KR20050033841A - 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 처리 용기에 접속된 프로세스 가스의 배관 내에 미량인 퍼지 가스를 흐르게 하는 방법에 있어서, 각 퍼지 가스의 유량을 고정밀도로 제어할 수 있는 동시에, 배관 내의 가스 치환을 신속하게 행할 수 있는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 것이다.
각 도입관(13 내지 16)에 있어서의 처리 용기(1)의 직전에 차단 밸브(V1 내지 V4)를 설치하고, 이러한 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에 소닉 노즐 등이라 불리우고 있는 오리피스(53)가 설치되어 있는 퍼지 가스 분류로(51)를 접속하고, 오리피스의 1차측의 압력치가 2차측의 압력치보다도 2배 이상이 되도록 제어하고, 각 도입관에 퍼지 가스를 동일한 유량으로 항상 공급하는 동시에, 퍼지 가스의 총 유량은 퍼지 가스 분류로(51)의 기단부측의 본류로(50)에 설치한 질량 유량 제어기(52)에 의해 제어한다.
Description
처리 용기 내에 프로세스 가스를 도입하여 반도체 장치를 제조하기 위한 기판에 대해 소정의 처리, 예를 들어 열처리나 에칭 등을 행하는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스 중에는 처리 용기에 다수의 가스 라인을 접속하고, 이들 가스 라인을 절환하여 처리 용기 내에 있어서 연속적인 처리, 예를 들어 기판에 대한 연속 성막 처리나 처리 용기 내의 클리닝 처리를 행하는 경우가 있다. 이 경우, 처리 용기 내에 있어서 행해지는 처리에 사용되지 않는 대기 라인에, 처리에 사용되고 있는 프로세스 가스가 돌아 들어가면 생성물이 대기 라인에 부착되어 파티클 오염의 원인이 되거나 혹은 배관을 부식할 우려가 있다. 이로 인해, 프로세스 가스의 배관(대기 라인) 내에 퍼지 가스를 흐르게 하여 처리 용기로부터 배관 내로 반응 가스가 돌아 들어가지 않도록 하는 것이 중요하다. 이러한 방법으로서는 특허 문헌 1의 방법이 알려져 있다.
이 방법은, 복수의 프로세스 가스를 각각 프로세스 가스 도입관을 통해 처리 용기 내로 유입시켜 기판 표면에 성막할 때에, 사용하지 않는 프로세스 가스 도입관에 상기 프로세스 가스 도입관의 도중에 접속되어 있는 배관으로부터 퍼지 가스를 항상 유입시킴으로써, 처리 용기 내에 공급되어 있는 프로세스 가스가 사용하지 않는 상태의 프로세스 가스 도입관에 확산하는 것을 방지하고 있다. 그런데, 대기 라인으로부터 불활성 가스를 흐르게 하는 경우, 이 불활성 가스가 처리 용기 내의 프로세스 가스를 희석해 버리기 때문에, 프로세스를 실시할 때의 프로세스 가스의 희석률을 소정치로 제어하기 위해서는, 대기 라인의 수에 관계없이 퍼지 가스의 총 유량을 항상 일정치로 제어하는 것이 바람직하다. 또는 각 대기 라인에 퍼지 가스가 소정량 이상 흐르고 있는 것을 보증할 필요가 있다. 이 요청에 관해서는 특허 문헌 1에는 기재되어 있지 않다.
그래서 발명자는 이 과제를 해결하기 위해 도6 내지 도9에 도시하는 배관계를 제안하고 있다.
우선, 도6의 배관계는 종형 열처리 장치의 처리 용기(100)와 프로세스 가스(A, B, C)의 각 가스 라인(101, 102, 103)과, 퍼지 가스 라인(104)으로 구성되어 있다. 퍼지 가스 라인(104)은 각 프로세스 가스 라인(101, 102, 103)으로도 분기되어 있고, 사용되지 않는 프로세스 가스 라인 내에 퍼지 가스를 공급하도록 되어 있다. 또한, 각 가스 라인(101, 102, 103, 104)에는 각각 가스 공급원(201 내지 204)으로부터 공급되는 각 가스의 유량을 제어하는 질량 유량 제어기(105)가 설치되어 있다. V0는 밸브, V1 내지 V4는 차단 밸브, V는 밸브이다. 또, 도시의 편의상, 질량 유량 제어기(105)의 상류측의 밸브는 공통의 부호「V」를 할당하는 것으로 한다.
그리고 예를 들어 프로세스 가스(A)와, 프로세스 가스(B)를 이용하여 처리 용기 내에 있어서 소정의 처리 예를 들어 성막 처리를 실시하는 경우에는, 사용하지 않는 프로세스 가스(C)의 라인(103)에 퍼지 가스 라인(104)으로부터 퍼지 가스인 질소 가스를 미량으로 공급하는 동시에, 퍼지 가스 라인(104)에도 미량으로 질소 가스를 흐르게 해 두고, 이러한 퍼지 가스의 총 유량이 소정치가 되도록 제어한다.
