KR20130020795A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

대기압 미만의 압력으로 설정되고 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 제1 온도로 가열된 기판을 수용한 처리실 내에 공급하면서 배기하여 반응종에 의해 기판에 대하여 처리를 수행하도록 하고, 그 때 제2 온도를 제1 온도 이상의 온도로 하였다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 기판에 대하여 산화 처리나 어닐링 처리 등의 처리를 수행하는 기판 처리 장치, 그 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
감압 분위기로 한 반응실 내에 각각 독립 가스된 공급계로부터 산소 가스, 수소 가스를 도입하여 산화 처리하는 방법에서는, 수분을 형성하기 전에 실리콘 기판과의 반응이 진행되기 때문에 산화 초기의 성장 속도가 빨라 실리콘 기판의 다른 면방위(面方位) 간(間)이나 Si3N4 상에 있어서의 성장 속도 차이가 작아진 결과 막 두께 차이를 현저하게 줄일 수 있고 등방성(等方性) 산화가 가능하다고 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 국제 공개 WO2005/020309 팜플렛
특허문헌 1에 기재된 산화 수법(이하, 단순히 등방성 산화라고도 말한다.)을 이용하여 형성한 실리콘 기판 상의 열 산화막은 뛰어난 계면 특성을 가지며 고 각종 산화막 특성에 뛰어난 점으로 인해, 이 산화 수법은 플래시 메모리의 터널 산화막 형성 프로세스를 비롯한 높은 신뢰성을 필요로 하는 디바이스의 키 프로세스의 하나로서 널리 채용된다.
그런데 최근의 미세 가공의 진행에 따라 각종 처리 온도의 저온화가 필요해지다보니 등방성 산화에 있어서도 처리 온도의 저하와 함께 실리콘 산화막의 막질 저하는 피할 수 없는 문제가 되었다. 또한 처리 온도의 저하에 따라 성막 속도가 늦어지고, 같은 막 두께를 얻고자 한 경우에 처리 시간이 더 길어져 생산성을 떨어뜨린다는 점이 문제가 되었다.
저온화를 필요로 하는 미세 가공을 이용하는 각종 디바이스에 있어서는, 처리 온도가 저온화되어도 고온 처리했을 때의 실리콘 산화막과 동등한 막질 및 실리콘 산화막 특성을 필요로 하고, 저온 처리에 있어서의 막질 개선 및 성막 속도를 향상시키는 기술을 필요로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 저온 처리에 있어서 막질을 개선할 수 있고 성막 속도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내의 기판을 제1 온도로 가열하는 제1 가열원;
복수 종류의 가스를 반응시키는 반응 예비실;
상기 반응 예비실 내를 제2 온도로 가열하는 제2 가열원;
상기 반응 예비실 내에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계;
상기 반응 예비실 내에 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계;
상기 반응 예비실과 상기 처리실을 접속하는 접속부;
상기 처리실 내 및 상기 반응 예비실 내의 압력을 대기압 미만의 압력이 되도록 조정하는 압력 조정부; 및
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제2 온도로 가열된 상기 반응 예비실 내에 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하도록 하고, 그 때 상기 제2 온도를 상기 제1 온도 이상의 온도가 되도록 상기 제1 가열원, 상기 제2 가열원, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 저온 처리에 있어서 막질을 개선할 수 있고 성막 속도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 DRY 산화, PYRO 산화, 등방성 산화 각각에 의해 얻어진 실리콘 산화막의 절연 내압 특성을 도시하는 도면이다.
도 2는 등방성 산화의 처리 온도와 각각의 처리 온도에서 형성한 실리콘 산화막의 절연 내압 특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 각 처리 온도에 있어서의 처리 시간과 실리콘 산화막의 막 두께와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 처리실 내에 있어서의 원자상(原子狀) 산소의 발생량과 처리실 내의 온도와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 반응 예비실에 있어서 예비 가열을 실시한 경우와 실시하지 않은 경우의 원자상 산소의 양을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이고, (b)는 처리로 부분을 (a)의 A-A'선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태의 제1 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태의 제2 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태의 제3 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태의 제4변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시 형태의 제5 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이며, (b)는 처리로 부분을 (a)의 A-A'선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 12는 본 실시 형태의 제6 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 매엽식(枚葉式) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시 형태의 제7 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 매엽식 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 14는 본 실시 형태의 제8 변형예에 있어서의 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 제3 변형예에 있어서 반응 예비실과 처리실을 직결(直結)한 경우를, (b)는 제6 변형예에 있어서 반응 예비실과 처리실을 직결한 경우를, (c)는 제7 변형예에 있어서 반응 예비실과 처리실을 직결한 경우를 각각 도시하는 도면이다.
도 15는 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
우선 본 발명자들이 수행한 예비적 실험에 대하여 설명한다. 본 발명자들은 DRY 산화, PYRO 산화 등의 종래 기술에 의해 얻어진 실리콘 산화막과 등방성 산화에 의해 얻어진 실리콘 산화막의 절연 내압 특성을 측정하였다. 도 1에 DRY 산화, PYRO 산화, 등방성 산화 각각에 의해 얻어진 실리콘 산화막의 절연 내압 특성의 일 예를 비교하여 도시한다. 도 1의 횡축은 절연 파괴 전하량[QBD(C/cm2)]을 도시하고 있고, 종축은 누적 고장율[CUMULATIVE COUNT(%)]을 도시하고 있다.
도 1로부터 종래 산화 기술(DRY 산화, PYRO 산화)에 의해 얻어진 실리콘 산화막의 절연 내성에 비하여 등방성 산화에 의해 얻어진 실리콘 산화막의 절연 내성이 더 높은 것을 알 수 있다.
또한 본 발명자들은 처리 온도를 바꿔 등방성 산화에 의해 실리콘 산화막을 형성하고, 각각의 처리 온도로 형성된 실리콘 산화막의 절연 내압 특성을 측정하였다. 도 2에 등방성 산화의 처리 온도와 각각의 처리 온도로 형성한 실리콘 산화막의 절연 내압 특성을 도시한다. 도 2의 횡축은 절연 파괴 전하량[QBD(C/cm2)]을 도시하고 있고, 종축은 누적 고장율[CUMULATIVE COUNT(%)]을 도시하고 있다. 도 2로부터 처리 온도의 저온화에 따라 실리콘 산화막의 절연 내성이 저하하고 막질이 저하하는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명자들은 처리 온도를 바꿔 등방성 산화에 의해 실리콘 산화막을 형성하고, 각각의 경우에 있어서 처리 시간을 바꿨을 때의 실리콘 산화막의 막 두께를 측정하였다. 도 3에 각 처리 온도에 있어서의 처리 시간과 실리콘 산화막의 막 두께와의 관계를 도시한다. 도 3의 횡축은 처리 시간[time(min)]을 도시하고 있고, 종축은 실리콘 산화막의 막 두께[Thickness(Å)]를 도시하고 있다. 도 3으로부터 처리 온도의 저온화에 따라 성막 속도가 늦어지고 같은 막 두께를 얻고자 한 경우에 처리 시간이 더 길어져 생산성을 떨어뜨리는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명자들은 가열된 감압 분위기 하에 있는 처리실 내에 산소 가스와 수소 가스를 도입했을 때 발생하는 반응종인 원자상 산소(O)의 발생량과 처리실 내 온도와의 관계를 CFD 해석에 의해 구하였다. 도 4에 그 CFD 해석 결과를 도시한다. 도 4의 횡축은 인렛(Inlet,가스 공급구)으로부터의 거리[가스 체류 시간과 동의(同義)]를 도시하고 있고, 종축은 원자상 산소(O)의 몰분율을 도시하고 있다.
도 4로부터 처리실 내의 온도가 높은 경우에는 반응 속도가 빨라 단시간에 최대의 원자상 산소 발생량을 얻을 수 있다. 이에 대하여 처리실 내의 온도가 떨어짐에 따라 반응 속도가 늦어지고, 처리실 입구(Inlet) 부근에서는 원자상 산소의 발생량이 적고, 가스의 흐름 방향 하류에 걸쳐 반응이 진행되고, 원자상 산소의 발생량이 최대가 되는 시간에 지연이 발생하고 있다. 또한 최대로 얻을 수 있는 원자상 산소의 발생량은 처리실 내의 온도에 의존하고 있어, 저온 처리에서는 최대로 얻을 수 있는 원자상 산소의 발생량이 상대적으로 저하한다. 또한 산화력은 원자상 산소의 발생량에 의존하기 때문에, 최대로 얻을 수 있는 원자상 산소의 발생량이 상대적으로 저하하는 저온 처리에 있어서는 실리콘 산화막의 성장 속도가 상대적으로 늦어진다. 이는 도 3의 실험 결과와 일치한다.
