KR20090010956A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 선단 개구와, 상기 제2 가스 유로와의 상기 제1 가스 유로의 연통부에 있는 기단 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있다.
가스 공급 포트, 가스 유로, 씰 캡
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치 및 그 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 처리하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 기판 처리 장치에 있어서, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해, 질화실리콘(Si3N4) 막 등을 형성하는 경우, 노구부(爐口部) 등의 저온부에 대한 염화암모늄(NH4Cl) 등의 부생성물의 부착을 억제하기 위하여 상기 저온부를 가열하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 그러나, 이 방법을 사용한 경우라도 반응 용기 내부의 처리 가스가 체류(滯留)하는 부분에 있어서는 부생성물이 부착하는 경우가 있고, 이 부생성물이 파티클(particle) 발생의 요인으로 되고 있었다. 따라서, 부생성물이 부착하는 영역의 주변으로부터 가스를 퍼지(purge)하고, 가스가 체류하는 것을 방지하여 부생성물의 부착을 보다 억제하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).
<특허 문헌 1> 일본 특허 공개 1996－64532호 공보
<특허 문헌 2> 일본 특허 공개 1998－335317호 공보
그러나, 종래의 기술에 있어서는, 가동부에 가스를 공급하기 위한 공급 포트(port)를 배설(配設)하고 있어, 구조가 복잡했다.
본 발명은 간단한 구조로서 부생성물의 부착을 방지하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 한 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부(開口部)측의 일단에 제1 씰(seal) 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접(當接)함으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀(氣密)하게 폐색(閉塞)하는 씰 캡(seal cap)과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로(流路)와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통(連通)시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 선단 개구(開口)와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 기단(基端) 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관의 개구부에 일단(一端)이 접속된 매니폴드(manifold)와, 상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속된 측과 반대측인 타단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 매니폴드의 타단 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 매니폴드와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽의 적어도 일부에, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재를 따르도록 설치된 요부(凹部)에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응관 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 매니폴드에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 매니폴드에 설치되고 상기 반응관 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하며, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부가, 상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 겹치지 않는 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 반응 용기와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽에, 원환 형상으로 설치된 요부에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하며, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부가, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에, 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하는 가스 공급 포트를 포함하며, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부가, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과, 상기 반응 용기의 개구부 측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과, 상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 제1 가스를 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급함과 동시에, 상기 반응 용기에 설치된 제2 가스 공급 포트로부터 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과, 상기 반응 용기의 개구부 측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과, 상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 가스를 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 제1 가스 유로가, 반응 용기, 씰 캡, 제1 씰 부재 및 제2 씰 부재로 둘러싸인 부분의 적어도 일부에 형성되어 있기 때문에, 비가동부(非可動部)에 공급 포트를 설치할 수 있게 되어, 간단한 구조로 부생성물의 부착을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리로를 나타내는 종단면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 하단부 근방을 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 하단부 근방을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 하단부 근방을 나타내며, (a)는 매니폴드와 씰 캡이 이간(離間)된 상태, (b)는 매니폴드와 씰 캡이 당접한 상태를 설명하는 종단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 홈(溝, groove)이 형성되는 위치 근방을 나타내고, (a)는 홈이 씰 캡의 상면에 형성된 예를, (b)는 홈이 매니폴드의 하면에 형성된 예를, (c)는 홈이 씰 캡의 상면 및 매니폴드의 하면에 형성된 예를 나타내는 단면도.
도 6에 있어서 (a)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 홈이 원호(圓弧) 형상으로 형성된 경우에 있어서 공급 포트의 선단 개구의 위치와 가스 공급 배관의 기단 개구의 위치 관계를 나타내며, (b)는, 홈이 원환(圓環) 형상으로 형성된 경우에 있어서 공급 포트의 선단 개구의 위치와 가스 공급 배관의 기단 개구의 위치 관계를 나타내는 모식도.
도 7에 있어서 (a)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 있어서 가스 유로 내의 가스의 흐름을 나타내는 설명도이고, (b)는 본 발명의 비교예에 따 른 기판 처리 장치에 있어서 가스 유로 내의 가스의 흐름을 나타내는 설명도이다.
<도면 주요 부호의 설명>
100 : 기판 처리 장치 200 : 웨이퍼(wafer)
209 : 매니폴드 210 : 반응 용기
219 : 씰 캡 221a : 제1 O링
221b : 제2 O링 230a : 제1 공급 포트
230b : 제2 공급 포트 255 : 회전축
270 : 홈 272 : 제1 가스 유로
288a : 제1 수직부 288b : 제2 수직부
290 : 제2 가스 유로 292 : 유출구
이하에 본 발명의 실시 형태를 도면을 토대로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치(100)의 처리로(202)의 개략 구성도이며, 종단면도로서 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 처리로(202)는 가열 기구(가열 수단)로서의 히터(206)를 포함한다. 히터(206)는 원통 형상이고, 보지(保持)판으로서의 히터 베이스(251)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다.
히터(206)의 내측에는, 히터(206)와 동심원 형상으로 기판을 처리하는 반응관으로서의 프로세스 튜브(process tube, 203)가 배설되어 있다. 프로세스 튜브(203)는, 내부 반응관으로서의 이너 튜브(inner tube, 204)와 그 외측에 설치된 외부 반응관으로서의 아우터 튜브(outer tube, 205)로 구성된다. 이너 튜브(204)는 예를 들면 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구한 원통 형상으로 형성된다. 이너 튜브(204)의 통 중공부(中空部)에는 기판을 처리하는 처리실(201)이 형성되고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(boat)(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용할 수 있도록 구성된다. 아우터 튜브(205)는 예를 들면 석영 또는 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 내경이 이너 튜브(204)의 외경보다 크고 상단이 폐색하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되고, 이너 튜브(204)와 동심원 형상으로 설치된다.