이 경우, 퍼지 가스의 유량 제어는 각 가스 라인(101 내지 104)에 설치되어 있는 질량 유량 제어기(105)에 의해 행하는 것이 되지만, 각 가스 라인(101 내지 104)에 설치된 질량 유량 제어기(105)의 용량은 퍼지 가스의 미량 제어를 행하기 위해서는 지나치게 크다. 프로세스 가스용의 질량 유량 제어기(105)이면, 예를 들어 5 리터/분의 용량의 것이 이용되고, 불활성 가스용의 질량 유량 제어기이면 50 리터/분의 용량의 것이 이용된다. 따라서 이러한 질량 유량 제어기(105)에 의해 50 cc/분 정도의 미소 유량을 제어하고자 하면, 질량 유량 제어기는 최대 유량의 1 내지 2 ％ 정도의 범위로부터 제어하게 되므로, 교정한 유량 범위에서 떨어져 버려 정확한 유량 제어를 할 수 없다. 이로 인해, 퍼지 가스의 총 유량 제어의 정밀도가 낮게 되므로 프로세스 가스의 희석률이 변화되어 프로세스가 불안정하게 될 우려가 있다.
또한, 도7의 배관계는 퍼지 가스 라인(104)으로부터 분기하여 각 프로세스 가스 라인(101 내지 103)에 퍼지 가스를 공급하기 위한 분기 라인(107)에 각각 퍼지 가스의 미유량 조정용의 예를 들어 용량이 50 cc/분의 질량 유량 제어기(106)를 개재 설치하는 동시에, 퍼지 가스 라인(104)에 대해서도 병렬 유로(108)를 접속하고, 이 병렬 유로(108)에 마찬가지로 용량이 작은 질량 유량 제어기(106)를 설치하는 구성으로 하고 있다. 이 경우 퍼지 가스는, 사용되지 않는 프로세스 가스 라인에 상기 질량 유량 제어기(106)에 의해 유량 제어되면서 공급되어 미량 퍼지가 행해진다. 그러나 이러한 구성으로서는 퍼지 가스의 총 유량을 복수의 질량 유량 제어기(106)에 의해 분담하고 있기 때문에, 각 질량 유량 제어기의 유량 제어의 오차가 겹쳐 퍼지 가스의 총 유량의 제어 정밀도가 악화될 경우가 있다는 문제가 있는 동시에, 퍼지 가스 라인마다 질량 유량 제어기(106)를 설치하게 되어 있기 때문에, 비용이 높아진다는 문제도 있다.
또한, 도7의 배관계에 있어서는 프로세스 가스 라인을 절환하여 연속 프로세스를 행하는 경우, 예를 들어 제1 성막 처리에 연속하여 제2 성막 처리를 행하는 경우, 혹은 단일 원자층 혹은 단일 분자층을 프로세스 가스의 절환에 의해 차례로 적층하여 성막하는 경우, 또는 처리 용기 내를 클리닝 처리한 후(본 명세서에서는 클리닝도 프로세스로서 취급하는 것으로 함), 성막 처리를 행하는 경우 등에 있어서 프로세스 가스 라인 내의 잔류 가스의 치환에 긴 시간이 필요하다는 과제도 있다.
이 점에 있어서는, 도8 및 도9를 참조하면서 설명하면 도8은 어떤 프로세스를 행하기 위해, 가스 라인(101, 102)에 각각 프로세스 가스(A), 프로세스 가스(B)를 통류하고, 다른 가스 라인(103, 104)에 퍼지 가스를 미량 흐르게 하고 있는 상태를 나타내고 있다. 지금 이 상태로부터 다음 프로세스로 이행하기 위해 도9에 도시한 바와 같이 가스 라인(101, 102)에 흐르는 가스를 밸브(V)의 절환에 의해 프로세스 가스(A, B)로부터 미량의 퍼지 가스로 절환하는 동시에, 가스 라인(103)에 흐르는 가스를 미량의 퍼지 가스로부터 프로세스 가스(C)로 절환하는 경우, 가스 라인(101, 102)에 잔존하고 있는 프로세스 가스가 처리 용기(100) 내에 확산하여 프로세스에 악영향을 미치는 것을 피하기 위해, 가스 라인(101, 102) 내의 잔존 가스를 미리 퍼지 가스에 의해 치환해야 할 필요가 있다. 여기서 가스 라인(101, 102)은 각각 프로세스 가스(A, B)를 흐르게 하지 않는 타이밍에 있어서도, 미량으로 퍼지 가스를 통류시키므로 차단 밸브(V1, V2)가 개방되어 있기 때문에, 처리 용기(100)로부터 떨어진 위치에 있는 가스 박스 내의 밸브(V)로부터 처리 용기(100)까지의 배관 내에 잔존하고 있는 프로세스 가스를 치환해야 한다. 이로 인해 가스 라인(101, 102) 내의 가스를 치환하는 데 긴 시간이 걸려 덕트 타임에 악영향을 미친다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평4-24921호 공보
본 발명은 상술한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 처리 용기에 접속된 프로세스 가스의 배관(프로세스 가스 도입관) 내에 미량인 퍼지 가스를 흐르게 하는 방법에 있어서, 각 퍼지 가스의 유량을 고정밀도로 제어할 수 있는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 데 있다. 또한 다른 목적으로서는, 배관 내의 가스 치환을 신속하게 행할 수 있는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 데 있다.
