KR20170015215A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 가스 공급관 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 가스 공급관 Download PDF

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Abstract

다단으로 적재되는 기판의 막 두께의 균일성을 향상시키는 구성을 제공하는 데 있다. 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 처리실 내의 가스를 배출하는 배기계와, 처리실 내에 가스를 공급하는 구멍이 형성되고, 한쪽 끝은 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 처리실의 밖에서 배기계에 접속되는 가스 공급관을 구비하는 구성이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 가스 공급관{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, PROGRAM, AND GAS SUPPPLY PIPE}
본 개시는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 가스 공급관에 관한 것이다.
기판 처리 장치의 일례로서, 반도체 제조 장치가 있고, 또한 반도체 제조 장치의 일례로서, 종형 장치가 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2011-54590호 공보). 이러한 종류의 반도체 제조 장치는, 기판(웨이퍼)을 다단으로 보유 지지하는 기판 보유 지지구(보트)를 갖고, 이 기판 보유 지지구에 이송실에서 다수의 기판을 이동 탑재하여, 이 다수의 기판을 보유 지지한 상태에서 처리 로 내의 처리실에 설치된 노즐로부터 처리 가스를 공급해서 기판을 처리하는 것이다.
일본 특허 공개 제2011-54590호 공보
본 개시의 과제는 다단으로 적재되는 기판의 막 두께의 균일성을 향상시키는 구성을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 가스를 배출하는 배기계와, 복수의 구멍을 갖고, 상기 처리실 내에 상기 구멍을 통하여 가스를 공급하고, 상기 처리실 내에 배치되어있고, 한쪽 끝은 상기 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 배관을 통해서 상기 처리실의 밖에서 상기 배기계에 접속되는 가스 공급관을 포함하는 구성이 제공된다.
본 발명에 따르면, 노즐 내의 배기 압력 및 가스 유속을 제어함으로써, 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 기판 처리 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시하는 기판 처리 로의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 처리 로에 있어서의 가스 공급계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 실시예에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 실시예에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 관한 노즐의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 기판 처리 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9a는 변형예 1에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 변형예 1에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10b는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10c는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10d는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10e는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10f는 변형예 2에 관한 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 비교예에 관한 기판 처리 장치의 노즐 내의 Si2Cl6 기상 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 처리실 내의 클리닝 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13a는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 노즐 클리닝 공정의 제1 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13b는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 노즐 클리닝 공정의 제2 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13c는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 노즐 클리닝 공정의 제3 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 적절하게 사용되는 처리실 및 노즐의 클리닝 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 반복 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해서, 실제의 형태에 비해, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 표현되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것이 아니다.
우선, 본원 발명자들이 다공 노즐을 갖는 종형 처리 로에 대해서 검토하였다. 다공 노즐을 갖는 종형 처리 로에 있어서, 면간(Top 내지 Bottom 영역) 막 두께 균일성 및 분포 형상 제어를 곤란하게 하고 있는 요인의 하나가 노즐 내의 원료 분해이다. 이하, 이것에 대해서 도 11을 사용해서 설명한다. 도 11은 노즐 내의 원료 가스 분해의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 도 11에서는 원료 가스가 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS)으로, 유량이 66.6sccm으로 시뮬레이션을 행하고 있다. 이때의 처리실 내의 압력은 20Pa이다.
원료 가스를 기판 처리실 내에 설치한 노즐 타입의 공급관을 사용해서 공급하는 반도체 디바이스 제조 장치에 있어서, 공급관(이하, 노즐이라고 함)은, 원료 공급 장치에 접속된 하나의 끝과, 기판 처리실 내에서 폐쇄된 또 하나의 끝을 갖는다. 원료 가스는 원료 공급 시스템으로부터 노즐 내에 도입된다. 노즐 내에 도입된 원료 가스는, 기판 처리실의 외부에 설치된 가열원, 예를 들어 저항 가열 히터에 의해 가열된다. 한쪽 끝이 폐쇄된 상기 구조에서는, 원료 가스는 원료 공급 시스템에서 제어된 온도(도 11에서는 200℃)에서 노즐 내에 도입된 뒤, 저항 가열 히터에 의해 설정된 온도(도 11에서는 노즐 벽면 온도는 630℃)까지 상승한다. 노즐 내의 원료 가스의 유속은, 입구 부근에서는 빠르고 종단을 향해서 서서히 느려진다. 노즐 내의 원료 가스의 온도 구배는, 원료 가스의 유속에 크게 지배된다. 즉, 유속이 늦을수록 가열원으로부터의 열을 수취하기 때문에, 노즐에서 급격하게 가열되어 온도 구배가 급준해진다. 원료 가스는, 온도의 상승에 의해 분해가 촉진되기 때문에, 노즐 내의 원료 가스는 이 온도 구배에 따라서 분해된다. 온도 구배는, 기판 처리실에 원료 가스를 공급하기 위해서 노즐에 복수 개 형성된 구멍의, 원료 공급 시스템측에서 보아 최초의 구멍(도 11에서는 #1)과 최후의 구멍(도 11에서는 #33), 즉 폐쇄된 끝에 가장 가까운 구멍의 사이에서 발생한다. 이 때문에, 원료 가스 온도가 낮은 최초의 구멍에서는 원료 가스의 분해, 예를 들어 Si2Cl6의 경우, 하기에 나타낸 (1)의 분해가 주된 분해 과정이기 때문에, 원료 가스에서 차지하는 SiCl2(또는 SiCl4)의 비율은 작다(도 11에서는 SiCl2의 몰 분율은 0.1 정도).
