KR20180035115A - 기판 처리 장치, 단열 배관 구조 및 프로그램 - Google Patents

기판 처리 장치, 단열 배관 구조 및 프로그램 Download PDF

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미키오 오노
아키노리 타나카
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

배관 온도 불균일로 인한 콜드 스팟으로의 부생성물 부착을 억제할 수 있는 구성을 제공하는 데에 있다.
기판을 처리하는 처리실; 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 공급 배관을 포함하는 가스 공급계; 및 처리실로부터 원료 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하는 배기 배관을 포함하는 배기계;를 포함하고, 공급 배관 및 배기 배관 중 적어도 어느 일방의 배관이 원료 가스 또는 배기 가스가 제1 유로를 구성하는 내관과, 내관의 외측에 설치되고 내관 외벽과의 사이에 제2 유로를 형성하는 부재와, 부재의 외측과의 사이의 공간을 포함하기 위해서 내관을 둘러싸도록 설치되는 외관을 구비한 구성이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 단열 배관 구조 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, HEAT INSULATING PIPING STRUCTURE AND PROGRAM}
본 발명은 기판 처리 장치, 단열 배관 구조 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 제조 장치는 필요한 가스의 공급 및 배기 등을 수행할 필요가 있고, 가스의 공급 및 배기 배관에는 그 배관을 가열하는 히터를 구비하고, 가열 상태를 보지(保持)해서 내부를 유통하는 가스 등의 냉각에 의한 재액화, 부생성물의 부착을 방지하도록 고려된다. 배관의 가열 방법으로서는 보온 재료와 유리포(布) 등에 전열선을 매설시킨 자켓 히터를 배관에 직접 휘감은 것 등이 알려진다. 자켓 히터를 이용한 가열에서는 히터 부위와 배관으로의 밀착도 등의 편차에 의해 배관의 온도 편차가 발생하는 문제가 있었다.
1.일본 특개 2000-252273호 공보
본 발명의 목적은 배관 온도 불균일로 인한 콜드 스팟으로의 부생성물 부착을 억제할 수 있는 구성을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 공급 배관을 포함하는 가스 공급계; 상기 처리실로부터 상기 원료 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하는 배기 배관을 포함하는 배기계;를 포함하고, 상기 공급 배관 및 상기 배기 배관 중 적어도 어느 일방(一方)의 배관이 상기 원료 가스 또는 상기 배기 가스의 제1 유로를 구성하는 내관(內管)과, 상기 내관의 외측에 설치되고 상기 내관의 외벽과의 사이에 제2 유로를 형성하는 부재와 상기 부재의 외측과의 사이의 공간을 포함하기 위해서 상기 내관을 둘러싸도록 설치되는 외관(外管)을 구비한 구성이 제공된다.
본 발명에 따르면, 배관의 온도 편차를 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 바람직하게 이용되는 처리로를 설명하기 위한 개략 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 바람직하게 이용되는 배관 가열의 기본 구성을 설명하기 위한 단면 사시도.
도 3은 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 바람직하게 이용되는 다른 배관 가열의 기본 구성을 설명하기 위한 단면 사시도.
도 4는 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 바람직하게 이용되는 유체(流體) 급배 기구, 단열 기구, 가열 기구 및 냉각 기구를 설명하기 위한 블록도.
도 5는 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에서 바람직하게 이용되는 컨트롤러의 구조를 설명하기 위한 블록도.
이하 실시 형태에 대해서 도면을 이용해서 설명한다. 단, 이하의 설명에서 동일 구성 요소에는 동일 부호를 첨가해서 반복 설명을 생략할 수 있다. 또한 도면은 설명을 명확하게 하기 위해서 실제의 형태에 비해 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 도시될 경우가 있지만 어디까지나 일 예이며 본 발명의 해석을 한정하는 것이 아니다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대해서 도 1을 이용해서 설명한다. 도 1은 공급 배관(10, 22, 23, 24) 및 배기 배관(231, 20)에 후술하는 단열 배관(100)이 이용되었을 때의 개략 도면을 도시한다.