본 발명자들은 이와 같은 예비적 실험의 결과를 근거로 하여 예의 연구한 결과, 기판을 제1 온도로 가열하는 제1 가열원을 포함하는 반응실(처리실)의 전단(前段)에 제2 가열원을 포함하는 반응 예비실을 설치하고, 대기압 미만의 압력으로 설정되고 또한 제2 가열원에 의해 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 도입하여 반응종인 원자상 산소를 생성하는 것에 의해, 저온 처리가 필요한 피처리물인 기판을 수용한 반응실로 고온 처리했을 때에 얻을 수 있는 반응종인 원자상 산소와 동등한 농도의 원자상 산소를 공급할 수 있는 것을 발견하였다. 또한 이에 의해 처리 온도를 저온화시켜도 고온 처리했을 때의 실리콘 산화막과 동등한 막질 및 실리콘 산화막 특성을 얻을 수 있고, 또한 저온 처리에 있어서도 성막 속도를 향상시킬 수 있는 것도 발견하였다. 본 발명은 본 발명자들이 발견한 상기 지견에 기초하는 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, (a)는 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이고 (b)는 처리로 부분을 (a)의 A-A'선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 6에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 제1 가열원(제1 가열 수단)으로서의 제1 히터(207)를 포함한다. 제1 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 제1 히터(207)는 저항 가열형의 히터(저항 가열에 의한 열원)이며, 후술하는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)를 제1 온도로 가열하도록 구성된다.
제1 히터(207) 의 내측에는 제1 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관으로서의 프로세스 튜브(203)가 배설(配設)된다. 프로세스 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 프로세스 튜브(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(반응실)(201)이 형성되고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다. 프로세스 튜브(203)에 의해 반응 용기(처리 용기)가 형성된다.
프로세스 튜브(203) 내에는 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(233a)이 프로세스 튜브(203) 하부의 측벽을 관통하도록 설치된다. 제1 노즐(233a)은 처리실(201)을 구성하는 프로세스 튜브(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에 프로세스 튜브(203)의 내벽의 하부로부터 상부에 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 상승하도록 설치된다. 제1 노즐(233a)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공인 가스 공급공(248a)이 설치된다. 이 가스 공급공(248a)은 하부로부터 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구 면적을 가지며 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 제1 노즐(233a)에는 반응 가스 공급관(232f)이 접속된다.
또한 프로세스 튜브(203)의 천정부(天井部) 즉 천정벽에는 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(233b)이 설치된다. 제2 노즐(233b)에는 반응 가스 공급관(232e)이 접속된다. 제2 노즐(233b)은 프로세스 튜브(203)의 외벽의 하부로부터 정부(頂部)에 따라 설치되고, 정부에 있어서 처리실(201) 내와 연통(連通)한다. 제2 노즐(233b)의 선단부[하류 단부(端部)]에는 가스를 공급하는 공급공인 가스 공급공(248b)이 설치된다. 가스 공급공(248b)은 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 적재 방향 하방을 향해 개구된다.
반응 가스 공급관(232e, 232f)에는 개폐 밸브인 밸브(243e, 243f)가 각각 설치된다. 반응 가스 공급관(232e, 232f)은 그 상류 측에 있어서 반응 가스 공급관(232)에 접속된다. 즉 반응 가스 공급관(232)은 그 하류 측에서 반응 가스 공급관(232e, 232f)으로 분기되도록 구성된다. 반응 가스 공급관(232)의 상류 측에는 후술하는 반응 예비실(301)을 구성하는 반응 예비 용기(300)가 접속된다. 또한 반응 가스 공급관(232)의 반응 예비실(301) 근방에는 그 내부의 압력 즉 반응 예비실(301)의 2차 측(하류 측)의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245c)가 설치된다. 주로 반응 가스 공급관(232, 232e, 232f), 밸브(243e, 243f)에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다. 또한 반응 가스 공급관(232, 232e, 232f) 및 노즐(233a, 233b)에 의해 반응 예비실(301)과 처리실(201)을 접속하여 양실(兩室)을 연통시키는 접속부로서의 배관부(연통부)가 구성되고, 이 배관부에 의해 반응 예비실(301) 내로부터 처리실(201) 내로 가스를 흘리는 유로(流路)가 형성된다.
반응 예비 용기(300)에는 또한 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b)이 접속되고, 이 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b)으로부터 반응 예비실(301) 내에 다른 2종류의 가스를 공급 가능하도록 구성된다.
제1 가스 공급관(232a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치된다.
또한 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다 하류 측에는 불활성 가스를 공급하는 제1 불활성 가스 공급관(232c)이 접속된다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232c)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치된다. 제1 가스 공급관(232a)의 선단부(하류 단부)에는 반응 예비실(301)이 접속된다. 또한 제1 가스 공급관(232a)의 제1 불활성 가스 공급관(232c)과의 접속부보다 하류 측의 반응 예비실(301) 근방에는, 그 내부의 압력 즉 반응 예비실(301)의 1차 측(상류 측)의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245a)가 설치된다. 주로 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성되고, 주로 제1 불활성 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제2 가스 공급관(232b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(24lb) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치된다. 또한 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다 하류 측에는 불활성 가스를 공급하는 제2 불활성 가스 공급관(232d)이 접속된다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232d)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 제2 가스 공급관(232b)의 선단부(하류 단부)에는 반응 예비실(301)이 접속된다. 또한 제2 가스 공급관(232b)의 제2 불활성 가스 공급관(232d)과의 접속부보다 하류 측의 반응 예비실(301) 근방에는, 그 내부의 압력 즉 반응 예비실(301)의 1차 측(상류 측)의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245b)가 설치된다. 주로 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성되고, 주로 제2 불활성 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는 환원성 가스 즉 수소 함유 가스로서 예컨대 수소(O2) 가스가 매스 플로우 컨트롤러(24la), 밸브(243a)를 개재하여 반응 예비실(301) 내에 공급된다. 즉 제1 가스 공급계는 환원성 가스 공급계(수소 함유 가스 공급계)로서 구성된다. 이 때 동시에 제1 불활성 가스 공급관(232c)으로부터 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)를 개재하여 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급되도록 하여도 좋다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는 환원성 가스 즉 수소 함유 가스로서 예컨대 수소(H2) 가스가 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b)를 개재하여 반응 예비실(301) 내에 공급된다. 즉 제2 가스 공급계는 환원성 가스 공급계(수소 함유 가스 공급계)로서 구성된다. 이 때 동시에 제2 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)를 개재하여 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급되도록 하여도 좋다.
반응 예비 용기(300)는 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고 원통 형상으로 형성된다. 반응 예비 용기(300)의 통중공부에는 반응 예비실(301)이 형성되고, 반응 예비실(301)은 그 내부에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시키도록 구성된다. 반응 예비 용기(300)에는 복수 여기에서는 2개의 인렛과 1개의 아웃렛(Outlet)이 설치된다. 반응 예비 용기(300)의 각 인렛에는 전술한 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b)이 각각 접속되고, 반응 예비실(301) 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 반응 예비 용기(300)의 아웃렛에는 전술한 반응 가스 공급관(232)이 접속되고, 반응 예비실(301) 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜서 생성시킨 원자상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 반응종을 반응 가스 공급관(232) 내로 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 반응 예비 용기(300)의 주위에는 제2 가열원(제2 가열 수단)으로서의 제2 히터(302)가 반응 예비 용기(300)의 원통 측면을 피복하도록 설치된다. 제2 히터(302)는 원통 형상이며, 마찬가지로 원통 형상인 반응 예비 용기(300)과 동심원 형상으로 설치된다. 제2 히터(302)는 반응 예비실(301) 내를 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된다. 또한 제2 히터(302)는 제1 히터(207)와 독립하여 제어 가능하게 구성된다. 또한 제2 히터(302) 및 반응 예비 용기(300)의 주위에는 단열 부재(303)가 설치된다.
또한 전술한 바와 같이 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 반응 가스 공급관(232)의 반응 예비실(301) 근방에는 압력 센서(245a, 245b, 245c)가 각각 설치된다. 전술한 바와 같이 압력 센서(245a, 245b)는 반응 예비실(301)의 1차 측(상류 측)의 압력 즉 반응 예비실(301)의 인렛 측의 압력을 검출하도록 구성되고, 압력 센서(245c)는 반응 예비실(301)의 2차 측(하류 측)의 압력 즉 반응 예비실(301)의 아웃렛 측의 압력을 검출하도록 구성된다. 또한 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 압력 센서(245a, 245b, 245c)에 의해 반응 예비실(301)의 1차 측의 압력과 반응 예비실(301)의 2차 측의 압력이 모니터되어 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는지의 여부가 감시된다. 이 때 반응 예비실(301)과 처리실(201)과의 사이의 배관부 내의 압력도 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는 지의 여부가 감시된다.