Si2Cl6→SiCl2+SiCl4 … (1)
한편, 최후의 구멍 부근에서는 원료 가스가 충분히 가열되어 있기 때문에, 거의 모든 원료가 SiCl2와 SiCl4로 분해된다(도 11에서는 SiCl2의 몰 분율은 0.5 정도). 분해의 비율은 저항 가열 히터의 온도 설정과 가스의 분해 온도 등에 의해 결정된다. Si2Cl6의 예에서는, 분해 후에 성막에 기여하는 것이 SiCl2이기 때문에, 최초의 구멍 부근의 처리 기판에서는 노즐 구멍 부근의 막 두께가 얇아져, 면내 편차가 커진다. 한편, 최후의 구멍 부근에서는 SiCl2가 풍부하게 존재하기 때문에, 노즐 구멍 부근에서의 막 두께의 감소는 보이지 않는다.
고집적화가 진행된 최근의 디바이스는 복잡한 구조를 갖기 때문에, 일반적으로 표면적이 커진다. 이 때문에 피복성이 좋은 원료 가스와 반응 가스의 교대 공급의 방식이 많이 사용되는데, SiCl2 등 활성의 가스종이 있는 경우, 일부에서 CVD 반응이 발생하기 때문에 피복률의 저하 등이 발생한다.
<본 발명의 실시 형태>
따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서는, 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같이, 노즐 내의 원료 가스의 온도 구배를 작게 하기 위해서, 노즐 하류의 원료 가스의 온도를 올리지 않도록, 노즐 내의 유속을 높게 유지하기 위해서, 노즐 끝을 개방하여, 예를 들어 배기 배관에 접속하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태에 따르면, 원료의 노즐 내에서의 분해를 제어하는 것이 가능하게 되어, 기판 처리실에 복수매 설치된 처리 기판의 퇴적 막의 균일성을 개선할 수 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 기판 처리 장치로서 기판에 산화, 확산 처리나 CVD 처리 등을 행하는 종형의 장치(이하, 간단히 처리 장치라고 함)에 대하여 설명한다.
(1) 처리 장치
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 등으로 이루어지는 웨이퍼(기판)(200)를 수납한 웨이퍼 캐리어로서의 카세트(100)가 사용되고 있는 처리 장치(1)는, 하우징(101)을 구비하고 있다. 카세트 반입 반출구(도시하지 않음)의 하우징(101) 내측에는 카세트 스테이지(기판 수용기 전달대)(105)가 설치되어 있다. 카세트(100)는, 카세트 스테이지(105) 상에 공정내 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반입되고, 또한 카세트 스테이지(105) 상으로부터 반출되도록 되어 있다. 카세트 스테이지(105)는, 공정내 반송 장치에 의해, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세로 되어, 카세트(100)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록 적재된다. 카세트 스테이지(105)는, 카세트(100)를 하우징 후방으로 우측으로 세로 방향 90° 회전하여, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 되어, 카세트(100)의 웨이퍼 출납구가 하우징 후방을 향하도록 동작 가능하게 되도록 구성되어 있다.
하우징(101) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수용기 적재 선반)(109)이 설치되어 있고, 카세트 선반(109)은, 복수 단 복수 열로 복수 개의 카세트(100)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 선반(109)에는 카세트(100)가 수납되는 이동 탑재 선반(123)이 설치되어 있다. 또한, 카세트 스테이지(105)의 상방에는 예비 카세트 선반(110)이 설치되어, 예비적으로 카세트(100)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(109)과의 사이에는, 카세트(100)를 보유 지지한 채 승강 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수용기 승강 기구)(115)와 카세트 이동 탑재기(114)로 구성되어 있고, 카세트 엘리베이터(115)와 카세트 이동 탑재기(114)와의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(105), 카세트 선반(109), 예비 카세트 선반(110)과의 사이에서, 카세트(100)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(109)의 후방에는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동 가능한 웨이퍼 이동 탑재기(112) 및 웨이퍼 이동 탑재기(112)를 승강시키기 위한 이동 탑재 엘리베이터(113)로 구성되어 있다. 이동 탑재 엘리베이터(113)는, 내압 하우징(101)의 우측 단부에 설치되어 있다. 이들, 이동 탑재 엘리베이터(113) 및 웨이퍼 이동 탑재기(112)의 연속 동작에 의해, 웨이퍼 이동 탑재기(112)의 트위저(기판 보유 지지체)(111)를 웨이퍼(200)의 적재부로서, 보트(기판 보유 지지 수단)(217)에 대하여 웨이퍼(200)를 장전(차징) 및 탈장(디스차징)하도록 구성되어 있다.
하우징(101)의 후부 상방에는, 처리 로(202)가 설치되어 있다. 처리 로(202)의 하단부는, 노구 셔터(노구 개폐 기구)(116)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다. 처리 로(202)의 하방에는 보트(217)를 처리 로(202)에 승강시키는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(기판 보유 지지구 승강 기구)(121)가 설치되고, 보트 엘리베이터(121)의 승강대에 연결된 연결 부재로서의 승강 부재(122)에는, 덮개로서의 시일 캡(219)이 수평하게 설치되어 있고, 시일 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지하고, 처리 로(202)의 하단부를 폐색 가능하도록 구성되어 있다. 기판 보유 지지 수단인 보트(217)는, 복수 개의 보트 기둥부(221)를 구비하고 있어, 복수 매(예를 들어, 50매 내지 150매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 맞춰서 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서, 각각 수평하게 보유 지지하도록 구성되어 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 카세트 선반(109)의 상방에는, 청정화한 분위기인 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(118)이 설치되어 있어, 클린 에어를 상기 하우징(101)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
이어서, 처리 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 카세트(100)는, 카세트 반입 반출구로부터 반입되어, 카세트 스테이지(105) 상에 웨이퍼(200)가 수직 자세이며, 카세트(100)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록 적재된다. 그 후, 카세트(100)는, 카세트 스테이지(105)에 의해, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 되어, 카세트(100)의 웨이퍼 출납구가 하우징 후방을 향하도록, 하우징 후방으로 우측으로 세로 방향 90° 회전시켜진다.
