KR20180021142A - 가스 공급부, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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

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KR20180021142A
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타카후미 사사키
다이기 카미무라
히데나리 요시다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 종 방향으로 배열된 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 향상시킨다.
동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하고, 제1 가스 공급관 및 제2 가스 공급관을 개재하여 종 방향으로 배열된 복수의 기판을 수용하는 처리실에 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 구성으로서, 기판이 배치되는 기판 배치 영역에 대향하는 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 S1로 하고, 기판 배치 영역에 대향하는 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 제2 가스 공급관의 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성된다.

Description

가스 공급부, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은 기판 보지구(保持具)에 보지된 복수의 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
기판 처리 장치 중 하나인 종형(縱型) 성막 장치(예컨대 특허문헌 1 참조)에서는 복수(수십 내지 백 수십 매)의 기판(웨이퍼)을 탑재한 보트(기판 보지구)를 처리실에 수용하고 처리 가스를 공급함과 동시에 가열하고, 처리실의 압력이나 온도를 소정값으로 설정하여 기판 표면 상에 성막 처리를 수행한다.
이러한 종형 성막 장치에서 원료 가스를 처리실의 웨이퍼에 대하여 공급하기 때문에 예컨대 웨이퍼 매수와 같은 개수의 가스 분출공이 구비된 다공 노즐을 처리실에 설치하여 이용하는 경우가 있다. 이러한 노즐을 이용한 경우에는 노즐 내부에서 원료 가스의 기상(氣相) 분해가 진행된다. 기상에서의 열분해는 분해 온도에 노출되는 체류 시간에 따라 진행된다.
다공 노즐의 경우에는 가스 흐름의 상류측(웨이퍼 배치 영역의 하단측)에서는 원료 가스의 체류 시간은 짧고, 하류측(웨이퍼 배치 영역의 상단측)에서는 원료 가스의 체류 시간이 길다. 그렇기 때문에 웨이퍼 배치 영역의 하단에서는 미분해의 상태, 웨이퍼 배치 영역의 상단에서는 분해가 진행된 상태에서 원료 가스가 분출된다. 원료 가스가 미분해인 상태에서는 성막에 기여하는 원료 가스는 적고, 분해가 진행된 상태에서는 성막에 기여하는 원료 가스는 많기 때문에 종(縱) 방향으로 배열된 웨이퍼의 상하에서 막 두께 차이가 발생한다. 구체적으로는 웨이퍼 배치 영역의 하단측의 웨이퍼보다 웨이퍼 배치 영역의 상단측의 웨이퍼의 막 두께가 두꺼워진다.
다공 노즐을 이용하는 방법 외에 길이가 다른 복수 개의 선단(先端) 개방 노즐을 배치하여 원료 가스를 공급하는 방법도 있다. 이 경우도 각 노즐의 길이가 다르기 때문에 각각의 노즐 내의 원료 가스 체류 시간이 달라진다. 예컨대 긴 노즐을 통과한 가스와 짧은 노즐을 통과한 가스로는 긴 노즐을 통과한 가스는 체류 시간이 길기 때문에 열분해가 진행되어 다공 노즐과 마찬가지로 웨이퍼의 배치 영역의 상단에서 막 두께가 두꺼워진다.
1. 일본 특개 2008-95126호 공보
본 발명의 목적은 종 방향으로 배열된 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 향상시키는 구성을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태는 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하고, 상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관을 개재하여 종 방향으로 배열된 복수의 기판을 수용하는 처리실에 상기 복수의 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부로서, 상기 복수의 기판이 배치되는 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 S1로 하고, 상기 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성되는 가스 공급부를 포함하는 구성이 제공된다.
상기 구성에 따르면 종 방향으로 배열된 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면(縱斷面)으로 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시하는 처리로의 A-A 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 제2 가스 공급계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 제1 실시예의 가스 공급 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 6은 제2 실시예의 가스 공급 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도.
도 8은 제3 실시예의 가스 공급 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 9는 제4 실시예의 가스 공급 노즐의 형상을 설명하기 위한 도면.
도 10은 제3 실시예 또는 제4 실시예의 가스 공급 노즐의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 11은 제3 실시예 또는 제4 실시예의 가스 공급 노즐의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 12는 제3 실시예 또는 제4 실시예의 가스 공급 노즐의 효과를 설명하기 위한 도면.
(1) 처리 장치
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 설명한다. 본 실시 형태에서 기판 처리 장치는 일례로서 반도체 장치의 제조 방법에서의 처리 공정을 실시하는 반도체 제조 장치로서 구성된다. 이하의 실시 형태에서는 기판 처리 장치로서 기판에 CVD 처리 등의 성막 처리를 수행하는 뱃치(batch)식 종형 반도체 제조 장치(이하, 단순히 처리 장치라고도 부른다.)를 적용한 경우에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 동일 구성 요소에는 동일 부호를 첨부하여 반복 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해서 실제 형태에 비해 각(各) 부(部)의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 도시되는 경우가 있지만 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하지 않는다.
도 1에 도시되는 바와 같이 웨이퍼(200)(기판)를 수납한 웨이퍼 캐리어로서의 카세트(100)가 사용되는 처리 장치(1)는 광체(101)(筐體)를 구비한다. 카세트 반입 반출구(도시되지 않음)의 광체(101) 내측에는 카세트 스테이지(105)가 설치된다. 카세트(100)는 카세트 스테이지(105) 상에 공정 내 반송 장치(도시되지 않음)에 의해 반입되고, 또한 카세트 스테이지(105) 상으로부터 반출되도록 이루어진다.
카세트 스테이지(105)는 공정 내 반송 장치에 의해 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세가 되고, 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 상 방향을 향하도록 재치된다. 카세트 스테이지(105)는 카세트(100)를 광체 후방(後方)에 우회(右回) 종 방향으로 90° 회전하여 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 광체 후방을 향하도록 동작 가능해지도록 구성된다.
광체(101) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에는 카세트 선반(109)이 설치되고, 카세트 선반(109)은 복수 단 복수 열로 복수 개의 카세트(100)를 보관하도록 구성된다. 카세트 선반(109)에는 카세트(100)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치된다. 또한 카세트 스테이지(105)의 상방(上方)에는 예비 카세트 선반(110)이 설치되고, 예비적으로 카세트(100)를 보관하도록 구성된다.
카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(109) 사이에는 카세트(100)를 보지한 상태에서 승강 가능한 카세트 엘리베이터(115)와 카세트 이재기(114)가 설치된다. 카세트 엘리베이터(115)와 카세트 이재기(114)의 연속 동작에 의해 카세트 스테이지(105), 카세트 선반(109), 예비 카세트 선반(110) 사이에 카세트(100)를 반송하도록 구성된다.
카세트 선반(109)의 후방에는 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 또는 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재기(112) 및 웨이퍼 이재기(112)를 승강시키기 위한 이재 엘리베이터(113)가 설치된다. 이재 엘리베이터(113)는 내압 광체(101)의 우측 단부(端部)에 설치된다. 이들 이재 엘리베이터(113) 및 웨이퍼 이재기(112)의 연속 동작에 의해 웨이퍼 이재기(112)의 트위저(111)(기판 보지체)를 웨이퍼(200)의 재치부로서 보트(217)(기판 보지부)에 대하여 웨이퍼(200)를 장전(裝塡, charging) 및 탈장(脫裝, discharging)하도록 구성된다.