복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리가 실시되는 반도체 제조 장치에 있어서,
각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와, 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 본류로(本流路)와,
이 본류로로부터 분기되고, 각각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 차단 밸브와 처리 용기 사이에 접속된 복수의 퍼지 가스 분류로(分流路)와,
이 퍼지 가스 분류로의 각각에 설치되고, 그 2차측의 압력에 대한 1차측의 압력 비율이 소정치 이상일 때에, 1차측의 압력에 의해 통과 유량이 결정되는 오리피스와 상기 퍼지 가스 본류로에 설치되고, 각 퍼지 가스 분류로의 총 유량을 제어하는 유량 제어부를 구비하고,
상기 비율이 소정치 이상이 되도록 압력이 조정되어 있는 것을 특징으로 한다. 또 유량 제어부는 질량 유량 제어기에 의해 구성되도록 해도 좋고, 이와 같이 하면 퍼지 가스의 총 유량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한 유량 제어부는 유량 검출부와, 이 유량 검출부의 유량 검출치를 기초로 하여 상기 오리피스의 1차측의 압력을 제어하는 압력 조정부를 구비하도록 해도 좋고, 이와 같이 하면 유량 검출부에 의해 오리피스를 통과하는 퍼지 가스의 유량을 검출하고, 이 검출치를 기초로 하여 1차측의 압력을 항상 제어하여 소정치 이상으로 할 수 있다. 또한 상기 오리피스의 1차측의 압력은 예를 들어 2차측의 압력의 2배 이상으로 조정된다. 이와 같이 하면, 오리피스를 퍼지 가스가 음속으로 통과할 수 있게 되고, 이에 의해 퍼지 가스 본류로를 흐르는 퍼지 가스가, 각 퍼지 가스 분류로로 등분되어 흐르게 된다.
또한, 다른 발명에서는 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리가 실시되는 반도체 제조 장치에 있어서,
각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와,
퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 본류로와,
이 본류로로부터 분기되고, 각각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 차단 밸브와 처리 용기 사이에 접속된 복수의 퍼지 가스 분류로와,
이 퍼지 가스 분류로의 각각에 설치된 유량 제어부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 또 다른 발명에서는 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리를 실시하는 반도체 제조 방법에 있어서,
퍼지 가스 본류로에 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스 본류로를 흐르는 퍼지 가스의 유량을 제어하는 공정과,
이 퍼지 가스를 퍼지 가스 본류로로부터 복수의 퍼지 가스 분류로로 분류하는 공정과,
각 퍼지 가스 분류로에 설치되는 동시에, 그 2차측의 압력에 대한 1차측의 압력 비율이 소정치 이상일 때에, 1차측의 압력에 의해 유량이 결정되는 오리피스에, 상기 공정에서 분류된 퍼지 가스를 통류시키는 공정과,
각 오리피스를 통류한 퍼지 가스를, 각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와 처리 용기의 사이에 각각 공급하는 공정과,
상기 비율이 소정치 이상이 되도록 압력을 조정하는 공정과,
적어도 하나의 프로세스 가스 도입관에 대해 차단 밸브를 폐쇄하고, 이 차단 밸브의 하류측에 남아 있는 프로세스 가스를 오리피스로부터 유출한 퍼지 가스에 의해 치환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 또 다른 발명에서는 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리를 실시하는 반도체 제조 방법에 있어서,
퍼지 가스 본류로에 퍼지 가스를 공급하는 공정과,
이 퍼지 가스를 퍼지 가스 본류로로부터 복수의 퍼지 가스 분류로로 분류하는 공정과,
각 퍼지 가스 분류로에 설치된 유량 제어부에 의해, 상기 공정에서 분류된 퍼지 가스의 유량을 제어하는 공정과,
각 퍼지 가스 분류로를 통류한 퍼지 가스를, 각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와 처리 용기 사이에 각각 공급하는 공정과,
적어도 하나의 프로세스 가스 도입관에 대해 차단 밸브를 폐쇄하고, 이 차단 밸브의 하류측에 남아 있는 프로세스 가스를 퍼지 가스 분류로로부터 유출한 퍼지 가스에 의해 치환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선 도1에는, 본 발명의 반도체 제조 장치에 있어서의 실시 형태로서의 종형 열처리 장치의 배관도가 도시되어 있다. 이 종형 열처리 장치는, 반도체 디바이스 등의 반도체 장치를 제조하기 위한 기판인 반도체 웨이퍼에 대한 열처리, 예를 들어 기판 표면으로의 성막을 실시하는 처리 용기(1)와, 성막할 때에 필요로 되는 프로세스 가스, 여기서는 3개의 프로세스 가스 공급원인 디클로로실란 공급원(10), 암모니아 공급원(11), 클리닝 가스 공급원(12)과, 각 프로세스 가스 공급원(10, 11, 12)으로부터 처리 용기(1)에 접속되고, 각 프로세스 가스를 처리 용기(1) 내로 도입하는 프로세스 가스 도입관인 디클로로실란 도입관(13), 암모니아 도입관(14), 클리닝 가스 도입관(15)과, 처리 용기(1)의 하류에 설치되어 있는 후술의 배기관(34)과, 후술하는 퍼지 가스를 각 도입관 내에 공급하는 퍼지 가스 공급부(5)로부터 주로 구성되어 있다. 또한, 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15) 외에, 처리 용기(1)의 압력을 대기압으로 복귀시키기 위한 퍼지 가스를 도입하는 퍼지 가스 도입관(16)이 퍼지 가스 공급원(18)으로부터 처리 용기(1)에 접속되어 있다.