(처리로)
도 1에 도시된 바와 같이, 가열 수단인 히터(207)의 내측에 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 용기로서 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단 개구는 개체(蓋體)인 씰 캡(219)에 의해 기밀 부재인 O-링(220)을 개재해서 기밀하게 폐색(閉塞)되고, 적어도 히터(207), 반응관(203), 노구부(爐口部)로서의 매니폴드(209), 씰 캡(219)에 의해 처리로(202)를 형성하고, 적어도 반응관(203), 노구부(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)을 형성한다. 씰 캡(219)에는 석영 캡(218)을 개재해서 기판 보지 수단인 보트(217)가 설치되고 처리실(201) 내에 삽입된다. 보트(217)에는 뱃치(batch) 처리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평하게 다단으로 적재된다. 히터(207)는 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
제1 원료 가스용의 가스 공급기(4)로부터 공급 배관(10)과 유량을 제어하기 위한 유량 제어기(41)(매스 플로우 컨트롤러:MFC)와 공급 배관(22)과 밸브(34)와 공급 배관(23)을 개재해서 그리고 처리실(201) 내에 설치된 노즐(234)을 개재해서 처리실(201) 내에 제1 원료 가스가 공급된다. 공급 배관(10), 유량 제어기(41), 공급 배관(22), 밸브(34), 공급 배관(23), 노즐(234)에 의해 제1 가스 공급계를 구성한다. 제2 원료 가스용의 가스 공급기(5)로부터 공급 배관(11)과 유량을 제어하기 위한 유량 제어기(32)와 공급 배관(25)과 밸브(35)와 공급 배관(24)을 개재해서 그리고 처리실(201) 내에 설치된 노즐(233)을 개재해서 처리실(201) 내에 제2 원료 가스가 공급된다. 공급 배관(11), 유량 제어기(32), 공급 배관(25), 밸브(35), 공급 배관(24), 노즐(233)에 의해 제2 원료 가스 공급계를 구성한다.
공급 배관(23)에는 불활성 가스를 공급하기 위한 공급 배관(40)이 밸브(39)를 개재해서 밸브(34)의 상류측에 접속된다. 또한 공급 배관(24)에는 불활성 가스를 공급하기 위한 공급 배관(6)이 밸브(36)를 개재해서 밸브(35)의 상류측에 접속된다.
처리실(201)은 가스를 배기하는 배기관인 배기 배관(231)에 의해 APC밸브(243)와 배기 배관(20)을 개재해서 진공 펌프(246)에 접속된다. 배기 배관(231), APC밸브(243), 배기 배관(20), 진공 펌프(246)에 의해 가스 배기계를 구성한다.
반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 노즐(234)이 설치된다. 그리고 노즐(234)에는 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 공급공이 설치된다. 이 가스 공급공은 인접하는 웨이퍼(200)와 웨이퍼(200)의 중간 위치에 뚫려 웨이퍼(200) 표면에 가스가 공급된다. 노즐(234)의 위치로부터 반응관(203)의 내주를 따라 120°정도 회전된 위치에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 노즐(233)이 마찬가지로 설치된다. 이 노즐(233)에도 마찬가지로 복수의 가스 공급공이 설치된다. 노즐(234)은 처리실(201) 내에 공급 배관(10)으로부터의 제1 원료 가스 및 공급 배관(40)으로부터의 불활성 가스를 공급한다. 또한 노즐(233)은 처리실(201) 내에 공급 배관(11)으로부터의 제2 원료 가스 및 공급 배관(6)으로부터의 불활성 가스를 공급한다. 노즐(234) 및 노즐(233)로부터 교호(交互)적으로 처리실(201) 내에 원료 가스가 공급되어 성막이 수행된다.
반응관(203) 내에는 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일한 간격으로 재치하는 보트(217)가 설치되고, 이 보트(217)는 도시되지 않는 보트 엘리베이터에 의해 반응관(203) 내에 출입할 수 있도록 이루어진다. 또한 처리의 균일성을 향상시키기 위해서 보트(217)를 회전하기 위한 회전 수단인 보트 회전 기구(267)가 설치되고, 보트 회전 기구(267)를 회전하는 것에 의해 석영 캡(218)에 보지된 보트(217)를 회전하도록 이루어진다.