광체(101)의 후부 상방에는 처리로(202)가 설치된다. 처리로(202)의 하단부는 노구(爐口) 셔터(116)에 의해 개폐되도록 구성된다. 처리로(202)의 하방에는 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(121)가 설치되고, 보트 엘리베이터(121)의 승강대에 연결된 연결구로서의 승강 부재(122)에는 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 수평하게 설치되고, 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지하여 처리로(202)의 하단부를 폐색 가능하도록 구성된다.
기판 보지 수단인 보트(217)는 복수 개의 보트 기둥부(221)를 구비하고, 복수 매(예컨대 50매 내지 150매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 맞춰서 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서 각각 수평하게 보지하도록 구성된다.
도 1에 도시되는 바와 같이 카세트 선반(109)의 상방에는 청정화된 분위기인 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(118)이 설치되고, 클린 에어를 상기 광체(101)의 내부에 유통시키도록 구성된다.
다음으로 처리 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다. 도 1에 도시되는 바와 같이 카세트(100)는 카세트 반입 반출구로부터 반입되고, 카세트 스테이지(105) 상에 웨이퍼(200)가 수직 자세이며 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 상 방향을 향하도록 재치된다. 그 후, 카세트(100)는 카세트 스테이지(105)에 의해 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 광체 후방을 향하도록 광체 후방에 우회 종 방향으로 90° 회전시킬 수 있다.
다음으로 카세트(100)는 카세트 선반(109) 내지 예비 카세트 선반(110)의 지정된 선반 위치에 자동적으로 반송되어 수도(受渡)되고 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(109) 내지 예비 카세트 선반(110)으로부터 이재 선반(123)에 이재되거나 또는 직접 이재 선반(123)에 반송된다.
카세트(100)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(100)로부터 웨이퍼 이재기(112)의 트위저(111)에 의해 웨이퍼 출입구를 통해서 픽업되고 보트(217)에 장전된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재기(112)는 카세트(100)에 돌아가 다음 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(116)에 의해 닫혔던 처리로(202)의 하단부가 노구 셔터(116)에 의해 개방된다. 계속해서 웨이퍼(200) 군(群)을 보지한 보트(217)는 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(121)에 의해 상승되는 것에 의해 처리로(202) 내에 반입된다.
로딩 후는 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다. 처리 후는 전술한 반대의 순서로 웨이퍼(200) 및 카세트(100)는 광체(101)의 외부로 불출(拂出)된다.
(1-1) 처리로
다음으로 전술한 처리로(202)에 대해서 도 2 내지 도 4를 이용하여 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이 가열 장치(가열부)인 히터(207)의 내측에 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서의 반응관(203)이 설치된다. 반응관(203)의 하단에는 매니폴드(209)가 기밀 부재인 O링(220)을 개재하여 설치된다. 매니폴드(209)의 하단 개구(開口)는 개체인 씰 캡(219)에 의해 O링(220)을 개재하여 기밀하게 폐색(閉塞)된다. 적어도 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)(반응실)이 형성된다. 반응관(203)의 재질은 예컨대 석영이다. 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)의 재질은 예컨대 스텐레스다.
씰 캡(219)에는 보트 지지대(218)를 개재하여 기판 보지 부재(기판 보지부)인 보트(217)가 입설(立設)되고, 보트 지지대(218)는 보트를 보지하는 보지체로 이루어진다. 그리고 보트(217)는 처리실(201)에 삽입된다. 보트(217)에는 뱃치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 반응관(203)의 관축(管軸) 방향에 다단으로 적재된다. 이와 같이 보트(217)는 종 방향(수직 방향)에 배열된 복수의 웨이퍼(200)를 보지한다.
또한 도 2에서는 보트(217)의 최상단과 최하단에 탑재된 웨이퍼(200)만 도시하지만, 최상단과 최하단의 웨이퍼(200) 사이에도 복수의 웨이퍼(200)가 보지된다. 또한 도 2에서는 도면을 알기 쉽게 하기 위해서 보트 지주(221)의 도시를 생략한다.
히터(207)는 반응관(203)의 주위에 설치되고, 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다. 도 2의 예에서는 히터(207)는 복수의 웨이퍼(200)가 배치되는 웨이퍼 배치 영역(기판 배치 영역)을 둘러싸도록 설치된다. 구체적으로는 히터(207)는 보트(217)의 저부(底部)와 보트 지지대(218)의 상부의 경계로부터 상방에서 반응관(203)을 피복하도록 설치된다. 또한 히터(207)는 후술하는 버퍼실(204)을 피복하도록 설치된다. 또한 반응관(203)의 내측 또는 외측에는 웨이퍼(200)의 온도를 계측하기 위한 온도 센서(265)(도시되지 않음)가 설치된다.
반응관(203)의 내측에는 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 균일한 유량의 처리 가스를 공급하기 위한 버퍼실(204)이 설치된다. 버퍼실(204)을 형성하는 버퍼실 벽(205)의 재질은 예컨대 석영이다. 버퍼실(204)은 버퍼실 벽(205)과 반응관(203)의 측벽으로 둘러싸여진 공간이며, 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)에 대향하도록 설치된다. 버퍼실(204) 내에는 종 방향의 관축을 포함하는 노즐(231)과 노즐(232)이 복수의 웨이퍼(200)의 적재 방향(종 방향)에 배치된다. 노즐(231)과 노즐(232)은 후술하는 제1 가스 공급계를 구성한다. 따라서 히터(207)에 둘러싸인 웨이퍼 배치 영역을 상방으로 연장하는 노즐(231)과 노즐(232)의 내부의 처리 가스는 히터(207)의 열에 의해 분해가 진행된다.
또한 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내측이며 버퍼실(204)의 외측에는 후술하는 제2 가스 공급계를 구성하는 노즐(233)이 배치된다. 노즐(233)은 그 측벽에 복수의 가스 출구(233a)를 포함하는 다공 노즐이다. 노즐(231 내지 233)은 각각 매니폴드(209) 부근에서 직각으로 절곡(折曲)되어 수평 방향으로 방향을 바꾸고 매니폴드(209)를 내측으로부터 외측으로 관통한 후 가스 배관(241a 내지 243a)과 접속된다. 노즐(231 내지 233)의 재질은 예컨대 석영이다.
또한 노즐(231 내지 233)과 가스 배관(241a 내지 243a)의 이음매를 매니폴드(209) 내부로 해도 좋다. 이 경우, 가스 배관(241a 내지 243a)은 각각 매니폴드(209)를 외측으로부터 내측으로 관통한 후, 매니폴드(209) 부근에서 직각으로 절곡되어 연직 방향으로 방향을 바꾸고 노즐(231 내지 233)과 접속된다.
또한 도 2에서 보트(217)에 대하여 노즐(231)이 노즐(232)보다 먼 위치에 도시되지만 이는 도면을 알기 쉽게 하기 위함이며, 도 3에 도시하는 바와 같이 보트(217)에 대하여 노즐(231)과 노즐(232)이 등거리가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한 노즐(231)과 노즐(232)의 상단에는 후술하는 개구부가 설치되고, 이 개구부로부터 처리 가스가 버퍼실(204) 내에 공급되도록 구성된다. 본 실시 형태에서 노즐(231)과 노즐(232)의 2개의 노즐로부터 가스를 공급하지만, 이 개수(2개)로 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
또한 도 3에 도시하는 바와 같이 1개의 다공 노즐(233)을 버퍼실(204)의 외측에 배치했지만, 제2 가스 공급계를 구성하는 복수의 노즐(233)을 버퍼실(204)의 내측에 배치해도 좋다. 이 경우, 복수의 노즐(233) 각각의 가스 출구(233a)는 도 4에 도시하는 바와 같이 복수 설치하지 않고, 노즐(231)이나 노즐(232)과 같이 노즐(233)의 상단에 상 방향으로 후술하는 개구부를 1개 설치해도 좋다.