이어서, 카세트(100)는, 카세트 선반(109) 내지 예비 카세트 선반(110)의 지정된 선반 위치에 자동으로 반송되어 주고 받아져, 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(109) 내지 예비 카세트 선반(110)으로부터 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재되거나, 또는 직접 이동 탑재 선반(123)에 반송된다.
카세트(100)가 이동 탑재 선반(123)에 이동 탑재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(100)로부터 웨이퍼 이동 탑재기(112)의 트위저(111)에 의해 웨이퍼 출납구를 통해서 픽업되어, 보트(217)에 장전(차징)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 주고 받은 웨이퍼 이동 탑재기(112)는 카세트(100)로 복귀되어, 다음 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(116)에 의해 폐쇄되어 있던 처리 로(202)의 하단부가, 노구 셔터(116)에 의해 개방된다. 계속해서, 웨이퍼(200)군을 보유 지지한 보트(217)는, 시일 캡(219)이 보트 엘리베이터(121)에 의해 상승됨으로써, 처리 로(202) 내에 반입(로딩)되어 간다.
로딩 후에는, 처리 로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다. 처리 후에는, 상술한 역의 수순으로, 웨이퍼(200) 및 카세트(100)는 하우징(101)의 외부로 보내진다.
(1-1) 처리 로
이어서, 상술한 처리 로(202)에 대해 도 2 및 도 3에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 가열 장치(가열 수단)인 히터(207)의 내측에, 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서의 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단에는, 예를 들어 스테인리스 등에 의해 매니폴드(209)가 기밀 부재인 O링(220)을 개재해서 하단 개구는 덮개인 시일 캡(219)에 의해 O링(220)을 개재해서 기밀하게 폐색되어, 적어도, 반응관(203), 매니폴드(209) 및 시일 캡(219)에 의해 처리실(반응실)(201)을 형성하고 있다. 시일 캡(219)에는 보트 지지대(218)를 통해 기판 보유 지지 부재(기판 보유 지지 수단)인 보트(217)가 세워 설치되고, 보트 지지대(218)는 보트를 보유 지지하는 보유 지지체로 되어 있다. 그리고, 보트(217)는, 처리실(201)에 삽입된다. 보트(217)에는 뱃치 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 관축 방향으로 다단으로 적재된다. 히터(207)는, 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
(1-2) 가스 공급계
처리실(201)에는 복수 종류, 여기에서는 2종류의 처리 가스를 공급하는 공급 경로로서의 2개의 가스 공급계가 설치되어 있다.
(제1 가스 공급계)
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 가스 공급계는 제1 가스 공급 라인과 제1 캐리어 가스 공급 라인으로 구성된다. 제1 가스 공급 라인은, 상류 방향에서부터 순서대로, 제1 가스 공급부(232), 제1 배관(250a), 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a), 제2 배관(250b) 및 개폐 밸브인 제1 밸브(243a)로 구성된다. 제1 캐리어 가스 공급 라인은, 상류 방향에서부터 순서대로, 캐리어 가스를 공급하는 제1 캐리어 가스 공급관(234a), 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제2 매스 플로우 컨트롤러(241b), 제3 배관(250c) 및 개폐 밸브인 제2 밸브(243b)로 구성된다. 제1 가스 공급 라인의 제1 밸브(243a)와 제1 캐리어 가스 공급 라인의 제2 밸브(243b)와의 출력이 합류하여, 제4 배관(250d)에 접속되어 있다. 또한, 제4 배관(250d)의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 하부로부터 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라, 제1 노즐(233a)이 설치되고, 제1 노즐(233a)의 측면에는 가스를 공급하는 공급 구멍인 제1 가스 공급 구멍(248a)이 복수 개 형성되어 있다. 이 제1 가스 공급 구멍(248a)은, 하부로부터 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 제1 가스 구멍(248a)은, 0.1 내지 5mm의 구멍 직경이며, 구멍의 수는 처리 웨이퍼의 매수의 3배 이하의 수인 것이 바람직하다.
따라서, 제1 가스는, 제1 가스 공급부(232)로부터 제1 배관(250a), 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a), 제2 배관(250b), 제1 밸브(243a)를 통해서, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)으로부터 제2 매스 플로우 컨트롤러(241b), 제3 배관(250c), 제2 밸브(243b)를 통해서 공급되는 캐리어 가스와 합류하여, 제4 배관(250d), 제1 노즐(233a)에 형성된 제1 가스 공급 구멍(248a)을 통해서 처리실(201)에 공급된다.
(제2 가스 공급계)
이어서, 도 4 및 도 5를 사용하여, 처리실(201)에 원료 가스를 공급하는 제2 가스 공급계에 대해서 상세하게 설명한다.