또한 반응 예비실(301) 내의 압력이나 배관부 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는지에 대한 여부를 감시하기 위해서는, 반응 예비실(301)의 적어도 2차 측의 압력을 모니터하면 좋고, 1차 측 압력의 모니터링은 반드시 수행하지 않아도 좋다. 이와 같은 경우 반응 예비실(301)의 1차 측의 압력 센서(245a, 245b)를 생략해도 좋다. 단 반응 예비실(301)의 1차 측의 압력과 2차 측의 압력과의 양방(兩方)의 압력을 모니터하는 경우가 보다 확실하게 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는지의 여부를 감시할 수 있어 보다 적절한 양의 반응종을 생성하는 것이 가능하며 또한 안전성을 한층 향상시키는 것이 가능하다.
프로세스 튜브(203)의 하부에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 프로세스 튜브(203)와 배기관(231)과의 접속부에 배기구가 형성된다. 배기관(231)에는 압력 검출기로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(242)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. 또한 APC 밸브(242)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기·진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력 조정을 수행할 수 있도록 구성된 개폐 밸브이다. 이와 같은 구성에 의해 진공 펌프(246)를 작동시키면서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)의 밸브의 개도를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기하는 것이 가능해졌다. 주로 배기관(231), 압력 센서(245), APC 밸브(242), 진공 펌프(246)에 의해 배기계가 구성된다.
또한 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)의 밸브 개도가 조절되어 처리실(201) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력이 되도록 조정(제어)되지만, 이 때 반응 예비실(301) 내의 압력도 대기압 미만의 소정의 압력이 되도록 조정된다. 또한 반응 예비실(301)과 처리실(201)과의 사이의 배관부 내의 압력도 대기압 미만의 소정의 압력이 되도록 조정된다. 이 때 전술한 바와 같이 압력 센서(245a, 245b, 245c)에 의해 반응 예비실(301)의 1차 측의 압력과 2차 측의 압력이 모니터되어, 반응 예비실(301) 내의 압력이나 배관부 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는지의 여부가 감시된다.
여기서 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력 즉 3,999Pa이하, 바람직하게는 2,666Pa이하의 압력으로 유지된 경우, 소정의 온도 예컨대 450℃ 이상의 온도 하에서는 O2가스와 H2가스가 반응하여 원자상 산소(O) 등의 반응종을 생성하는 것이 가능하다. 특히 반응 예비실(301) 내의 압력이 1,333Pa이하의 압력으로 유지된 경우, 소정의 온도 예컨대 450℃ 이상의 온도 하에서는 O2가스와 H2가스가 적절하게 반응하여 H2O를 생성하는 일 없이 적절한 양의 원자상 산소(O) 등의 반응종을 생성하는 것이 가능하다. 또한 원자상 산소(O) 등의 반응종의 생성 효율은 같은 온도 하에서는 반응 예비실(301) 내의 압력을 1,333Pa이하로 한 경우가 가장 높고, 반응 예비실(301) 내의 압력을 2,666Pa이하로 한 경우가 다음으로 높으며, 반응 예비실(301) 내의 압력을 3,999Pa이하로 한 경우가 그 다음으로 높다. 즉 반응 예비실(301) 내의 압력은 3,999Pa이하, 바람직하게는 2,666Pa이하, 보다 바람직하게는 1,333Pa이하로 하는 것이 좋다. 또한 이와 같은 압력 하에서는 예컨대 450℃ 이상의 열이 가해진 경우에도 O2가스와 H2가스와의 반응 확률이 비교적 낮아 연쇄 반응에 이르기에 필요한 반응열에 의한 열량 공급이 이루어지지 않고, 또한 국소적인 체적 팽창에 따른 압력 변동이 흡수됨으로써 O2가스와 H2가스의 혼합 기체의 폭발 범위로부터 벗어나는 것이 가능하다.
반대로 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa를 초과하면 예컨대 450℃ 이상의 열이 가해졌을 경우에는 O2가스와 H2가스와의 반응이 지나치게 진행하여 H2O가 비교적 많이 생성되어버려 원자상 산소(O) 등의 반응종의 생성량이 감소하고 이 반응종을 반응의 주체로 하는 처리를 적절하게 수행할 수 없게 된다. 또한 이 온도 및 압력 하에서는 H2/O2비에 따라 폭발의 위험이 발생한다.
그렇기 때문에 본 실시 형태에서는 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력 즉 3,999Pa(30Torr)이하의 압력으로 유지된 경우에는 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 가능하게 하고, 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa이하의 압력으로 유지되지 않은 경우 즉 3,999Pa를 초과한 경우에는 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 불가능하게 한다.
예컨대 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa를 초과한 경우에 있어서 밸브(243b)가 닫힌 상태인 경우에는 이를 연 상태로 할 수 없도록 하여 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 실시할 수 없도록 한다. 이 때 밸브(243a)가 닫힌 상태인 경우 이를 연 상태로 할 수 없도록 하여 반응 예비실(301) 내로의 O2가스의 공급을 실시할 수 없도록 하여도 좋다. 또한 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa를 초과한 경우에 있어서 밸브(243b)가 이미 열린 상태인 경우에는 이를 닫힌 상태로 하고 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 정지시킴으로써 웨이퍼(200)에 대한 처리를 정지시킨다. 이 때 밸브(243a)가 이미 열린 상태인 경우에는 이를 닫힌 상태로 하여 반응 예비실(301) 내로의 O2가스의 공급을 정지시키도록 하여도 좋다. 단 이와 같은 경우 H2/O2비에 따라서는 폭발 범위에 들어가는 것도 생각되므로, O2가스의 공급 정지를 H2가스의 공급 정지보다 늦춰 O2가스의 공급 정지 타이밍을 적절히 조정할 필요가 있다.
또한 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa이하의 압력으로 유지된 경우에는 밸브(243b)를 연 상태로 유지하여 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 가능한 상태로 유지한다. 밸브(243a)에 대해서도 마찬가지로 연 상태로 유지하여 반응 예비실(301) 내로의 O2가스의 공급을 가능한 상태로 유지한다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 압력 센서(245a, 245b, 245c)를 이용하여 반응 예비실(301) 내의 압력을 모니터함으로써 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정 압력일 경우에만 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 가능하게 하는 식으로 압력 센서(245a, 245b, 245c)를 인터록의 트리거로서 사용한다. 또한 이 인터록 제어는 후술하는 컨트롤러(280)에 의해 수행한다.
또한 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)를 피드백 제어할 때 압력 센서(245a, 245b, 245c)에 의해 검출된 압력 정보를 고려하여도 좋다. 즉 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 압력 센서(245, 245a, 245b, 245c)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)를 피드백 제어하여 처리실(201) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력이 되도록 또한 반응 예비실(301) 내의 압력이나 배관부 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력이 되도록 제어하여도 좋다. 주로 압력 센서(245, 245a, 245b, 245c), APC 밸브에 의해 압력 제어부(압력 조정부)가 구성된다.
프로세스 튜브(203)의 하방에는 프로세스 튜브(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 프로세스 튜브(203)의 하단에 수직 방향 하방 측으로부터 당접[當接]되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상[円盤狀]으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 프로세스 튜브(203)의 하단과 당접하는 씰 부재로서 O-링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)의 반대 측에는 후술하는 기판 보지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 프로세스 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시킴으로써 보트(217)를 처리실(201) 내에 대하여 반입·반출하는 것이 가능하도록 구성된다.
기판 보지구로서의 보트(217)는 예컨대 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 정렬시켜 다단으로 보지하도록 구성된다. 또한 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로부터 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되고, 제1 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219) 측에 전달되기 어렵도록 구성된다. 또한 단열 부재(218)는 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로부터 이루어지는 복수 매의 단열판과 이들 단열판을 수평 자세에서 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성되어도 좋다.
프로세스 튜브(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 제1 히터(207)로의 통전 상태를 조정함으로써 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 제1 노즐(233a)과 마찬가지로 프로세스 튜브(203)의 내벽을 따라 설치된다. 또한 반응 예비실(301) 내에도 온도 검출기로서의 온도 센서(263a)가 설치되고, 온도 센서(263a)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 제2 히터(302)로의 통전 상태를 조정함으로써 반응 예비실(301) 내의 온도가 원하는 온도가 되도록 구성된다.
또한 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 제1 히터(207)로의 통전 상태가 조정되어 처리실(201) 내 및 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 제1 온도가 되도록 제어되고, 또한 온도 센서(263a)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 제2 히터(302)로의 통전 상태가 조정되어 반응 예비실(301) 내가 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되도록 제어된다.