또한 도 2에 도시하는 바와 같이 버퍼실(204)을 반응관(203)의 내측에 배치했지만, 버퍼실(204)을 반응관(203)의 외측에 배치해도 좋다. 후술하는 제1 실시예 내지 제4 실시예에서는 버퍼실(204)을 반응관(203)의 외측에 배치한다(도 5, 도 6, 도 8, 도 9 참조).
(1-2) 가스 공급계(가스 공급부)
처리실(201)에 복수 종류(본 실시 형태에서는 2종류)의 처리 가스를 공급하는 공급 경로로서 가스 공급부로서의 2개의 가스 공급계(제1 가스 공급계와 제2 가스 공급계)가 설치된다.
(제1 가스 공급계)
도 2 및 도 3을 이용하여 처리실(201)에 원료 가스(제1 처리 가스)를 공급하는 제1 가스 공급계에 대해서 상세히 서술한다. 제1 가스 공급계는 제1 가스 공급 라인과 제1 캐리어 가스 공급 라인으로 구성된다.
제1 가스 공급 라인은 제1 처리 가스를 공급하는 가스 배관(240)에 대하여 상류 방향부터 순서대로 원료를 공급하는 원료 공급부인 제1 가스원(245a)과, 개폐 밸브인 밸브(247b1)가 설치되고, 밸브(247b1)의 하류측(가스 흐름의 하류측)에서 가스 배관(241)과 가스 배관(242)으로 분기된다. 이하, 개폐 밸브를 밸브라고 부르는 경우가 있다.
가스 배관(241)에 대해서는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(246a)(MFC), 밸브(247a)가 설치된다. 가스 배관(241)은 밸브(247a)의 하류측에서 가스 배관(251), 즉 후술하는 제1 캐리어 가스 공급 라인과 합류하여 가스 배관(241a)이 된다. 이하, 매스 플로우 컨트롤러를 MFC라고 부르는 경우가 있다. 매스 플로우 컨트롤러는 가스의 질량 유량을 계측하는 것에 의해 유량 제어를 수행한다.
가스 배관(242)에 대해서는 상류 방향부터 순서대로 MFC(246b), 밸브(247b2)가 설치된다. 가스 배관(242)은 밸브(247b2)의 하류측에서 가스 배관(252), 즉 제1 캐리어 가스 공급 라인과 합류하여 가스 배관(242a)이 된다.
제1 캐리어 가스 공급 라인은 캐리어 가스를 공급하는 가스 배관(250)에 대하여 상류 방향부터 순서대로 MFC(246d)와 밸브(247d)가 설치된다. 가스 배관(250)은 밸브(247d)의 하류측에서 가스 배관(251)과 가스 배관(252)으로 분기된다. 전술한 바와 같이 가스 배관(251)과 가스 배관(252)은 각각 가스 배관(241)과 가스 배관(242)에 합류하여 가스 배관(241a)과 가스 배관(242a)이 된다.
가스 배관(241a)과 가스 배관(242a)의 하류측의 선단부에는 각각 노즐(231)과 노즐(232)이 설치된다. 노즐(231)과 노즐(232)은 버퍼실(204) 내에서 버퍼실(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적재 방향(종 방향)에 따라 설치된다.
노즐(231)의 상단에는 노즐(231)로부터 버퍼실(204) 내에 가스를 분출시키는 개구부로서의 가스 출구(231a)가 상 방향으로 개구되어 설치된다. 또한 노즐(232)의 상단에는 노즐(232)로부터 버퍼실(204) 내에 가스를 분출시키는 개구부로서의 가스 출구(232a)가 상 방향으로 개구되어 설치된다. 가스 출구(231a)와 가스 출구(232a)가 상 방향으로 개구되기 때문에 노즐(231)과 노즐(232)로부터 나온 가스는 각각 상 방향으로 분출된다.
또한 노즐(231) 상단의 가스 출구(231a)와, 노즐(232) 상단의 가스 출구(232a)는 상 방향 이외의 방향, 예컨대 웨이퍼(200)의 방향과 반대측의 방향[반응관(203)의 방향]이나 횡 방향[반응관(203)의 관벽에 따른 방향]으로 개구되도록 구성해도 좋다. 이와 같이 하면 가스의 유량이 많은 경우에 노즐(231)과 노즐(232)로부터 나온 가스의 상 방향의 기세를 억제할 수 있고, 버퍼실(204)의 상부로부터 유출되는 가스가 하부로부터 유출되는 가스보다 많아지는 것을 억제할 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이 가스 출구(231a)는 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)가 배치된 영역(웨이퍼 배치 영역)에서 아래로부터 3/4 정도 이하의 위치에 설치된다. 가스 출구(232a)는 웨이퍼 배치 영역에서 아래로부터 1/4 정도 이하의 위치에 설치된다. 구체적으로는 가스 출구(231a)와 가스 출구(232a)의 방향이 상 방향인 경우에는 각각 아래로부터 3/4 정도보다 조금 아래의 위치, 아래로부터 1/4 정도보다 조금 아래의 위치에 설치되고, 웨이퍼(200)의 방향과 반대측의 방향이나 횡 방향인 경우에는 각각 아래로부터 3/4 정도의 위치, 아래로부터 1/4 정도의 위치에 설치된다. 이와 같이 노즐(231)과 노즐(232)은 웨이퍼 배치 영역의 중심(아래에서 1/2의 위치)으로부터의 위치가 마찬가지로 설치된다.
이와 같이 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(231)의 길이는 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(232)의 길이보다 길다. 이렇게 하는 것에 의해 버퍼실(204)의 복수의 가스 출구(205a)로부터 처리실(201)에 공급되는 가스의 유속을 동일하게 할 수 있고, 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 버퍼실(204)로부터 균일한 유량의 처리 가스를 공급하는 것이 용이해진다. 여기서 가스의 유속이나 유량을 동일하게 한다는 것은 엄밀하게 동일한 경우 외에 각 웨이퍼(200)에 대하여 공급되는 처리 가스가 같은 정도의 처리를 수행하는 것을 포함한다.
또한 버퍼실 벽(205)의 보트(217)에 대향하는 면에는 처리실(201)과 연통하는 복수의 개구로서 버퍼실(204) 내의 가스를 처리실(201) 내에 분출시키는 가스 출구(205a)가 복수 설치된다. 가스 출구(205a)는 복수의 웨이퍼(200)의 배치 영역에 대향하는 위치에 설치된다.
또한 복수의 가스 출구(205a)는 도 2에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)에 대하여 1대1로 대응하도록 설치하는 것, 구체적으로는 웨이퍼(200)와 웨이퍼(200) 사이의 위치에 대향하도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 균일한 유량의 처리 가스를 공급하는 것이 용이해진다.
이와 같이 하여 제1 처리 가스는 제1 가스원(245a)으로부터 가스 배관(240)을 지나 밸브(247b1)의 하류측에서 가스 배관(241)과 가스 배관(242)으로 분기된다. 가스 배관(241) 내의 처리 가스는 MFC(246a)로 유량 조정되고, 밸브(247a)를 개재하여 가스 배관(251)으로부터 공급되는 캐리어 가스와 합류한다. 그리고 가스 배관(251)으로부터의 캐리어 가스와 합류한 제1 처리 가스는 가스 배관(241a)을 지나 노즐(231)에 형성된 가스 출구(231a)로부터 버퍼실(204)에 공급되고, 버퍼실(204)에 형성된 가스 출구(205a)로부터 처리실(201)에 공급된다.