아우터 튜브(205)의 하방에는, 아우터 튜브(205)와 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는, 예를 들면 스테인리스 등으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구한 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)는 프로세스 튜브(203)[이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(205)]에 접속되고, 이들을 지지하도록 설치된다. 한편, 매니폴드(209)와 아우터 튜브(205)와의 사이에는 씰 부재(部材)로서의 O링(220)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스(251)에 지지됨으로써, 프로세스 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태로 되어 있다. 반응 용기(210)는 프로세스 튜브(203)와 매니폴드(209)에 의해 구성된다.
매니폴드(209)에는 복수의 공급 포트(230)[도 2를 사용하여 후술하는 제1 공급 포트(230a) 및 제2 공급 포트(230b)]가 처리실(201) 내부에 연통(連通)하도록 접속되고, 공급 포트(230)에는 가스 공급 라인(232)이 접속된다. 가스 공급 라인(232)의 공급 포트(230)와의 접속측과 반대측인 상류측에는, 가스 유량 제어기로서의 MFC(mass flow controller, 241)를 개재하여 후술하는 처리 가스 공급원이나 불활성 가스 공급원이 접속된다. 이 MFC(241)는 후술하는 제1 MFC(241a), 제2 MFC(241b) 및 제3 MFC(241c, 도 2에 나타냄)를 포함한다. MFC(241)에는, 가스 유량 제어부(가스 유량 컨트롤러, 235)가 전기적으로 접속되고, 공급하는 가스의 유량이 원하는 양이 되도록 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내부의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)은 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(205)와의 극간에 의해 형성되는 통(筒) 형상의 공간(250)의 하단부에 배치되고, 통 형상 공간(250)에 연통하고 있다. 배기관(231)의 매니폴드(209)와의 접속측과 반대측인 하류 측에는 압력 검출기로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정 장치(242)를 개재하여 진공 펌프 등의 진공 배기 장치(246)가 접속되고, 처리실(201) 내부의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기 할 수 있게 구성된다. 압력 조정 장치(242) 및 압력 센서(245)에는, 압력 제어부(236)가 전기적으로 접속되고, 압력 제어부(236)는 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력을 토대로 압력 조정 장치(242)에 의해 처리실(201) 내부의 압력이 원하는 압력으로 되도록 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
매니폴드(209) 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색할 수 있는 노구(爐口) 덮개로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되게 된다. 씰 캡(219)은 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지며, 원반 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 복수의 O링(221)이 설치된다. 이와 같이, 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 아우터 튜브(205)가 접속되어 있는 일단과는 반대측인 타단에 복수의 O링(221)[후술하는 제1 O링(221a) 및 제2 O링(221b)]을 개재하여 당접함으로써 매니폴드(209) 타단 개구부를 기밀하게 폐색하게 된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트를 회전시키는 회전 기구(회전 수단, 254)가 설치된다. 회전 기구(254)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여, 후술하는 보트(217)에 접속되고, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 프로세스 튜브(203)의 외부에 수직으로 설비된 승강 기구(승강 수단)로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되고, 이에 따라 보트(217)를 처리실(201)에 대하여 반입 반출할 수 있게 된다. 회전 기구(254) 및 보트 엘리베이터(115)에는, 구동 제어부(237)가 전기적으로 접속되고, 원하는 동작을 하도록 원하는 타이밍으로 제어하도록 구성된다.
기판 보지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜 다단으로 보지하도록 구성된다. 한편, 보트(217)의 하부에는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 원판 형상을 한 단열 부재로서의 단열판(216)이 수평 자세로 다단으로 복수 매 배치되고, 히터(206)로부터의 열이 매니폴드(209)측에 전달되기 어렵게 구성된다.
프로세스 튜브(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 히터(206)와 온도 센서(263)에는, 전기적으로 온도 제어부(238)가 접속되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보를 토대로 히터(206)에 대한 통전 상태를 조정함으로써 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 원하는 타이밍에 제어하도록 구성된다.
가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238)는, 조작부, 입출력부로서 구성되고, 기판 처리 장치 전체를 제어하는 주제어부(239)에 전기적으로 접속된다. 이들, 가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238), 주제어부(239)는 컨트롤러(240)로서 구성된다.
다음에 매니폴드(209) 및 회전 기구(254)의 주변 구조를 도 2 내지 도 7을 토대로 설명한다.
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상술한 복수의 O링(221)은, 제1 씰 부재로서의 제1 O링(221a) 및 제2 씰 부재로서의 제2 O링(221b)으로 이루어진다. 즉, 씰 캡(219)은, 반응 용기(210)[매니폴드(209)]의 개구부측의 일단에 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)을 개재하여 당접함으로써, 반응 용기(210)의 개구부를 기밀하게 폐색하게 된다.
반응 용기(210)[매니폴드(209)] 및 씰 캡(219)의 적어도 한쪽의 반응 용기(210)[매니폴드(209)]에 씰 캡(219)이 당접한 상태에 있어서, 반응 용기(210)[매니폴드(209)]와 씰 캡(219)과 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)으로 둘러싸인 부분의 적어도 일부에는, 제1 가스 유로(272)를 구성하는 요소의 하나인 홈(270)이 제1 O 링(221a) 및 제2 O링(221b)과 동심원 형상으로 형성된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 홈(270)은 씰 캡(219) 상면의 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에, 링 형상(원환 형상)으로 설치되고, 씰 캡(219)의 외주부를 따르도록 형성된다.
홈(270)은 원환 형상으로 형성되는 대신에 원호 형상으로 형성해도 무방하다. 예를 들면, 홈(270)이 씰 캡(219) 상면의 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b) 사이의 영역의 적어도 일부에 원호 형상으로, 예를 들면 중심각이 180°가 되도록 설치되고, 씰 캡(219)의 외주부를 따르도록 형성되어도 무방하다. 또한, 홈(270)은 중심각 180o 이하, 예를 들면 중심각 90o 범위에 원호 형상으로 설치하도록 해도 되며, 중심각 180о 이상 예를 들면 중심각 270о의 범위에 원호 형상으로 설치하도록 해도 무방하다.
