 도면.
도 5는 비교예 1에서의 온도 센서의 검출 온도의 시간 변화를 나타낸 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시형태에 대해서 설명한다. 첨부한 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
(열처리 장치)
일 실시형태의 열처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 일 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 2는 내관에 형성된 개구부와 온도 센서의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열처리 장치(1)는, 처리 용기(10)를 갖는다. 처리 용기(10)는, 하단이 개방된 천정이 있는 원통 형상의 내관(12)과, 하단이 개방되어 내관(12)의 외측을 덮는 천정이 있는 원통 형상의 외관(14)을 갖는다. 내관(12) 및 외관(14)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있고, 동축형으로 배치되어 이중관 구조로 되어 있다. 내관(12) 내에는 웨이퍼 보트(16)가 수용된다. 웨이퍼 보트(16)는, 상하 방향을 따라 미리 정해진 간격을 가지며 복수의 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)를 대략 수평으로 유지하는 기판 유지구이다. 웨이퍼(W)는, 기판의 일례이다.
내관(12)의 천정부는, 예컨대 평탄하게 되어 있다. 내관(12)의 일측에는, 내관(12)의 길이 방향(상하 방향)을 따라 가스 공급관을 수용하는 노즐 수용부(18)가 형성되어 있다. 노즐 수용부(18)는, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 내관(12)의 측벽의 일부를 외측으로 향해 돌출시켜 형성된 볼록부(20) 내의 부분이다. 노즐 수용부(18)에 대향시켜 내관(12)의 반대측 측벽에는, 내관(12)의 길이 방향(상하 방향)을 따라 직사각 형상의 개구부(22)가 형성되어 있다.
개구부(22)는, 내관(12) 내의 가스를 배기할 수 있도록 형성된 가스 배기구이다. 개구부(22)의 길이는, 웨이퍼 보트(16)의 길이와 동일하거나 또는 웨이퍼 보트(16)의 길이보다 길게 상하 방향으로 각각 연장되도록 하여 형성되어 있다.
처리 용기(10)의 하단은, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성되는 원통 형상의 매니폴드(24)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(24)의 상단에는 플랜지부(24a)가 형성되어 있고, 플랜지부(24a) 상에 외관(14)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 플랜지부(24a)와 외관(14)과의 하단 사이에는 O링 등의 시일 부재(26)를 개재시켜 외관(14) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(24)의 상부의 내벽에는, 원환형의 지지부(24b)가 설치되어 있고, 지지부(24b) 상에 내관(12)의 하단을 설치하여 이것을 지지하도록 되어 있다. 매니폴드(24)의 하단의 개구부에는, 덮개체(30)가 O링 등의 시일 부재(32)를 통해 기밀하게 부착되어 있고, 처리 용기(10)의 하단 개구부, 즉, 매니폴드(24)의 개구부를 기밀하게 막도록 되어 있다. 덮개체(30)는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성된다.
덮개체(30)의 중앙부에는, 자성 유체 시일(34)을 통해 회전축(36)이 관통하게 하여 설치되어 있다. 회전축(36)의 하부는, 보트 엘리베이터를 포함하는 승강부(38)의 아암(38a)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(36)의 상단에는 회전 플레이트(40)가 설치되어 있고, 회전 플레이트(40) 상에 석영제의 보온대(42)를 통해 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 보트(16)가 배치되도록 되어 있다. 따라서, 승강부(38)를 승강시킴으로써 덮개체(30)와 웨이퍼 보트(16)는 일체로서 상하 이동하고, 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 대하여 삽탈(揷脫)할 수 있도록 되어 있다.
가스 공급부(50)는, 매니폴드(24)에 설치되어 있고, 내관(12) 내로 가스를 도입한다. 가스 공급부(50)는, 복수(도시한 예에서는 3개)의 석영제의 가스 공급관(52, 54, 56)을 갖고 있다. 각 가스 공급관(52, 54, 56)은, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 연장됨과 더불어, 그 기단이 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(24)를 관통하도록 하여 지지되어 있다.