(단열 배관)
단열 배관에 대해서 도 2 내지 4를 이용해서 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단열 배관(100)은 원료 가스 또는 배기 가스의 유로(제1 유로)를 구성하는 내관(101)과 내관(101)을 둘러싸도록 설치되는 외관(102)을 구비한다. 외관(102)은 내관 외벽(101a)과 격리부로서의 격벽(102a)으로 형성하는 제1 공간(102c)과, 격벽(102a)과 외관 외벽(102b)으로 형성하는 제2 공간(102d)을 구비한다. 제1 공간(102c)은 내관 외벽(101a)을 따라(접촉해서) 유체 매체를 흘릴 수 있는 띠 형상[帶狀]의 유로(제2 유로)를 구성하고, 고온 유체로 승온 또한 저온 유체로 강온 가능하다. 따라서 제2 유로에 공급되는 유체의 온도(열)에 따라서 내관(101)이 가열 또는 냉각된다. 제2 공간은 진공 배기 또는 진공 봉입이 가능하다. 단열 배관(100)은 제1 공간(102c)에 유체 매체를 공급하는 유체 매체 공급관(103)과, 제1 공간(102c)으로부터 유체 매체를 배출하는 유체 매체 배출관(104)과, 제2 공간(102d)을 진공 배기하는 배출관(105)을 구비한다.
도 2의 제1 공간(102c)은 띠 형상이다. 즉 내관 외벽(101a)을 피복하도록(둘러싸도록) 설치된다. 이와 같은 단열 배관 구성이면 그 단열 배관의 단면은 내관 외벽(101a)으로부터 외관 외벽(102b)까지의 구성이 제1 공간(102c), 격벽(102a), 제2 공간(102d)과 같다. 따라서 제2 공간(102d)과 내관 외벽(101a)이 격벽(102a)에 의해 형성되는 제1 공간(102c)으로 분리되어 이상적이지만, 단 이 단열 배관 구성은 이 격벽(102a)도 배관이기 때문에 제조 비용이 든다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공간(102)은 내관 외벽(101a)을 따른 나선 형상이어도 좋다. 즉 내관 외벽(101a)과 격벽(102a) 사이에 공간이 없는 부분이 존재해도 좋다. 이 경우, 격벽(102a)과 내관 외벽(101a)으로 형성되는 제1 공간(102c)은 제2 유로를 구성하므로 제2 유로는 나선 형상이라고 말할 수 있다. 이 단열 배관 구성에서 격벽(102a)은 유로를 형성하는 부재(단열 부재)로서 구성된다. 이와 같은 단열 배관 구성이어도 외관 외벽(102b)으로부터의 열의 노출을 억제할 수 있고, 내관(101)을 가열할 수 있다. 또한 제1 공간(102c)에 내관(101)을 가열하는 가열부를 설치하고 상기 가열부는 내관 외벽(101a)에 나선 형상으로 휘감아지도록 구성해도 좋다. 이 단열 배관 구성에 따르면, 공급 배관(10, 22, 23, 24) 및 배기 배관(231, 20)의 가열을 또한 균등하게 할 수 있다.
단열 배관(100)의 내관(101)의 온도를 승온하는 경우는 제1 공간(102c)(제2 유로)에 고온 유체를 흘려서 제2 공간(102d)을 진공 상태로 하는 것에 의해 외관 외벽(102b)으로의 대류 전열을 억제하고 단열할 수 있다. 단열 배관(100)의 내관(101)의 온도를 강온하는 경우는 제1 공간(102c)에 저온 유체를 흘려서 내관 외벽(101a)의 열을 저온 유체에 전달해서 강온을 가속시킬 수 있다. 이 경우, 제2 공간(102d)에 유체(예컨대 N2)를 공급시켜 내관 외벽(101a)의 열을 제2 공간(102d)의 유체에 전달하고, 강온을 촉진하는 것으로 해도 좋다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판 처리 시에서는 유체 공급기(111)로부터 공급되는 유체는 유체 가열기(112)에 의해 소정의 온도로 가열되고 밸브(115a)와 유체 매체 공급관(103)을 개재해서 단열 배관(100)이 제1 공간(102c)에 공급된다. 제1 공간(102c)을 흐른 유체는 유체 매체 배출관(104)과 밸브(115c)와 순환 펌프(116)를 개재해서 유체 가열기(112)에 되돌려져 소정의 온도로 다시 가열해서 제1 공간(102c)에 공급된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 메인터넌스 시나 저온으로 처리실 내의 셀프 클리닝을 수행할 때 등에서는 유체 공급기(111)로부터 공급되는 유체는 유체 냉각기(113)에 의해 소정의 온도로 냉각되고, 밸브(115b)와 유체 매체 공급관(103)을 개재해서 단열 배관(100)이 제1 공간(102c)에 공급된다. 제1 공간(102c)을 흐른 유체는 유체 매체 배출관(104)과 밸브(115d)와 순환 펌프(117)를 개재해서 유체 냉각기(113)에 되돌려져 소정의 온도로 다시 냉각해서 제1 공간(102c)에 공급된다. 또한 유체 냉각기(113)에 의해 냉각되는 소정의 온도는 유체 가열기(112)에 의해 가열되는 소정의 온도보다 낮다.
