KR20050117573A

KR20050117573A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050117573A
Application number: KR1020057017603A
Authority: KR
Inventors: 나오하루 나카이소
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-12-14
Also published as: US20100081288A1; KR100870807B1; JPWO2005015619A1; US20070034158A1; JP4267624B2; US7622007B2; WO2005015619A1; US8673076B2

Abstract

본 발명의 기판처리장치는, 복수의 기판(27)을 처리하는 반응관(3, 4)과, 상기 기판을 가열하는 히터(5)와, 반응관 내에 가스를 공급하는 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9, 10)을 갖고, 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9)은 적어도 히터(5)와 대향하는 부분의 유로단면을 다른 부분보다 크게 한 구조를 갖는다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 IC 등의 반도체 장치를 제조하는 종형(縱形) CVD(Chemical Vapor Deposition)장치 등의 기판 처리 장치에 관한 것이다.

기판 처리 장치로서는, 소요 매수의 기판을 한번에 처리하는 일괄(batch) 식의 기판처리장치, 예컨대, 종형 반응로를 구비하여, 소요 매수의 기판을 한번에 처리하는 종형 CVD 장치가 있다.

반도체 장치의 제조공정에 있어서, 기판(웨이퍼)에 폴리 실리콘(polycrystalline silicon)막이나 실리콘 질화막 등의 CVD 막을 성막하는 데 일괄식 종형 핫 월(hot wall)형 감압 CVD 장치가 널리 사용되고 있다.

일반적인 일괄식 종형 핫 월형 감압 CVD 장치는, 이너 튜브(inner tube) 및 이너 튜브와 동심으로 설치된 아우터 튜브에 의해 구성되는 반응관과, 아우터 튜브를 둘러싸도록 배치되어 반응관 내를 가열하는 히터와, 이너 튜브 내에 반응 가스를 도입하는 가스 도입 노즐과, 반응관 내를 진공 배기하는 배기구 등으로 구성되는 종형로를 구비하고, 소요 매수의 웨이퍼가 기판 유지구(boat)에 의해서 수평 자세로 다단으로 유지된 상태로 이너 튜브 내에 아래쪽에서 장입되고, 이너 튜브 내에 반응 가스가 가스 도입 노즐에 의해 도입됨과 동시에, 히터에 의해서 반응관 내가 가열됨으로써, 웨이퍼에 CVD막이 성막되게 되어 있다.

종래, 이러한 기판 처리 장치로서는, 예컨대, 일본 특허공개2000-68214호 공보에 개시된 종형 CVD 장치가 있다.

이와 같은 종형 CVD 장치에서는, 가스도입 노즐로서 반응 가스공급 노즐을 복수 개 구비하고, 반응 가스 공급 노즐에는 예컨대 1/4 인치 직경(외경)의 석영제의 관이 이용되며, 반응 가스 공급 노즐은 이너 튜브의 아래쪽에 수평 방향에서 삽입되는 수평 부분과, 이너 튜브의 내면을 따라 윗쪽으로 연장하는 수직 부분으로 이루어지고, L자 형상을 하고 있다. 또, 수직 부분은 이너 튜브와 보트, 보트에 유지된 웨이퍼와의 간극에 설치되어 있고, 상 단부가 개방되어, 이너 튜브내에 반응 가스를 분산하여 공급할 수 있도록, 각각의 반응 가스공급 노즐의 수직 부분의 길이는 단계적으로 다르게 되어 있다.

웨이퍼에 CVD 막을 성막하는 경우, 반응 생성물은 웨이퍼 표면에 성막될 뿐만 아니라 도 13에 도시하는 바와 같이, 이너 튜브(3)의 내면, 또는 반응 가스공급 노즐(106)의 내부에도 부착 퇴적한다. 특히, 반응 가스 공급 노즐(106)의 히터(5)에 대향하고 있는 부분은 히터(5)에 의해서 가열되기 때문에, 특히 반응 생성물(47)의 부착 퇴적의 경향이 크다. 또한, 반응 가스 공급 노즐(106)의 내부는 노즐(106)의 외부보다도 압력이 높아지기 때문에, 노즐(l06) 외벽에 부착하는 반응 생성물보다도 노즐(106)의 내벽에 부착하는 반응 생성물(47)의 쪽이 3∼4배 정도 두꺼워진다. 이 때문에, 예컨대, 노즐(106)에 l/4 인치 직경(외경)의 석영관을 사용하고, 5000∼10000Å 정도의 막두께의 플랫 폴리 실리콘 막(후술한다)을 성막하는 경우, 3∼4 일괄적으로 노즐(106)이 막혀 버리는 경우가 있었다. 이 경우, 노즐의 세척은 행할 수 없고, 노즐(106)을 교환할 수밖에 방도가 없었다. 요컨대, 3∼4회의 일괄 처리마다 노즐(106)을 교환할 필요가 있었다. 이 때문에, 반응 가스 공급 노즐의 세정 등의 보수 작업을 빈번히 행하는 것을 부득이하게 되어 있고 기판 처리장치의 가동율, 스루풋(throughput)의 저하의 요인이 되고 있었다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은, 이러한 실정을 감안하여, 폴리 실리콘의 후막등, 후막을 성막 처리하는 경우에도 가스 도입 노즐이 곧 막혀 버리는 일이 없도록 하여, 유지보수 사이클을 길게 하여 장치의 다운 타임(down time)을 감소시켜, 보수 작업의 경감을 도모하는 동시에 스루풋의 향상을 도모하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예의 종형 CVD 장치를 설명하기 위한 개략 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예의 종형 CVD 장치를 설명하기 위한 개략 횡단면도이다.