제2 가스 공급계는, 제2 가스 공급 라인과 제2 캐리어 가스 공급 라인과 클리닝 가스 공급 라인으로 구성된다. 제2 가스 공급 라인은, 상류 방향에서부터 순서대로, 원료를 수용하는 원료 공급부(300), 제5 배관(250e), 개폐 밸브인 제3 밸브(243c), 필터(302), 레귤레이터(304), 압력계(305), 개폐 밸브인 제4 밸브(243d), 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제3 매스 플로우 컨트롤러(241c), 제6 배관(250f) 및 개폐 밸브인 제5 밸브(243e)로 구성된다. 제2 캐리어 가스 공급 라인은, 상류 방향에서부터 순서대로, 캐리어 가스를 공급하는 제2 캐리어 가스 공급관(234b), 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제4 매스 플로우 컨트롤러(241d), 제7 배관(250g) 및 개폐 밸브인 제6 밸브(243f)로 구성된다. 또한, 클리닝 가스 공급 라인은, 상류 방향에서부터 순서대로, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급관(234c), 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 제5 매스 플로우 컨트롤러(241e), 제9 배관(250i), 개폐 밸브인 제7 밸브(243h)로 구성된다. 제2 가스 공급 라인의 제5 밸브(243e)와 제2 캐리어 가스 공급 라인의 제6 밸브(243f)와 클리닝 가스 공급 라인의 제7 밸브(243h)와의 출력이 합류하여, 제8 배관(250h)에 접속되어 있다. 또한, 제8 배관(250h)은, 처리실(201) 내에 배치된 배관(400a)에 접속된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 노즐(233b)로서의 U자 형상의 노즐(233b)의 각 끝이 개방되어있다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 배관(400a)은, U자 형상의 노즐(233b)의 한쪽의 하단에 접속되고, U자 형상의 노즐(233b)의 다른 쪽의 하단은 처리실(201) 내에 배치된 배관(400b)에 접속된다. 배관(400b)은, 제10 배관(250j)을 통해서 배기 배관(315)에 접속된다. 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 하부로부터 상부의 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 제2 노즐(233b)이 설치되고, 제2 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 공급 구멍인 제2 가스 공급 구멍(248b)이 형성되어 있다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 이 제2 가스 공급 구멍(248b)은, 제2 노즐(233b)의 가스 공급계측(배관(400a)측)의 하부로부터 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 제2 가스 공급 구멍(248b)은, 0.1 내지 5mm의 구멍 직경이며, 구멍의 수는 처리 웨이퍼의 매수의 3배 이하의 수인 것이 바람직하다. 즉, 이와 같이, 구멍 직경 및/또는 구멍의 수를 조정함으로써, 노즐로부터 공급되는 가스의 유량을 균등하게 할 수 있다.
따라서, 제2 가스는, 원료 가스가, 원료 공급부(300)로부터 제5 배관(250e), 제3 밸브(243c), 필터(302), 레귤레이터(304), 압력계(305), 제4 밸브(243d), 제3 매스 플로우 컨트롤러(241c), 제6 배관(250f), 제5 밸브(243e)를 통해서, 제2 캐리어 가스 공급관(234b)으로부터 제4 매스 플로우 컨트롤러(241d), 제7 배관(250g), 제6 밸브(243f)를 통해서 공급되는 캐리어 가스와 합류하고, 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서, 제2 노즐(233b)의 하단측으로부터 제2 가스 공급 구멍(248b)을 통해서 처리실(201)에 공급된다.
또한, 본 발명의 실시예에 관한 도 5a에서는, 제2 가스 공급 구멍(248b)은, 제2 노즐(233b)의 가스 공급계측의 하부로부터 상부에 걸쳐 형성되어 있지만, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(233b)의 가스 배기계측의 상부로부터 하부에 걸쳐 형성되어도 된다. 또한, 제1 노즐(233a), 제2 노즐(233b)을 각각, 제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계에 포함해도 된다.
(1-3) 배기계
또한, 처리실(201)은, 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해 밸브(314)를 통해서 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(246)에 접속되어, 진공 배기되도록 되어 있다. 또한, 이 밸브(314)는, 밸브를 개폐해서 처리실(201)의 진공 배기·진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브 개방도를 조절해서 압력 조정 가능하게 되어 있는 개폐 밸브이다.
또한, 제2 노즐(233b)이 처리실(201)로부터 나와 배기 배관(315)에 접속되는 도중에(제10 배관(250j)과 배기 배관(315)과의 사이에), 컨덕턴스를 조정하는 밸브(316), 예를 들어 니들 밸브를 설치하여, 제2 노즐(233b) 내의 유속을 제어하게 된다.
노즐의 배기 압력(배기압)과 가스(예를 들어 SiCl2)의 분해의 관계에 대해서 도 6을 사용해서 설명한다. 도 6은 실시예에 관한 노즐에 있어서의 SiCl2의 몰 분율의 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다. 노즐 배기압을 10, 25, 50, 400Pa로 한 경우의 가스 공급 구멍간의 SiCl2의 몰 분율의 편차를 나타내고 있다. 이때의 처리실 내의 온도는 630℃, 압력은 20Pa이다. 노즐 배기압이 25Pa(파선 A), 50Pa(실선 B)에서는 편차가 작지만, 10Pa(실선 C), 400Pa(실선 D)에서는 편차가 크다. 따라서, 노즐 배기압은 25 내지 50Pa인 것이 바람직하다. 또한, 이에 의해, 노즐 내 배기압과 처리실 내 압력의 비를 1:1 내지 3:1 정도(바람직하게는, 1.25:1 내지 2.5)로 조정함으로써, 노즐 내의 원료 가스의 열분해를 기판 처리 영역 내에서 균등하게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 노즐의 선단이 개방되어 있으므로, 처리실 내에의 공급량이 1/10 정도가 된다. 따라서, 노즐 배기압을 25Pa로 HCDS의 유량을 10배로 하면(실선 E), 위의 가스 공급 구멍(#32)과 아래의 가스 공급 구멍(#0)과의 차는 1.6배이지만, 전체적으로 저농도화된다. 노즐 내의 유속을 제어함으로써, 가스의 분해를 제어하는 것이 가능하게 되고, 처리 기판 상에 퇴적된 막의 조성을 원하는 값으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
불활성 가스는, 제2 캐리어 가스 공급관(234b)으로부터 제4 매스 플로우 컨트롤러(241d), 제7 배관(250g), 제6 밸브(243f), 제8 배관(250h), 배관(400a), 제2 노즐(233b)의 하단측으로부터 제2 가스 공급 구멍(248b)을 통해서 처리실(201)에 공급되고, 가스 배기관(231), 밸브(314)를 통해서 배기 배관(315)으로 배기된다. 이에 의해, 퍼지가 행하여져 제2 노즐(233b)의 내벽을 청정하게 유지할 수 있다. 이때, 제2 노즐(233b)의 압력은 처리실 내(201)의 압력보다도 높게 한다.