도 15에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는 CPU(Central Processing Unit)(280a), RAM(Random Access Memory)(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스(280e)를 개재하여 CPU(280a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(280)에는 예컨대 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(281)가 접속된다.
기억 장치(280c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로부터 구성된다. 기억 장치(280c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하게 격납(格納)된다. 또한 RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(280d)는 전술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f), 압력 센서(245, 245a, 245b, 245c), APC 밸브(242), 제1 히터(207), 제2 히터(302), 온도 센서(263, 263a), 진공 펌프(246), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(280a)는 기억 장치(280c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께 입출력 장치(281)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(280a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용에 따르도록 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d)에 의한 가스 유량 조정, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f)의 개폐 동작, 압력 센서(245, 245a, 245b, 245c)에 의한 압력 모니터링, APC 밸브(242)의 개폐 동작 및 APC 밸브(242)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정, 압력 센서(245a, 245b, 245c)에 기초하는 인터록 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 제1 히터(207)의 온도 조정, 온도 센서(263a)에 기초하는 제2 히터(302)의 온도 조정, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(280)는 전용 컴퓨터로서 구성된 경우에 한정되지 않으며 범용 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 기록 매체(플렉시블 디스크나 CD-ROM 등)를 준비하고, 이러한 기록 매체를 이용하여 범용 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 기록 매체를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 기록 매체를 개재하지 않고 프로그램을 공급하여도 좋다.
다음으로 전술한 기판 처리 장치의 처리로를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일(一) 공정으로서 웨이퍼(200)에 산화 처리를 수행하는 방법의 일 예에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 6에 도시하는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O-링(220b)을 개재하여 프로세스 튜브(203)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
계속해서 처리실(201) 내가 대기압 미만의 원하는 압력이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때 반응 가스 공급관(232e, 232f)의 밸브(243e, 243f)를 열어둠으로써, 반응 예비실(301) 내도 대기압 미만의 원하는 압력이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 동시에 반응 예비실(301)과 처리실(201)과의 사이의 배관부 내[반응 가스 공급관(232, 232e, 232f) 내 및 노즐(233a, 233b) 내]도 대기압 미만의 원하는 압력이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 또한 반응 예비실(301) 내는 반응 가스 공급관(232, 232e, 232f), 노즐(233b, 233a), 처리실(201), 배기관(231)을 개재하여 진공 배기된다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)가 피드백 제어된다(압력 조정).
이 때 압력 센서(245a, 245b, 245c)에 의해 반응 예비실(301)의 1차 측의 압력과 2차 측의 압력이 모니터되어, 반응 예비실(301) 내의 압력이나 배관부 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력으로 유지되고 있는지의 여부가 감시된다(압력 모니터링). 여기서 반응 예비실(301) 내의 압력이 대기압 미만의 소정의 압력 즉 3,999Pa(30Torr)이하의 압력으로 유지된 경우에는 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 가능하게 하고, 반응 예비실(301) 내의 압력이 3,999Pa이하의 압력으로 유지되지 않은 경우 즉 3,999Pa를 초과한 경우에는 반응 예비실(301) 내로의 H2가스의 공급을 불가능하도록 인터록 제어가 수행된다. 또한 반응 예비실(301) 내로의 O2가스의 공급에 대해서도 마찬가지로 인터록 제어가 수행되어도 좋다. 또한 이 때 압력 센서(245, 245a, 245b, 245c)에 의해 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(242)를 피드백 제어하여도 좋다. 이 압력 조정이나 압력 모니터링은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지 계속해서 수행된다.
또한 처리실(201) 내 및 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 제1 온도가 되도록 제1 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 제1 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한 이 때 반응 예비실(301) 내가 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되도록 제2 히터(302)에 의해 가열된다. 이 때 반응 예비실(301) 내가 원하는 온도가 되도록 온도 센서(263a)가 검출한 온도 정보에 기초하여 제2 히터(302)로의 통전 상태가 피드백 제어된다.
계속해서 회전 기구(267)에 의해 보트(217)가 회전됨으로써 웨이퍼(200)가 회전된다. 또한 보트(217)의 회전에 의한 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지 계속해서 수행된다.
계속해서 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 열고 제1 가스 공급관(232a)에 O2가스를 흘려보낸다. O2가스는 제1 가스 공급관(232a)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2가스는 제2 온도로 가열된 감압 상태의 반응 예비실(301) 내에 공급된다. 이 때 동시에 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열고 제2 가스 공급관(232b)에 H2가스를 흘려보낸다. H2가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(24lb)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2가스는 제2 온도로 가열된 감압 상태의 반응 예비실(301) 내에 공급된다. 또한 O2가스와 H2가스는 제2 온도로 가열된 감압 상태의 반응 예비실(301) 내에서 혼합된다(O2가스+H2가스 공급).
이 때 제1 불활성 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열고 제1 불활성 가스 공급관(232c)으로부터 불활성 가스로서 N2가스를 공급하여도 좋다. N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정되고 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급된다. 이와 같은 경우 제1 가스 공급관(232a)으로부터는 O2가스와 N2가스의 혼합 가스가 공급된다. 또한 이 때 제2 불활성 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 열고 제2 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 불활성 가스로서 N2가스를 공급하여도 좋다. N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정되고 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 이와 같은 경우 제2 가스 공급관(232b)으로부터는 H2가스와 N2가스의 혼합 가스가 공급된다. 또한 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar, He, Ne, Xe 등의 희(希)가스를 이용하여도 좋다.
이 때 APC 밸브(242)를 적절히 조정하여 반응 예비실(301) 내의 압력을 대기압 미만 예컨대 1～3,999Pa, 바람직하게는 1～2,666Pa, 보다 바람직하게는 1～1,333Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. 또한 반응 예비실(301)과 처리실(201)과의 사이의 배관부 내의 압력도 대기압 미만 예컨대 1～3,999Pa, 바람직하게는 1～2,666Pa, 보다 바람직하게는 1～1,333Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 O2가스의 공급 유량은 예컨대 100～10,000sccm(0.1～10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(24lb)로 제어하는 H2가스의 공급 유량은 예컨대 100～10,000sccm(0.1～10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 또한 이 때 H2가스 농도[H2/(O2+H2)]는 예컨대 0.05～0.5(5～50%)의 범위 내의 농도로 하는 것이 바람직하다. 즉 O2가스 비율이 H2가스 비율 이상이 되는 조건 바람직하게는 O2가스 비율이 H2가스 비율보다도 커지는 조건 즉 산소 리치인 조건으로 하는 것이 좋다. 또한 N2가스를 공급하는 경우 매스 플로우 컨트롤러(241c, 241d)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 예컨대 200～1,000sccm(0.2～1slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 제2 히터(302)의 온도는 반응 예비실(301) 내의 온도가 제2 온도 예컨대 400～1,200℃, 바람직하게는 450～1,100℃, 보다 바람직하게는 600～1,000℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다.
전술한 조건에서 O2가스 및 H2가스를 반응 예비실(301) 내에 공급함으로써 O2가스 및 H2가스는 가열된 감압 분위기 하에 있어서 논 플라즈마로 열적으로 활성화되어 반응하고, 이로 인해 원자상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 반응종(산화종)이 생성된다(반응종 생성). 그리고 반응 예비실(301) 내에서 생성된 이 반응종은, 미반응의 O2가스나 H2가스 등과 함께 반응 가스 공급관(232, 232e, 232f), 노즐(233b, 233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼 배열 영역의 일단(一端) 측(상단 측) 및 웨이퍼 배열 영역에 대응하는 웨이퍼 배열 영역 측방에 있어서의 영역의 복수 개소로부터 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 반응종이나 미반응의 O2가스나 H2가스 등은 처리실(201) 내를 유하(流下)하여 웨이퍼 배열 영역의 타단 측(하단 측)에 설치된 배기구를 개재하여 배기관(231)으로부터 배기된다(반응종 공급).
이 때 APC 밸브(242)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 대기압 미만 예컨대 1～1,333Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. 제1 히터(207)의 온도는 처리실(201) 내 및 웨이퍼(200)의 온도가 제1 온도 예컨대 실온～900℃, 바람직하게는 200～600℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 또한 제1 온도는 제2 온도보다 낮은 온도로 한다.
이러한 조건 하의 처리실(201) 내에 반응 예비실(301) 내에서 생성된 원자상 산소(O) 등의 반응종이나 미반응의 O2가스나 H2가스를 공급함으로써 주로 이 반응종의 작용에 의해 웨이퍼(200)에 대하여 산화 처리가 수행되어 웨이퍼(200)의 표면에 산화막으로서의 실리콘 산화막(SiO2막)이 형성된다. 또한 처리실(201) 내에 공급된 미반응의 O2가스나 H2가스의 적어도 일부는 가열된 감압 분위기 하의 처리실(201) 내에 있어서 열적으로 활성화되어서 반응하여 처리실(201) 내에 있어서도 마찬가지로 원자상 산소(O) 등의 반응종이 생성된다. 그리고 처리실(201) 내에 있어서 생성된 이 반응종도 웨이퍼(200)에 대한 산화 처리에 기여하게 된다.