또한 가스 배관(242) 내의 처리 가스는 MFC(246b)로 유량 조정되고, 밸브(247b2)를 개재하여 가스 배관(252)으로부터 공급되는 캐리어 가스와 합류한다. 그리고 가스 배관(252)으로부터의 캐리어 가스와 합류한 제1 처리 가스는 가스 배관(242a)을 지나 노즐(232)에 형성된 가스 출구(232a)로부터 버퍼실(204)에 공급되고, 버퍼실(204)에 형성된 가스 출구(205a)로부터 처리실(201)에 공급된다.
(제2 가스 공급계)
다음으로 도 2 내지 도 4를 이용하여 제1 처리 가스와 반응하는 제2 처리 가스를 처리실(201)에 공급하는 제2 가스 공급계에 대해서 상세히 서술한다. 제2 가스 공급계는 제2 가스 공급 라인과 제2 캐리어 가스 공급 라인으로 구성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이 제2 가스 공급 라인은 제2 처리 가스를 공급하는 가스 배관(243)에 대하여 상류 방향부터 순서대로 제2 가스원(245c), MFC(246c), 밸브(247c)를 포함하도록 구성된다.
제2 캐리어 가스 공급 라인은 캐리어 가스를 공급하는 가스 배관(253)에 대하여 상류 방향부터 순서대로 MFC(246e), 밸브(247e)를 포함하도록 구성된다. 제2 가스 공급 라인의 가스 배관(243)과 제2 캐리어 가스 공급 라인의 가스 배관(253)은 밸브(247c)와 밸브(247e)의 하류측에서 합류하여 가스 배관(243a)이 된다. 가스 배관(243a)의 하류측의 선단부에는 노즐(233)이 설치된다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 노즐(233)은 처리실(201)을 구성하는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에 반응관(203)의 하부로부터 상부의 내벽을 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향(종 방향)에 설치된다. 이와 같이 노즐(233)은 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 배치된다.
노즐(233)의 측면에는 가스를 처리실(201)에 공급하는 공급공인 가스 출구(233a)가 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)가 존재하는 영역에서 웨이퍼(200)에 대향하도록 복수 개 설치된다. 이 가스 출구(233a)는 하부로부터 상부에 걸쳐서 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다. 가스 출구(233a)는 예컨대 0.1mm 내지 5mm의 공(孔) 지름이며, 웨이퍼(200)에 대하여 1대1로 대응하도록 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해 보트(217) 상의 복수의 웨이퍼(200)에 대하여 균일한 유량의 처리 가스를 공급하는 것이 용이해진다.
이와 같이 하여 제2 처리 가스는 제2 가스원(245c)으로부터 가스 배관(243)을 지나 MFC(246c)로 유량 조정되고, 밸브(247c)를 개재하여 가스 배관(253)으로부터 공급되는 캐리어 가스와 합류한다. 그리고 가스 배관(243a)을 지나 제3 노즐(233)에 형성된 가스 출구(233a)로부터 처리실(201)에 공급된다.
다음으로 본 실시 형태의 가스 공급부의 특징에 대해서 도 5와 도 6, 도 8과 도 9를 이용하여 구체적으로 설명한다. 또한 도 5와 도 6, 도 8과 도 9에서는 보트(217)의 도시를 생략한다.
또한 도 5와 도 6, 도 8과 도 9에서는 버퍼실(204)을 반응관(203)의 외측에 설치하지만, 전술한 바와 같이 반응관(203)의 내측에 설치해도 좋다. 또한 버퍼실(204)을 보트 지지대(218)의 하부까지 설치하지만, 도 2에서 도시하는 바와 같이 버퍼실(204)을 보트 지지대(218)의 상부까지로 해도 좋다.
(제1 실시예)
도 5에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)의 측방에 배치된 버퍼실(204) 내에 길이와 지름이 다른 2개의 선단(상단) 개방형의 가스 공급 노즐(231, 232)이 설치된다. 버퍼실(204)은 처리실(201)과 가스 출구(205a)로 연통된다. 도 5의 예에서는 가스 출구(205a)는 웨이퍼(200)와 1대1로 설치되고, 횡 방향으로 가늘고 긴 슬릿(slit)이지만 원형의 공으로 해도 좋다. 긴 노즐(231)의 안지름 Da는 짧은 노즐(232)의 안지름 Db보다 가늘다. 예컨대 Da는 10mm 내지 15mm, Db는 20mm 내지 25mm이다.
버퍼실(204)의 가스 출구(205a)를 통과하는 가스의 질량 유량이 상하 방향에서 다르면, 웨이퍼(200) 상을 통과하는 가스의 유속이 상하의 웨이퍼(200)에서 달라져 상 웨이퍼(200)와 하 웨이퍼(200)의 면간(面間)의 막 두께 분포가 달라지는(면간 막 두께 분포가 상하에서 달라지는) 경우가 있다. 그렇기 때문에 노즐(231)과 노즐(232)에는 동일 종류의 원료 가스에 대해서 동일한 질량 유량을 부여는 것이 바람직하다(Qa=Qb). Qa는 노즐(231)을 흐르는 제1 가스의 질량 유량이며, Qb는 노즐(232)을 흐르는 제1 가스의 질량 유량이다. Qa=Qb는 MFC(246a)와 MFC(246b)를 흐르는 질량 유량을 동일하게 하는 것에 의해 실현된다. 또한 본 명세서에서 동일한 질량 유량이란 엄밀하게 동일한 경우 외에 웨이퍼(200) 면간의 처리 정도(예컨대 막 두께 분포)가 달라지는 것을 억제할 수 있는 정도로 Qa와 Qb의 값이 가까운 것을 포함한다.
노즐(231)은 노즐(232)보다 길기 때문에 만약 노즐(231)과 노즐(232)이 동일한 단면적인 경우에는 노즐(231) 내를 통과하는 가스의 체류 시간은 노즐(232) 내를 통과하는 가스의 체류 시간보다 길어진다. 따라서 노즐(231) 내의 가스는 노즐(232) 내의 가스보다 오랜 시간 히터(207)로부터 가열되므로, 노즐(231)의 가스 출구(231a)에서의 원료 가스의 기상 분해는 노즐(232)의 가스 출구(232a)에서의 원료 가스의 기상 분해보다 진행된다.
이를 해소하기 위해서 도 5에 도시하는 바와 같이 긴 노즐(231)의 안지름 Da를 짧은 노즐(232)의 안지름 Db보다 작게 하여 노즐(231) 내의 가스의 통과 유속을 빠르게 한다. 이에 의해 히터(207)로 가열되는 노즐(231) 내의 가스 체류 시간을 히터(207)로 가열되는 노즐(232) 내의 가스 체류 시간과 동일해지도록 조정한다. 즉 웨이퍼(200)가 배치되는 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(231) 내의 가스 체류 시간을 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(232) 내의 가스 체류 시간과 동일해지도록 조정한다.
즉 웨이퍼(200)가 배치되는 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(231)의 길이를 L1, 유로 단면적을 S1로 하고, 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(232)의 길이를 L2, 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작도록 설정한다.