가스 공급관(52, 54, 56)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내관(12)의 노즐 수용부(18) 내에 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 설치되어 있다. 각 가스 공급관(52, 54, 56)에는, 그 길이 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 가스 구멍(52a, 54a, 56a)이 형성되어 있다. 각 가스 구멍(52a, 54a, 56a)은, 수평 방향을 향해 각 가스를 토출한다. 미리 정해진 간격은, 예컨대 웨이퍼 보트(16)에 지지되는 웨이퍼(W)의 간격과 동일해지도록 설정된다. 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스 구멍(52a, 54a, 56a)이 상하 방향으로 인접한 웨이퍼(W) 사이의 중간에 위치하도록 설정되어 있고, 각 가스를 웨이퍼(W) 사이의 공간에 효율적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 가스의 종류로는, 성막 가스, 에칭 가스, 및 퍼지 가스가 이용되고, 각 가스를 유량 제어하면서 필요에 따라 각 가스 공급관(52, 54, 56)을 통해 공급할 수 있도록 되어 있다.
매니폴드(24)의 상부의 측벽으로서, 지지부(24b)의 상방에는, 가스 출구(60)가 형성되어 있고, 내관(12)과 외관(14) 사이의 공간을 통해 개구부(22)로부터 배출되는 내관(12) 내의 가스를 배기할 수 있도록 되어 있다. 가스 출구(60)는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)와 상이한 위치에 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 가스 출구(60)는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 반시계 방향으로 120도 어긋난 위치에 설치되어 있다. 가스 출구(60)에는, 배기부(62)가 설치된다. 배기부(62)는 가스 출구(60)에 접속된 배기 통로(64)를 갖고 있고, 배기 통로(64)에는 압력 조정 밸브(66) 및 진공 펌프(68)가 순차적으로 개설(介設)되어, 처리 용기(10) 내를 진공화할 수 있도록 되어 있다.
외관(14) 주위에는 외관(14)을 덮도록 원통 형상의 히터(70)가 설치되어 있다. 히터(70)는, 처리 용기(10) 내에 수용되는 웨이퍼(W)를 가열한다.
처리 용기(10) 내의 공간은, 상하 방향을 따라 복수의 단위 영역, 예컨대 5개의 단위 영역(Za, Zb, Zc, Zd, Ze)으로 분할되어 있다. 단위 영역 Za는, 상하 방향에서의 가장 상방에 위치하는 단위 영역이기 때문에 「TOP」이라고도 부른다. 또한, 단위 영역 Ze는, 상하 방향에서의 가장 하방에 위치하는 단위 영역이기 때문에 「BTM」이라고도 부른다. 또한, 단위 영역 Zb, Zc, Zd는, 상하 방향에서의 중간에 위치하는 단위 영역이기 때문에, 각각 「CTR1」, 「CTR2」, 「CTR3」라고도 부른다.
또한, 히터(70)에 대해서도, 상하 방향을 따라 단위 영역과 1:1로 대응하도록, 히터(70a, 70b, 70c, 70d, 70e)로 분할되어 있다. 히터(70a∼70e)는 각각 전력 제어기(72a∼72e)에 의해, 단위 영역(Za∼Ze)의 각각에 대응하여 독립적으로 출력이 제어된다.
또한, 처리 용기(10) 내의 공간에는, 단위 영역(Za∼Ze)의 각각에 대응하여, 온도를 검출하기 위한 온도 센서(80a∼80e)가 설치되어 있다. 온도 센서(80a∼80e)는, 상하 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위해 온도를 검출한다. 온도 센서(80a∼80e)는, 예컨대 석영제의 보호관(82) 내에 수용되어 내관(12)과 외관(14) 사이에 설치되어 있다. 온도 센서(80a∼80e) 및 상기 온도 센서(80a∼80e)를 수용하는 보호관(82)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋난 위치에 설치되어 있다. 이것에 의해, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 사각(死角)이 되기 때문에, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출되는 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 온도 센서(80a∼80e)로는, 예컨대 열전대를 이용, 측온 저항체을 이용할 수 있다.
온도 센서(80a∼80e)로부터의 검출 신호는, 신호선(84)을 통해 후술하는 제어부(100)에 입력된다. 검출 신호가 입력된 제어부(100)에서는, 전력 제어기(72a∼72e)의 설정치를 계산하고, 계산한 설정치를 전력 제어기(72a∼72e)의 각각에 출력한다. 예컨대, PID 제어에 의해 전력 제어기(72a∼72e)의 설정치를 계산함으로써, 제어부(100)는, 전력 제어기(72a∼72e)의 각각에 대한 출력, 즉 히터(70a∼70e)의 각각의 발열량을 제어한다.