도 3은 도 1의 부분 확대 종단면도이다.

도 4a는 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 4b는 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시 예의 종형 CVD 장치를 이용하여, 일괄 처리한 경우에 웨이퍼에 성막되는 막의 막 두께의 변화를 도시한 도면이다.

도 6은 가스 도입 노즐에의 반응 생성물의 부착 상태를 설명하기 위한 개략 부분 종단면도이다.

도 7은 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 개략 부분 종단면도이다.

도 8a는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 8b는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 9a는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 9b는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 10a는 가스 도입 노즐의 변형예를 설명하기 위한 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 10b는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 11a는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 11b는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 12a는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 12b는 가스 도입 노즐의 변형 예를 설명하기 위한 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 13은 종래의 종형 CVD 장치를 설명하기 위한 개략 부분 종단면도이다.

본 발명의 하나의 태양에 의하면,

복수 매의 기판을 처리하는 반응 용기와,

상기 복수 매의 기판을 가열하는 히터와,

상기 반응 용기 내에 반응 가스를 공급하는 적어도 하나의 노즐을 갖는 기판 처리 장치에 있어서,

상기 노즐은 상기 반응 용기의 벽을 관통하여 상기 반응 용기에 부착되고, 상기 노즐의 적어도 상기 히터와 대향하는 부분의 유로 단면적을 상기 노즐 부착부의 유로 단면적보다도 크게 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 의하면,

기판을 반응 용기 내에 반입하는 단계와,

상기 반응 용기의 벽을 관통하도록 상기 반응 용기에 부착되고, 적어도 히터와 대향하는 부분의 유로 단면적을 상기 부착부의 유로 단면적보다도 크게 한 노즐로부터 상기 반응 용기 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계와,

처리 후의 상기 기판을 상기 반응 용기로부터 반출하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법이 제공된다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

통상, 폴리 실리콘 막을 성막하는 경우, 반응 가스 공급 노즐로부터 반응 가스로서 SiH₄를 로(爐) 내에 공급하여, 예컨대, 로 내를 610℃로 가열하고, 압력을 26.6 Pa로 유지하여 처리를 행하여 성막한다.

또, 실리콘 웨이퍼의 백-실(back seal)용으로서 플랫 폴리 실리콘 막이 성막되는 경우가 있고, 이 경우는 통상의 처리보다, 30℃ ∼50℃ 높은 처리 온도로 되어, 폴리 실리콘 막보다 두껍게 성막된다.

본 발명의 바람직한 실시형태는, 이러한 폴리 실리콘 막이나 플랫 폴리 실리콘 막의 성막에 적합하게 사용되는 것이지만, 그 중에서도, 특히 플랫 폴리 실리콘 막의 성막에 적합하게 사용되는 것이다.

도 1은, 기판 처리 장치의 1개인, 일괄식의 종형 CVD 장치, 특히, 플랫 폴리 실리콘 막의 성막을 행하는 CVD 장치의 개략, 특히 반응로(1)의 개략을 나타내고 있다. 도 2는 종형 CVD 장치, 특히 반응로(1)의 개략을 설명하기 위한 개략 횡단면도이다.