산소 함유 가스 즉 산화성 가스로서는 산소(O2) 가스 외에 오존(O3) 가스나 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스 등을 이용하여도 좋다. 수소 함유 가스 즉 환원성 가스로서는 수소(H2) 가스 외에 중수소(D2) 가스나 암모니아(NH3) 가스나 메탄(CH4) 가스 등을 이용하여도 좋다. 즉 산소 함유 가스로서는 O2가스, O3가스, NO가스 및 N2O가스로부터 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있고, 수소 함유 가스로서는 H2가스, D2가스, NH3가스 및 CH4가스로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있다.
소정 막 두께의 실리콘 산화막이 성막되면 밸브(243a, 243b)를 닫아 반응 예비실(301) 내로의 O2가스, H2가스의 공급을 정지하여 처리실(201) 내로의 반응종의 공급을 정지한다. 또한 밸브(243c, 243d)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232c), 제2 불활성 가스 공급관(232d) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 반응 예비실(301)을 개재하여 처리실(201) 내로 공급하면서 배기관(231)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 반응 예비실(301) 내나 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 반응 예비실(301) 내나 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 제거된다(퍼지). 그 후 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
그 후 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 프로세스 튜브(203)의 하단이 개구되는 것과 함께 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보지된 상태로 프로세스 튜브(203)의 하단으로부터 프로세스 튜브(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지). 이와 같이 하여 웨이퍼(200)에 대하여 산화 처리를 수행하는 일련의 처리가 종료된다.
본 실시 형태에 의하면 반응 예비실(301) 내의 온도(제2 온도)를 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도로 설정했으므로, O2가스와 H2가스를 반응시켜서 얻을 수 있는 원자상 산소 등의 반응종의 발생량을, 비교적 저온인 제1 온도로 설정된 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우에 얻을 수 있는 반응종의 발생량보다 많게 할 수 있다. 또한 이로 인해 반응종의 웨이퍼(200)로의 공급량을, 제1 온도로 설정된 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우에 있어서의 반응종의 웨이퍼(200)로의 공급량보다 많게 할 수 있다. 즉 웨이퍼(200)의 온도를 비교적 저온인 제1 온도로 유지한 상태에서 같은 온도로 유지한 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우보다 처리실(201) 내에 있어서의 반응종의 농도를 높일 수 있어 다량의 반응종을 웨이퍼(200)에 공급하는 것이 가능하다.
또한 본 실시 형태에 의하면, 반응 예비실(301) 내의 온도(제2 온도)를 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 온도(제1 온도)보다 높은 온도로 설정했으므로, O2가스와 H2가스를 반응시켜서 얻을 수 있는 원자상 산소 등의 반응종의 발생량을, 비교적 고온인 제2 온도로 설정된 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우에 얻을 수 있는 반응종의 발생량과 동등하게 할 수 있다. 또한 이로 인해 반응종의 웨이퍼(200)로의 공급량을, 제2 온도로 설정된 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우에 있어서의 반응종의 웨이퍼(200)로의 공급량과 동등하게 할 수 있다. 즉 웨이퍼(200)의 온도를 비교적 저온인 제1 온도로 유지한 상태에서 비교적 고온인 제2 온도로 유지한 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에 직접 O2가스와 H2가스를 공급하는 경우와 동등한 양의 반응종을 웨이퍼(200)에 공급하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면 웨이퍼(200)에 대하여 저온 처리하는 경우에 웨이퍼 온도를 각종 프로세스에 있어서의 제약 온도 이하의 저온으로 유지한 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 고온 처리하는 경우에 얻을 수 있는 반응종과 동등한 농도의 반응종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 것이 가능하다. 이에 의해 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 막질을 개선하는 것이 가능하며 또한 고온 처리와 마찬가지로 성막 속도를 향상시키는 것도 가능하다.
또한 본 실시 형태에 의하면 웨이퍼(200)에 대한 처리 중에는 반응 예비실(301) 내의 압력이나 처리실(201) 내의 압력뿐만 아니라 반응 예비실(301)과 처리실(201)과의 사이의 배관부 내의 압력도 대기압 미만의 압력으로 유지한다. 이에 의해 반응 예비실(301) 내에서 생성된 원자상 산소(O) 등의 반응종의 실활(失活)을 억제하면서 처리실(201) 내에 도입하는 것이 가능하다.
또한 이 반응종이 가지는 에너지는 산화 처리의 대상인 웨이퍼(200)[단결정 실리콘]이나 폴리실리콘막이나 실리콘질화막 등의 실리콘 함유 물질 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C의 결합 에너지보다도 높기 때문에, 이 반응종의 에너지를 산화 처리 대상인 실리콘 함유 물질에 공급하는 것에 의해 실리콘 함유 물질 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C결합은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중으로부터 제거되고 N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한 N, H, Cl, C와의 결합이 분리됨으로써 남은 Si의 결합수(結合手)는 반응종에 포함되는 O와 결합되어 Si-O결합이 형성된다. 이리하여 실리콘 함유 물질은 산화되어 실리콘 산화막이 형성된다. 즉 본 실시 형태의 산화 처리에 의하면 막 중 질소, 수소, 염소, 탄소 농도가 지극히 낮은 양질의 실리콘 산화막을 얻을 수 있다.
(각종 절연막의 개질을 목적으로 한 어닐링 처리에 적용)
전술한 실시 형태에서는 웨이퍼에 대하여 산화 처리를 수행하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 웨이퍼 상에 형성된 각종 절연막의 막질의 개질을 목적으로 한 어닐링 처리를 수행하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한 이 개질 처리에 의해 각종 절연막의 막 중 불순물을 제거하는 것이 가능하고, 막 중 불순물 농도를 대폭 저감하는 것이 가능하다. 또한 각종 절연막에 대한 개질 처리는 주로 가열된 감압 분위기 하의 반응 예비실 내에서의 O2가스와 H2가스와의 반응에 의해 얻을 수 있는 원자상 산소(O) 등의 반응종의 작용에 의해 수행된다.
예컨대 본 발명은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 웨이퍼 상에 형성된 실리콘 산화막(SiO2막)에 대하여 어닐링 처리를 수행함으로써 실리콘 산화막을 개질하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 개질 처리에 의해 실리콘 산화막의 막 중 불순물을 제거할 수 있고, 막 중 불순물 농도를 대폭 저감하는 것이 가능하다. 이와 같은 경우에도 웨이퍼 온도를 각종 프로세스에 있어서의 제약 온도 이하의 저온으로 유지한 상태에서 고온 처리하는 경우에 얻을 수 있는 반응종과 동등한 농도의 반응종을 실리콘 산화막에 대하여 공급하는 것이 가능하다. 이에 의해 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 실리콘 산화막의 막질을 개선하는 것이 가능하다.
또한 예컨대 본 발명은 CVD법이나 MOCVD법이나 ALD법에 의해 웨이퍼 상에 형성된 고유전율 절연막(High-k막)에 대하여 어닐링 처리를 수행함으로써 고유전율 절연막을 개질하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 개질 처리에 의해 고유전율 절연막의 막 중 불순물을 제거할 수 있고, 막 중 불순물 농도를 대폭 저감하는 것이 가능하다. 이와 같은 경우에도 웨이퍼 온도를 각종 프로세스에 있어서의 제약 온도 이하의 저온으로 유지한 상태에서 고온 처리하는 경우에 얻을 수 있는 반응종과 동등한 농도의 반응종을 고유전율 절연막에 대하여 공급하는 것이 가능해진다. 이에 의해 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 고유전율 절연막의 막질을 개선하는 것이 가능하다. 또한 고유전율 절연막으로서는 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 포함하는 금속 산화막을 예로 들 수 있다. 구체적으로는 예컨대 지르코늄 산화막(ZrO2막), 하프늄 산화막(HfO2막), 티타늄 산화막(TiO2막), 알루미늄 산화막(Al2O3막) 등의 메탈 산화물이 예시된다.
이와 같이 본 발명은 실리콘(Si) 등의 반도체 원소를 포함하는 반도체 산화막뿐만 아니라 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 포함하는 금속 산화막 등의 각종 절연막의 개질을 목적으로 한 어닐링 처리를 수행하는 경우에도 적용할 수 있다.