열처리 장치(1)는, 열처리 장치(1)의 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터 등의 제어부(100)를 갖는다. 제어부(100)에는, 열처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 열처리 장치(1)의 각부에 처리를 실행시키기 위한 각종 프로그램이 저장된 기억부(102)가 접속되어 있다. 각종 프로그램은 기억 매체에 기억되고, 기억부(102)에 저장될 수 있다. 기억 매체는, 하드 디스크나 반도체 메모리여도 좋고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성(可搬性)의 것이어도 좋다. 또한, 유선 또는 무선 등의 통신 수단에 의해, 다른 장치나 호스트 컴퓨터로부터 기억부(102)로 적절하게 전송되도록 하여도 좋다.
또한, 제어부(100)는, 열처리 장치(1)와는 별도로 설치된 제어 장치여도 좋다. 또한, 기억부(102)는, 열처리 장치(1)와는 별도로 설치된 기억 장치여도 좋다.
그런데, 온도 센서(80a∼80e)가 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)와 동일한 위치(θ=0도)에 설치되어 있는 경우, 온도 센서(80a∼80e)는 가스 공급관(52, 54, 56)에 대하여 사각이 되지 않는다. 그리고, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출되는 가스는 처리 용기(10) 내의 온도에 비하여 저온이기 때문에, 토출된 가스의 영향을 받아 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하된다. 그 때문에, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도의 저하분을 미리 설정된 목표 온도에 근접할 수 있도록 히터(70a∼70e)의 발열량이 제어되기 때문에, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도의 저하분 이상으로 쓸데없이 가열되어 버려, 오버슈트 현상이 발생한다. 그 결과, 처리 용기(10) 내의 온도의 안정화에 요하는 시간이 길어진다.
또한, 처리 용기(10)의 상하 방향에서의 하방의 단위 영역(Ze)에 공급되는 가스는 상방의 단위 영역(Za)에 공급되는 가스보다 저온이다. 그 때문에, 단위 영역(Ze)에 대응하여 설치된 온도 센서(80e)는, 단위 영역(Za)에 대응하여 설치된 온도 센서(80a)보다 가스의 영향이 커진다. 특히, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 대유량(예컨대, 10 slm 이상)의 가스를 토출하는 경우, 토출된 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 영향이 커진다. 그 결과, 처리 용기(10)의 상하 방향에서의 온도 제어성에 편차가 생긴다.
그래서, 일 실시형태의 열처리 장치(1)에서는, 온도 센서(80a∼80e)를 수용하는 보호관(82)을, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋난 위치에 설치되어 있다. 이것에 의해, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 사각이 되기 때문에, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출되는 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 일 실시형태의 열처리 장치(1)에서는, 외란(外亂)을 억제할 수 있기 때문에, 온도 제어성을 높일 수 있다. 그 결과, 동일한 열처리 장치(1)에 의한 성막 처리의 반복 재현성이 향상되고, 또한, 복수의 열처리 장치(1) 사이의 기차(機差)를 저감할 수 있다.
또한, 온도 센서(80a∼80e)는, 내관(12)의 둘레 방향에서 가스 출구(60)로부터 먼 측, 바꿔 말하면, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 시계 방향으로 미리 정해진 각도(θ)만큼 어긋난 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출된 가스의 대부분은, 개구부(22)를 통과한 후, 내관(12)과 외관(14) 사이의 공간에서의 내관(12)의 둘레 방향에서 가스 출구(60)로부터 가까운 측을 통과하여 가스 출구(60)로 배출된다. 한편, 내관(12)과 외관(14) 사이의 공간에서의 내관(12)의 둘레 방향에서 가스 출구(60)로부터 먼 측을 통과하여 가스 출구(60)로 배출되는 가스의 양은, 내관(12)의 둘레 방향에서 가스 출구(60)로부터 가까운 측을 통과하여 가스 출구(60)로 배출되는 가스의 양보다 적다. 그 때문에, 내관(12)의 둘레 방향에서 가스 출구(60)로부터 먼 측에 온도 센서(80a∼80e)를 설치함으로써, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출되는 가스의 영향을 특별히 억제할 수 있다.