여기에서, 플랫이란, 로 내의 온도 기울기를 플랫(대략 0)으로 하는 것이다. 따라서, 플랫 폴리 실리콘 막이란, 온도 기울기를 플랫으로 한 로 내에 배치된 복수의 기판 상에 성막되는 폴리 실리콘 막을 칭한다. 이 플랫 폴리 실리콘 막의 성막에 있어서는, 복수의 기판이 배치되는 로 내의 영역 전체에 균일하게 성막 가스를 공급하기 위해서, 긴 노즐이라고 하는 성막 가스 노즐을 사용한다. 여기서 긴 노즐이란, 로 내에 복수의 기판이 배치되는 영역 외로부터가 아니라, 로 내에 복수의 기판이 배치되는 영역 내로부터 성막 가스를 공급하는 것이 가능한 성막 가스 노즐을 칭한다. 종형 CVD 장치의 반응로로서는, 이 긴 노즐은, 통상, 로의 하부로부터 삽입되어 로의 상부를 향하여 연장되어 있기 때문에, 로 내의 하부로부터 삽입되어 거기에 멈추는 통상 노즐과 비교해서 길이가 길게 되어 있다. 상술한 플랫 폴리 실리콘 막의 성막에는, 로 내에 복수의 기판이 배치되는 영역을 따른, 길이가 다른 복수개의 예컨대, 4개의 석영제의 긴 노즐이 사용된다.

도 1, 도 2를 참조하면, 로드 록(road lock)실 등의 감압 기밀실(도시하지 않음)의 상부에 로 입구부를 형성하는 스테인리스강 등으로 이루어지는 로 입구 플랜지(2)가 기밀하게 설치되고, 로 입구 플랜지(2)의 내면의 소요위치에 이너튜브(3)가 동심으로 지지되고, 로 입구 플랜지(2)의 상 단부에 이너 튜브(3)와 동심으로 아우터 튜브(4)가 설치되고, 더욱이 아우터 튜브(4)의 주위를 둘러싸도록 원통형의 히터(5)가 아우터 튜브(4)와 동심으로 설치된다. 히터(5)의 주위 및 상부를 덮어 단열재(44)가 설치되어 있다. 히터(5)는, 위로부터, U, CU, C, CL, L의 5개의 영역(zone)으로 분할되어 있고, 기판 처리시에는, 5개의 영역은 동일 온도가 되는 (온도 기울기가 종방향으로 편평하게 되도록 주제어부(24)에 의해서 제어된다. 또, 로 입구 플랜지(2)의 하 단부는 밀봉 캡(13)에 의해서 기밀하게 폐색되게 되어 있다.

이너 튜브(3)는 상 단부, 하 단부가 개방된 원통 형상이고, 내열성을 갖고 웨이퍼를 오염하지 않는 재료인 석영 또는 탄화 규소를 재료로 하고 있고, 히터(5)로부터의 열을 축열함으로써, 웨이퍼로의 가열이 균일화한다. 아우터 튜브(4)는 하 단부가 개방되어 상 단부가 폐색된 천정이 있는 원통 형상이고, 이너 튜브(3)와 같이, 석영 또는 탄화 규소를 재료로 하고 있다.

이너 튜브(3) 내에는, 복수 매의 웨이퍼(30)를 수평 자세로 탑재한 보트(26)가 설치되어 있다. 복수 매의 웨이퍼(30) 사이에는 소정의 간극이 설치되어 있다. 보트(26)는 밀봉 캡(l3)에 부착된 보트 받침대(15) 상에 탑재되어 있고, 보트(26)를 탑재한 밀봉 캡(13)이 상승하여 로 입구 플랜지(2)의 하 단부를 기밀하게 폐색한 상태에서, 보트(26)에 탑재된 웨이퍼(30)는 소정의 처리위치에 위치하는 것이 된다. 보트(26)의 하부에는, 복수 매의 단열판(41)이 탑재되고, 그 상부에는, 5∼10매의 더미 웨이퍼(312)가 탑재되며, 그 위에는, 1매의 모니터 웨이퍼(325)가 탑재되고, 그 위에는, 25매의 프로덕트 웨이퍼(304)가 탑재되며, 그 위에는 1매의 모니터 웨이퍼(324)가 탑재되고, 그 위에는, 25매의 프로덕트 웨이퍼(303)가 탑재되며, 그 위에는 1매의 모니터 웨이퍼(323)가 탑재되고, 그 위에는, 25매의 프로덕트 웨이퍼(302)가 탑재되며，그 위에는 1매의 모니터 웨이퍼(322)가 탑재되고, 그 위에는, 25매의 프로덕트 웨이퍼(301)가 탑재되며, 그 위에는 1매의 모니터 웨이퍼(321)가 탑재되고, 그 위에는 5∼10매의 더미 웨이퍼(311)가 탑재되어 있다.

이너 튜브(3)와 아우터 튜브(4)에 의해 반응관이 구성되고, 로 입구 플랜지(2), 이너 튜브(3), 아우터 튜브(4), 히터(5) 등에 의해, 종형 로가 구성되며, 이너 튜브(3) 내부에는 처리실(16)이 형성되고, 이너 튜브(3)와 아우터 튜브(4)와의 사이에는 원통 형상의 가스 배기로(11)가 형성된다. 반응 용기는, 반응관(3, 4), 로 입구 플랜지(2), 밀봉캡(13) 등에 의해 구성된다.