도 4에도 나타내는 바와 같이, 제1 가스 유로(272)는, 보트 엘리베이터(115)의 구동에 의해 씰 캡(219)이 상승[도 4(a)의 화살표 a방향으로 이동]하여 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)을 개재하여 반응 용기(210)[매니폴드(209)] 하단에 당접함으로써 홈(270)이 설치된 부분에 형성되게[도 4(b)에 나타냄] 된다.
이와 같이, 제1 가스 유로(272)는 매니폴드(209)와 씰 캡(219)과, 제1 O링(221a) 및 제2 O링(221b)으로부터 이루어지는 이중(二重)의 O링으로 둘러싸인 공간에 의해, 씰 캡(219)의 외주부를 따라 형성되고, 보트 엘리베이터(115)의 승강 동작에 의해 분리할 수 있는 구성으로 된다. 이에 따라, 씰 캡(219)과 같은 가동부 에 간단한 구성으로 가스 유로를 형성할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에 있어서는, 도 5(a)에 확대하여 나타내는 바와 같이, 홈(270)은 씰 캡(219) 상면에 형성되어 있는데, 도 5(b)에 확대하여 나타내는 바와 같이 매니폴드(209)[반응 용기(210)] 측, 즉 매니폴드(209)의 하단면에 설치하도록 해도 무방하고, 도 5(c)에 확대하여 나타내는 바와 같이 씰 캡(219)과 매니폴드(209)의 양쪽, 즉 씰 캡(219) 상면 및 매니폴드(209) 하단면에 설치하도록 해도 무방하다.
상술한 복수의 공급 포트(230)는, 제1 공급 포트(230a)와 제2 공급 포트(230b)를 포함한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 공급 포트(230a)는, 반응 용기(210)[매니폴드(209)]에 설치되고, 제1 가스 유로(272)에 가스를 공급하게 된다. 보다 구체적으로는, 제1 공급 포트(230a)에는 제1 가스 공급 라인(232a)이 접속되고, 이 제1 가스 공급 라인(232a)에는 상류측으로부터 제1 가스 공급원(274a), 제1 밸브(276a), 제1 MFC(241a) 및 제2 밸브(276b)가 배설된다. 제1 가스 공급원(274a)에는 첨가 가스로서의 암모니아(NH3)나 질소(N2) 가스가 축적되어 있고, 이 첨가 가스가 제1 가스 공급 라인(232a)에 설치된 제1 밸브(276a), 제1 MFC(241a), 제2 밸브(276b)를 개재하여 제1 공급 포트(230a)에 공급되게 된다.
한편, 제1 가스 공급원(274a)에 불활성 가스로서의 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 등을 축적하도록 해도 무방하다.
제2 공급 포트(230b)는 반응 용기(210)[매니폴드(209)]에 설치되고, 반응 용 기(210) 내에 가스를 공급하게 된다. 보다 구체적으로는, 제2 공급 포트(230b)에는 제2 가스 공급 라인(232b)이 접속되어 있고, 이 제2 가스 공급 라인(232b)에는 상류측으로부터 제2 가스 공급원(274b), 제3 밸브(276c), 제2 MFC(241b) 및 제4 밸브(276d)가 배설되어 있다. 제2 가스 공급원(274b)에는 클로르계 실란(silane) 가스로서 예를 들면 DCS(dichlorosilane；SiH2Cl2), TCS(trichlorosilane；SiHCl3) 및 HCD(hexachlorodisilane；Si2Cl6) 등이 축적되고, 이 클로르계 실란 가스가 제2 가스 공급 라인(232b)에 설치된 제3 밸브(276c), 제2 MFC(241b), 제4 밸브(276d)를 개재하여 제2 공급 포트(230b)에 공급되게 된다.
또한, 제2 가스 공급 라인(232b)에 있어서 제2 공급 포트(230b)와 제4 밸브(276d)의 사이에는 제3 가스 공급 라인(232c)이 접속되어 있다. 이 제3 가스 공급 라인(232c)에는 상류측으로부터 제3 가스 공급원(274c), 제5 밸브(276e), 제3 MFC(241c) 및 제6 밸브(276f)가 배설된다. 제3 가스 공급원(274c)에는 클리닝 가스로서 이용되는 불소(F2) 가스, 3불화 질소(NF3) 가스 및 3불화 염소(ClF3) 가스 등이 축적되고, 이 클리닝 가스가 제3 가스 공급 라인(232c)에 설치된 제5 밸브(276e), 제3 MFC(241c), 제6 밸브(276f) 및 제2 가스 공급 라인(232b)을 개재하여 제2 공급 포트(230b)에 공급되게 된다.
이와 같이, 제2 공급 포트(230b)에 클로르계 실란 가스를 공급하는 제2 가스 공급 라인(232b)과 클리닝 가스를 공급하는 제3 가스 공급 라인(232c)이 접속됨으로써, 클로르계 실란 가스 공급 라인과 클리닝 가스 공급 라인을 별도의 공급 포트 에 설치했을 경우와 비교하여, 제2 가스 공급 포트(230b) 내에 대한 부생성물의 역류, 체류를 방지할 수 있고, 제2 가스 공급 포트(230b) 내벽면에 대한 부생성물의 부착을 방지할 수 있다. 또한, 공급 포트의 공용화에 따라 코스트를 저감할 수 있다.