또한, 미리 정해진 각도(θ)는, 0도보다 크고 90도 이하인 것이 바람직하다. 미리 정해진 각도(θ)가 90도보다 큰 경우, 보호관(82)의 위치가, 가스 공급관(52, 54, 56)이 설치되어 있는 위치에 근접하기 때문에, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 가스 공급관(52, 54, 56) 내를 흐르는 가스에 의한 영향을 받는 경우가 있다. 이것에 대하여, 미리 정해진 각도(θ)가 0도보다 크고 90도 이하인 경우, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(52, 54, 56)의 내부를 흐르는 가스에 의한 영향을 억제할 수 있다.
(성막 방법)
일 실시형태의 성막 방법에 대해서, 전술한 열처리 장치(1)를 이용하여 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의해, 박막을 성막하는 경우를 예를 들어 설명한다. 일 실시형태의 성막 방법에 의해 성막 가능한 박막으로는, 예컨대 SiO2, ZrO2, HfO2, TiO2, Al2O3 등의 산화막, SiN, HfN, TiN, AlN의 질화막, ZrAlO, HfAlO, HfSiON 등의 상기 화합물을 조합한 복합막을 들 수 있다.
이하에서는, 원료 가스로서 실리콘 함유 가스 및 질화 가스를 이용하여, 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화막(SiN)을 형성하는 경우를 설명한다. 도 3은 일 실시형태의 성막 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
우선, 승강부(38)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(30)에 의해 처리 용기(10)의 하단의 개구부를 기밀하게 막아 밀폐한다(반입 공정 S10). 반입 공정 S10에서는, 처리 용기(10)의 하단의 개구부가 개방됨으로써, 처리 용기(10) 내의 온도가 저하된다. 그래서, 제어부(100)는, 저하된 처리 용기(10) 내의 온도가 미리 레시피 등에 의해 정해진 설정 온도(예컨대, 300∼700℃)로 유지되도록, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여, 히터(70a∼70e)의 출력을 제어한다.
계속해서, 히터(70)에 의해 처리 용기(10) 내의 웨이퍼(W)를 가열하여 온도를 안정화시킨다(온도 안정화 공정 S20). 온도 안정화 공정 S20에서는, 예컨대 웨이퍼 보트(16)를 회전시켜도 좋고, 배기부(62)에 의한 처리 용기(10) 내의 진공화를 행하여도 좋다. 온도 안정화 공정 S20에서는, 제어부(100)는, 처리 용기(10) 내의 온도가, 미리 레시피 등에 의해 정해진 설정 온도(예컨대, 300∼700℃)로 유지되도록, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여, 히터(70a∼70e)의 출력을 제어한다. 상기 설정 온도는, 온도 안정화 공정 S20로부터 후술하는 성막 공정 S30으로 이행할 때의 온도 변동이 작아진다고 하는 관점에서, 성막 공정 S30의 설정 온도와 동일한 것이 바람직하다.
계속해서, ALD법에 의해, 처리 용기(10) 내에 수용된 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화막을 형성한다(성막 공정 S30). 일 실시형태에서는, 가스 공급관(52)으로부터의 실리콘 함유 가스, 가스 공급관(56)으로부터의 불활성 가스, 가스 공급관(54)으로부터의 질화 가스 및 가스 공급관(56)으로부터의 불활성 가스를 이 순서로 간헐적으로 공급한다. 이것에 의해, 처음의 실리콘 함유 가스를 공급하는 단계에서 웨이퍼(W) 상에 실리콘 함유 가스가 흡착되고(흡착 단계), 다음 불활성 가스를 공급하는 단계에서 여분의 실리콘 함유 가스가 퍼지된다(제1 퍼지 단계). 그리고, 다음 질화 가스를 공급하는 단계에서 공급된 질화 가스를 실리콘 함유 가스와 반응시키고(질화 단계), 다음 불활성 가스를 공급하는 단계에 의해 여분의 질화 가스가 퍼지되며(제2 퍼지 단계), 거의 단분자층인 얇은 단위막이 형성된다. 이 일련의 사이클을 미리 정해진 횟수 행하여, 원하는 막두께의 실리콘 질화막을 형성한다. 성막 공정 S30에서는, 제어부(100)는, 처리 용기(10) 내의 온도가 미리 레시피 등에 의해 정해진 설정 온도(예컨대, 300∼700℃)로 유지되도록, 온도 센서(80a∼80e)의 검출치에 기초하여, 히터(70a∼70e)의 출력을 제어한다.