클리닝 가스는, 클리닝 가스 공급관(234c), 제5 매스 플로우 컨트롤러(241e), 제9 배관(250i), 제7 밸브(243g), 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)에 공급되고, 배관(400b), 제10 배관(250j), 밸브(316)를 통해서 배기 배관(315)으로 배기된다. 이에 의해, 제2 노즐(233b) 내에 퇴적된 막은, 제2 가스 공급계로부터 공급되는 클리닝 가스, 예를 들어 불소에 의해 제거된다. 그때, 처리실(201)의 압력을 노즐(233b) 내의 압력보다도 높게 함으로써, 처리실(201) 내의 퇴적 막에 에칭 대미지를 부여하지 않고 노즐 내부만 퇴적막이 제거되기 때문에, 파티클 발생의 리스크를 대폭 저감하는 것이 가능하게 된다.
(1-4) 보트
반응관(203) 내의 중앙부에는, 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일 간격으로 적재하는 보트(217)가 설치되어 있고, 이 보트(217)는, 도시하지 않은 보트 엘리베이터 기구에 의해 반응관(203)에 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리의 균일성을 향상시키기 위해서 보트(217)를 회전하기 위한 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있고, 보트 회전 기구(267)를 구동함으로써, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.
(1-5) 컨트롤러
이어서, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러에 대해서 도 7을 사용해서 설명한다. 도 7은 실시예에 관한 기판 처리 장치의 컨트롤러를 도시하는 블록도이다. 컨트롤러(281)는, 제1 내지 제5 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e)의 유량 조정, 제1 내지 제7 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g)의 개폐 동작, 밸브(314, 316)의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207)의 온도 조정, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 승강 기구의 승강 동작 제어가 행하여진다.
도 7에 나타내고 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(281)는, CPU(Central Processing Unit)(281a), RAM(Random Access Memory)(281b), 기억 장치(281c), I/O 포트(281d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(281b), 기억 장치(281c), I/O 포트(281d)는, 내부 버스(281e)를 통해서, CPU(281a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(281)에는, 예를 들어 터치 패널, 외부 기억 장치(283) 등으로서 구성된 입출력 장치(282)가 접속되어 있다.
기억 장치(281c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(281c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(281)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이다. 또한, RAM(281b)은, CPU(281a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(281d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g), 압력 센서(245), 밸브(314, 316), 진공 펌프(246), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(121) 등에 접속되어 있다.
CPU(281a)는, 기억 장치(281c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(282)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(281c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(281a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용에 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g)의 개폐 동작, 밸브(314, 316)의 개폐 동작 및 밸브(314, 316)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(121)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(281)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(283)를 준비하여, 이러한 외부 기억 장치(283)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하거나 함으로써, 본 실시예에 관한 컨트롤러(281)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(283)를 통해서 공급하는 경우에 제한하지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(283)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 또한, 기억 장치(281c)나 외부 기억 장치(283)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 반도체 제조 장치로서의 기판 처리 장치(1)를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 함)의 시퀀스 예에 대해서 설명한다. 여기에서는, 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여, 제1 처리 가스(원료 가스)와 제2 처리 가스(반응 가스)를 교대로 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 예에 대해 설명한다. 이하, 원료 가스로서 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용하고, 반응 가스로서 오존(O3) 가스를 사용하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, SiO막이라고도 함)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 이 기판 처리 공정은, 예를 들어 반도체 장치를 제조하기 위한 일 공정이다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작이나 처리는, 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
기판 처리 공정에 대해 도 8을 사용해서 설명한다. 도 8은 실시예에 관한 기판 처리 공정을 나타내는 흐름도이다. 본 실시 형태에서의 성막 처리에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내로부터 HCDS 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O3 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내로부터 O3 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성한다.
또한, 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(기판 반입 공정 S102)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(121)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재해서 반응관(203)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(성막 공정 S104)
어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에 안정되면, 다음의 3개의 스텝, 즉, 스텝 1 내지 3을 순차 실행한다.
또한, 스텝 1 내지 3의 동안에는, 히터(207)에 의해, 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열해 둔다.
(스텝 1)
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 원료 공급부(300)로부터 HCDS를 흘리고, 제2 캐리어 가스 공급관(234b)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 원료 공급부(300)의 제3 밸브(243c), 제4 밸브(243d), 제5 밸브(243e), 제7 밸브(243g), 제8 밸브(243h), 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f) 및 가스 배기관(231)의 밸브(314)를 모두 개방한다. 캐리어 가스는, 제2 캐리어 가스 공급관(234b)으로부터 흘러, 제4 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. HCDS는, 원료 공급부(300)로부터 유량 조정되어 흘러, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 제2 노즐(233b)의 하단부에 접속된 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 밸브(314)를 적정하게 조정해서 처리실(201) 내의 압력을 예를 들어 20Pa로 유지한다. 한편, HCDS와 캐리어 가스가 혼합된 혼합 가스는, 제2 노즐(233b)의 단부에 접속된 배관(400b)을 통해서 제10 배관(250j)으로부터 밸브(316)를 통해서 배기된다. 이때, 밸브(316)를 적정하게 조정해서 노즐(233b)의 배기압을 25 내지 50Pa의 범위로 유지한다. 이때 히터(207) 온도는 웨이퍼의 온도가 400 내지 650℃의 범위이며, 예를 들어 630℃가 되도록 설정되어 있다. 또한, 처리실(201) 내의 압력과 노즐(233b)내의 배기압은, 25 내지 100Pa이 바람직하다. 이렇게 압력 조정하면, 노즐(233b) 내의 HCDS의 열분해가 기판 처리 영역에 대향하는 위치에서 동일해지는 것을 시뮬레이션 등으로 알고 있다. 따라서, 각 가스 공급 구멍(248b)으로부터 동일한 유량의 HCDS가 공급된다.
