KR20200112696A - 열 처리 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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KR20200112696A
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가즈테루 오바라
다츠야 야마구치
야스아키 기쿠치
류지 구사지마
신야 나스카와
가즈유키 기쿠치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 대유량 프로세스에 있어서의 온도 균일성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결수단] 본 개시의 일양태에 따른 열 처리 장치는, 복수의 기판을 다단으로 수용하여 처리하는 감압 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 제1 가열기와, 상기 처리 용기 내에 있어서의 높이가 다른 위치에 가스를 공급하는 복수의 가스 공급관과, 상기 복수의 가스 공급관 중 최하 위치에 가스를 공급하는 가스 공급관에 마련되어, 상기 가스를 가열하는 제2 가열기를 포함한다.

Description

열 처리 장치 및 성막 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}
본 개시는 열 처리 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
처리 가스를 처리 용기 내에 공급하기 전에, 처리 용기의 외부에 마련된 가열기에 의해 정해진 온도까지 예비 가열함으로써 활성화하여, 가열된 처리 가스를 처리 용기 내에 공급하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-345314호 공보
본 개시는 대유량 프로세스에 있어서의 온도 균일성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일양태에 따른 열 처리 장치는, 복수의 기판을 다단으로 수용하여 처리하는 감압 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 제1 가열기와, 상기 처리 용기 내에 있어서의 높이가 다른 위치에 가스를 공급하는 복수의 가스 공급관과, 상기 복수의 가스 공급관 중 최하 위치에 가스를 공급하는 가스 공급관에 마련되어, 상기 가스를 가열하는 제2 가열기를 포함한다.
본 개시에 따르면, 대유량 프로세스에 있어서의 온도 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 ALD법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 제1 실시형태의 열 처리 장치에 의한 효과를 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 5는 제1 실시형태의 열 처리 장치에 의한 효과를 설명하기 위한 도면(2)이다.
도 6은 제2 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제2 실시형태의 열 처리 장치에 의한 효과를 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 9는 제2 실시형태의 열 처리 장치에 의한 효과를 설명하기 위한 도면(2)이다.
도 10은 제3 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이 아닌 예시의 실시형태에 대해서 설명한다. 첨부된 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
〔제1 실시형태〕
(열 처리 장치)
제1 실시형태의 열 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
열 처리 장치(1A)는, 내부를 감압 가능한 처리 용기(10)를 갖는다. 처리 용기(10)는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)를 수용한다.
처리 용기(10)는, 하단부가 개방된 천장을 갖는 원통 형상의 내관(12)과, 하단부가 개방되어 내관(12)의 외측을 덮는 천장을 갖는 원통 형상의 외관(14)을 갖는다. 내관(12) 및 외관(14)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있고, 동축형으로 배치되어 이중관 구조로 되어 있다. 처리 용기(10) 내에는, 복수의 웨이퍼(W)를 높이 방향에 정해진 간격을 두고 선반형으로(다단으로) 유지하는 웨이퍼 보트(16)가 반입출된다.
내관(12)의 천장부는, 예컨대 평탄하게 되어 있다. 내관(12)의 일측에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 가스 공급관을 수용하는 노즐 수용부(18)가 형성되어 있다. 노즐 수용부(18)는, 내관(12)의 측벽의 일부를 외측을 향하게 하여 돌출시켜 볼록부(20)를 형성하여, 볼록부(20) 내를 노즐 수용부(18)로서 형성하고 있다. 노즐 수용부(18)에 대향시켜 내관(12)의 반대측의 측벽에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 폭(L1)의 직사각 형상의 개구(22)가 형성되어 있다. 폭(L1)은, 10 ㎜∼400 ㎜ 정도의 범위 내이다. 개구(22)는, 내관(12) 내의 가스를 배기할 수 있도록 형성된 가스 배기구이다.