이렇게 하는 것에 의해 노즐(231) 및 노즐(232)의 내부의 원료 가스가 히터(207)로부터의 열에 의해 분해되어 웨이퍼 처리에 기여하는 처리 가스로서 생성될 때 노즐(231) 및 노즐(232)의 각 노즐 출구에서의 원료 가스의 분해도가 맞춰지기 때문에 노즐(231)의 출구(231a)와 노즐(232)의 출구(232a)에서의 원료 가스의 농도가 동일해진다. 따라서 복수의 가스 출구(205a)로부터 처리실(201) 내에 공급될 때의 원료 가스의 농도가 웨이퍼(200)가 배치되는 웨이퍼 배치 영역에서 같아진다. 또한 본 명세서에서 원료 가스의 농도가 동일하다는 것은 엄밀하게 동일한 경우 외에 웨이퍼(200)의 면간의 막 두께 분포가 달라지는 것을 억제할 수 있을 정도로 성막 가스의 농도의 값이 가까운 것을 포함한다.
이와 같이 하여 웨이퍼(200)의 종 방향에서의 원료 가스의 농도 분포의 편차가 작아져 평탄한 면간 막 두께 분포를 얻을 수 있다. 도 5의 예는 각 노즐 내의 압력 손실이 비교적 작고 초크 흐름에 달하지 않을 정도의 처리실(201) 압력인 경우, 즉 처리실(201)의 압력이 제1 소정 압력으로서의 100Pa 이상의 환경(예컨대 100Pa 내지 10,000Pa의 환경)에 적합하다.
(제2 실시예)
다음으로 제2 실시예의 가스 공급부의 특징에 대해서 도 6을 이용하여 설명한다. 처리실(201) 내의 압력이 100Pa 미만인 환경(예컨대 1Pa 내지 50Pa의 환경)에서는 선단 개방형의 가스 공급 노즐 내는 초크 흐름이 되고, 노즐 내를 통과하는 가스 유속은 노즐 단면적과 상관없이 환경 온도로 정해지는 음속이 된다. 이 경우, 도 5와 같이 단면적을 다르게 해도 노즐 내 유속은 일정 음속이 되기 때문에 가스의 체류 시간은 노즐(232)보다 노즐(231)이 더 길어져 노즐(231) 내의 원료 가스의 분해가 보다 촉진된다.
그래서 도 6과 같이 노즐(231)의 단면적을 노즐(232)의 단면적보다 크게 한다. 도 6의 예에서는 긴 노즐(231)의 안지름 Da(예컨대 23mm)은 짧은 노즐(232)의 안지름 Db(예컨대 13mm)보다 굵다. 이 점만이 도 5의 예와 다르고 다른 점은 도 5의 예와 같다.
즉 웨이퍼(200)가 배치되는 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(231)의 길이를 L1, 유로 단면적을 S1로 하고, 웨이퍼 배치 영역에 대향하는 노즐(232)의 길이를 L2, 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 크도록 설정한다.
이렇게 하는 것에 의해 노즐(231)과 노즐(232)의 유로가 초크 흐름에 의해 음속인 것에는 변함없지만, 노즐(231)과 노즐(232)이 동일한 질량 유량(Qa=Qb)을 유지하기 위해서 단면적이 큰 노즐(231)의 내압은 낮아진다. 질량 유량(kg/s)=노즐 단면적(m2)×가스 밀도(kg/m3)×유속(음속)(m/s)이므로 질량 유량이 동일하면 노즐 단면적이 크면 가스 밀도(즉 내압)는 작아지기 때문이다.
원료 가스의 분해는 온도와 체류 시간 외에 환경 압력에 의해 영향을 받는다. 구체적으로는 고압장에서는 분자끼리의 충돌 빈도가 높기 때문에 분해 반응이 촉진되고, 저압장에서는 그 반대가 된다. 전술한 바와 같이 단면적을 크게 한 노즐(231)의 내압은 낮아지기 때문에 원료 가스의 분해는 억제된다. 이와 같이 하여 100Pa 미만(특히 제2 소정 압력으로서의 50Pa 미만)의 극저압 환경에서는 제1 실시예와는 반대의 설정(Da>Db)으로 하는 것에 의해 각 노즐 출구의 원료 가스 분해 상태를 맞출 수 있고, 웨이퍼(200)의 막 두께 분포를 보트(217)의 상하 사이에서 평탄화할 수 있다.
또한 처리실(201)의 압력이 제1 소정 압력과 제2 소정 압력 사이의 천이(遷移) 영역의 압력(예컨대 50Pa 내지 100Pa의 환경)인 경우에는 Da=Db로 하는 것에 의해 각 노즐 출구의 원료 가스 분해 상태를 동일로 하는 것이 가능하다. 또한 근소하게 Da>Db로 해도 좋다.
(제3 실시예와 제4 실시예)
도 8에 제1 실시예를 개량한 구성으로서의 제3 실시예, 도 9에 제2 실시예를 개량한 구성으로서의 제4 실시예를 각각 도시한다. 또한 제1 실시예와 제3 실시예, 제2 실시예와 제4 실시예를 비교하면 각각의 노즐의 길이를 변경했을 뿐 다른 구성은 같으므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 각각의 노즐의 길이의 차이에 관해서는 후술한다.
최근 반도체 디바이스는 집적도를 늘리기 위해서 집적 회로 패턴의 미세화 및 3D 구조화가 진행되고, 이에 따라 웨이퍼(200)의 표면적은 증대의 일로를 걷고 있다. 이후 이러한 웨이퍼(200)를 처리 웨이퍼(패턴이 있는 웨이퍼)라고 부르는 경우가 있다. 웨이퍼의 표면적이 늘어나면 단위 시간당의 원료 가스 소비 속도가 증대하기 때문에 처리 웨이퍼(200) 표면 상의 원료 가스 농도가 저하되는 경향이 있다. 따라서 원료 가스 농도가 저하되면 처리 웨이퍼(200)의 막 두께가 얇아지기 때문에 기판 배치 영역에서의 원료 가스의 농도 균일성을 양호하게 유지하는 것이 곤란해진다.
본 실시 형태에서의 기판 처리 장치(1)에서 패턴이 있는 웨이퍼(200)를 처리할 때, 기판 배치 영역의 상단과 하단의 수 매를 베어 웨이퍼(더미 웨이퍼)로서 처리한다. 이때 처리 웨이퍼(200)의 영역(기판 처리 영역)에서는 원료 가스의 소비가 많기 때문에 원료 가스 농도가 저하된다. 한편, 더미 웨이퍼가 배치되는 베어 웨이퍼 영역에서는 원료 가스는 잉여가 되기 때문에 고농도가 된다. 즉 웨이퍼 에지부(단부)와 반응관 내벽의 극간(隙間)을 통해서 농도 확산이 일어나기 때문에 웨이퍼 적층 방향에 원료 가스의 농담(濃淡)이 생기고, 이 경우 처리 웨이퍼(200) 영역의 높이 방향의 농도 분포가 균등해지지 않아 기판 배치 영역에서의 처리 가스의 농도 균일성이 악화되다. 막 두께는 원료 가스 농도의 농담에 따라 증감하기 때문에 처리 웨이퍼(200) 영역의 높이 방향의 막 두께 균일성(면간 균일성)이 악화된다.
도 8에 도시하는 제3 실시예(또는 도 9에 도시하는 제4 실시예)에서 노즐(231)의 출구(231a)와 노즐(232)의 출구(232a)를 베어 웨이퍼 영역에 대향하는 위치가 되도록 노즐(231)과 노즐(232)이 설치된다. 이에 의해 패턴이 있는 웨이퍼(200)를 처리할 때 원료 가스의 기판 배치 영역의 상하 방향에서 농도 균일성을 양호하게 할 수 있다.