로 입구 플랜지(2)의 벽을 수평 방향으로부터 기밀하게 관통하여, 이너 튜브(3)의 내면을 따라 위쪽, 바람직하게는 이너 튜브(3)의 축심과 평행하게 연장하는 복수 개(도면 중에서는 4개)의 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)이 설치되어 있다. 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)은 석영제이고, 상 단부가 개방되어, 각각 가스 분출구(63, 73, 83, 93)로 되어 있다. 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)에 의해, 반응 가스가 이너 튜브(3)내에 도입된다. 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)은, 로 입구 플랜지(2)의 벽을 동일 높이의 곳에서 수평 방향으로 관통하고 있지만 길이는 각각 다르게 되어 있다. 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)은, 각각 반응관의 축심과 직교하도록 설치된 관축 직교부(61, 71, 81, 91)와, 반응관의 축심과 평행하게 관 내면을 따라 설치된 관축 평행부(62, 72, 82, 92)로 이루어지고, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 길이가 단계적으로 다르게 되어 있다. 그 결과, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부 위치(가스 분출구(63, 73, 83, 93))의 높이가 단계적으로 다르게 되어 있다.

가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부의 가스 분출구(63, 73, 83, 93)의 것의 높이를 단계적으로 다르게 한 것은, 반응로(1)내의 관축을 따르는 방향의 온도 기울기를 0으로 한 후에, 복수의 웨이퍼(30)의 막두께 균일성을 확보하기 위해서는, 복수의 웨이퍼(30)를 배치하고 있는 영역을 4 영역(프로덕트 웨이퍼(301, 302, 303, 304))으로 분할하여, 분할한 각 영역에 대응하도록, 반응로(1) 내에 복수 개의 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)을 각각 연장시켜, 이들로부터 반응 가스를 공급하는 것이 필요해지기 때문이다.

가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부의 가스 분출구(63, 73, 83, 93)는, 등간격으로 배치되어, 각각 25매의 웨이퍼가 적층된 프로덕트 웨이퍼(301, 302, 303, 304)의 배열 영역의 중앙부 부근에 각각 위치하고 있다. 이와 같이, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부의 가스 분출구(63, 73, 83, 93)는 처리실(16)내의 4 영역의 프로덕트 웨이퍼(301, 302, 303, 304)에 각각 대응하여 위치 결정되고 있으므로, 복수의 웨이퍼(30)에 반응 가스를 균등하게 공급하도록 되어 있다.

성막에 의해 반응 가스가 소비되지만, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부의 가스 분출구(63, 73, 83, 93)가 위쪽을 향하여 단계적으로 개구하고 있기 때문에, 소비분을 보충하도록 반응가스가 순차 도입되는 것이 되어, 처리실(16)의 하부로부터 상부에 도달하기까지, 반응 가스는 균등한 농도로 도입되어, 그 결과, 웨이퍼(30) 사이의 막두께가 균일화된다.

가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)은, 도 2에 나타난 바와 같이, 이너 튜브(3)의 내면을 따라 동일 원주 상에 등간격으로 배치되어 있다. 한편, 도 1 중에서는 설명상, 알기 쉽게 하기 위해서, 이너 튜브(3)의 반경 방향으로 배열하여 나타내고 있다. 또, 가스 도입 노즐(10)은, 관축에 직교하는 직선 노즐이고, 재질은 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)와 같이 석영제이다.

도 3, 도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 관축 직교부(6l, 71, 81, 91)는 작은 직경(細徑)(소 유로 단면)으로 되어 있고, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 적어도 히터(5)와 대향하는 부분은, 큰 직경(太徑)(대 유로 단면)으로 되어 있다. 큰 직경부의 유로 단면적은 작은 직경부의 유로 단면적의 적어도 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.

대 유로 단면으로 하는 방법에 대해서는, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 내경을 관축 직교부(61, 71, 81, 91)에 대하여 크게 한다. 관축 직교부(61, 71, 81, 91)를 작은 직경(본 실시예에서는, 종래와 같은 외경인 1/4 인치)으로 함으로써, 기존의 기판 처리 장치에 대해 큰 개조를 하지 않고, 실시 가능해진다. 또, 도 4a, 도 4b와 같이, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 단면 형상을, 원주 방향의 장축을 갖는 긴 원, 또는 타원으로 한다. 이 경우, 단축 방향의 외경은 관축 직교부(61, 71, 81, 91)와 동일 치수, 또는 이너 튜브(3)와 보트(26) 및 보트(26)에 유지되는 웨이퍼(30)와의 사이의 간극을 고려하여, 보트(26)나 웨이퍼(30)와 간섭하지 않도록 결정된다. 본 실시예에서는, 관축 직교부(61, 71, 81, 91)의 단면은, 외경이 5∼7 mm, 내경이 3∼5 mm의 원형이다. 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 단축 방향의 외경 "b"는 7∼9 mm이고, 내경 "a"는 5∼7 mm이다. 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 장축 방향의 외경 "d"는 10∼12 mm이고, 내경 "c"는 8∼l0 mm이다.