각종 절연막에 대한 어닐링 처리에 있어서의 처리 조건으로서는,
반응 예비실 내 온도 : 400～1,200℃, 바람직하게는 450～1,100℃, 보다 바람직하게는 600～1,000℃,
반응 예비실 내 압력 : 1～3,999Pa, 바람직하게는 1～2,666Pa, 보다 바람직하게는 1～1,333Pa,
O2가스 공급 유량 : 100～10,000sccm(0.1～10slm),
H2가스 공급 유량 : 100～10,000sccm(0.1～10slm),
N2가스 공급 유량 : 200～1,000sccm(0.2～1slm),
H2가스 농도[H2/(O2+H2)] : 0.05～0.5(5～50%),
웨이퍼 온도 : 실온～900℃, 바람직하게는 200～600℃,
처리실 내 압력 : 1～1,333Pa
가 예시된다.
또한 각종 절연막에 대한 어닐링 처리에 있어서는 전술한 바와 같이 주로 반응 예비실 내에서 생성된 원자상 산소(O) 등의 반응종의 작용에 의해 각종 절연막의 개질 처리가 수행된다. 그리고 이 개질 처리에 의해 각종 절연막의 막 중 불순물이 제거된다. 이 개질 처리에 의하면 통상의 개질 처리로서 수행되는 O2 어닐링이나 N2 어닐링에 비하여 저온에서 대폭적인 막 중 불순물 제거 효과를 얻을 수 있다. 또한 웨이퍼 온도를 각종 프로세스에 있어서의 제약 온도 이하의 저온으로 유지한 상태에서 고온 처리하는 경우에 얻을 수 있는 반응종과 동등한 농도의 반응종을 각종 절연막에 대하여 공급하는 것이 가능하고, 이에 의해 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 각종 절연막의 막질을 개선하는 것이 가능하다.
또한 이 반응종이 가지는 에너지는 각종 절연막의 막 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C의 결합 에너지나 M-N, M-Cl, M-H, M-C의 결합 에너지보다 높기 때문에, 이 반응종의 에너지를 어닐링 처리 대상의 각종 절연막에 공급함으로써 각종 절연막 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C결합이나 M-N, M-Cl, M-H, M-C결합은 분리된다. 또한 M은 금속 원소를 나타낸다. Si나 M과의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중으로부터 제거되고 N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한 N, H, Cl, C와의 결합이 분리됨으로써 남은 Si나 M의 결합수는 반응종에 포함되는 O와 결합되어 Si-O결합이나 M-O결합이 형성된다. 또한 이 때 각종 절연막은 치밀화된다. 이리하여 각종 절연막의 개질 처리가 수행된다. 즉 이 어닐링 처리에 의하면 막 중 질소, 수소, 염소, 탄소 농도가 지극히 낮은 양질의 절연막을 얻을 수 있다.
또한 어닐링 처리에 의한 각종 절연막의 불순물 제거 효과에 주목해보면, 실리콘 산화막의 개질에 본 발명을 적용한 경우 막 중 불순물 중에서도 특히 H 농도 및 Cl 농도를 저감할 수 있는 것에 대하여, 금속 산화막의 개질에 본 발명을 적용한 경우에는 막 중 불순물 중에서도 특히 H 농도, Cl 농도, C 농도 및 N 농도를 저감할 수 있는 것을 확인하였다.
(제1 변형예)
또한 전술한 실시 형태에서는 반응 예비실 용기(300)에 O2가스를 공급하는 제1 가스 공급관(232a)과 H2가스를 공급하는 제2 가스 공급관(232b)을 각각 접속하고 반응 예비실(301) 내에 O2가스와 H2가스를 각각 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 도 7에 도시하는 바와 같이 O2가스를 공급하는 제1 가스 공급관(232a)과 H2가스를 공급하는 제2 가스 공급관(232b)을 합류시키고, 이 합류 배관을 반응 예비실 용기(300)에 접속하고, O2가스와 H2가스를 사전에 합류 배관 내에서 혼합시키고 나서 이 혼합 가스를 반응 예비실(301) 내에 공급하여도 좋다(제1 변형예). 이 제1 변형예의 경우 반응 예비 용기(300)에는 1개의 인렛과 1개의 아웃렛이 설치된다. 반응 예비 용기(300)의 인렛에는 전술한 합류 배관이 접속되어 반응 예비실(301) 내에 O2가스와 H2가스와의 혼합 가스를 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 제1 변형예의 경우 반응 예비실 용기(300)의 인렛을 1개 설치해도 좋으므로(인렛의 수를 줄일 수 있어), 반응 예비 용기(300)의 구성을 간소화할 수 있다. 또한 반응 예비실(301)의 1차 측(상류 측)의 압력을 검출하는 압력 센서를 1개 설치해도 좋으므로(압력 센서의 수를 줄일 수 있어), 압력 제어를 간소화하는 것도 가능하다. 이 제1 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 7에 있어서, 도 6에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제2 변형예)
또한 전술한 실시 형태나 제1 변형예에서는 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 제1 노즐(233a) 및 제2 노즐(233b)의 양방을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 제1 노즐(233a) 및 제2 노즐(233b) 가운데 적어도 어느 일방(一方)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하여도 좋다. 예컨대 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 제1 노즐(233a)만을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하는 경우, 반응 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 닫고 반응 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 열도록 한다. 이와 같은 경우 도 8에 도시하는 바와 같이 제2 노즐(233b), 반응 가스 공급관(232e) 및 밸브(243e)를 생략하여도 좋다(제2 변형예). 제2 변형예의 경우 가스 도입부의 구성을 간소화할 수 있다. 또한 제2 변형예는 제1 변형예를 더 변형시킨 것이다. 이 제2 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 8에 있어서, 도 6, 7에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제3 변형예)
또한 전술한 제2 변형예에서는 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 제1 노즐(233a)만을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하는 예에 대하여 설명하였지만, 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 제2 노즐(233b)만을 개재하여 처리실(201) 내에 공급하여도 좋다. 이와 같은 경우 전술한 실시 형태에 있어서 반응 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 닫고 반응 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 열도록 한다. 이와 같은 경우 도 9에 도시하는 바와 같이 제1 노즐(233a), 반응 가스 공급관(232f) 및 밸브(243f)를 생략하여도 좋다(제3 변형예). 제3 변형예의 경우에도 가스 도입부의 구성을 간소화할 수 있다. 또한 제3 변형예는 제1 변형예를 더 변형시킨 것이다. 이 제3 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 9에 있어서, 도 6, 7에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제4 변형예)
또한 전술한 실시 형태나 제1 변형예에서는 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼 배열 영역의 일단 측(상단 측) 즉 처리실(201)의 상부(천정부)로부터 공급할 때, 반응종을 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)를 개재하여 처리실(201) 내에 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 도 10에 도시하는 바와 같이 처리실(201)의 상부(천정부)로부터 공급하는 반응종을 가스 공급공(248b) 및 샤워판(248c)를 개재하여 처리실(201) 내에 공급하여도 좋다(제4 변형예). 제4 변형예의 샤워판(248c)에는 복수의 통기공(通氣孔)이 설치되어 반응종이나 O2가스나 H2가스를 균일하게 분산시키고 나서 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 제4 변형예의 경우 반응종이나 O2가스나 H2가스를 보다 균일하게 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하다. 또한 제4 형태예는 제1 변형예를 더 변형시킨 것이다. 이 제4 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 10에 있어서, 도 6, 7에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제5 변형예)
또한 전술한 실시 형태나 제1 변형예에서는 반응 예비실(301) 내에서 생성된 반응종을 처리실(201) 내에 있어서의 웨이퍼 배열 영역에 대응하는 웨이퍼 배열 영역 측방에 있어서의 영역으로부터 공급할 때, 반응종을 제1 노즐(233a)의 가스 공급공(248a)를 개재하여 처리실(201) 내에 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 도 11에 도시하는 바와 같이 웨이퍼 배열 영역 측방에 있어서의 영역으로부터 공급하는 반응종을 버퍼관(233a')으로 구성되는 버퍼실을 개재하여 공급하여도 좋다(제5 변형예). 제5 변형예의 버퍼관(233a')은 프로세스 튜브(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에 프로세스 튜브(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸친 부분에 웨이퍼(200)의 적재 방향에 따라 설치된다. 버퍼관(233a')의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 중앙부에는 가스를 공급하는 가스 공급공(248a')이 설치된다. 가스 공급공(248a')은 프로세스 튜브(203)의 중심을 향하도록 개구된다. 이 가스 공급공(248a')은 프로세스 튜브(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 제5 변형예의 경우 버퍼관(233a') 내의 용적을 제1 노즐(233a) 내의 용적보다 크게 설정했으므로 버퍼관(233a') 내의 압력 상승을 억제할 수 있고, 버퍼관(233a') 내에서의 반응종의 실활(失活)을 보다 억제하는 것이 가능해진다. 또한 제5 변형예는 제1 변형예를 더 변형시킨 것이다. 이 제5 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 11에 있어서, 도 6, 7에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제6 변형예)
또한 전술한 실시 형태에서는 뱃치식 핫월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 한정되지지 않으며 매엽식(枚葉式)의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치나 콜드월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 예컨대 도 12에 도시하는 바와 같이 제1 가열원이 저항 가열 히터가 아닌 램프 히터이며, 램프에 의한 웨이퍼로의 광(光) 조사(照射) 즉 웨이퍼의 광 흡수에 의한 에너지로 웨이퍼를 가열하는 매엽식 콜드월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다(제6 변형예). 제6 변형예의 처리로(402)는 제1 가열원으로서의 램프(404)와 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와 램프(404)의 광을 투과시키는 석영창(406)과 1매의 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 지지하는 서셉터(407)를 구비하는 지지대(405)를 포함한다.