도 10에 제3 실시예(또는 제4 실시예)에 도시하는 노즐(231)의 출구(231a)와 노즐(232)의 출구(232a)가 베어 웨이퍼의 영역에 대향하는 위치가 되도록, 노즐(231)과 노즐(232)을 각각 설치했을 때의 원료 가스 농도의 분포 및 막 두께의 분포를 각각 도시한다. 이에 의해 패턴이 있는 웨이퍼(200)를 처리할 때 원료 가스의 기판 처리 영역 내의 농도 균일성을 양호하게 할 수 있어, 막 두께의 면간 균일성도 양호하게 할 수 있다.
도 11 또는 도 12는 도 10에 도시하는 원료 가스의 농도 분포 및 막 두께 분포를 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 10 내지 도 12에서는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서 반응관(203) 내에 원료 가스 공급 노즐을 설치하고 버퍼실(204)을 삭제했다.
도 11에 원료 가스 공급 노즐(231, 232)을 짧게 한 경우의 원료 가스의 농도 분포의 상태를 도시한다. 예컨대 원료 가스로서 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 Si 소스 가스로서 이용한 경우, HCDS 가스는 열분해하고 SiCl2 등의 Si 래디컬 가스가 생성된다. 일반적으로 Si 래디컬 가스는 웨이퍼(200) 표면으로의 부착 확률이 높기 때문에 이 가스의 농담이 막 두께의 증감과 상관이 있을 것으로 생각된다. 원료 가스 공급 노즐(231, 232)이 짧은 경우에는 웨이퍼(200)의 하단측에는 미분해의 가스가 다량 공급되기 때문에 Si 래디컬 가스의 농도는 낮고 막 두께는 얇아진다. 한편, 기판 배치 영역 상단측은 원료 가스의 열분해가 진행되기 때문에 Si 래디컬 가스가 풍부하게 존재해 막 두께가 두꺼워진다.
도 12에 마찬가지로 하여 원료 가스 공급 노즐(231, 232)을 길게 한 경우의 HCDS 가스의 농도 분포의 상태를 도시한다. 이 경우, 도 11에 도시하는 막 두께 분포의 상태와 반대의 막 두께 분포가 된다.
즉 도 10에 도시하는 원료 가스 공급 노즐(231, 232)은 도 11과 도 12에서 설명한 거동을 상쇄시킨 막 두께 분포가 된다. 노즐(231)의 출구(231a), 노즐(232)의 출구(232a)가 베어 웨이퍼의 영역에 대향하는 위치가 되도록 하는 것에 의해 기판 배치 영역(또는 기판 처리 영역)의 상단과 하단에서의 Si 래디컬 농도를 낮출 수 있고, 기판 배치 영역(또는 기판 처리 영역)의 높이 방향에서 원료 가스 농도 분포를 맞출 수 있다. 이에 의해 기판 처리 영역에서의 막 두께 분포가 맞춰져 막 두께 분포의 면간 균일성이 향상된다.
또한 노즐(231)의 출구(231a)와 노즐(232)의 출구(232a)는 기판 처리 영역과 베어 웨이퍼 영역의 경계에 설치되어도 좋다. 또한 기판 처리 영역에 대향하는 위치에 배치해도 좋다. 단, 이 경우, 상단 및 하단의 베어 웨이퍼 영역으로부터 처리 웨이퍼(200) 수 매 정도의 위치에서, 또한 기판 처리 영역의 중심으로부터 같은 거리의 위치에 노즐(231)의 출구(231a)와 노즐(232)의 출구(232a)가 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 특별히 설명하지 않았지만, 제3 실시예와 제4 실시예에서 제1 실시예와 제2 실시예와 마찬가지로 원료 가스의 분해는 온도와 체류 시간 외에 환경 압력에 의해 영향을 받는다. 요컨대 고압장에서는 분자끼리의 충돌 빈도가 높기 때문에 분해 반응이 촉진되고, 저압장에서는 그 반대가 된다.
또한 특별히 설명하지 않았지만, 제3 실시예와 제4 실시예에서 단면적을 크게 한 노즐(231)의 내압은 낮아지기 때문에 원료 가스의 분해가 억제된다. 100Pa 미만(특히 제2 소정 압력으로서의 50Pa 미만)의 극저압 환경에서는 제4 실시예에 제시하는 바와 같이 제3 실시예와는 반대의 설정(Da>Db)으로 하는 것에 의해 각 노즐 출구의 원료 가스 분해 상태를 맞출 수 있어, 웨이퍼(200)의 막 두께 분포를 보트(217)의 상하 사이에서 평탄화할 수 있다.
또한 특별히 설명하지 않았지만, 제3 실시예와 제4 실시예에서 제1 실시예와 제2 실시예와 마찬가지로 처리실(201)의 압력이 천이 영역의 압력(예컨대 50Pa 내지 100Pa의 환경)인 경우에는 Da=Db로 하는 것에 의해 각 노즐 출구의 원료 가스 분해 상태를 동일하게 하는 것이 가능해진다. 또한 마찬가지로 근소하게 Da>Db로 해도 좋다.
(1-3) 배기계
도 2에 도시하는 바와 같이 처리실(201)은 가스를 배출하는 배기관인 배기관(261)에 의해 APC 밸브(263)를 개재하여 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(264)에 접속되어 진공 배기되도록 이루어진다. 배기관(261)에는 처리실(201) 내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(262)가 설치된다. APC 밸브(263)는 밸브를 개폐하여 처리실(201)의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브 개도를 조절하여 압력 조정이 가능하도록 이루어진 개폐 밸브다. APC 밸브(263)의 밸브 개도는 압력 센서(262)의 값에 기초하여 후술하는 컨트롤러(281)에 의해 제어된다.
(1-4) 보트
도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203) 내의 중앙부에는 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일 간격으로 보지하는 보트(217)가 설치된다. 보트(217)는 보트 엘리베이터(121)(도 1 참조)에 의해 반응관(203) 내에 출입할 수 있도록 이루어진다. 또한 처리 균일성을 향상시키기 위해서 보트(217)를 회전하기 위한 보트 회전 기구(267)가 설치되고, 보트 회전 기구(267)를 구동(驅動)하는 것에 의해 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전하도록 이루어진다.
(1-5) 컨트롤러
다음으로 제어부(제어 수단)인 컨트롤러에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7에 도시되는 바와 같이 컨트롤러(281)는 CPU(281a)(Central Processing Unit), RAM(281b)(Random Access Memory), 기억 장치(281c), I/O 포트(281d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(281b), 기억 장치(281c), I/O 포트(281d)는 내부 버스(281e)를 개재하여 CPU(281a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(281)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(282)가 접속된다.
기억 장치(281c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(281c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(281)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이다. 또한 RAM(281b)는 CPU(281a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(281d)는 MFC(246a 내지 246e), 밸브(247a 내지 247e), 압력 센서(262), APC 밸브(263), 진공 펌프(264), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(121) 등에 접속된다.
CPU(281a)는 기억 장치(281c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(282)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(281c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(281a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 MFC(246a 내지 246e)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(247a 내지 247e)의 개폐 동작, APC 밸브(263)의 개폐 동작 및 압력 센서(262)에 기초하는 APC 밸브(263)의 압력 조정 동작, 온도 센서(265)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(264)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 구성된다.
또한 컨트롤러(281)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(283)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시예에 따른 컨트롤러(281)를 구성할 수 있다.