회전 기구(254)는 회전 기구 본체(278)를 포함하고, 이 회전 기구 본체(278)에는 상술한 회전축(255), 베어링부(280), 냉각부(282) 및 구동부(284)가 설치된다. 또한, 회전 기구 본체(278) 내에는, 회전 기구 본체(278) 내벽과 회전축(255)의 사이에 소정의 극간을 설치하여, 상단부가 개방된 중공부(286)가 형성된다. 베어링부(280)는, 자기(磁氣) 베어링(280a)과 이 자기 베어링(280a)의 하부에 배치된 2개의 볼 베어링(280b, 280b)으로 이루어지고, 회전 기구 본체(278)에 대하여 회전축(255)을 회전 자재하게 지지한다.
냉각부(282)는 자기 베어링(280a)의 주위에 설치된 냉각 수로(282b)와, 이 냉각 수로(282b)에 접속된 냉각수 배관(282a)으로 이루어진다. 이 냉각부(282)는 냉각수 배관(282a)으로부터 냉각수를 공급 또는 배출하고, 냉각 수로(282b) 내에 냉각수를 순환시킴으로써, 회전 기구 본체(278)를 냉각하게 된다. 구동부(284)는, 구동원(도시 생략)에 접속된 구동 기어(284a)와, 회전축(255)에 형성되고 상기 구동 기어(284a)와 맞물리는 입력 기어(284b)를 갖는다. 이 구동부(284)는, 구동원의 구동력을 회전축(255)에 전달하고, 회전축(255)을 소정의 회전수로 회전시키게 된다.
제2 가스 유로(290)를 구성하는 요소의 하나인 가스 공급 배관(288)은, 일단 부(一端部)가 씰 캡(219)에 설치되고, 다른 단부가 회전 기구(254)에 설치된다. 보다 구체적으로는, 가스 공급 배관(288)은, 상류측이 제1 가스 유로(272)에 연통하고, 또한 하류측이 회전 기구 본체(278)의 중공부(286)에 연통하도록 설치된다. 제1 가스 유로(272)에 연통하는 제2 가스 유로(290)는, 가스 공급 배관(288) 및 회전 기구 본체(278)의 중공부(286)로 구성된다. 씰 캡(219)에는 회전축(255)이 관통하는 관통공(219a)이 형성되고, 이 관통공(219a)과 회전축(255)의 사이의 극간은, 제2 가스 유로(290)와 반응 용기(210) 내를 연통시키는 유출구(292)로서 사용된다.
또한, 도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 가스 공급 배관(288)은 제1 수직부(288a)와 제2 수직부(288b)를 포함하고, 가스 공급 배관(288)은 제1 수직부(288a)와 제2 수직부(288b)에 있어서 분리할 수 있도록 구성된다. 즉, 가스 공급 배관(288)의 제1 수직부(288a)와, 제2 수직부(288b)에는, 각각 이음수(296, 296)가 설치되고, 제1 수직부(288a)의 일부를 구성하는 제1 배관(302) 및 제2 수직부(288b)의 일부를 구성하는 제2 배관(304)에 대하여, 제1 수직부(288a)의 일부, 및 제2 수직부(288b)의 일부를 구성하는, 예를 들면 U자형으로 이루어지는 제3 배관(306)이, 이음수(296, 296)를 개재하여 착탈할 수 있도록 설치된다. 여기에서, 제1 배관(302)과 제3 배관(306)의 접속부 및 제2 배관(304)과 제3 배관(306)의 접속부에 있어서 배관과 이음수(296, 296)와는, 모두 수직인 방향으로 배치되어 있기 때문에, 제3 배관(306)을 쉽게 떼어내거나 설치할 수 있다. 즉, 가스 공급 배관(288)에 반응 부생성물이 부착하는 등으로 유지보수가 필요하게 된 경우에, 제3 배관(306)을 떼어내거나, 설치하기 위한 교환 작업 등을 쉽게 할 수 있어, 유지보 수성을 향상시킬 수 있다.
또한, 가스 공급 배관(288)을, 가열 수단(도시하지 않음)에 의해 가열함으로써, 가스 공급 배관(288) 내에 대한 반응 부생성물 등의 부착을 억제하거나, 방지하거나 할 수 있기 때문에 바람직하다.
앞에서 설명한 바와 같이 홈(270)을 원환 형상으로 형성하는 대신에 홈(270)을 원호 형상으로 형성한 경우에는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 원호 형상으로 이루어지는 유로를 형성하는 홈(270)의 일단부에, 공급 포트(230a)를 접속하고, 타단부에 가스 공급 배관(288)을 접속하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 홈(270)에 의해 형성되는 원호 형상의 유로 전체에 걸쳐 적극적인 가스의 흐름을 만들 수 있고, 맹장부(盲腸部)가 형성되지 않도록 할 수 있다. 이에 반하여, 원호 형상이 되는 유로의 일단부 및 타단부 이외의 부분에 공급 포트(230a) 및 가스 공급 배관(288)을 접속했을 경우, 적극적인 가스의 흐름을 만들 수 없는 맹장부가 형성되고, 이 맹장 부분에 확산, 체류한 NH3는, 충분히 퍼지되지 못하고 잔류하게 된다. 여기에서, 맹장부란, 홈, 관(管) 등 한 쪽의 단부가 닫혀 있어, 길이 막히게 되는 부분을 말한다.
이상과 같이, NH3의 유로를 형성하는 홈(270)은, 씰 캡이 이중(二重) O링[제1 O링(221a), 제2 O링(221b)]을 개재하여 매니폴드(209)에 당접한 상태에 있어서, 2중 O링 사이의 영역의 매니폴드(209) 및 씰 캡(219) 중 적어도 어느 한 쪽의 적어도 일부에 O링을 따르도록 설치하는 것이 좋다. 다만, 2중 O링 사이의 영역의 일부 에 원호 형상으로 홈(270)을 설치하는 것보다, 도 6(b)에 나타내는 본 실시 형태와 같이, 전주(全周)에 걸쳐 원환 형상으로 홈(270)을 설치하는 쪽이, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역 전체에 적극적인 가스의 흐름을 만들 수 있어, 가스의 체류가 생기기 어려워 바람직하다. 또한, 전주에 걸쳐 홈(270)을 설치하는 쪽이, 홈(270)을 형성하기 위한 가공도 용이하다.