본 실시 예에서는, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 내경은 커지기 시작하는 위치(51)에서 어떤 경사를 가지고 커지고, 위치(52)에 있어서 그 이후의 부분과 동일한 크기로 되어 있고, 이 위치(52)는, 히터(5)의 하 단부(53)보다도 아래에 위치하고 있다. 또한, 커지기 시작하는 위치(51)는 히터(5), 아우터 튜브(4), 단열판(41)보다도 아래쪽으로서, 보트 받침대(15), 이너 튜브(3)의 하 단부보다도 위쪽으로서, 로 입구 플랜지(2)와 대향하는 영역 내에 위치하고 있다.

또, 도 7에 도시하는 바와 같이, 내경이 커짐이 끝난 위치(52)가 히터(5)의 하 단부(53)와 거의 같은 높이로 해도 되고((a)참조), 내경이 커지기 시작하는 위치(51)가 히터(5)의 하 단부(53)와 거의 같은 높이로 해도 되며((b)참조), 내경이 크게 되어 있는 도중의 위치가 히터(5)의 하 단부(53)와 거의 같은 높이로 해도 된다((c)참조). 더욱이, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 내경은 커지기 시작하는 위치(51)로부터 어떤 경사를 가지고 커지는 것이 아니라, 어떤 위치(54)에서 급격히 커지는 구조여도 되고, 이 경우에 이 위치(54)는, 히터(5)의 하 단부(53)보다도 아래에 위치하고 있어도 되며((d)참조), 히터(5)의 하 단부(53)와 거의 같은 높이여도 된다((e)참조). 더욱이 또, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 상 단부에 가스 분출구(63, 73, 83, 93)을 설치하는 것이 아니라, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 측면에 복수의 가스 분출구(48)를 설치한 다공 노즐((f)참조)을 이용하도록 해도 되고, 이 경우에 있어서도 51, 52의 위치는, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 경우와 마찬가지이다.

다시, 도 3을 참조하면, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)와 관축 직교부(61, 71, 81, 91)는 다른 부품으로서 연결하여 구성하여도 되고, 일체 성형하여도 된다.

또한, 관축 직교부(61, 71, 81, 91)의 하부에는 쿠션 부재(46)가 각각 부착되어 있고, 쿠션 부재(46)는 로 입구 플랜지(2)의 벽에 안쪽으로 돌출하여 부착된 금속제의 링 형상의 노즐 지지 부재(45)에 접촉하고 있다.

로 입구 플랜지(2)에는 가스 배기로(11)의 하 단부에 연통하는 배기관(12)이 설치된다. 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9, 10)로부터 도입된 반응 가스는 이너튜브(3) 내를 상승하여, 이너튜브(3)의 상 단부에서 반환되어, 가스 배기로(11)를 강하하여 배기관(12)으로부터 배기된다.

도 1을 다시 참조하면, 로 입구 플랜지(2)의 하 단부 개구(로 입구)는 밀봉캡(13)에 의해 기밀하게 폐색되도록 되어 있고, 밀봉캡(13)에는 보트 회전장치(14)가 설치되고, 보트 회전장치(14)에 의해서 회전되는 보트받침대(15)에 보트(26)가 세워져 설치되도록 되어 있다. 밀봉캡(13)은 보트 승강기(17)에 의해서 승강 가능하게 지지되어 있다.

가스도입 노즐(6, 7, 8, 9, 10)은 유량제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(18, 19, 20, 21, 22)를 각각 통해 SiH₄ 등의 반응 가스를 공급하는 반응 가스공급원(42), 또는 질소 가스 등의 불활성가스를 공급하는 퍼지 가스공급원(43)에 접속되어 있다.

히터(5)의 가열, 보트 승강기(17)의 승강, 보트 회전장치(14)의 회전, 매스 플로우 콘트롤러(18, 19, 20, 21, 22)의 유량은, 주제어부(24)에 의해서 제어된다. 또, 주제어부(24)에는 로 내부 온도를 검출하는 하나 또는 복수의 온도검출기(25)로부터의 온도검출신호가 입력되어, 히터(5)가 로 내를 균일 가열하도록 제어되어 있다.

이하, 조작에 대해서 설명한다.