제6 변형예에 의하면 고온으로 가열된 반응 예비실(301)을 이용하는 것에 의해 원자상 산소(O) 등의 반응종의 발생량을 높이고 반응종의 농도를 현저하게 높일 수 있으므로, 광 조사에 의해 웨이퍼를 가열하는 콜드월형의 챔버를 이용하는 경우에 있어서도 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 막질을 개선하는 것이 가능하고 또한 고온 처리와 마찬가지로 성막 속도를 향상시키는 것도 가능하다. 또한 광 조사에 의해 웨이퍼를 가열하는 콜드월형의 챔버를 이용하는 경우 종래에는 웨이퍼의 가열 온도는 900℃ 정도가 하한이라고 여겨졌지만, 본 발명에 의하면 900℃ 이하의 저온 처리에 있어서도 900℃ 이상의 온도에서 수행하는 산화 처리나 어닐링 처리와 마찬가지로 막질을 개선할 수 있고, 또한 성막 속도를 향상시킬 수도 있다. 또한 제6 변형예는 제1 변형예의 처리로의 부분을 변형시킨 것이다. 이 제6 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 12에 있어서, 도 6, 7에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제7 변형예)
또한 전술한 제6 변형예에서는 램프 히터에 의해 웨이퍼를 직접 가열하는 램프 가열 방식의 매엽식 콜드월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에 본 발명을 적용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 서셉터를 개재하여 간접적으로 웨이퍼를 가열하는 서셉터 가열 방식의 매엽식 콜드월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 예컨대 도 13에 도시하는 바와 같이 제1 가열원이 저항 가열 히터이며, 저항 가열 히터에 의해 서셉터를 가열하고, 가열된 서셉터로부터의 전열(傳熱)에 의해 웨이퍼를 가열하는 매엽식 콜드월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다(제7 변형예). 제7 변형예의 처리로(402)는 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와 1매의 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 지지하는 서셉터(407)를 구비하는 지지대(405)와 지지대(405)에 설치된 제1 가열원으로서의 저항 가열 히터(408)와 처리실(401) 내에 가스를 샤워 형상[狀]으로 공급하는 샤워 헤드(409)를 포함한다. 또한 샤워 헤드(409)를 설치하지 않고 처리 용기(403)의 천정부에 직접 반응 가스 공급관(232)을 접속하여 처리 용기(403)의 천정부의 1개소(箇所)로부터 처리실(401) 내에 가스를 공급하여도 좋다. 제7 변형예에서는 저항 가열 히터(408)에 의해 서셉터(407)를 가열하고, 가열된 서셉터(407)로부터의 전열에 의해 웨이퍼(200)를 가열한다. 또한 저항 가열 히터(408) 대신 램프 히터를 이용하고, 램프 히터에 의해 서셉터(407)를 가열하고, 가열된 서셉터(407)로부터의 전열에 의해 웨이퍼(200)를 가열하여도 좋다.
제7 변형예에 의하면 고온으로 가열된 반응 예비실(301)을 이용하는 것에 의해 원자상 산소(O) 등의 반응종의 발생량을 높이고 반응종의 농도를 현저하게 높일 수 있으므로, 히터에 의해 가열된 서셉터(407)로부터의 전열에 의해 웨이퍼(200)를 가열하는 콜드월형의 챔버를 이용하는 경우에 있어서도 저온 처리에 있어서 고온 처리와 마찬가지로 막질을 개선하는 것이 가능하고 또한 고온 처리와 마찬가지로 성막 속도를 향상시키는 것도 가능하다. 또한 제7 변형예는 제1 변형예나 제6 변형예의 처리로의 부분을 변형시킨 것이다. 이 제7 변형예에 있어서도 전술한 실시 형태 및 제1 변형예와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 13에 있어서, 도 6, 7, 12에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨가하고 그 설명을 생략한다.
(제8 변형예)
또한 전술한 실시 형태나 각 변형예에서는 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)을 배관부에 의해 접속한 타입의 기판 처리 장치를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)을 직결한 타입의 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 예컨대 도 14에 도시하는 바와 같이 배관부를 없애고 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)을 직접 접속하도록 하여도 좋다. 이와 같은 경우 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)과의 직결부에 의해 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)과의 접속부가 구성된다. 도 14의 (a)는 제3 변형예에 있어서 반응 예비실(301)과 처리실(201)을 직결한 타입의 기판 처리 장치의 예이며, 도 14의 (b)는 제6 변형예에 있어서 반응 예비실(301)과 처리실(401)을 직결한 타입의 기판 처리 장치의 예이며, 도 14의 (c)은 제7 변형예에 있어서 반응 예비실(301)과 처리실(401)을 직결한 타입의 기판 처리 장치의 예이다. 또한 도 14의 (c)에서는 샤워 헤드(409)를 설치하지 않고 처리 용기(403)의 천정부에 직접 반응 예비 용기(300)[(반응 예비실(301)]를 접속하여 처리 용기(403)의 천정부의 1개소로부터 처리실(401) 내에 가스를 공급하는 예를 제시한다.
제8 변형예에 의하면 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)을 접속하는 배관부를 없애고 반응 예비실(301)과 처리실(201)(401)을 직결했으므로, 반응 예비실(301) 내에서 생성된 원자상 산소(O) 등의 반응종이 배관부 내에서 실활하는 것을 회피할 수 있다. 즉 반응 예비실(301) 내에서 생성된 원자상 산소(O) 등의 반응종을 실활시키는 일 없이 처리실(201)(401) 내로 다이렉트하게 도입하는 것이 가능하다. 또한 배관부를 없앴기 때문에 배관부 내의 압력 모니터링이나 배관부 내의 압력 조정이 불필요해져 기판 처리 장치의 구성이나 압력 제어 동작을 간소화하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명의 실시 형태 및 각 변형예에 대하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태나 각 변형예에 한정되는 것이 아니며 전술한 실시 형태나 각 변형예를 적절히 조합한 형태에도 적용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태나 각 변형예에서는 제2 온도를 제1 온도보다 높은 온도로 하는(제2 온도>제1 온도) 예에 대하여 설명하였지만, 제2 온도를 제1 온도와 같게 하는(제2 온도=제1 온도) 것도 가능하다. 즉 반응 예비실 내의 온도를 처리실 내의 온도와 같게 하는 것도 가능하다.
예컨대 이와 같은 경우 반응 예비실 내의 온도와 처리실 내의 온도를 모두 제1 온도로 하고, 제1 온도로 가열된 감압 하에 있는 반응 예비실 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스와의 반응을 개시(開始)시키고 제1 온도로 가열된 감압 하에 있는 처리실 내에서 그 반응을 진행시키도록 할 수 있어 그 온도로 얻을 수 있는 원자상 산소의 농도를 최대로 하는 것이 가능하다. 이와 같은 경우 산소 함유 가스와 수소 함유 가스와의 반응을 처리실 내에서 개시시키는 것이 아닌 반응 예비실 내에서 개시시키는 것이 되며, 반응 예비실은 산소 함유 가스와 수소 함유 가스와의 반응 지연 시간을 조정하는 버퍼로서의 역할을 맡는 것이 된다.
이와 같이 제2 온도를 제1 온도와 같게 하여도 저온 영역에 있어서의 산소 함유 가스와 수소 함유 가스와의 반응 지연을 개선하는 것이 가능하다. 즉 제2 온도를 제1 온도보다 높은 온도로 하는 것(제2 온도>제1 온도)뿐만 아니라 제2 온도를 제1 온도와 같게(제2 온도=제1 온도)하여도, 즉 제2 온도를 제1 온도 이상의 온도로 하는(제2 온도≥제1 온도) 것에 의해 저온 영역에 있어서의 산소 함유 가스와 수소 함유 가스와의 반응 지연을 개선하는 것이 가능해진다.