또한 유체 공급기(111)로부터의 유체는 오프 상태의 유체 가열기(112), 밸브(115a), 유체 매개 공급관(103)을 개재해서 제1 공간(102c)에 공급된다. 이때 실온 정도의 유체가 제1 공간(102c)에 공급된다. 이와 같이 유체 냉각기(113)가 없는 구성이어도 냉각할 수 있다.
또한 제1 공간(102c)에 공급된 유체를 순환 펌프(116)에 의해 유체 가열기(112)에, 순환 펌프(117)에 의해 유체 냉각기(113)에 순환시키는 순환 기구에 대신해서 제1 공간(102c)에 공급된 유체를 배기 펌프에 의해 배기하는 구성으로 해도 좋다.
유체 공급기(111), 유체 가열기(112), 유체 냉각기(113), 밸브(115a), 밸브(115b), 유체 매체 공급관(103), 제1 공간(102c)(제2 유로), 유체 매체 배출관(104), 밸브(115c), 밸브(115d)는 유체의 급배를 수행하는 급배 기구(120)를 구성한다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 처리 시에서는 제2 공간(102d)은 배출관(105)과 밸브(115e)를 개재해서 진공 펌프(114)에 의해 진공 상태가 된다. 진공 펌프(114) 대신에 진공 펌프(246)를 이용해도 좋다. 제2 공간(102d), 밸브(115e), 진공 펌프(114)는 공간(102d)을 진공 상태로 해서 외기로부터 내관(101)을 단열하는 단열 기구(130)를 구성한다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 메인터넌스 시 등에서는 제2 공간(102d)에는 밸브(115e), 유체 매체 공급관(106)을 개재해서 유체가 공급된다.
제1 공간(102c), 제2 공간(102d)에 공급 및 배기되는 매체는 유체이면 좋고, 액체이어도 기체이어도 무방하다. 제1 공간(102c, 102d)에 공급하는 매체인 기체는 대기(大氣) 외에 N2, He, Ne, Ar, Cr, Xe가스 등 의 불활성 가스의 어느 하나이어도 좋다.
내관(101), 외관(102) 및 격벽(102a)은 예컨대 스텐레스나 알루미늄 합금이나 니켈 합금 등의 금속 부재 또는 그들에 내부식 목적의 코팅을 실시한 것으로 형성된다.
(컨트롤러)
컨트롤러에 대해서 도 5를 이용해서 설명한다. 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(321)는 CPU(321a)(Central Processing Unit), RAM(321b)(Random Access Memory), 기억 장치(321c), I/O 포트(321d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(321b), 기억 장치(321c), I/O 포트(321d)는 내부 버스(321e)를 개재해서 CPU(321a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(321)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(322)가 접속된다.
기억 장치(321c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(321c) 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(321)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이다. 또한 RAM(321b)은 CPU(321a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(321d)는 전술한 유량 제어기(32, 33), 밸브(34, 35, 36, 39), 압력 센서(245), APC밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 급배 기구(120), 단열 기구(130) 등에 접속된다.