보트 승강기(17)에 의해 보트(26)가 강하되어, 강하상태의 보트(26)에 대하여 웨이퍼(27)가 도시하지 않은 기판 이재기(移載幾)에 의해 이재된다. 웨이퍼(27)가 소정 매수 장전된 상태로, 보트 승강기(17)가 밀봉캡(13)을 상승시켜, 보트(26)를 처리실(16)에 장입한다. 처리실(16)은 밀봉캡(13)에 의해 기밀하게 폐색되어, 배기관(12)을 통해 처리압력까지 감압되어, 히터(5)에 의해 처리실(16)이 처리온도로 가열된다. 또, 보트 회전장치(14)에 의해 보트(26)가, 연직축심을 중심으로 회전된다.

매스 플로우 콘트롤러(18, 19, 20, 21, 22)가 반응 가스(SiH₄)의 유량을 제어하고, 반응 가스는 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9, 10)로부터 처리실(16)에 도입된다. 또, 이 반응 가스(SiH₄)는, 100% SiH₄로서, 단독으로 도입해도 되고, SiH₄를 N₂로 희석하여 도입해도 된다.

반응 가스는 처리실(16) 내를 상승하는 과정에서, 열화학 반응에 의해 반응생성물이 웨이퍼(27)에 퇴적하여, 성막된다. 또, 보트(26)가 회전되기 때문에, 반응 가스의 웨이퍼(27)에 대한 편류가 방지된다.

또, 성막에 의해 반응 가스가 소비되지만, 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9)의 상 단부 위치(가스 도입 위치)가 위쪽을 향하여 단계적으로 개구하고 있기 때문에, 소비분을 보충하도록 반응 가스가 순차 도입되게 되어, 처리실(16)의 하부에서 상부에 도달하기까지, 반응 가스는 균등한 농도로 도입된다. 따라서, 웨이퍼 면 간의 막두께가 균일화된다.

또, 매스 플로우 콘트롤러(18, 19, 20, 21, 22)는 반응 가스의 가스 농도가 일정해지도록, 각 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9, 10)로부터의 가스 도입량을 제어하고 있다.

반응 가스는 관축 직교부(61, 71, 81, 91)를 통과하여, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)를 상승하는 과정에서, 히터(5)로 가열된다. 이 때문에, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)를 통과하는 과정에서, 반응 생성물이 관축 평행부(62, 72, 82, 92) 내면에 부착하는 경우가 있다. 상기한 바와 같이, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 적어도 히터(5)와 대향하는 부분은 큰 직경(太徑)으로 하고 있기 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 반응 생성물(47)이 부착하였다고 해도, 가스도입 노즐(6, 7, 8, 9)을 막히게 하는 것에는 이르지 않는다.

또, 관축 직교부(61, 71, 81, 91)는, 온도가 낮아 반응이 진행하지 않기 때문에, 작은 직경인 채로도 무방하다. 도 3과 같이, 관축 직교부(61, 71, 81, 91)와 관축 평행부(62, 72, 82, 92)와의 접합부 근방, 또는, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)이더라도, 히터(5)와 대향하지 않는 부분에 있어, 관축 직교부(61, 71, 81, 91)로부터 상승한 어떤 위치까지는, 300∼400℃ 미만이고 반응이 진행하지 않기 때문에 작은 직경이다.

한편, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 히터(5)와 대향한 부분이더라도, 300∼400℃ 미만으로서 가열이 진행하지 않은 하부에 대해서는 작은 직경인 채로 해도 된다. 또, 유로 단면을 크게 하는 부분을 히터(5)와 대향한 부분으로 더욱 웨이퍼(30)가 수납되는 영역으로 해도 된다.

따라서, 성막 처리를 반복하여 행한 경우도, 노즐의 막힘을 억제할 수 있고, 가스 도입 노즐(6, 7, 8, 9)로부터의 반응 가스의 공급량에 부족은 생기지 않고, 품질이 높은 기판 처리를 행할 수 있다. 특히 폴리 실리콘, 바람직하게는 플랫 폴리 실리콘의 후막 등의 성막 처리에 있어서, 효과를 기대할 수 있다. 또한, SiH₄ 등의 실란계 가스와 GeH₄ 등의 게르마늄계 가스를 이용하여 행하는 SiGe 막의 성막에도 적용할 수 있다.

이와 같이, 노즐의 유로 단면적을 크게 할 필요가 있는 부분은, 성막 반응이 생기는 정도의 온도로 되는 부분(SiH₄의 경우 300∼400℃ 이상이 되는 부분)이나, 반응 가스가 분해하는 정도의 온도로 되는 부분(SiH₄의 경우 300∼400℃ 이상이 되는 부분)이다.