한편, NH3 공급 포트(230a) 선단 개구의 위치와, 가스 공급 배관(288) 기단(基端) 개구 위치와의 사이에 형성되는 원호 형상 유로의 중심각 θ는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 홈(270)을 원호 형상으로 형성하는 경우 및 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 고리 형상으로 형성하는 경우 양 쪽 모두, 90о~270о로 하는 것이 바람직하다. 중심각 θ가, 예를 들면, 5°와 같이 너무 작으면, 부분적으로 가스의 체류가 생겨, 유로 전체에 적극적인 가스의 흐름을 만들지 못하고, 맹장부가 생길 우려가 있다. 또한, 중심각 θ는 180о 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, NH3 공급 포트(230a) 선단 개구의 위치와, 가스 공급 배관(288)의 기단 개구의 위치는, 회전축을 사이에 두고 대략 대향하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 첨가 가스를 공급하는 가스 경로는, 제1 공급 포트(230a), 제1 가스 유로(272), 제2 가스 유로(290) 및 유출구(292)로 이루어진다. 따라서, 제1 가스 공급 라인(232a)에 공급된 첨가 가스는, 제1 공급 포트(230a), 제1 가스 유로(272), 제2 가스 유로(290) 및 유출구(292)를 개재하여 매니폴드(209)의 중심부 로부터 반응 용기(210) 내에 공급된다. 한편, 제2 가스 공급 라인(232b)에 공급된 클로르계 실리콘 화합물 가스는, 제2 공급 포트(230b)를 개재하여 매니폴드(209) 측벽부로부터 반응 용기(210) 내에 공급된다. 이와 같이, 첨가 가스와 클로르계 실란 가스를 별도의 공급 포트로부터 반응 용기(210) 내에 공급하도록 되어 있다.
다음에, 상기 구성에 따른 처리로(202)를 사용하여, 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서, CVD법에 의해 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(wafer charge)되면, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려서 처리실(201)로 반입(boat loading)된다(기판 반입 공정). 이 상태에서, 씰 캡(219)은 제1 O링(221a) 및 제2 O링(221b)을 개재하여 매니폴드(209) 하단을 씰(seal)한 상태로 된다. 즉, 반응 용기(210) 개구부의 일단에 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)을 개재하여 씰 캡(219)을 당접시킴으로써 반응 용기(210)의 개구부를 기밀하게 폐색함과 동시에, 반응 용기(210)와 씰 캡(219)과 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)으로 둘러싸이는 부분의 적어도 일부에 제1 가스 유로(272)를 형성한다.
처리실(201) 내부가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 배기 장치(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력을 토대로 압력 조정 장치(242)가 피드백(feedback) 제어된다. 또한, 처리실(201) 내부가 원하는 온도가 되도록 히터(206)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내부가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보를 토대로 히터(206)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 이어서, 회전 기구(254)에 의해 보트(217)가 회전됨으로써 웨이퍼(200)가 회전된다.
다음에, 반응 용기(210)에 설치된 제1 공급 포트(230a)로부터 제1 가스 유로(272)에 첨가 가스를 공급하고, 제1 가스 유로(272)에 공급된 첨가 가스를 상기 제1 가스 유로(272)에 연통하는 제2 가스 유로(290)로 흘리며, 상기 제2 가스 유로(290)에 흘린 첨가 가스를 상기 제2 가스 유로(290)와 반응 용기(210) 내를 연통시키는 유출구(292)로부터 반응 용기(210) 내로 공급한다. 그 후, 첨가 가스의 공급을 유지한 상태에서, 반응 용기(210)에 설치된 제2 공급 포트(230b)로부터 클로르계 실란 가스를 반응 용기(210) 내에 공급한다. 반응 용기(210) 내에 도입된 가스는 처리실(201) 내를 상승하고, 이너 튜브(204)의 상단 개구로부터 통 형상 공간(250)으로 유출하여 배기관(231)으로부터 배기된다. 가스는 처리실(201) 내를 통과할 때 웨이퍼(200)의 표면과 접촉하고, 이 때 열CVD 반응에 의해 웨이퍼(200)의 표면 상에 박막이 퇴적(deposition)된다(기판 처리 공정).
한편, 이 때, 첨가 가스를 회전축(255)의 주위로 유통시켜 회전축(255)과 씰 캡(219)과의 사이의 극간에 형성된 유출구(292)로부터 반응 용기(210) 내에 공급하고 있기 때문에, 회전축(255)의 적어도 씰 캡(219)보다 하방의 부분은 부식성 가스인 클로르계 실란 가스와 접촉하지는 않고, 적어도 이 부분에 있어서는 부식을 방지할 수 있다. 또한, 회전 기구(254)의 내부에 부식성 가스인 클로르계 실란 가스 가 들어가지 않기 때문에, 이 부분에 대해서도 부식을 방지할 수 있다.
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 첨가 가스의 공급을 유지한 상태에서, 클로르계 실란 가스의 공급을 정지하여 성막을 종료한다. 그 후, 첨가 가스의 공급이 정지되고, 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 공급되어, 반응 용기(210) 내부가 불활성 가스로 치환됨과 동시에, 반응 용기(210) 내의 압력이 상압으로 복귀된다.
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 동시에, 처리가 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응 용기(210)의 외부로 반출된다(기판 반출 공정). 그 후, 처리가 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(wafer discharge).