CPU(321a)는 기억 장치(321c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(322)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(321c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(321a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따라서 유량 제어기(32, 33, 41)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(34, 35, 36, 39)의 개폐 동작, APC밸브(243)의 개폐 동작 및 APC밸브(243)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, 급배 기구(120) 및 단열 기구(130)에 의한 공급 배관(10, 22, 23, 24) 및 배기 배관(231, 20)의 온도 조정 등 을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(321)는 외부 기억 장치(323)(예컨대 USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(321c)나 외부 기억 장치(323)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(321c) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(323) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(323)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치(1)를 이용해서 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하 성막 처리라고도 말한다)의 시퀀스예에 대해서 설명한다. 여기서는 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 처리 가스(원료 가스)와 제2 처리 가스(반응 가스)를 교호적으로 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
이하 원료 가스로서 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCDS) 가스를 이용하고, 반응 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 이용하고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하 SiN막이라고도 말한다)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(321)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내로부터 HCDS가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내로부터 NH3가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 비 동시에 수행하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성한다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 동의다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)되면 보트(217)는 도시되지 않는 보트 엘리베이터에 의해 처리실(201) 내에 반입된다. 이때 씰 캡(219)은 O-링(220)을 개재해서 반응관(203)의 하단을 기밀하게 폐색(씰)한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고 이 측정된 압력 정보에 기초해서 APC밸브(243)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)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(263)가 검출한 온도 정보에 기초해서 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 스텝1 내지 2를 순차 실행한다.
[스텝1]
이 스텝에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스를 공급한다. 밸브(34)를 열어 제1 원료 가스용의 가스 공급기(4)로부터 공급 배관(10), MFC(41), 공급 배관(22)을 개재해서 공급 배관(23) 내에 HCDS가스를 흘린다. HCDS가스는 MFC(41)에 의해 유량 조정되고, 노즐(234)을 개재해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기 배관(231, 20)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스가 공급되도록 이루어진다. 이때 동시에 밸브(39)를 열어 공급 배관(40)을 개재해서 공급 배관(23) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 HCDS가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기 배관(231)으로부터 배기된다. 이때 공급 배관(10, 22, 23) 및 배기 배관(231, 20)을 가열한다. 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만으로부터 수(數)원자층의 두께의 Si함유층이 형성된다.
제1층이 형성된 후, 밸브(34)를 닫아 HCDS가스의 공급을 정지한다. 이때 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(201) 내로부터 배출한다. 이때 밸브(39)를 연 상태로 하고 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 처리실(201) 내로부터 배출하는 효과를 높일 수 있다.
[스텝2]
스텝1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층에 대하여 NH3가스를 공급한다. NH3가스는 열로 활성화되어 웨이퍼(200)에 대하여 공급되도록 이루어진다.
이 스텝에서는 밸브(35, 36)의 개폐 제어를 스텝1에서의 밸브(34, 39)의 개폐 제어와 마찬가지인 순서로 수행한다. NH3가스는 제2 원료 가스용의 가스 공급기(5)로부터 공급 배관(11)을 개재해서 공급되고, MFC(32)에 의해 유량 조정되고, 공급 배관(25, 24), 노즐(233)을 개재해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기 배관(231, 20)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3가스가 공급되도록 이루어진다. 이때 공급 배관(24) 및 배기 배관(231, 20)을 가열한다. 웨이퍼(200)에 대하여 공급된 NH3가스는 스텝1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층, 즉 Si함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 논 플라즈마로 열적으로 질화되어 제2층, 즉 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화될 수 있다(개질된다).
제2층이 형성된 후, 밸브(35)를 닫아 NH3가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝1과 마찬가지인 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배출한다. 이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배출하지 않아도 좋은 점은 스텝1과 마찬가지이다.
(소정 횟수 실시)
전술한 2개의 스텝을 비 동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼2 상에 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 또한 전술한 사이클을 1회 수행할 때에 형성되는 제2층의 두께를 소정의 막 두께보다 작게 하고 제2층을 적층하는 것에 의해 형성되는 SiN막의 막 두께가 소정의 막 두께가 될 때까지 전술한 사이클을 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 완료된 후, 밸브(36, 39)를 열어 공급 배관(6, 26, 40)을 개재해 공급 배관(24, 23)으로부터 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기 배관(231, 20)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해 처리실(201) 내가 퍼지되고 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스에 치환되고(불활성 가스 치환) 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터에 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.