또한, 성막 공정 S30의 처리 조건의 일례는 이하이다.
흡착 단계: 실리콘 함유 가스(1∼30 slm), 시간(10∼120초)
제1 퍼지 단계: 불활성 가스(10∼50 slm), 시간(10∼60초)
질화 단계: 질화가스(15∼25 slm), 시간(60∼180초)
제2 퍼지 단계: 불활성 가스(10∼50 slm), 시간(10∼60초)
단, 성막 공정 S30은, 흡착 단계와 제1 퍼지 단계 사이에, 배기부(62)에 의해 처리 용기(10) 내를 예컨대 진공 펌프(68)의 완전 진공 상태까지 진공화하는 진공화 단계를 갖고 있어도 좋다. 또한, 성막 공정 S30은, 질화 단계와 제2 퍼지 단계 사이에, 배기부(62)에 의해 처리 용기(10) 내를 예컨대 진공 펌프(68)의 완전 진공 상태까지 진공화하는 진공화 단계를 갖고 있어도 좋다.
이상으로 설명한 일 실시형태의 성막 방법에서는, 반입 공정 S10, 온도 안정화 공정 S20 및 성막 공정 S30에서, 제어부(100)는, 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여, 히터(70a∼70e)의 출력을 제어한다.
반입 공정 S10에서는, 처리 용기(10) 내에 파티클 등이 들어가는 것을 억제하기 위해, 가스 공급관(56)으로부터 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스를 공급하여 처리 용기(10) 내를 양압으로 한 상태에서, 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하는 경우가 있다. 이때, 온도 센서는, 가스 공급관(56)으로부터 토출되는 퍼지 가스의 영향을 받을 수 있다. 그래서, 일 실시형태의 열처리 장치(1)에서는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋난 위치에 온도 센서(80a∼80e)를 설치하고 있다. 이것에 의해, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(56)으로부터 사각이 되기 때문에, 가스 공급관(56)으로부터 토출되는 퍼지 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 제어부(100)는, 퍼지 가스에 의한 영향이 억제된 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여 히터(70a∼70e)의 출력을 제어할 수 있다. 그 결과, 반입 공정 S10에서의 온도 제어성을 높일 수 있다. 또한, 반입 공정 S10에서는, 가스 공급관(56) 이외에, 가스 공급관(52, 54)으로부터 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스를 공급하는 경우도 있다.
온도 안정화 공정 S20에서는, 열전도를 촉진하여 온도 안정화에 요하는 시간을 단축하기 위해, 가스 공급관(56)으로부터 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스를 공급하면서, 웨이퍼(W)의 온도를 안정화시키는 경우가 있다. 이때, 온도 센서는, 가스 공급관(56)으로부터 토출되는 퍼지 가스의 영향을 받을 수 있다. 그래서, 일 실시형태의 열처리 장치(1)에서는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋난 위치에 온도 센서(80a∼80e)를 설치하고 있다. 이것에 의해, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(56)으로부터 사각이 되기 때문에, 가스 공급관(56)으로부터 토출되는 퍼지 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 제어부(100)는, 퍼지 가스에 의한 영향이 억제된 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여 히터(70a∼70e)의 출력을 제어할 수 있다. 그 결과, 온도 안정화 공정 S20에서의 온도 제어성을 높일 수 있다.
성막 공정 S30에서는, 단시간에 처리 용기(10) 내에 대유량의 가스를 공급한다. 그 때문에, 온도 센서는, 대유량으로 공급되는 가스의 영향을 받을 수 있다. 그래서, 일 실시형태의 열처리 장치(1)에서는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋난 위치에 온도 센서(80a∼80e)를 설치하고 있다. 이것에 의해, 온도 센서(80a∼80e)가 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 사각이 되기 때문에, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 각각 토출되는 실리콘 함유 가스, 질화 가스 및 퍼지 가스에 의해 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 제어부(100)는, 가스에 의한 영향이 억제된 온도 센서(80a∼80e)의 검출 온도에 기초하여 히터(70a∼70e)의 출력을 제어할 수 있다. 그 결과, 성막 공정 S30에서의 온도 제어성을 높일 수 있다.
(실시예)
일 실시형태의 성막 방법을 실시하여, 온도 센서의 검출 온도의 안정성을 평가한 실시예에 대해서 설명한다.