이상과 같이, 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 가스 공급원으로부터 회전 기구(254) 내에 첨가 가스를 직접 공급하지 않고, 매니폴드(209)와 씰 캡(219)과 2중 O링[제1 O링(221a), 제2 O링(221b)]에 의해 둘러싸인 씰 캡(219)의 외주부를 따르는 공간[제1 가스 유로(272)]을 개재하여 회전 기구(254) 내에 첨가 가스를 간접적으로 공급하도록 했기 때문에, 비가동부인 매니폴드(209)에 첨가 가스를 공급하는 제1 공급 포트(230a)를 설치할 수 있다. 이에 따라, 보트 엘리베이터(115)의 가동 케이블(도시 생략) 등에 첨가 가스용 배관을 배설할 필요가 없어, 간단한 구조로 할 수 있다.
또한, 매니폴드(209)는 히터(206)로부터의 복사열이나 프로세스 튜브(203)로 부터의 열(熱) 전달로 인하여 어느 정도 가열되어 있어, 첨가 가스를 제1 가스 유로(272)에 유통시킴으로써, 상기 첨가 가스의 예비 가열을 할 수 있다. 이에 따라, 예비 가열된 첨가 가스를 제2 가스 유로(290), 유출구(292)로부터 반응 용기(210) 내에 공급할 수 있기 때문에, 유출구(292) 부근에 있어서 노내 온도의 저하가 억제됨과 동시에 첨가 가스의 열 분해를 촉진시킬 수 있다. 제1 가스 유로(272)를 길게 할수록, 즉 원호 형상으로 형성되는 홈(270)의 중심각을 크게 할수록, 첨가 가스의 예비 가열 효과를 높일 수 있다.
또한, 제1 가스 유로(272)를 설치하는 영역, 즉 원호 형상으로 형성되는 홈(270)의 중심각을 조정함으로써, 가스 공급 배관(288)의 설치 위치를 자재로 조정할 수 있고, 가스 공급 배관(288)의 배치의 자유도를 확보할 수 있다. 이에 따라, 다른 부재의 배치를 바꾸지 않고, 가스 공급 배관(288)을 최적의 위치에 설치할 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 매니폴드(209)에 씰 캡(219)을 당접시킬 때, 매니폴드(209)에 설치된 공급 포트(230a)와, 씰 캡(219)에 설치된 가스 공급 배관(288)을 직접 접속할 필요가 없기 때문에, 공급 포트(230a)의 선단 개구와 가스 공급 배관(288)의 기단 개구를, 엄밀히 위치 맞춤할 필요가 없다. 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 매니폴드(209)에 씰 캡(219)을 당접시킬 때, NH3 공급 포트(230a)의 선단 개구는 NH3의 유로가 형성되는 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에 위치하도록 하면 된다. 즉, NH3 공급 포트(230a)의 선단 개구는 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에 들어가기만 하면 되고, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역의 면적은 공급 포트(230a)의 선단 개구의 면적에 비해 크기 때문에, 용이하게 양자를 위치 맞춤할 수 있다.
이에 반하여, 매니폴드(209)에 씰 캡(219)을 당접시킬 때, 공급 포트(230a)와 가스 공급 배관(288)을 직접 접속하도록 기판 처리 장치(100)를 구성하고자 하면, 공급 포트(230a)의 선단 개구와, 가스 공급 배관(288)의 기단 개구를 정확하게 위치 맞춤할 필요가 있고, 공급 포트(230a) 선단 개구의 면적과, 가스 공급 배관(288)의 기단 개구의 면적은 대략 동등하기 때문에, 그 맞춤(위치 맞춤)은 매우 어렵다.
또한, 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에, 제1 O링(221a), 제2 O링(221b)을 따라 홈(270)을 설치하여 가스 유로를 형성함으로써, 이 영역에, 도 7(a)에 화살표로 나타내는 바와 같이, 적극적인 가스의 흐름을 만들 수 있고, 맹장부가 형성되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에 NH3를 체류시키지 않도록 할 수 있다. 또한, 성막 처리 후에, 홈(270)에서 형성되는 유로를 불활성 가스로 퍼지함으로써, 유로 내의 NH3를 신속하고 또한 충분히 퍼지할 수 있어, 유로 내에 NH3가 잔류하지 않도록 할 수 있다.
이에 반하여, 매니폴드(209)에 씰 캡(219)을 당접시킬 때, 공급 포트(230a) 와 가스 공급 배관(288)을 직접 접속하도록 기판 처리 장치(100)를 구성하고자 하면, 그 접속부로부터 매니폴드(209)와 씰 캡(219)과의 사이의, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에, 도 7(b)에 화살표로 나타내는 바와 같이, NH3가 확산하여, 체류하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 매니폴드(209)와 씰 캡(219)과의 사이의, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에 형성되는 근소한 극간이 맹장부로 되고, 이 부분에는 적극적인 가스의 흐름을 형성할 수 없기 때문에, 이 부분에 확산하여 체류한 NH3는, 충분히 퍼지하지 못하고 잔류하고 만다. 이 경우, 성막 후의 보드 언로드(unload)시에, 잔류한 NH3가 노(爐) 밖으로 확산하여, 안전상의 문제가 생기는 경우도 생각할 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 성막시에는 씰 캡(219)과 매니폴드(209)와의 당접부는, 100℃~200℃ 정도의 온도가 되기 때문에, 제1 O링(221a)과 제2 O링(221b)과의 사이의 영역에, 홈(270)에 의해 형성한 유로에 NH3를 흘림으로써, 상술한 바와 같이 NH3를 씰 캡(219) 및 매니폴드(209)의 열에 의해 예비 가열할 수 있다.
다음에 실시예를 설명한다.