<본 실시 형태에서의 효과>
본 실시 형태에 따르면, 이하의 (a) 내지 (e) 중 적어도 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 가열 유체 매체를 내관 외벽을 따라 형성되는 유로에 흘리는 것에 의해 온도 불균일 기인의 콜드 스팟을 억제할 수 있으므로 균열성을 향상시키는 것이 가능하다.
(b) 콜드 스팟을 억제하는 것에 의해 NH4Cl 등의 부생성물이 배관 내부(내관 내벽)에 부착되는 것을 억제하고 메인터넌스 주기를 장기화하는 것이 가능하다.
(c) 냉각 유체 매체를 유로에 흘리는 것에 의해 배관 온도의 강온 레이트를 개선할 수 있고, 저온에서의 처리나 작업이 신속하게 수행할 수 있아 장치의 스루풋을 단축하는 것이 가능하다. 저온에서의 처리는 예컨대 고온인 상태에서 가스를 흘리면 배관의 부식 리스크가 높아지는 할로겐계 가스를 이용한 처리실 내의 셀프 클리닝이다.
(d) 진공 단열을 이용하는 것에 의해 배관 외부로의 방열을 억제하고, 배관을 수납하는 박스 내부 온도가 고온으로 되지 않고, 온도 제약이 있는 부품의 배치 제약을 없애는 것이 가능하다.
(e) 진공 단열을 이용하는 것에 의해 배관 외부로의 방열을 억제할 수 있기 때문에 단열재를 없애거나 팬이나 수냉판(水冷板) 등을 설치해서 수행하는 국소적인 냉각 수단을 없앨 수 있다.
이상 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경 가능하다.
예컨대 실시 형태에서는 단열 배관은 공급 배관 및 상기 배기 배관의 양방에 적용하지만 공급 배관 및 상기 배기 배관 중 어느 일방만에 적용해도 좋다.
또한 실시 형태에서는 질화막(SiN 등)을 예로서 들었지만 막종은 특히 한정되지 않는다. 예컨대 산화막(SiO 등), 금속 산화막 등 다양한 막종에 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 웨이퍼 상에 막을 퇴적(堆積)시키는 예에 대해서 설명했다. 하지만 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 웨이퍼나 웨이퍼 상에 형성된 막 등에 대하여 산화 처리, 확산 처리, 어닐링 처리, 에칭 처리 등의 처리를 수행하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다.
또한 실시 형태에서는 뱃치 처리의 종형(縱型) 기판 처리 장치에 대해서 설명했지만 거기에 한정되는 것이 아니고, 매엽(枚葉) 처리의 기판 처리 장치에 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치와 같은 반도체 웨이퍼를 처리하는 반도체 제조 장치 등에 한하지 않고, 유리 기판을 처리하는 LCD(Liquid Crystal Display) 제조 장치에도 적용할 수 있다.
1: 기판 처리 장치 6: 공급 배관
10: 공급 배관 11: 공급 배관
20: 배기 배관 22: 공급 배관
24: 공급 배관 40: 공급 배관
200: 웨이퍼 201: 처리실
231: 배기 배관 100: 단열 배관
101: 내관 102: 외관
102a: 격벽(부재) 102b: 외관 외벽
102c: 제1 공간 102d: 제2 공간
120: 급배 기구 130: 단열 기구
321: 컨트롤러

Claims (15)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 공급 배관을 포함하는 가스 공급계; 및
    상기 처리실로부터 상기 원료 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하는 배기 배관을 포함하는 배기계
    를 포함하고,
    상기 공급 배관 및 상기 배기 배관 중 적어도 어느 일방(一方)의 배관은,
    상기 원료 가스 또는 상기 배기 가스의 제1 유로를 구성하는 내관(內管);
    상기 내관의 외측에 설치되고 상기 내관 외벽과의 사이에 제2 유로를 형성하는 부재; 및
    상기 부재의 외측과의 사이의 공간을 포함하기 위해서 상기 내관을 둘러싸도록 설치되는 외관
    을 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유로를 개재해서 유체(流體)의 급배를 수행하는 급배 기구;
    상기 공간을 진공 상태로 하고 외기로부터 상기 내관을 단열하는 단열 기구; 및
    상기 제2 유로를 흐르는 상기 유체의 급배, 상기 공간의 분위기를 각각 제어하고, 상기 내관이 소정의 온도로 가열 및 냉각되도록 상기 단열 기구 및 상기 급배 기구를 제어하는 제어부
    를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간은 적어도 상기 내관 외벽의 일부와 접촉하도록 구비되고,
    상기 제2 유로는 상기 내관 외벽을 따라 나선 형상으로 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 원료 가스 또는 배기 가스의 유로를 구성하는 내관;
    상기 내관의 외측에 설치되고 상기 내관 외벽과의 사이에 제2 유로를 형성하는 부재; 및
    상기 부재와의 사이에 공간을 구비하기 위해서 상기 내관을 둘러싸도록 설치되는 외관
    을 구비한 단열 배관 구조.