또한, 노즐의 유로 단면적을 크게 하지 않아도 좋은 부분은, 노즐 부착부, 노즐 수평부, 노즐 굽힘부, 히터와 대향하지 않는 부분, 성막 반응이 생기지 않을 정도의 온도로 되는 부분(SiH₄의 경우 300∼400℃ 미만이 되는 부분)이나, 반응 가스가 분해하지 않을 정도의 온도로 되는 부분(SiH₄의 경우 300∼400℃ 미만이 되는 부분)이다.

도 5는 본 발명에 관한 기판 처리 장치에 있어서, 일괄 처리한 경우에 웨이퍼에 성막되는 막 두께의 변화를 나타낸 것이다.

처리 조건으로서는, 예컨대, 성막 온도 즉, 적어도 처리실(16)의 웨이퍼(30)가 수납된 영역의 온도가 650∼670℃, 성막 압력 10∼30 Pa, 성막 막 두께 5000∼10000Å, 반응 가스 유량(SiH₄, 총유량: 0.2∼1 SLM)이 바람직하다.

도 5에서는, 상기 처리 조건으로 일괄 처리를 10회 반복한 경우를 나타내고 있고, 평균 막 두께(동일 일괄 처리한 웨이퍼 사이의 막 두께 평균치)는, 일괄 처리마다, 점차 증가하는 경향이 있지만, 일괄 처리마다의 막두께 균일성은 ±0.38%로 제품 품질상 지장 없는 범위에 그치고 있고, 노즐의 막힘을 억제할 수 있고, 반응 가스의 공급량에 부족이 생기지 않은 것을 나타내고 있다. 종래는, 3∼4 일괄적으로 막혀 있었지만, 본 실시 예에 의하면, 노즐을 막히게 하는 일 없이 10 일괄 이상 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또, 일괄 처리마다의 막두께 균일성의 데이터를 집적하여, 경향을 파악함으로써, 매스 플로우 콘트롤러(18, 19, 20, 21, 22)를 제어하여, 일괄 처리마다 유량을 제어하면 더욱 막 두께 균일성이 향상한다.

한편, 상기 실시 형태에서, 성막 온도가 650℃∼670℃의 경우를 예시하였지만, 성막 온도는 620℃ 이상으로, 예컨대 620℃∼680℃로 해도 된다. 또, 관축 평행부(62, 72, 82, 92)의 제조에 있어서는, 일례로서, 3/8 인치의 관을 찌그러뜨려 성형하는 등이 있다. 또, 단면 형상으로서는 원형, 긴 원, 타원에 한하지 않고, 원호 형상의 긴 원이어도, 또는 원주 방향으로 긴 변을 갖는 직사각형이어도 되고, 중요한 것은 유로 단면을 확대할 수 있는 형상이면 된다. 예컨대, 짓눌린 원 형상, 대략 타원 형상, 원을 찌부러뜨린 것 같은 형상(타원형, 계란형, 각을 둥글게 한 직사각형, 대향한 반원의 단부 끼리를 직선으로 연결한 형), 단축이 기판 중앙부 측을 향하는 대략 타원 형상, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선 방향으로 단축을 갖는 대략 타원 형상, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선과 대략 수직한 방향으로 장축을 갖는 대략 타원 형상, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선 방향의 폭보다도, 그것과 대략 수직한 방향의 폭 쪽이 커지는 것 같은 형상, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선과 대략 수직한 방향으로 긴 변을 갖는 직사각형, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선과 대략 수직한 방향으로 장축을 갖는 마름모형을 바람직하게 들 수 있다. 이러한 변형 예를 도 8a∼도 12b에 도시한다.

또, 반응로는 횡형이어도 실시 가능한 것은 말할 필요도 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 예에서는, 노즐이 적어도 히터와 대향 하는 부분의 유로 단면적을 노즐의 반응용기로의 부착부의 유로 단면적보다도 크게 하였기 때문에, 노즐의 막힘을 억제할 수 있고, 유지 보수를 행하기까지의 처리 회수를 늘릴 수 있다. 이에 따라, 유지 보수의 빈도를 감소할(유지보수 사이클을 길게 할) 수 있어, 장치의 다운타임을 감소시킬 수 있다.

또한, 노즐의 반응 용기로의 부착부의 유로 단면적은 크게 하지 않고, 종래와 동일 형상(1/4 인치 직경)으로 할 수 있기 때문에, 종래와 동일 형상의(1/4 인치 직경 노즐 대응의) 로 입구 플랜지를 그대로 사용할 수 있고, 로 입구 플랜지를 새롭게 설계하여 고칠 필요가 없다. 또, 노즐 전체의 유로 단면적을 크게 한 경우는, 변경한 노즐 형상에 적합하도록 로 입구 플랜지를 새롭게 설계하여 고칠(설계 변경할) 필요가 있다.