<실시예 1>
본 발명의 기판 처리 장치(100)를 사용하여, 웨이퍼에 대한 열 CVD법에 의한 Si3N4막의 성막 처리를 실시했다. 클로르계 실란 가스에는 DCS, 첨가 가스에는 NH3 를 사용하고, 처리 온도는 550℃~900℃, 처리실 내 압력은 1~100 Pa로 했다. DCS와 NH3와의 유량비를 1：3으로 하여 성막 처리를 수행한 결과, 웨이퍼 면내(面內) 막 두께의 균일성은 ±0.7%, 웨이퍼 면간(面間)의 막 두께의 균일성은 ±1.8%로서, 양호한 결과를 얻었다. 또한, 성막 처리 후에 회전 기구(254)를 씰 캡(219)으로부터 떼어내고, 회전 기구(254) 내부를 확인한 바, 씰 캡(219)보다 하방의 회전축(255) 및 회전 기구(254) 내부에 부생성물인 NH4Cl의 부착이 없음이 확인되었다.
<실시예 2>
본 발명의 기판 처리 장치(100)를 사용하여, 웨이퍼에 대하여 열 CVD법에 의한 Si3N4막의 성막 처리를 실시했다. 클로르계 실란 가스에는 DCS, 첨가 가스에는 NH3를 사용하고, 처리 온도는 550℃~900℃, 처리실 내 압력은 1~100 Pa로 했다. DCS와 NH3의 유량비를 1：1. 5로 하여 성막 처리를 수행한 결과, 웨이퍼 면내 막 두께의 균일성, 웨이퍼 면간의 막 두께의 균일성 모두 실시예 1과 동등한 양호한 결과를 얻었다. 또한, 성막 후에 회전 기구(254)를 씰 캡(219)으로부터 떼어내고, 회전 기구(254) 내부를 확인한 바, 씰 캡(219)보다 하방의 회전축(255) 및 회전 기구(254) 내부에 부생성물인 NH4Cl의 부착이 없음이 확인되었다.
이와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 웨이퍼 면내 막 두께의 균일성, 웨이퍼 면간의 막 두께의 균일성을 확보하면서 회전축(255) 주변부에 대한 부생성물의 부착을 방지할 수 있다.
한편, 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 등의 불활성 가스를 회전축(255)의 주변으로부터 퍼지하면서 성막 처리를 실시하도록 해도 무방하다.
또한, 반응 용기(210) 내에 부착한 막을 제거하는 클리닝시에도, 불활성 가스를 회전축(255)의 주변에 유통시켜, 회전축(255)을 퍼지하도록 해도 무방하다. 이 경우, 빈 보트(217)를 반응 용기(210) 내에 반입하여, 제1 가스 유로(272)를 형성한 상태에서 제1 공급 포트(230a)로부터 제1 가스 유로(272)에 N2 등의 불활성 가스를 공급하고, 제1 가스 유로(272)에 공급된 불활성 가스를 제2 가스 유로(290)에 흘리고, 제2 가스 유로(290)에 흘린 불활성 가스를 유출구(292)로부터 반응 용기(210) 내에 공급한다. 그 후, 불활성 가스의 공급을 유지한 상태에서, 제2 공급 포트(230b)로부터 클리닝 가스를 반응 용기(210) 내에 공급한다. 한편, 클리닝 가스는, 제3 가스 공급원(274c)으로부터 제3 가스 공급 라인(232c), 제2 가스 공급 라인(232b)을 개재하여 공급한다. 이 경우에 있어서도 상기 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1, 실시예 2에서는, Si3N4막을 성막하는 예에 대하여 나타냈는데, 본 발명은 Si3N4막의 성막 이외에도, 예를 들면, SiON, HTO[High Temperature Oxide(SiO2)], SiC, SiCN 등, 2 종류 이상의 가스를 사용하는 성막 전반에 적용할 수 있다. 예를 들면, SiH2Cl2와 N2O와 NH3를 사용하여 SiON막을 성막하는 경우, 회전축측으로부터는 NH3, 또는 N2O를 공급한다. 또한, 예를 들면, SiH2Cl2 또는 SiH4와 N2O를 사용하여 HTO막을 성막하는 경우, 회전축측으로부터는 N2O를 공급한다. 또한, 예를 들면, SiH2Cl2와 C3H6를 사용하여 SiC막을 성막하는 경우, 회전축측으로부터는 C3H6를 공급한다. 또한 예를 들면, SiH2Cl2와 C3H6와, NH3를 사용하여 SiCN막을 성막하는 경우, 회전축측으로부터는 C3H6 또는 NH3를 공급한다.
본 발명의 바람직한 형태를 부기한다.
본 발명의 하나의 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 선단 개구와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 기단 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 반응 용기와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한쪽의 적어도 일부에, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재를 따르도록 홈이 설치되고, 상기 제1 가스 유로는 상기 홈에 의해 형성된다.
바람직하게는, 상기 홈은 원호 형상 또는 원환 형상으로 설치된다.
바람직하게는, 상기 홈은 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재의 사이의 영역의 전주에 설치된다.
바람직하게는, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 선단 개구와, 상기 제2 가스 유로의 상기 기단 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 씰 캡의 중심을 사이에 두고 실질적으로 대향하는 위치에 있다.
바람직하게는, 상기 제1 가스 유로 중, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 선단 개구의 위치와, 상기 제2 가스 유로의 상기 기단 개구 위치와의 사이에 형성되는 원호 형상 유로의 중심각이 90о~270о이다.
바람직하게는, 상기 제2 가스 유로의 적어도 일부는 배관에 의해 구성되고, 상기 배관에는 제1 수직부와 제2 수직부가 설치되며, 상기 배관은 상기 제1 수직부와 상기 제2 수직부에 있어서 분리할 수 있도록 구성된다.
바람직하게는, 기판을 지지하는 지지구와, 상기 씰 캡을 관통하도록 설치되고, 상기 지지구를 지지하여 회전시키는 회전축과, 상기 씰 캡에 부착되어 상기 회전축을 회전시키는 회전 기구를 더 포함하고, 상기 회전 기구의 내부에는 상기 회전축과 상기 씰 캡과의 사이의 극간을 개재하여 상기 반응 용기 내에 연통하는 중공부가 설치되고, 상기 제2 가스 유로는, 상기 제1 가스 유로와 상기 중공부를 연 통시키는 배관과, 상기 중공부에 의해 구성된다.