실시예 1에서는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치로부터 30도 어긋난 위치에 온도 센서(80a∼80e)가 설치된 열처리 장치(1)를 이용하여, 전술한 반입 공정 S10, 온도 안정화 공정 S20 및 성막 공정 S30을 실시하였다. 그리고, 각 공정에서, 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화를 평가하였다. 또한, 실시예 1에서는, 흡착 단계에서 이용하는 실리콘 함유 가스 및 질화 단계에서 이용하는 질화 가스 대신에 N2 가스를 사용하였다. 실시예 1에서의 성막 공정 S30의 처리 조건은 이하이다.
흡착 단계: N2 가스(1∼30 slm)
제1 퍼지 단계: N2 가스(10∼50 slm)
질화 단계: N2 가스(15∼25 slm)
제2 퍼지 단계: N2 가스(10∼50 slm)
또한, 실시예 1의 비교를 위해 이하의 비교예 1을 실시하였다. 비교예 1에서는, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)의 위치에 온도 센서(80a∼80e)가 설치된 열처리 장치를 이용하여, 실시예 1과 동일한 조건으로, 반입 공정 S10, 온도 안정화 공정 S20 및 성막 공정 S30을 실시하였다. 그리고, 각 공정에서, 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화를 평가하였다.
도 4는, 실시예 1에서의 온도 센서의 검출 온도의 시간 변화를 나타낸 도면이다. 도 4의 (a)는, 처리 용기(10) 내에 공급된 가스의 유량의 시간 변화(굵은 실선)와, 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화(가는 실선, 파선 및 일점 쇄선)를 나타낸다. 도 4의 (b)는, 처리 용기(10) 내의 압력의 시간 변화(굵은 실선)와, 도 4의 (a)에서의 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화의 확대도(가는 실선, 파선 및 일점 쇄선)를 나타낸다. 도 4의 (a) 중, 횡축은 시간[분]을 나타내고, 제1 종축은 온도[℃]를 나타내며, 제2 종축은 가스 유량[slm]을 나타낸다. 도 4의 (b) 중, 횡축은 시간[분]을 나타내고, 제1 종축은 온도[℃]를 나타내며, 제2 종축은 압력[Torr]을 나타낸다.
도 5는, 비교예 1에서의 온도 센서의 검출 온도의 시간 변화를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)는, 처리 용기(10) 내에 공급된 가스의 유량의 시간 변화(굵은 실선)와, 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화(가는 실선, 파선 및 일점 쇄선)를 나타낸다. 도 5의 (b)는, 처리 용기(10) 내의 압력의 시간 변화(굵은 실선)와, 도 5의 (a)에서의 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 시간 변화의 확대도(가는 실선, 파선 및 일점 쇄선)를 나타낸다. 도 5의 (a) 중, 횡축은 시간[분]을 나타내고, 제1 종축은 온도[℃]를 나타내며, 제2 종축은 가스 유량[slm]을 나타낸다. 도 5의 (b) 중, 횡축은 시간[분]을 나타내고, 제1 종축은 온도[℃]를 나타내며, 제2 종축은 압력[Torr]을 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시된 결과를 비교하면, 반입 공정 S10 및 온도 안정화 공정 S20에서, 실시예 1에서는, 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도의 혼란이 비교예 1에 비하여 작은 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에서는, 반입 공정 S10 및 온도 안정화 공정 S20에서 가스 공급관(56)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급되는 N2 가스의 영향을 받아 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도가 크게 저하되고 있다고 생각된다. 이것에 대하여, 실시예 1에서는, 반입 공정 S10 및 온도 안정화 공정 S20에서 가스 공급관(56)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급되는 N2 가스에 의한 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도에 대한 영향이 작다고 생각된다. 또한, 실시예 1에서는, 온도 센서(80e)의 검출 온도의 혼란이 비교예 1에 비하여 특히 작은 것을 알 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 성막 공정 S30에서, 비교예 1에서는 온도 센서(80e)의 검출 온도에 혼란이 생기고 있지만, 실시예 1에서는 어느 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도에도 혼란이 거의 발생하고 있지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에서는, 성막 공정 S30에서 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급되는 N2 가스의 영향을 받아 온도 센서(80e)의 검출 온도가 저하되고 있다고 생각된다. 이것에 대하여, 실시예 1에서는, 성막 공정 S30에서 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급되는 N2 가스에 의한 온도 센서(80a, 80c, 80e)의 검출 온도에 대한 영향이 작다고 생각된다.