기억 장치(281c)나 외부 기억 장치(283)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(281c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(283)를 개재하여 공급한 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(283)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치(1)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 부른다.)의 시퀀스예에 대해서 설명한다. 여기서는 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스인 제1 처리 가스와, 웨이퍼(200) 상에 퇴적된 원료 가스 성분과 화학 반응하는 반응 가스인 제2 처리 가스를 교호(交互)적으로 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
이하, 원료 가스로서 HCDS 가스를 이용하고, 반응 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 실리콘질화막(Si3N4 막, 이하, SiN 막이라고도 부른다.)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(281)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 공정; 처리실(201) 내로부터 HCDS 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정; 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 공정; 및 처리실(201) 내로부터 NH3 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정;을 비동시에 수행하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiN 막을 형성한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미한 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되는 층 등의 상에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 보트(217)는 보트 엘리베이터(121)에 의해 처리실(201) 내에 반입된다. 이때 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 기밀하게 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(264)에 의해 진공 배기(감압배기)된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(262)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(263)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(264)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 소정의 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201)이 소정의 온도 분포가 되도록 온도 센서(265)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
또한 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의해 보트(217)가 회전되는 것에 의해 웨이퍼(200)가 회전된다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막 처리)
처리실(201) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면 다음 2개의 스텝, 즉 스텝 1 내지 스텝 2를 순차 실행한다.
(스텝 1)
이 스텝에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 밸브(247b1)와 밸브(247a)와 밸브(247b2)를 열고 가스 배관(240) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는 가스 배관(241)과 가스 배관(242)으로 분기된다. 가스 배관(241) 내의 HCDS 가스는 MFC(246a)에 의해 유량 조정되고, 가스 배관(241a)으로부터 노즐(231)과 버퍼실(204)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(261)으로부터 배기된다. 또한 가스 배관(242) 내의 HCDS 가스는 MFC(246b)에 의해 유량 조정되고, 가스 배관(242a)으로부터 노즐(232)과 버퍼실(204)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(261)으로부터 배기된다.
이와 같이 하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(231)과 노즐(232)로부터 버퍼실(204)을 개재하여 HCDS 가스가 공급된다. 이때 노즐(231)과 노즐(232)로부터 공급되는 HCDS 가스의 질량 유량은 MFC(246a)와 MFC(246b)에 의해 동일해지도록 제어된다.
HCDS 가스를 공급할 때, 밸브(247d)를 열고 가스 배관(251) 내와 가스 배관(252) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 MFC(246d)에 의해 유량 조정되어 HCDS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(261)으로부터 배기된다. 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 Si 함유층이 형성된다.
제1층이 형성된 후, 밸브(247b1)와 밸브(247a)와 밸브(247b2)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(263)는 연 상태로 하여 진공 펌프(264)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배출한다. 이때 밸브(247d)를 연 상태로 하여 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 처리실(201) 내로부터 배출하는 효과를 높일 수 있다.
이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배출하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양의 N2 가스를 공급하는 것에 의해 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
(스텝 2)
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층에 대하여 NH3 가스를 공급한다. NH3 가스는 열로 활성화되어 웨이퍼(200)에 대하여 공급된다.
이 스텝에서는 NH3 가스는 MFC(246c)에 의해 유량 조정되고, 가스 배관(243)으로부터 가스 배관(243a)과 노즐(233)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(261)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다. 또한 NH3 가스를 공급할 때 동시에 밸브(247e)를 열고 가스 배관(253) 내에 N2 가스를 흘려도 좋다. 이 N2 가스는 MFC(246e)에 의해 유량 조정되고, NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급된다.
웨이퍼(200)에 대하여 공급된 NH3 가스는 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층, 즉 Si 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 논 플라즈마로 열적으로 질화되어 Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 SiN층으로 변화된다(개질된다). 또한 이때 플라즈마 여기(勵起)시킨 NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하여 제1층을 플라즈마 질화하는 것에 의해 제1층을 제2층으로 변화시켜도 좋다.
제2층이 형성된 후, 밸브(247c)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝 1과 마찬가지의 처리 순서에 따라 밸브(247d)와 밸브(247e)를 열고 노즐(231 내지 233) 각각에 N2 가스를 공급하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배출한다. 이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배출하지 않아도 좋은 점은 스텝 1과 마찬가지다.
(소정 횟수 실시)
전술한 2개의 스텝을 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN 막을 형성할 수 있다. 즉 전술한 사이클을 1회 수행할 때 형성되는 제2층의 두께를 소정의 막 두께보다 작게 하고, 제2층을 적층하는 것에 의해 형성되는 SiN 막의 막 두께가 소정의 막 두께가 될 때까지 전술한 사이클을 복수 회 반복한다.
성막 처리를 수행할 때의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 250℃ 내지 800℃
처리 압력(처리실 내 압력): 1Pa 내지 4,000Pa
HCDS 가스 공급 유량: 1sccm 내지 2,000sccm
NH3 가스 공급 유량: 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(HCDS 가스 공급 시): 100sccm 내지 10,000sccm
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내에 있는 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행하는 것이 가능해진다.
예컨대 처리 압력이 100Pa 내지 150Pa인 경우에는 처리 온도를 500℃ 내지 630℃로 하고 노즐(231)과 노즐(232)로서 도 5(제1 실시예)에서 도시하는 노즐을 이용하고, 처리 압력이 5Pa 내지 20Pa인 경우에는 처리 온도를 500℃ 내지 630℃로 하고 노즐(231)과 노즐(232)로서 도 6(제2 실시예)에서 도시하는 노즐을 이용한다. 또한 패턴이 있는 웨이퍼(200)의 경우, 처리 압력에 따라 노즐(231)과 노즐(232)로서 도 8(제3 실시예)에 도시하는 노즐 또는 도 9(제4 실시예)에 도시하는 노즐을 이용한다.
그리고 어느 경우에서도 HCDS 가스를 공급할 때는 노즐(231)과 노즐(232)에 각각 100sccm의 HCDS 가스를 공급한다. 이때 동시에 노즐(231)과 노즐(232)에 각각 0sccm 내지 500sccm 사이의 유량의 N2 가스를 공급하고, 노즐(233)에는 100sccm의 N2 가스를 공급한다. 노즐(233)에 N2 가스를 공급하는 이유는 HCDS 가스의 침입을 막기 위해서다.
또한 HCDS 가스의 공급을 종료한 후, NH3 가스를 공급할 때는 노즐(233)에는 5,000sccm의 NH3 가스를 공급한다. 이때 동시에 노즐(233)에 0sccm 내지 10,000sccm 사이의 유량의 N2 가스를 공급하고, 노즐(231)과 노즐(232)에 각각 500sccm의 N2 가스를 공급한다. 노즐(231)과 노즐(232)에 N2 가스를 공급하는 이유는 NH3 가스의 침입을 막기 위해서다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 완료된 후, 밸브(247d)를 열고 가스 배관(251)과 가스 배관(252)으로부터 버퍼실(204)을 개재하여 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(261)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해 처리실(201) 내가 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다. 또한 퍼지 시에 밸브(247e)를 열고 가스 배관(253)으로부터 가스 배관(243a)과 노즐(233)을 개재하여 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급해도 좋다. 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스(N2 가스)로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(121)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출된다. 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다.
또한 상기 실시 형태에서는 HCDS 가스를 공급하는 스텝과 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 수행했지만 본 발명은 이것 한정되지 않고, 이 2개의 스텝을 동시에 수행하는 프로세스에도 적용 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면 이하에 제시하는 (1) 내지 (6)의 효과 중 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하는 가스 공급부에서 기판 배치 영역에 대향하는 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 유로 단면적을 S1로 하고, 기판 배치 영역에 대향하는 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성할 수 있으므로 기판 배치 영역에 배치되는 복수의 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 향상시킬 수 있다.