바람직하게는, 상기 제1 가스는 NH3 가스 또는 불활성 가스이고, 상기 제2 가스는 클로르계 실란 가스이다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관의 개구부에 일단이 접속된 매니폴드와, 상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속된 쪽과 반대측인 타단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 매니폴드의 타단 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재 사이의 영역의 상기 매니폴드와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽의 적어도 일부에, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재를 따르도록 설치된 요부에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응관 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 매니폴드에 설치되어 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 매니폴드에 설치되어 상기 반응관 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부가, 상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 겹치지 않는 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상 기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 반응 용기와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽에 원환 형상으로 설치된 요부에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로의 연통부가, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에, 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와, 상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하는 가스 공급 포트를 포함하고, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부가, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과, 상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 제1 가스를 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급함과 동시에, 상기 반응 용기에 설치된 제2 가스 공급 포트로부터 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과, 상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과, 상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 가스를 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 간단한 구조로서 부생성물의 부착을 방지할 필요가 있는 것에 이용할 수 있다.
Claims (14)
- 기판을 처리하는 반응 용기와,상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과,상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와,상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와,상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와,상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고,상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 선단 개구와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부에 있는 기단(基端) 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 것인 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 상 기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 반응 용기와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽의 적어도 일부에, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재를 따라 홈이 설치되고, 상기 제1 가스 유로는 상기 홈에 의해 형성되는 것인 기판 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 홈은 원호 형상 또는 원환 형상으로 설치되는 것인 기판 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 홈은 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 전주(全周)에 설치되는 것인 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 선단 개구와, 상기 제2 가스 유로의 상기 기단 개구는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 상기 씰 캡의 중심을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 있는 것인 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 유로 중, 상기 제1 가스 공급 포트의 상기 선단 개구의 위치와, 상기 제2 가스 유로의 상기 기단 개구의 위치와의 사이에 형성되는 원호 형상 유로의 중심각이 90о~270о인 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 가스 유로의 적어도 일부는 배관에 의하여 구성되고, 상기 배관에는 제1 수직부와 제2 수직부가 설치되며, 상기 배관은 상기 제1 수직부와 상기 제2 수직부에 있어서 분리 가능하게 구성되는 것인 기재한 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 기판을 지지하는 지지구와,상기 씰 캡을 관통하도록 설치되고, 상기 지지구를 지지하여 회전시키는 회전축과,상기 씰 캡에 부착되고 상기 회전축을 회전시키는 회전 기구를 더 포함하고,상기 회전 기구의 내부에는 상기 회전축과 상기 씰 캡과의 사이의 극간을 개재하여 상기 반응 용기 내에 연통하는 중공부가 설치되고, 상기 제2 가스 유로는 상기 제1 가스 유로와 상기 중공부를 연통시키는 배관 및 상기 중공부에 의해 구성되는 것인 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스는 NH3 가스 또는 불활성 가스이고, 상기 제2 가스는 클로르계 실란 가스인 기판 처리 장치.
- 기판을 처리하는 반응관과,상기 반응관의 개구부에 일단이 접속된 매니폴드와,상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속된 측과 반대측인 타단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 매니폴드의 타단 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과,상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 매니폴드와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽의 적어도 일부에, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재를 따르도록 설치된 요부(凹部)에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와,상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응관 내를 연통시키는 제2 가스 유로와,상기 매니폴드에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와,상기 매니폴드에 설치되고 상기 반응관 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고,상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부는, 상기 매니폴드에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 겹치지 않는 위치에 있는 것인 기판 처리 장치.
- 기판을 처리하는 반응 용기와,상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과,상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역의 상기 반응 용기와 상기 씰 캡 중 적어도 어느 한 쪽에, 원환 형상으로 설치된 요부(凹部)에 의해 형성되는 상기 제1 가스 유로와,상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와,상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 포트와,상기 반응 용기에 설치되고 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 포트를 포함하고,상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서, 서로 떨어진 위치에 있는 것인 기판 처리 장치.
- 기판을 처리하는 반응 용기와,상기 반응 용기의 개구부측의 일단에, 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하 여 당접함으로써 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하는 씰 캡과,상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접함으로써 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 형성되는 제1 가스 유로와,상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로와,상기 반응 용기에 설치되고 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하는 가스 공급 포트를 포함하고,상기 제1 가스 공급 포트의 상기 제1 가스 유로와의 연통부와, 상기 제2 가스 유로의 상기 제1 가스 유로와의 연통부는, 상기 반응 용기에 상기 씰 캡이 당접한 상태에 있어서 서로 떨어진 위치에 있는 기판 처리 장치.
- 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과,상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과,상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 제1 가스를, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로 를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급함과 동시에, 상기 반응 용기에 설치된 제2 가스 공급 포트로부터 상기 반응 용기 내에 제2 가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과,처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 기판을 반응 용기 내에 반입하는 공정과,상기 반응 용기의 개구부측의 일단에 제1 씰 부재와 제2 씰 부재를 개재하여 씰 캡을 당접시킴으로써, 상기 반응 용기의 개구부를 기밀하게 폐색하면서, 상기 제1 씰 부재와 상기 제2 씰 부재와의 사이의 영역에 제1 가스 유로를 형성하는 공정과,상기 반응 용기에 설치된 제1 가스 공급 포트로부터 상기 제1 가스 유로에 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 유로에 공급된 상기 가스를, 상기 씰 캡에 설치되고 상기 제1 가스 유로와 상기 반응 용기 내를 연통시키는 제2 가스 유로를 개재하여 상기 반응 용기 내에 공급하여 기판을 처리하는 공정과,처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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