이상으로 설명한 실시예에 따르면, 내관(12)의 둘레 방향에서 개구부(22)로부터 미리 정해진 각도(θ) 어긋나게 한 위치에 온도 센서(80a, 80c, 80e)를 설치함으로써, 가스 공급관(52, 54, 56)으로부터 토출되는 가스의 영향을 억제할 수 있는 것이 밝혀졌다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 취지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (10)

  1. 기판을 수용하는 원통 형상의 내관(內管)과,
    상기 내관의 외측을 덮는 외관(外管)과,
    상기 외관의 주위에 설치된 히터와,
    상기 내관 내에 길이 방향을 따라 연장되는 가스 공급관과,
    상기 가스 공급관과 대향하는 상기 내관의 측벽에 형성되고, 상기 내관 내의 가스를 배출하는 개구부와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부의 위치로부터 미리 정해진 각도 어긋난 위치에 설치된 온도 센서와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 다른 위치에 설치되고, 상기 개구부에 의해 배출되는 상기 가스를 배기하는 가스 출구와,
    상기 온도 센서의 검출치에 기초하여 상기 히터를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 온도 센서는, 상기 내관과 상기 외관의 사이에 설치되고, 또한 상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 상기 가스 출구 사이의 거리가 긴 측에 설치되는 것인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 각도는, 0도보다 크고 90도 이하인 것인 열처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 공급관에는, 길이 방향을 따라 복수의 가스 구멍이 형성되는 것인 열처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내관 내에는, 복수의 기판이 상하 방향을 따라 미리 정해진 간격을 갖고 대략 수평으로 수용되는 것인 열처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 센서는, 상기 내관의 길이 방향을 따라 배치된 복수의 측온부를 갖는 것인 열처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 센서는, 열전대 또는 측온 저항체인 것인 열처리 장치.
  7. 기판을 수용하는 원통 형상의 내관과,
    상기 내관의 외측을 덮는 외관과,
    상기 외관의 주위에 설치된 히터와,
    상기 내관 내에 길이 방향을 따라 연장되는 가스 공급관과,
    상기 가스 공급관과 대향하는 상기 내관의 측벽에 형성되고, 상기 내관 내의 가스를 배출하는 개구부와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부의 위치로부터 미리 정해진 각도 어긋난 위치에 설치된 온도 센서와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 다른 위치에 설치되고, 상기 개구부에 의해 배출되는 상기 가스를 배기하는 가스 출구
    를 포함하는 열처리 장치에 의해 상기 기판을 열처리하는 열처리 방법으로서,
    상기 온도 센서는, 상기 내관과 상기 외관의 사이에 설치되고, 또한 상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 상기 가스 출구 사이의 거리가 긴 측에 설치되고,
    상기 열처리 시에, 상기 온도 센서의 검출치에 기초하여 상기 히터를 제어하는 것인 열처리 방법.
  8. 기판을 수용하는 원통 형상의 내관과,
    상기 내관의 외측을 덮는 외관과,
    상기 외관의 주위에 설치된 히터와,
    상기 내관의 내벽에 길이 방향을 따라 연장되는 복수의 가스 공급관과,
    상기 복수의 가스 공급관과 대향하는 상기 내관의 측벽에 형성되고, 상기 내관 내의 가스를 배출하는 개구부와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부의 위치로부터 미리 정해진 각도 어긋난 위치에 설치된 온도 센서와,
    상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 다른 위치에 설치되고, 상기 개구부에 의해 배출되는 상기 가스를 배기하는 가스 출구
    를 포함하는 열처리 장치에 의해 상기 기판에 막을 퇴적시키는 성막 방법으로서,
    상기 온도 센서는, 상기 내관과 상기 외관의 사이에 설치되고, 또한 상기 내관의 둘레 방향에서 상기 개구부와 상기 가스 출구 사이의 거리가 긴 측에 설치되고,
    상기 온도 센서의 검출치에 기초하여 상기 히터를 제어하면서, 상기 기판에 상기 복수의 가스 공급관으로부터 복수의 원료 가스를 교대로 공급함으로써, 상기 기판 상에 막을 퇴적시키는 것인 성막 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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