이와 같이, HCDS를 처리실(201) 내에 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상의 최표면 상에, 제1층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층의 두께의 실리콘(Si) 함유층이 형성된다.
(스텝 2)
제1층이 형성된 후, 원료 공급부(300)의 제3 밸브(243c)를 닫고, HCDS의 공급을 정지한다. 이때 가스 배기관(231)의 밸브(314) 및 제10 배관(250j)의 밸브(316)는, 각각 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하여, 잔류 HCDS 가스를 처리실(201) 내 및 노즐(233b)로부터 배제한다. 이때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내 및 제10 배관(250j)에 공급하면, 더욱 잔류 HCDS 가스를 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 3)
제1 가스 공급부(232)로부터 O3를 흘리고, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 제1 가스 공급부(232)의 제1 밸브(243a), 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 모두 개방한다. 이때, 밸브(314)는 개방한 채로 두고, 밸브(316)는 폐쇄한다. 캐리어 가스는, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)으로부터 흘러, 제2 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. O3는 제1 가스 공급부(232)로부터 흘러, 제1 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때의 웨이퍼의 온도가, 스텝 1의 가스의 공급 시와 동일하게 400 내지 650℃의 범위이며, 예를 들어 630℃가 되도록 히터(207)를 설정한다. O3의 공급에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 Si 함유층과 O3이 반응하여, 웨이퍼(200) 상에 제2층으로서 SiO2층(이하, SiO층이라고도 함)이 형성된다. 제2층이 형성된 후, 제1 가스 공급부(232)의 제1 밸브(243a), 및, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 폐쇄하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 잔류 O3 가스를 배제한다. 이때, N2 등의 불활성 가스를 반응관(203) 내에 공급하면, 더욱 잔류 O3 가스를 처리실(201)로부터 배제하는 효과가 높아진다.
상술한 스텝 1 내지 3을 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO2막(이하, SiO막이라고도 함)을 형성할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 사이클을 1회 행할 때 형성되는 제2층(SiO층)의 두께를 소정의 막 두께보다도 작게 하여, 제2층(SiO층)을 적층함으로써 형성되는 SiO막의 막 두께가 소정의 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(기판 반출 공정 S106)
이어서, SiO2막이 형성된 웨이퍼(200)가 적재된 보트(217)를 처리실(201)로부터 반출한다.
(3) 클리닝 공정
다음으로 처리실 내의 클리닝 및 노즐 클리닝에 대해서 도 4, 도 12, 도 13a, 도 13b, 도 13c 및 도 14를 사용해서 설명한다.
(3-1) 처리실 내와 노즐 내를 각각 개별로 클리닝하는 공정
(3-1-1) 처리실 내의 클리닝 공정
도 12에 도시한 바와 같이, 처리실 내의 클리닝 공정은, 이하와 같이 행한다.
온도·압력 조정 공정(스텝 S202): 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하여, 처리실(201) 내의 압력을 고압(내지 대기압)으로 한다.
클리닝 공정(스텝 S204): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열고, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316)를 폐쇄하고, 밸브(314)를 개방한다. 또한, 불활성 가스는, 제2 노즐(233b)에 공급해도 하지 않아도 된다.
퍼지 공정(스텝 S206): 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316) 및 밸브(314)를 개방한다.
(3-1-2) 노즐 내의 클리닝 공정
노즐 내의 클리닝 공정은 이하의 3개의 예 중 어느 하나로 행한다. 노즐 내의 클리닝 공정은 처리실 내의 클리닝 공정의 전에 실시해도, 나중에 실시해도 된다.
(3-1-2-1) 제1 예
도 13a에 도시한 바와 같이, 제1 예의 노즐 클리닝의 공정은, 이하와 같이 행한다.
온도·압력 조정 공정(스텝 S302): 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기해서, 처리실(201) 내의 압력을 고압(내지 대기압)으로 한다. 이때, 밸브(316)를 폐쇄하고, 밸브(314)를 개방한다.
노즐 클리닝 공정(스텝 S304): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열고, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)에 공급하면서 배관(400b)을 통해서 제10 배관(250j)으로부터 배기한다. 이때, 제2 노즐(233b)로부터 클리닝 가스가 처리실(201) 내에 공급되는 것을 방지하기 위해서, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하고, 밸브(314)를 폐쇄하고, 밸브(316)를 개방한다.
퍼지 공정(스텝 S306): 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)로부터 처리실(201)에 공급하면서 배관(400b)을 통해서 제10 배관(250j)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316) 및 밸브(314)를 연다.
(3-1-2-2) 제2 예
도 13b에 도시한 바와 같이, 제2 예의 노즐 클리닝의 공정은, 이하와 같이 행한다.
온도·압력 조정 공정(스텝 S302): 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열고, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기해서, 처리실(201) 내의 압력을 고압(내지 대기압)으로 한다. 이때, 밸브(316)를 폐쇄하고, 밸브(314)를 연다.
제1 노즐 클리닝 공정(스텝 S303): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열어, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b) 및 배관(400b)에 공급한다. 이때, 밸브(314) 및 밸브(316)를 폐쇄한다. 또한, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급해도 되고 하지 않아도 된다.
제2 노즐 클리닝 공정(스텝 S304): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열어, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)에 공급하면서 배관(400b)을 통해서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316)를 열고, 밸브(314)를 폐쇄한다. 또한, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급해도 되고 하지 않아도 된다.
(3-1-2-3) 제3 예
도 13c에 도시한 바와 같이, 제3 예의 노즐 클리닝의 공정은, 이하와 같이 행한다.
온도 조정 공정(스텝 S301): 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급해서 처리실(201) 내의 압력을 불활성 가스 분위기로 한다.