  5. 원료 가스 또는 배기 가스의 유로를 구성하는 내관; 및 상기 내관을 둘러싸도록 설치되고 내부에 공간을 구비하는 외관을 구비한 단열 배관 구조로서,
    상기 외관은 상기 내관을 피복하도록 설치되고,
    상기 내관을 가열 및 냉각하는 유체를 연통시키는 제2 유로를 구비하는 제1 공간 및 상기 제1 공간을 피복하도록 설치되고 진공 배기 또는 진공 봉입이 가능한 제2 공간이 각각 격리되도록 구성되는 단열 배관 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외관은 상기 내관을 가열 및 냉각하는 유체를 유통시키는 제2 유로를 구비하는 제1 공간 및 진공 배기 또는 진공 봉입이 가능한 제2 공간을 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 유체를 가열하는 가열 기구 또는 상기 유체를 냉각하는 냉각 기구를 더 구비하고,
    상기 유체는 미리 소정 온도로 가열 또는 냉각되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 유로에 공급되는 유체의 온도에 따라서 상기 내관이 가열 및 냉각되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 내관의 온도를 강온하는 경우, 진공 상태로부터 상기 유체를 상기 제2 공간에 공급시켜 내관 벽의 열을 상기 제2 공간의 유체에 전달하고 강온을 촉진하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 기판 처리 시의 상기 배관의 온도, 메인터넌스 시의 상기 배관의 온도의 각각을 소정의 온도로 조정하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 유체는 대기(Air), 또는 N2, He, Ne, Ar, Cr, Xe로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 어느 하나의 불활성 가스 또는 이들의 조합인 기판 처리 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공간은 적어도 상기 내관 외벽의 일부와 접촉하도록 설치되고,
    상기 제1 공간이 구비하는 유로는 상기 내관 외벽을 따라 나선 형상으로 설치되도록 구성되는 단열 배관 구조.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 외관은 상기 제2 공간을 진공 배기 및 진공 봉입이 가능한 밀폐 구조인 단열 배관 구조.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공간에 상기 내관을 가열하는 가열부가 설치되고,
    상기 가열부는 상기 내관 외벽에 나선 형상으로 휘감아지도록 구성되는 단열 배관 구조.
  15. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 공급 배관을 포함하는 가스 공급계; 상기 처리실로부터 상기 원료 가스를 포함하는 배기 가스를 배출하는 배기 배관을 포함하는 배기계; 및 상기 원료 가스 또는 상기 배기 가스의 유로를 구성하는 내관과, 상기 내관을 둘러싸도록 설치되고 내부에 공간을 포함하는 외관을 구비하고, 상기 외관은 상기 내관을 피복하도록 설치되고, 상기 내관을 가열 및 냉각하는 유체를 연통시키는 제2 유로를 구비하는 제1 공간과, 상기 제1 공간을 피복하도록 설치되고 진공 배기 또는 진공 봉입이 가능한 제2 공간이 각각 격리되도록 구성되는 단열 배관 기구를 구비하는 기판 처리 장치를 컴퓨터에 제어시키는 프로그램으로서,
    상기 제2 유로를 흐르는 유체의 급배, 상기 제2 공간의 분위기를 각각 제어하고 상기 내관이 소정의 온도로 가열 및 냉각되도록 상기 단열 기구 및 상기 급배 기구를 제어하는 순서를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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