(2) 제1 가스 공급관 및 제2 가스 공급관을 수용하고, 처리실과 연통하는 복수의 개구를 포함하는 버퍼실을 구비하고, 제1 가스 공급관 및 제2 가스 공급관으로부터 공급된 처리 가스를 버퍼실의 복수의 개구로부터 각각 같은 유속으로 처리실 내에 공급하도록 구성했으므로 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
(3) 버퍼실의 복수 개구가 기판 배치 영역에 대향하는 위치에 설치되도록 구성했으므로 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
(4) 버퍼실의 복수의 개구가 복수의 기판에 각각 대응하도록 구성할 수 있으므로 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
(5) 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하는 가스 공급부에서 처리실 내 압력에 따라 기판 배치 영역에 대향하는 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 유로 내부 단면적을 S1로 하고, 기판 배치 영역에 대향하는 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 유로 내부 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성하거나, 또는 L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 크게 구성하거나, 또는 L1이 L2보다 길고 또한 S1과 S2와 동일하게 구성할 수 있으므로, 기판 배치 영역에 배치되는 복수의 기판에 대하여 공급되는 처리 가스의 농도 균일성을 향상시킬 수 있다.
(6) 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하는 가스 공급부에서 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관 각각의 상단부를 베어 웨이퍼 영역에 대향하는 위치에 배치하는 것에 의해 처리실 내에 배치되는 패턴이 있는 기판 사이의 처리 가스의 농도 균일성을 향상시킬 수 있다.
전술한 효과는 원료 가스로서 HCDS 가스 이외의 가스를 이용하는 경우나, N 함유 가스로서 NH3 가스 이외의 가스를 이용한 경우나, 퍼지 가스로서 N2 가스 이외의 불활성 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
상기 실시 형태에서는 제1 가스 공급계로부터 HCDS 가스를 공급하도록 구성했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 제1 가스 공급계로부터 모노실란 가스(SiH4 가스)를 공급하도록 구성할 수도 있다. 예컨대 100Pa 내지 150Pa, 700℃ 전후의 처리실 내에 도 5의 노즐(231)과 노즐(232)로부터 각각 50sccm 내지 250sccm의 모노실란 가스를 공급한다.
또한 상기 실시 형태에서는 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계가 제1 가스 공급계와 제2 가스 공급계를 포함하도록 구성했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 가스 공급계가 제1 가스 공급계로만 구성되는 경우에도 적용 가능하다.
또한 상기 실시 형태에서는 버퍼실(204)을 설치하여 노즐(231)과 노즐(232)을 버퍼실(204) 내에 배치했지만, 프로세스 조건(처리 가스종, 압력, 온도, 막 두께 균일성의 요구도 등)에 따라서는 버퍼실(204)을 설치하지 않고 노즐(231)과 노즐(232)을 반응관(203) 내에 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
본 발명은 반도체 제조 장치뿐만 아니라, LCD 제조 장치와 같은 유리 기판을 처리하는 장치나, 다른 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한 상기 실시 형태에서는 질화막의 성막을 예에 설명했지만, 막종은 특별히 한정되지 않고 예컨대 산화막(SiO등), 금속산화막 등 다양한 막종에 적용 가능하다. 또한 성막 처리 이외의 기판 처리에도 적용 가능하다.
본 출원은 2015년 9월 17일에 출원된 일본출원특원(2015-184131)을 기초로 하여 우선권의 이익을 주장하는 것이며, 그 개시를 모두 인용하여 이 명세서에 기재한다.
기판 보지구에 장전되는 기판에 대하여 처리 가스를 공급하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 적용된다.
1: 기판 처리 장치 200: 기판(웨이퍼)
201: 처리실 207: 히터
217: 보트(기판 보지구) 231: 노즐
231a: 가스 출구 232: 노즐
232a: 가스 출구 281: 제어부(컨트롤러)

Claims (12)

  1. 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 각각의 상단으로부터 공급하는 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하고, 상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관을 개재하여 종(縱) 방향으로 배열된 복수의 기판을 수용하는 처리실에 상기 복수의 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부로서,
    상기 복수의 기판이 배치되는 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 S1로 하고, 상기 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성되는 가스 공급부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관을 수용하고, 상기 처리실과 연통하는 복수의 개구(開口)를 포함하는 버퍼실을 구비하고,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관으로부터 공급된 처리 가스를 상기 복수의 개구로부터 상기 처리실 내에 공급하도록 구성되는 가스 공급부.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 개구가 상기 기판 배치 영역에 대향하는 위치에 설치되고,
    상기 복수의 개구로부터 상기 처리실에 공급되는 가스의 유속이 동일해지도록 구성되는 가스 공급부.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판에 대향하는 상기 제1 가스 공급관의 내부를 가스가 흐르는 제1 시간과 상기 기판에 대향하는 상기 제2 가스 공급관의 내부를 가스가 흐르는 제2 시간이 동일해지도록 구성되는 가스 공급부.
  5. 종 방향으로 배열된 복수의 기판을 수용하는 처리실;
    상기 복수의 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 각각의 상단으로부터 상기 처리실에 공급하기 위한 제1 가스 공급관과 제2 가스 공급관을 구비하는 가스 공급부; 및
    상기 가스 공급부를 개재하여 상기 처리실에 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치로서,
    상기 가스 공급부는 상기 복수의 기판이 배치되는 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 S1로 하고, 상기 기판 배치 영역에 대향하는 상기 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 구성되고,
    상기 제어부는 상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관에 공급하는 처리 가스를 동일 종류이며 동일 질량 유량으로 하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관을 수용하고, 상기 처리실과 연통하는 복수의 개구를 포함하는 버퍼실을 구비하고,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관으로부터 공급된 처리 가스를 상기 복수의 개구로부터 상기 처리실 내에 공급하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 처리실 내의 압력이 제2 소정 압력 이상 제1 소정 압력 미만이면,
    상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적과 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적이 동일하게 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 처리실 내의 압력이 제1 소정 압력 이상이면,
    상기 가스 공급부는 상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적보다 작게 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 처리실 내의 압력이 제2 소정 압력 미만이면,
    상기 가스 공급부는 상기 제1 가스 공급관의 유로 단면적을 상기 제2 가스 공급관의 유로 단면적보다 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 기판 배치 영역을 가열하는 가열부를 포함하고,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관의 내부의 원료 가스가 상기 가열부에 의해 분해되어 기판 처리에 기여하는 처리 가스로서 생성되고,
    상기 복수의 개구로부터 상기 처리실 내에 공급될 때의 상기 처리 가스의 농도가 상기 기판 배치 영역의 상하 방향에서 동일해지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 기판 배치 영역은 패턴이 있는 기판이 배치되는 기판 처리 영역과 베어 웨이퍼 영역으로 구분되고,
    상기 제1 가스 공급관 및 상기 제2 가스 공급관의 상단이 상기 베어 웨이퍼 영역에 대향하는 위치에 배치되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  12. 종 방향으로 배열된 복수의 기판을 처리하기 위해서 동일 종류이며 동일 질량 유량의 처리 가스를 상기 복수의 기판이 배치되는 기판 배치 영역에 대향하는 제1 가스 공급관의 길이를 L1, 유로 단면적을 S1로 하고, 상기 기판 배치 영역에 대향하는 제2 가스 공급관의 길이를 L2, 유로 단면적을 S2로 했을 때, L1이 L2보다 길고 또한 S1이 S2보다 작게 한 상기 제1 가스 공급관과 상기 제2 가스 공급관 각각의 상단으로부터 상기 기판 배치 영역에 공급하여 상기 복수의 기판을 처리하는 반도체 장치의 제조 방법.
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