노즐 클리닝 공정(스텝 S304): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열어, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)에 공급하면서 배관(400b)을 통해서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 제2 노즐(233b)로부터 클리닝 가스가 처리실(201) 내에 공급되는 것을 방지하기 위해서, 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하고, 밸브(314)를 폐쇄하고, 밸브(316)를 연다.
(3-2) 처리실 및 노즐 양쪽을 클리닝하는 공정
도 14에 도시한 바와 같이, 처리실 및 노즐 클리닝의 공정은, 이하와 같이 행한다.
온도 조정 공정(스텝 S402): 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급해서 처리실(201) 내의 압력을 불활성 가스 분위기로 한다.
클리닝 공정(스텝 S404): 클리닝 가스 공급관(234c)의 제7 밸브(243h)를 열어, 클리닝 가스를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316) 및 밸브(314)를 연다. 또한, 불활성 가스는 제2 노즐(233b)에 공급해도 하지 않아도 되지만, 캐리어 가스로서 공급하는 것이 더 좋다.
퍼지 공정(스텝 S406): 제1 캐리어 가스 공급관(234a)의 제2 밸브(243b)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제4 배관(250d)을 통해서 제1 노즐(233a)의 제1 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 제2 캐리어 가스 공급관(234b)의 제6 밸브(243f)를 열어, 불활성 가스(N2)를 제8 배관(250h), 배관(400a)을 통해서 제2 노즐(233b)의 제2 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)으로부터 배기한다. 이때, 밸브(316) 및 밸브(314)를 연다.
(3-3) 상기 (3-1)의 처리실 내와 노즐 내를 각각 개별로 클리닝하는 공정과, 상기 (3-2)의 처리실 및 노즐의 양쪽을 클리닝하는 공정을 조합해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서의 클리닝 가스는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 할로겐 원소를 포함하는 할로겐 원소 함유 가스, 또는 이들 할로겐 함유 가스의 조합이 바람직하다. 또한, 클리닝 가스는 이들 할로겐 원소의 조합이어도 상관없다. 또한, 이들 클리닝 가스와 수소(H2), 질소(N2) 등의 조합이어도 상관없다.
<변형예 1>
변형예 1에 관한 제2 노즐의 다른 형상 및 가스 공급 방향에 대해 도 9a, 도 9b를 사용해서 설명한다. 도 9a 및 도 9b는 I자 형상의 제2 노즐을 도시하는 도면이다.
제2 노즐(233b)의 형상은 U자 형상에 한정되는 것은 아니며, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 바와 같이 I자 형상이어도 된다. 이 경우, 도 9a에 도시한 바와 같이, 가스 공급계(배관(400a))의 접속처는 노즐의 하단측이고, 가스 배기계(배관(400b))의 접속처는 노즐의 상단이어도 되고, 도 9b에 도시한 바와 같이, 가스 공급계(배관(400a))의 접속처는 노즐의 상단측이고, 가스 배기계(배관(400b))의 접속처는 노즐의 하단측이어도 된다.
<변형예 2>
변형예 2에 관한 제2 노즐의 다른 형상 및 가스 공급 방향에 대해 도 10a 내지 도 10f를 사용해서 설명한다. 도 10a 내지 도 10f는 N자 형상의 제2 노즐을 도시하는 도면이다.
제2 노즐(233b)의 형상은 U자 형상에 한정되는 것은 아니며, 도 10a 내지 도 10f에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(233b)의 형상은 N자 형상이어도 된다. 제2 가스 공급 구멍(248b)은 도 10a 및 도 10d에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(233b)의 가스 공급계측의 하부로부터 상부에 걸쳐 설치해도 되고, 도 10b 및 도 10e에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(233b)의 가스 배기계측의 하부로부터 상부에 걸쳐 설치되어도 된다. 또한, 도 10c 및 도 10f에 도시한 바와 같이, 제2 노즐(233b)의 가스 공급계측과 가스 배기계측과의 사이의 비스듬히 연신되는 부분의 상부로부터 하부에 걸쳐 설치되어도 된다. 또한, 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이, 가스 공급계(배관(400a))의 접속처는 노즐의 하단측이고, 가스 배기계(배관(400b))의 접속처는 노즐의 상단이어도 되고, 도 10d 내지 도 10f에 도시한 바와 같이, 가스 공급계(배관(400a))의 접속처는 노즐의 상단측이고, 가스 배기계(배관(400b))의 접속처는 노즐의 하단측이어도 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 다음의 (a) 내지 (g)에 기재된 효과 중 적어도 1개 이상의 효과를 발휘한다.
(a) 원료 가스의 노즐(가스 공급관) 내에서의 열분해를 제어하는 것이 가능하게 되어, 상기 원료 가스가 열분해되어 생성되는 기판 처리에 기여하는 가스의 농도를, 기판이 배치되는 기판 처리 영역과 면하는 노즐 내에서 (거의) 동일하게 할 수 있어, 처리실에 복수 매 설치된 기판의 퇴적막의 균일성을 개선하는 것이 가능하게 된다.
(b) 노즐 내의 배기 압력 및 가스 유속을 제어함으로써, 성막에 기여하는 가스를 기판 처리 영역에 대향하는 노즐 내에서 균등하게 할 수 있다.
(c) 노즐 내 압력과 처리실 내 압력의 비를 1:1 내지 5:1로 조정함으로써, 노즐 내의 원료 가스의 열분해를 기판 처리 영역과 면하는 노즐 내에서 균등하게 할 수 있다.
(d) 또한, 구멍 직경 및/또는 구멍의 수를 조정함으로써, 노즐로부터 공급되는 가스의 유량을 균등하게 할 수 있다.