각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15) 및 퍼지 가스 도입관(16)에는, 처리 용기(1)로부터 조금 떨어진 부위에 제1 질량 유량 제어기(19)가 설치되어 있는 동시에, 처리 용기(1)의 직전 위치에 처리 용기(1) 내에의 가스 도입을 차단 가능한 차단 밸브(V1 내지 V4)가 각각 설치되어 있다.
차단 밸브(V1 내지 V4)는, 도2의 개략도에 도시한 바와 같이 본체부(21)를 구비하고 있고, 본체부(20)에는 프로세스 가스 도입 포트(22)와, 퍼지 가스 유입 포트(23)와, 유출 포트(24)가 접속되어 있고, 프로세스 가스 도입 포트(22) 및 퍼지 가스 유입 포트(23)로부터 각각 유입한 가스는 유출 포트(24)로부터 유출하도록 구성되어 있다. 그리고 도시하지 않는 밸브 본체가 폐쇄되어 있을 때에는 프로세스 가스는 차단되는 동시에, 퍼지 가스의 통류는 정지하는 일 없이 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15) 및 퍼지 가스 도입관(16)에 있어서의 차단 밸브(V1 내지 V4)로부터 하류측에 항상 통류하게 되어 있다.
처리 용기(1)에 관련한 부위에 대해 간단하게 설명하면, 처리 용기(1)는, 예를 들어 양단부 개구의 내관(31)과 상부가 폐색된 외관(32)으로 구성되고, 내관(31)으로 둘러싸인 영역에, 다수매의 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 탑재한 웨이퍼 보트(33)가 하방측으로부터 반입되게 된다. 외관(32)에는 배기관(34)이 접속되고, 이 배기관(34)에는 진공 배기 수단인 진공 펌프(35)가 접속되어 있고, 따라서 내관(31)의 하부 영역에 공급된 가스는 그 상부로부터 내관(31)과 외관(32)과의 간극을 두고 배기관(34)으로부터 배기되게 된다.
또, 실제의 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15) 및 퍼지 가스 도입관(16)에는, 예를 들어 파티클 필터, 압력 검출기 및 레귤레이터 등의 기기가 개재 설치되어 있지만, 도면에서는 생략되어 있다.
또한, 이미 상술한 퍼지 가스 공급부(5)는 퍼지 가스 도입관(16)으로부터 분류하여 설치되어 있다. 이 퍼지 가스 공급부(5)는 퍼지 가스 도입관(16)으로부터 분류되는 퍼지 가스 본류로(50)와, 이 퍼지 가스 본류로(50)로부터 분기된 4개의 퍼지 가스 분류로(51)를 구비하고 있다. 퍼지 가스 본류로(50)에는, 각 퍼지 가스 분류로(51)에 흐르는 퍼지 가스의 총 유량을 제어하는 유량 제어부로서의 제2 질량 유량 제어기(52)가 설치되어 있고, 이 제2 질량 유량 제어기(52)의 하류측에는 밸브(V5), 필터(F) 및 압력 검출부(PD1)가 설치되어 있다. 그리고, 각 퍼지 가스 분류로(51)에는 오리피스(53)가 설치되고, 이 오리피스(53)의 하류측은 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15) 및 퍼지 가스 도입관(16)에 있어서의 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에 접속되고, 각 도입관(13 내지 16) 내로 퍼지 가스를 미량으로 공급하도록 되어 있다. 이 예로서는 도2에 도시한 바와 같이 각 퍼지 가스 분류로(51)는 차단 밸브(V1 내지 V4)에 접속된 모습으로 되어 있지만, 차단 밸브(V1 내지 V4)에 의해 유로를 차단하는 부위보다는 하류측에 접속되어 있기 때문에, 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에 접속되어 있게 된다. 상기 오리피스(53)는, 예를 들어 금속 플레이트에 하류측을 향하는 정도 구경이 크고, 예를 들어 최대 구경이 70 ㎛ 정도의 래퍼형의 구멍을 형성하여 구성되어 있고, 소닉 노즐 혹은 음속 노즐 등으로 부르고 있다. 즉 이 오리피스(53)는 2차측의 압력(P2)에 대한 1차측의 압력(P1)의 비율(P1/P2)이 소정치 이상, 예를 들어 2배 이상이 되었을 때에 음속으로 가스가 통과하고, 그 유량은 1차측의 압력으로 결정된다. 따라서 각 오리피스(53)의 유량(통과 유량)은 같게 되고, 퍼지 가스 본류로(50)를 흐르는 퍼지 가스가 4등분되게 된다.