[실시예]
전술한 기판 처리 장치를 이용하여 웨이퍼에 대하여 산화 처리를 수행하는 경우에 있어서, 반응 예비실 내에서 O2가스와 H2가스를 감압 하에서 예비 가열하여 반응시켜 반응종을 생성하고 이 반응종을 감압 하의 처리실 내에 공급한 경우(이하, 예비 가열이 있는 경우)와, 예비 가열 없이 O2가스와 H2가스를 직접 감압 하의 처리실 내에 공급한 경우(이하, 예비 가열이 없는 경우)의 처리실 내에 있어서의 반응종인 원자상 산소(O)의 발생량을 CFD 해석에 의해 구하였다. 또한 반응 예비실 내의 온도와 압력은 각각 900℃, 60Pa로 하고, 처리실 내의 온도와 압력은 각각 600℃, 60Pa로 하였다. 도 5에 그 CFD 해석 결과를 도시한다. 도 5의 좌측 도면은 예비 가열이 있는 경우의 반응 예비실 내에 있어서의 원자상 산소(O)의 발생량을 도시하고, 도 5의 우측 도면은 예비 가열이 있는 경우와 예비 가열이 없는 경우의 처리실 내에 있어서의 원자상 산소(O)의 발생량을 도시한다. 도 5의 좌측 도면의 횡축은 Inlet(반응 예비실 내로의 가스 공급구)으로부터의 거리(가스 체류 시간과 동의)를 도시하고, 종축은 원자상 산소(O)의 몰분율을 도시한다. 또한 도 5의 우측 도면의 횡축은 Inlet(처리실 내로의 가스 공급구)으로부터의 거리(가스 체류 시간과 동의)를 도시하고, 종축은 원자상 산소(O)의 몰분율을 도시한다.
도 5로부터 예비 가열이 있는 경우, 예비 가열이 없는 경우에 비하여 처리실 내에 도입되는 원자상 산소(O)의 절대량이 증가하고 있고, 이에 의해 저온의 웨이퍼 처리에 있어서도 높은 산화력을 얻는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 형태를 부기한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내의 기판을 제1 온도로 가열하는 제1 가열원;
복수 종류의 가스를 반응시키는 반응 예비실;
상기 반응 예비실 내를 제2 온도로 가열하는 제2 가열원;
상기 반응 예비실 내에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계;
상기 반응 예비실 내에 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계;
상기 반응 예비실과 상기 처리실을 접속하는 접속부;
상기 처리실 내 및 상기 반응 예비실 내의 압력을 대기압 미만의 압력이 되도록 조정하는 압력 조정부; 및
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제2 온도로 가열된 상기 반응 예비실 내에 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하여 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하도록 하고, 그 때 상기 제2 온도를 상기 제1 온도 이상의 온도가 되도록 상기 제1 가열원, 상기 제2 가열원, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는 상기 처리실 내의 압력을 검출하는 제1 압력 검출기; 및
상기 반응 예비실 내의 압력을 검출하는 제2 압력 검출기;를 더 포함한다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 소정의 압력으로 유지된 경우에 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스의 공급을 가능하게 하고, 상기 반응 예비실 내의 압력이 상기 소정의 압력을 초과한 경우에는 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스의 공급을 불가능하게 하도록 상기 압력 조정부 및 상기 수소 함유 가스 공급계를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 소정의 압력이 3,999Pa이하의 압력이다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 소정의 압력으로 유지된 경우에 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스 및 상기 산소 함유 가스의 공급을 가능하게 하고, 상기 반응 예비실 내의 압력이 상기 소정의 압력을 초과한 경우에는 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스 및 상기 산소 함유 가스의 공급을 불가능하게 하도록 상기 압력 조정부, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 소정의 압력이 3,999Pa이하의 압력이다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 접속부 내의 압력이 대기압 미만의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 1Pa이상 3,999Pa이하의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 1Pa이상 2,666Pa이하의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 1Pa이상 1,333a이하의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 제2 온도를 상기 제1 온도보다 높게 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 제1 온도를 실온 이상 900℃이하로 하고 상기 제2 온도를 400℃이상 1,200℃이하로 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제어부는 상기 제1 온도를 200℃이상 600℃이하로 하고 상기 제2 온도를 600℃이상 1,000℃이하로 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 제1 가열원이 저항 가열 히터이다.
또한 바람직하게는 상기 제1 가열원이 램프 히터이다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 처리가 상기 기판에 대한 산화 처리이다.
또한 바람직하게는 상기 처리가 상기 기판 상에 형성된 절연막에 대한 어닐링 처리이다.
또한 바람직하게는 상기 처리가 상기 기판 상에 형성된 절연막에 대한 개질 처리이다.
또한 바람직하게는 상기 산소 함유 가스는 산소 가스, 오존 가스, 일산화질소 가스 및 아산화질소 가스로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스이며, 상기 수소 함유 가스는 수소 가스, 중(重)수소 가스, 암모니아 가스 및 메탄 가스로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스이다.
또한 바람직하게는 상기 산소 함유 가스는 산소 가스이며, 상기 수소 함유 가스는 수소 가스이다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 순서; 및
대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 높은 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 순서; 및
대기압 미만의 압력에 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
200: 웨이퍼 201: 처리실
202: 처리로 203: 반응관
207: 제1 히터 231: 배기관
232: 반응 가스 공급관 232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관 232c: 제1 불활성 가스 공급관
232d: 제2 불활성 가스 공급관 232e, 232f: 반응 가스 공급관
233a: 제1 노즐 233b: 제2 노즐
241a, 24lb, 241c, 241d: 매스 플로우 컨트롤러
242: APC 밸브 245, 245a, 245b, 245c: 압력 센서
246: 진공 펌프 263, 263a: 온도 센서
280: 컨트롤러 300: 반응 예비 용기
301: 반응 예비실 302: 제2 히터

Claims (15)

  1. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내의 기판을 제1 온도로 가열하는 제1 가열원;
    복수 종류의 가스를 반응시키는 반응 예비실;
    상기 반응 예비실 내를 제2 온도로 가열하는 제2 가열원;
    상기 반응 예비실 내에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계;
    상기 반응 예비실 내에 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계;
    상기 반응 예비실과 상기 처리실을 접속하는 접속부;
    상기 처리실 내 및 상기 반응 예비실 내의 압력을 대기압 미만의 압력이 되도록 조정하는 압력 조정부; 및
    대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제2 온도로 가열된 상기 반응 예비실 내에 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하도록 하고, 그 때 상기 제2 온도를 상기 제1 온도 이상의 온도가 되도록 상기 제1 가열원, 상기 제2 가열원, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리실 내의 압력을 검출하는 제1 압력 검출기; 및
    상기 반응 예비실 내의 압력을 검출하는 제2 압력 검출기;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 소정의 압력으로 유지된 경우에 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스의 공급을 가능하게 하고, 상기 반응 예비실 내의 압력이 상기 소정의 압력을 초과한 경우에는 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스의 공급을 불가능하게 하도록 상기 압력 조정부 및 상기 수소 함유 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소정의 압력이 3,999Pa이하의 압력인 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 소정의 압력으로 유지된 경우에 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스 및 상기 산소 함유 가스의 공급을 가능하게 하고, 상기 반응 예비실 내의 압력이 상기 소정의 압력을 초과한 경우에는 상기 반응 예비실 내로의 상기 수소 함유 가스 및 상기 산소 함유 가스의 공급을 불가능하게 하도록 상기 압력 조정부, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소정의 압력이 3,999Pa이하의 압력인 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 접속부 내의 압력이 대기압 미만의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판에 대하여 처리를 수행할 때에, 상기 반응 예비실 내의 압력이 1Pa이상 3,999Pa이하의 압력이 되도록 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 온도를 상기 제1 온도보다 높게 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 온도를 실온 이상 900℃이하로 하고 상기 제2 온도를 400℃이상 1,200℃이하로 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 온도를 200℃이상 600℃이하로 하고 상기 제2 온도를 600℃이상 1,000℃이하로 하도록 상기 제1 가열원 및 상기 제2 가열원을 제어하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 가열원이 저항 가열 히터인 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 가열원이 램프 히터인 기판 처리 장치.
  14. 처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
    대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  15. 처리실 내에 수용된 기판을 제1 온도로 가열하는 공정;
    대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도 이상의 온도인 제2 온도로 가열된 반응 예비실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 반응 예비실 내에서 양 가스를 반응시켜 반응종을 생성하고, 이 반응종을 대기압 미만의 압력으로 설정되고 상기 제1 온도로 가열된 상기 기판을 수용한 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 반응종에 의해 상기 기판에 대하여 처리를 수행하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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