노즐의 적어도 히터와 대향하는 부분의 단면 형상을 짓눌린 원형상(대략 타원형상)으로 하였기 때문에, 웨이퍼와 이너 튜브의 사이의 간극을 작게 할 수 있다. 이에 따라 기판면 내에서의 가스농도를 균일하게 할 수 있어, 면내 막두께 균일성, 면내 막질 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 반응관 용적을 작게 할 수 있어, 사용하는 가스량을 절약할 수 있다. 또한 장치를 소형화하는 것도 가능하다.

명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2003년 8월 7일 제출의 일본 특허출원2003-206526호 및 2004년 3월 29일 제출의 일본 특허출원2004-096063호의 개시내용 전체는, 그대로 인용하여 여기에 포함된다.

여러 가지 전형적인 실시 형태를 나타내고 또한 설명하여 왔지만, 본 발명은 그들 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 다음의 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 의하면, 복수매의 기판을 처리하는 반응관과, 기판을 가열하는 히터와, 반응관내에 가스를 공급하는 적어도 1개의 가스도입 노즐을 갖는 기판처리장치에 있어서, 가스도입 노즐은 적어도 히터와 대향하는 부분의 유로단면을 다른 부분보다 크게 하였기 때문에, 성막 처리하는 경우에 가스도입 노즐의 막힘을 억제할 수 있고, 또, 보수작업의 경감이 도모되고, 유지보수 사이클의 단축이나 스루풋의 향상이 도모된다는 뛰어난 효과를 발휘한다.

그 결과, 본 발명은, 실리콘웨이퍼에 반도체장치를 제조하는 종형 CVD 장치나 이 CVD 장치를 이용하는 반도체장치의 제조방법에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

복수 매의 기판을 처리하는 반응 용기와,

상기 복수 매의 기판을 가열하는 히터와,

상기 반응 용기 내에 반응 가스를 공급하는 적어도 하나의 노즐을 갖는 기판 처리 장치에 있어서,

상기 노즐은 상기 반응 용기의 벽을 관통하여 상기 반응 용기에 부착되고, 상기 노즐의 적어도 상기 히터와 대향하는 부분의 유로 단면적을 상기 노즐 부착부의 유로 단면적보다도 크게 한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐의 적어도 상기 히터와 대향하는 부분의 단면 형상을 짓눌린 원 형상으로 한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제2항에 있어서, 상기 노즐의 상기 부착부의 단면 형상을 원 형상으로 한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐의 적어도 상기 히터와 대향하는 부분의 단면 형상을 대략 타원 형상으로 하여, 그 단축이 기판 중앙부 측을 향하도록 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제4항에 있어서, 상기 노즐의 상기 부착부의 단면 형상을 원 형상으로 하여, 그 직경을 상기 단축보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐의 적어도 상기 히터와 대향하는 부분의 단면 형상을, 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선 방향의 폭보다도, 그것과 수직한 방향의 폭쪽이 큰 형상으로 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제6항에 있어서, 상기 노즐의 상기 부착부의 단면 형상을 원형상으로 하여, 그 직경을 상기 노즐의 기판 중심과 노즐 중심을 연결하는 직선 방향의 폭보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐은 수평 방향으로 신장하는 수평부와, 수직 방향으로 상승하는 수직부를 갖고, 상기 수평부가 상기 반응 용기의 측벽에 부착되고, 상기 수직부의 일부가 상기 히터와 대향하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 성막 가스이고, 상기 처리는 성막 처리인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 SiH₄이고, 상기 처리는 실리콘 막의 성막 처리인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐은, 길이가 다른 복수 개의 노즐로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제11항에 있어서, 상기 히터는 복수의 히터 영역으로 분리되어 있고, 상기 기판을 처리할 때, 상기 각 히터 영역에 해당하는 반응 용기내의 온도를 동일 온도로 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제12항에 있어서, 상기 반응 가스는 SiH₄이고, 상기 처리는 실리콘 막의 성막 처리인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제13항에 있어서, 상기 히터는 상기 기판을 처리할 때, 상기 각 히터 영역에 대응하는 반응 용기내의 온도를 650∼670℃의 범위 내의 온도로 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
기판을 반응 용기 내에 반입하는 단계와,

상기 반응 용기의 벽을 관통하도록 상기 반응 용기에 부착되고, 적어도 히터와 대향하는 부분의 유로 단면적을 상기 부착부의 유로 단면적보다도 크게 한 노즐보다 상기 반응용기 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 단계와,

처리 후의 상기 기판을 상기 반응 용기로부터 반출하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.