계속해서, 상기 실시 형태의 작용에 대해 도1, 도3을 기초로 하여 설명한다. 여기서는, 프로세스 가스로서 디클로로실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3)를 이용하여 기판인 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 질화막을 형성하고, 그 후 클리닝 가스인 예를 들어 불소 및 불화 수소의 혼합 가스에 의해 처리 용기(1) 내의 클리닝을 실시하고, 계속해서 실리콘 질화막의 성막 처리를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
또, 도1, 도2 중의 점선 화살표는 처리가 행해지고 있을 때에 처리 용기(1) 혹은 각 가스 도입관(13 내지 16) 내로 유입하는 가스를 나타내고 있다.
우선, 도1에 도시한 바와 같이 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 보유 지지된 웨이퍼 보트(33)를 처리 용기(1) 내로 반입하고, 소정의 가열 분위기 및 감압 분위기로 한 후, 프로세스 가스 도입관(13, 14)의 밸브(V)를 개방하고, 디클로로실란 공급원(10) 및 암모니아 공급원(11)으로부터 각각 제1 질량 유량 제어기(19)에 의해 소정의 유량, 예를 들어 각각 50 sccm 및 500 sccm에서 디클로로실란 및 암모니아가 프로세스 가스 도입관(13, 14)을 통해 처리 용기(1) 내로 도입된다. 이 때 프로세스 가스 도입관(15) 및 퍼지 가스 도입관(16)의 밸브(V)는 폐쇄되어 있고, 프로세스 가스 도입관(15) 및 퍼지 가스 도입관(16)에는 가스는 흐르고 있지 않다.
그리고, 처리 용기(1) 내에 있어서 암모니아 가스와 디클로로실란 가스가 반응하여 실리콘 질화막이 반도체 웨이퍼의 표면에 성막되고, 소정 시간 성막된 후 프로세스 가스 도입관(13, 14)의 각 밸브(V)를 고정한다.
한편, 성막 처리가 행해지고 있는 동안 퍼지 가스 본류로(50)의 밸브(V5)가 개방되어 있고, 오리피스(53)의 1차측의 압력(P1)은, 예를 들어 대개 0.3 내지 0.4 ㎫이다. 그리고 처리 용기(1) 내의 압력은 133 Pa 이하이며, 이 압력이 오리피스(53)의 2차측의 압력(P2)에 상당하므로, 상기 압력의 비율(P1/P2)은 대개 2250 내지 3000이다. 따라서 오리피스(53)는 1차측의 압력(P1)에 따른 유량으로 퍼지 가스를 흐르게 하고, 4개의 퍼지 가스 분류로(51)의 총 유량을 예를 들어 200 sccm로 설정하였다고 하면, 각 오리피스(53)의 통과 유량이 50 sccm가 되는 1차측의 압력치(P1)를 얻을 수 있도록 제2 질량 유량 제어기(52)가 동작한다. 이 결과 퍼지 가스는 퍼지 가스 본류로(50)를 200 sccm의 유량으로 흐르고, 각 오리피스(53)에 의해 정확하게 총 유량이 4등분된 유량 50 sccm로 퍼지 가스 분류로(51)를 흐르고, 각 도입관(13 내지 16)에 있어서의 차단 밸브(V1 내지 V4)의 2차측에 공급되어 처리 용기(1) 내에 흘러간다. 이와 같은 방법에 있어서는, 프로세스 가스 도입관(13, 14)에는 프로세스 가스가 흐르고 있고, 오리피스(53)의 2차압이 프로세스 가스 도입관(15), 퍼지 가스 도입관(16)과 다른 상황에 있어도, 음속 조건(P1/P2 ≥ 2)이 확보되어 있기 때문에 2차압의 영향을 받지 않고서 퍼지 가스를 정확하게 분류할 수 있다. 이로 인해, 처리 용기(1) 내의 디클로로실란 가스 및 암모니아 가스가 클리닝 가스 도입관(15) 및 퍼지 가스 도입관(16)의 도입구로부터 상기 도입관(15, 16) 내에 진입하는 것을 방지할 수 있으므로, 배관 내로의 반응 생성물(이 예로서는 질화 실리콘막이나 염화암모늄 등)의 부착을 방지할 수 있다. 또, 퍼지 가스 본류로(50)에 설치한 압력 검출부(PD1) 및 배기관(34)에 설치한 압력 검출부(PD2)에 의해, 항상 각각 압력을 검출하여 도시하지 않는 제어부에 의해 상기 압력의 비율(P1/P2)을 감시하여 그 비율이 2배 이하가 되었을 때에는 경보를 울리게 하고, 또한 P1 < P2가 되었을 때에는 밸브(V5)를 폐쇄하게 되어 있다.