(e) 노즐 내의 불활성 가스 퍼지나 가스 클리닝으로 노즐 내벽을 청정하게 유지함으로써 파티클을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 고집적 반도체 디바이스의 성능 및 수율 향상에 공헌하는 것이 가능하게 된다.
(f) 노즐 내벽에 부착되는 막을 가스 클리닝으로 효율적으로 제거할 수 있으므로, 노즐에 형성된 구멍의 눈막힘을 억제할 수 있다.
(g) 처리실 내의 압력 및 처리실 내에 공급되는 가스의 유량을 조정함으로써, 가스 클리닝으로 노즐 내벽에 부착되는 막만을 제거할 수 있고, 또한 노즐 및 처리실의 내벽에 부착된 막의 양쪽을 제거할 수 있다. 이에 의해, 노즐 및 처리실의 내벽에 부착된 막의 막종이나 막 두께에 의하지 않고 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 기판 처리 장치는, 일례로서, 반도체 장치(IC)의 제조 방법에 있어서의 처리 공정을 실시하는 반도체 제조 장치로서 구성되어 있다. 또한, 기판 처리 장치로서 기판에 산화, 확산 처리나 CVD 처리 등을 행하는 종형의 장치(이하, 간단히 처리 장치라고 함)에 적용된다.
1 : 처리 장치 200 : 기판(웨이퍼)
201 : 처리실 202 : 처리 로
231 : 가스 배기관 233b : 제2 노즐
234b : 제2 캐리어 가스 공급관 248b : 제2 가스 공급 구멍
250h : 제8 배관 250j : 제10 배관
280 : 컨트롤러 315 : 배기 배관
316 : 밸브 400a, 400b : 배관

Claims (14)

  1. 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 가스를 배출하는 배기계와,
    복수의 구멍을 갖고, 상기 처리실 내에 상기 구멍을 통하여 가스를 공급하고, 상기 처리실 내에 배치되어있고, 한쪽 끝은 상기 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 배관을 통해서 상기 처리실의 밖에서 상기 배기계에 접속되는 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실로부터 상기 배기계까지의 경로에 컨덕턴스를 조정하는 것이 가능한 조정 밸브를 더 포함하고, 상기 조정 밸브는, 상기 가스 공급관 내의 가스 유속 또는 배기 압력을, 상기 조정 밸브의 개방도에 의해 제어하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내를 가열하는 가열 수단을 더 포함하고,
    상기 가열 수단에 의해 원료 가스가 열분해되어 생성되는 기판 처리에 기여하는 가스의 농도가, 기판이 배치되는 기판 처리 영역에서 동등하게 제어되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급계로부터 상기 가스 공급관 내에 클리닝 가스를 미리 정해진 양 공급하고, 상기 클리닝 가스의 처리실에의 공급을 억제하면서 상기 클리닝 가스를 상기 배관을 통해서 상기 배기계에 배기함으로써, 상기 가스 공급관 내벽에 부착된 막만을 제거하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리실의 압력을 상기 가스 공급관 내의 압력보다도 높게 함으로써, 상기 클리닝 가스의 상기 처리실에의 공급이 억제되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 공급관과는 상이한 캐리어 가스 공급관을 더 포함하고,
    상기 캐리어 가스 공급관으로부터 불활성 가스를 상기 처리실 내에 공급함으로써, 상기 클리닝 가스의 상기 처리실에의 공급이 억제되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구멍은, 상기 가스 공급관의 측벽에 등간격으로 복수 형성되고, 상기 구멍의 직경은, 0.1 내지 5mm의 사이의 임의의 값으로 선택되고, 상기 구멍의 수는 처리 대상의 기판의 수의 3배 이하의 사이의 임의의 수인, 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 형상은, U자 형상이며, 상기 복수의 구멍은, 상기 가스 공급계 측 및 상기 배기계 측 중, 어느 한쪽에 형성되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 형상은, I자 형상이며, 상기 가스 공급관과 상기 가스 공급계 사이의 접속점은, 가스 공급관의 상측 단 및 하측 단 중 임의의 곳에 설치되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 형상은 N자 형상이며, 상기 복수의 구멍은, 상기 가스 공급계 측, 상기 배기계 측 및 상기 가스 공급계 측도 배기계 측도 아닌 중심측 중, 적어도 하나의 부분에 형성되도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 할로겐 원소를 포함하는, 기판 처리 장치.
  12. 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 가스를 배출하는 배기계와, 복수의 구멍을 갖고, 상기 처리실 내에 상기 구멍을 통하여 가스를 공급하고, 상기 처리실 내에 배치되어있고, 한쪽 끝은 상기 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 배관을 통해서 상기 처리실의 밖에서 상기 배기계에 접속되는 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에, 기판을 반입하는 공정과,
    상기 구멍으로부터 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하면서, 상기 배관을 통해서 상기 배기계에 상기 원료 가스를 배기하고, 상기 처리실에 상기 원료 가스를 공급하는 공정,
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 가스를 배출하는 배기계와, 복수의 구멍을 갖고, 상기 처리실 내에 상기 구멍을 통하여 가스를 공급하고, 상기 처리실 내에 배치되어있고, 한쪽 끝은 상기 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 배관을 통해서 상기 처리실의 밖에서 상기 배기계에 접속되는 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에, 기판을 반입하는 단계와,
    상기 구멍으로부터 원료 가스를 공급하면서 상기 배관을 통해서 상기 배기계에 상기 원료 가스를 배기하고, 상기 처리실에 상기 원료 가스를 공급하는 단계,
    를 컴퓨터에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
  14. 복수의 구멍을 갖고, 처리실 내에 상기 구멍을 통하여 가스를 공급하고, 상기 처리실 내에 배치되어있고, 한쪽 끝은 가스 공급계에 접속되고, 다른 쪽 끝은 배관을 통해서 상기 처리실의 밖에서 배기계에 접속되어 있는 가스 공급관.
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