성막 처리가 종료되면, 도입관(13, 14)에 있어서의 밸브(V) 및 차단 밸브(V1, V2)가 폐쇄되는 동시에, 처리 용기(1) 내의 진공화를 행한 후, 퍼지 가스 도입관(16)을 통해 처리 용기(1) 내에 퍼지 가스를 공급하여 대기압 복귀시켜 웨이퍼(W)를 반출한다. 또한 웨이퍼(W)를 반출하기까지의 동안, 퍼지 가스 분류로(51)로부터 이미 상술한 바와 같이 퍼지 가스가 처리 용기(1) 내에 흐르고 있기 때문에, 차단 밸브(V1, V2)와 처리 용기(1) 사이에 남아 있는 프로세스 가스(디클로로실란 및 암모니아)는 퍼지 가스에 의해 신속하게 치환된다.
그 후, 웨이퍼(W)를 적재하지 않고 웨이퍼 보드(33)만을 처리 용기(1) 내로 반입하고, 클리닝 가스 공급원(12)으로부터 클리닝 가스를 클리닝 가스 도입관(15)을 통해 처리 용기(1) 내로 도입시킨다. 처리 용기(1) 내로 도입된 클리닝 가스에 의해 처리 용기(1) 내 및 웨이퍼 보트(33)에 부착한 성막 물질 등을 제거한다.
클리닝 처리가 행해지고 있는 사이에 있어서도 퍼지 가스 본류로(50)의 밸브(V5)가 개방되어 있고, 클리닝시의 처리 용기(1) 내의 압력[오리피스(53)의 2차측압력(P2)]은, 예를 들어 5.3 × 104 Pa이므로, 이 경우에 있어서도 오리피스(53)의 2차측의 압력(P2)에 대한 1차측의 압력(P1)의 비율은 2배 이상이므로, 동시에 각 퍼지 가스 분류로(51)로부터 각 도입관(13 내지 16)의 출구 부분에 퍼지 가스가 미량으로 공급되어 있다.
이렇게 하여, 클리닝 공정이 종료되면 계속해서 마찬가지로 하여 성막 공정이 행해진다. 여기서 이미 상술의 도6에 도시한 배관계인 경우에는, 차단 밸브(V1 내지 V4)의 상류측으로부터 각 도입관(13 내지 16)에 대해 미량 퍼지를 행하고 있고(퍼지 가스를 미량 흐르게 하고), 이로 인해 성막 처리시에 있어서 이 성막과는 관계가 없는 도입관(15, 16)에 있어서도 차단 밸브(V3, V4)를 개방하고 있었다. 따라서 성막 처리를 행하기 전에, 클리닝 가스 도입관(15)에 있어서의 가스 박스 내의 제1 질량 유량 제어기(19)의 상류측으로부터 처리 용기(1)에 대한 도입구까지의 긴 관로 내에 잔류되어 있는 클리닝 가스를 퍼지 가스로 치환해야 할 필요가 있었지만, 본 실시 형태인 경우에는 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에서 미량 퍼지를 위한 퍼지 가스를 공급하도록 하고 있기 때문에, 클리닝 가스 도입관(15)에 있어서의 차단 밸브(V3)의 2차측의 관로 내에 잔존하고 있는 클리닝 가스를 퍼지 가스로 치환하면 좋고, 이 치환 작업은 매우 짧은 시간에 종료한다.
이상의 설명에서는, 연속 프로세스로서 클리닝 공정 및 성막 공정을 예를 들었지만, 그 외에도 성막 공정 후 다른 성막 공정을 행하는 경우나, 프로세스 가스를 절환하여 단일 원자층을 적층해 가는 경우를 예를 들 수 있다. 예를 들어 연속 성막으로서는, 상술한 바와 같이 질화 실리콘막을 성막한 후, 프로세스 가스를 TEOS 및 산소로 절환하고, 이들 가스에 할당된 프로세스 가스 도입관을 통해 프로세스 가스를 처리 용기(1) 내로 도입하고, 질화 실리콘막 상에 실리콘 산화막을 적층하는 경우를 들 수 있다. 또한 단일 원자층의 적층 프로세스로서는, 도입관(13)을 통해 디클로로실란 가스를 처리 용기(1) 내로 도입하고, 웨이퍼(W) 상에 실리콘의 단일 원자층을 형성한다. 계속해서 도입관(13)의 밸브(V)를 폐쇄하고 도입관(14)의 밸브(V)를 개방하여 암모니아를 처리 용기(1) 내로 도입하고, 실리콘의 단일 원자층 상에 질소를 적층하고, 이러한 프로세스를 복수회 반복하여 아주 얇은 실리콘 질화막을 성막하는 경우를 들 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서는, 다음과 같은 효과가 있다. 각 도입관(13 내지 16)에 대한 미량 퍼지를 행하기 위해, 각 퍼지 가스 분류로(51)에 이미 상술한 오리피스(53)를 설치하고 있기 때문에, 퍼지 가스를 정확하게 등분하여 각 도입관(13 내지 16)에 공급할 수 있다. 이로 인해, 퍼지 가스 본류로(50)에 총 유량을 제어하기 위한 질량 유량 제어기 1개를 이용하면 좋아 설비 비용을 저렴하게 할 수 있고, 또한 복수의 질량 유량 제어기의 오차가 거듭 곱하게 되어 총 유량에 오차가 생긴다고 한 우려도 없어 안정된 처리를 행할 수 있다.
그리고, 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에 미량 퍼지 가스를 공급하도록 하였기 때문에, 실시되고 있는 프로세스에는 관계가 없는 도입관에 대해서는 차단 밸브를 폐쇄해 둘 수 있고, 따라서 이미 상세하게 서술한 바와 같이 공정을 행하는 경우에, 전공정에서 이용한 도입관 내에 잔존하고 있는 프로세스 가스를 퍼지 가스로 치환하는 작업은 극히 단시간에 행해지기 때문에, 신속하게 다음 공정으로 이행할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 도4를 이용하여 설명한다. 여기서는 각 퍼지 가스 분류로(51)에 흐르는 퍼지 가스의 총 유량을 제어하는 유량 제어부로서 질량 유량 제어기가 아니라, 질량 유량계(54) 및 오토 레귤레이터(55)에 의해 구성하고 있다. 이 경우, 상기 퍼지 가스의 총 유량을 질량 유량계(54)에 의한 유량 검출치를 기초로 하여 도시하지 않는 제어부를 통해 상기 질량 유량계(54)의 하류에 위치하는 오토 레귤레이터(55)를 제어하여 압력 제어를 행한다. 이 예에 있어서도 오리피스(53)의 1차측의 압력 제어를 행함으로써 결과적으로 각 퍼지 가스 분류로(51)의 유량 제어가 행해지게 된다.
또한, 본 발명의 다른 형태로서는 도5에 도시한 바와 같이, 퍼지 가스 분류로(51)의 각각에 오리피스(53)를 설치하지 않고, 예를 들어 각각이 동일한 용량의 분류로용 질량 유량 제어기(58)를 설치하도록 해도 된다. 이 예에 있어서도 분류로용 질량 유량 제어기(58)를 퍼지 가스 분류로(51)에 설치하고, 각 도입관에 설치되어 있는 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이에 미량 퍼지 가스를 공급하도록 하였기 때문에, 실시되어 있는 공정에 관계가 없는 도입관에 대해서는 차단 밸브(V)를 폐쇄해 둘 수 있고, 따라서 어떤 공정을 행하는 경우에 전공정에서 이용한 도입관 내에 잔존하고 있는 프로세스 가스를 퍼지 가스로 치환하는 작업은 극히 단시간에 행해지기 때문에, 신속하게 다음 공정으로 이행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 각 도입관(13 내지 16) 내에 공급되는 퍼지 가스를 도시하지 않는 가열 수단에 의해 예를 들어 100 내지 200 ℃까지 가열하여 항상 공급함으로써, 차단 밸브(V1 내지 V4)로부터 처리 용기(1)까지의 각 도입관(13 내지 16)의 온도가 상승하기 때문에 전술한 반응 생성물 등이 차단 밸브(V1 내지 V4) 내나 가스 도입관 내에 부착하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 처리 용기(1)에 있어서 각 처리를 종료한 후에는 퍼지 가스 도입관(16)으로부터 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내로 도입하는 공정과, 진공화를 행하는 공정을 반복하는 사이클 퍼지를 행하고, 처리 용기(1)로부터 프로세스 가스를 추방하여 가스 분위기를 퍼지 가스로 치환하는 경우가 있지만, 이 경우 처리 용기(1)로부터 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15)의 차단 밸브(V1 내지 V4)까지의 사이에 잔존하고 있는 프로세스 가스에 대해서도 확실하게 치환해야 한다. 여기서 본 발명에 따르면, 사이클 퍼지시에 상술한 바와 같이 퍼지 가스를 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15)의 차단 밸브(V1 내지 V4)와 처리 용기(1) 사이의 부위에 공급함으로써, 처리 용기(1)로부터 각 프로세스 가스 도입관(13, 14, 15)의 차단 밸브(V1 내지 V4)까지의 사이에 남는 처리 가스를 처리 용기(1) 내에 신속하게 밀어낼 수 있게 되므로, 가스 치환을 확실하면서 신속하게 실시할 수 있게 된다.
상술한 설명에서는, 프로세스 가스에 의해 기판에 처리를 행하는 장치로서, 배치로인 종형 열처리 장치를 예를 들었지만, 본 발명은 매엽식의 열처리 장치나 혹은 드라이 에칭 장치 등에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 차단 밸브를 설치하고, 이 차단 밸브와 처리 용기 사이에 퍼지 가스를 공급하도록 하고 있기 때문에, 프로세스의 절환시에 있어서는 차단 밸브의 하류측의 프로세스 가스를 치환하면 좋으므로, 배관 내의 가스 치환을 신속하게 행할 수 있다. 또한, 각 퍼지 가스 분류로에 설치한 오리피스에 있어서 퍼지 가스의 유량이 정확하게 제어되기 때문에, 퍼지 가스 유로 내에는 유량 제어부를 1개 설치함으로써, 각 배관에 공급되는 퍼지 가스의 총 유량이 고정밀도로 제어할 수 있고, 따라서 안정된 처리를 행할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 배관도.
도2는 본 실시예에 있어서의 차단 밸브를 도시하는 개략도.
도3은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 배관도.
도4는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 배관도.
도5는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 배관도.
도6은 본 발명의 종래예를 도시하는 도면.
도7은 본 발명의 종래예를 도시하는 도면.
도8은 본 발명의 종래예를 도시하는 도면.
도9는 본 발명의 종래예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 처리 장치
5 : 퍼지 가스 공급부
13 : 디클로로실란 도입관
14 : 암모니아 도입관
15 : 클리닝 가스 도입관
16 : 희석 가스(퍼지 가스) 도입관
19 : 제1 질량 유량 제어기
50 : 퍼지 가스 본류로
51 : 퍼지 가스 분류로
52 : 제2 질량 유량 제어기
56 : 제1 압력 검출부
57 : 제2 압력 검출부
V1 내지 V4 : 차단 밸브
Claims (7)
- 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리가 실시되는 반도체 제조 장치에 있어서,각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와,퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 본류로와,이 본류로로부터 분기되고, 각각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 차단 밸브와 처리 용기 사이에 접속된 복수의 퍼지 가스 분류로와,이 퍼지 가스 분류로의 각각에 설치되고, 그 2차측의 압력에 대한 1차측의 압력 비율이 소정치 이상일 때에, 1차측의 압력에 의해 통과 유량이 결정되는 오리피스와,상기 퍼지 가스 본류로에 설치되고, 각 퍼지 가스 분류로의 총 유량을 제어하는 유량 제어부를 구비하고,상기 비율이 소정치 이상이 되도록 압력이 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 유량 제어부는 질량 유량 제어기에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 유량 제어부는 유량 검출부와, 이 유량 검출부의 유량 검출치를 기초로 하여 상기 오리피스의 1차측의 압력을 제어하는 압력 조정부를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리피스의 1차측의 압력이 2차측의 압력치의 2배 이상으로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리가 실시되는 반도체 제조 장치에 있어서,각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와,퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 본류로와,이 본류로로부터 분기되고, 각각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 차단 밸브와 처리 용기 사이에 접속된 복수의 퍼지 가스 분류로와,이 퍼지 가스 분류로의 각각에 설치된 유량 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리를 실시하는 반도체 제조 방법에 있어서,퍼지 가스 본류로에 퍼지 가스를 공급하고, 상기 퍼지 가스 본류로를 흐르는 퍼지 가스의 유량을 제어하는 공정과,이 퍼지 가스를 퍼지 가스 본류로로부터 복수의 퍼지 가스 분류로로 분류하는 공정과,각 퍼지 가스 분류로에 설치되는 동시에, 그 2차측의 압력에 대한 1차측의 압력 비율이 소정치 이상일 때에, 1차측의 압력에 의해 유량이 결정되는 오리피스에 상기 공정에서 분류된 퍼지 가스를 통류시키는 공정과,각 오리피스를 통류한 퍼지 가스를, 각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와 처리 용기 사이에 각각 공급하는 공정과,상기 비율이 소정치 이상이 되도록 압력을 조정하는 공정과,적어도 하나의 프로세스 가스 도입관에 대해 차단 밸브를 폐쇄하고, 이 차단 밸브의 하류측에 남아 있는 프로세스 가스를 오리피스로부터 유출한 퍼지 가스에 의해 치환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 복수의 프로세스 가스 도입관이 처리 용기에 접속되고, 이 처리 용기 내에 있어서 반도체 장치 제조용의 기판에 대해 프로세스 가스에 의해 소정의 처리를 실시하는 반도체 제조 방법에 있어서,퍼지 가스 본류로에 퍼지 가스를 공급하는 공정과,이 퍼지 가스를 퍼지 가스 본류로로부터 복수의 퍼지 가스 분류로로 분류하는 공정과,각 퍼지 가스 분류로에 설치된 유량 제어부에 의해, 상기 공정에서 분류된 퍼지 가스의 유량을 제어하는 공정과,각 퍼지 가스 분류로를 통류한 퍼지 가스를, 각 프로세스 가스 도입관에 있어서의 처리 용기의 직전에 설치되어 있는 차단 밸브와 처리 용기 사이에 각각 공급하는 공정과,적어도 하나의 프로세스 가스 도입관에 대해 차단 밸브를 폐쇄하고, 이 차단 밸브의 하류측에 남아 있는 프로세스 가스를 퍼지 가스 분류로로부터 유출한 퍼지 가스에 의해 치환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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