처리 용기(10)의 하단부는, 예컨대 스테인레스강에 의해 형성되는 원통 형상의 매니폴드(30)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(30)의 상단부에는 플랜지부(32)가 형성되어 있고, 플랜지부(32) 상에 외관(14)의 하단부를 설치하여 지지하도록 되어 있다. 플랜지부(32)와 외관(14)의 하단부 사이에는 O링 등의 시일 부재(34)를 개재시켜 외관(14) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(30)의 상부의 내벽에는, 원환형의 지지부(36)가 마련되어 있고, 지지부(36) 상에 내관(12)의 하단부를 설치하여 이것을 지지하도록 되어 있다. 매니폴드(30)의 하단부의 개구에는, 덮개체(38)가 O링 등의 시일 부재(40)를 통해 기밀하게 부착되어 있고, 처리 용기(10)의 하단부의 개구, 즉, 매니폴드(30)의 개구를 기밀하게 막도록 되어 있다. 덮개체(38)는, 예컨대 스테인레스강에 의해 형성된다.
덮개체(38)의 중앙부에는, 자성 유체 시일(42)을 통해 회전축(44)이 관통되어 마련되어 있다. 회전축(44)의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강부(46)의 아암(48)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 모터에 의해 회전되도록 되어 있다.
회전축(44)의 상단부에는 회전 플레이트(50)가 마련되어 있고, 회전 플레이트(50) 상에 석영제의 보온대(52)를 통해 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 보트(16)가 배치되도록 되어 있다. 따라서, 승강부(46)를 승강시킴으로써 덮개체(38)와 웨이퍼 보트(16)는 일체로서 상하 이동하여, 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 대하여 반출입할 수 있도록 되어 있다.
가스 공급부(60A)는, 매니폴드(30)에 마련되어 있고, 내관(12) 내에 처리 가스, 퍼지 가스 등의 정해진 가스를 공급한다. 가스 공급부(60A)는, 복수(예컨대 3개)의 동일한 길이의 석영제의 가스 공급관(62, 64, 66)을 가지고 있다. 각 가스 공급관(62, 64, 66)은, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련되며, 그 기단부가 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(30)를 관통하도록 하여 지지되어 있다.
가스 공급관(62, 64, 66)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 내관(12)의 노즐 수용부(18) 내에 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 설치되어 있다. 각 가스 공급관(62, 64, 66)에는, 그 길이 방향을 따라 정해진 간격으로 복수의 가스 구멍(62a, 64a, 66a)이 형성되어 있다. 각 가스 구멍(62a, 64a, 66a)은, 수평 방향으로 각 가스를 방출한다. 정해진 간격은, 예컨대 웨이퍼 보트(16)에 지지되는 웨이퍼(W)의 간격과 동일해지도록 설정된다. 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스 구멍(62a, 64a, 66a)이 상하 방향에 인접하는 웨이퍼(W) 사이의 중간에 위치하도록 설정되어 있고, 각 가스를 웨이퍼(W) 사이의 공간에 효율적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 일례로서는, 가스 공급관(62)은 제1 반응 가스를 공급하는 노즐이고, 가스 공급관(64)은 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 형성하는 제2 반응 가스를 공급하는 노즐이고, 가스 공급관(66)은 퍼지 가스를 공급하는 노즐이다. 제1 반응 가스로서는, 예컨대 실리콘 함유 가스, 금속 함유 가스를 들 수 있다. 제2 반응 가스로서는, 예컨대 질화 가스, 산화 가스를 들 수 있다. 퍼지 가스로서는, 예컨대 불활성 가스를 들 수 있다.
가스 공급관(62, 64, 66)에는, 각각 가스 배관(62b, 64b, 66b)을 통해 제1 반응 가스, 제2 반응 가스, 퍼지 가스가 공급된다.
가스 배관(62b, 64b, 66b)에는, 각각 밸브(도시하지 않음), 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음), 가열기(62c, 64c, 66c) 및 배관 히터(62d, 64d, 66d)가 마련되어 있다.
가열기(62c, 64c, 66c)는, 각각 가스 배관(62b, 64b, 66b)을 흐르는 가스를 가열한다. 가열기(62c, 64c, 66c)의 설정 온도는, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
배관 히터(62d, 64d, 66d)는, 각각 가열기(62c, 64c, 66c)에 의해 가열된 가스가 가스 배관(62b, 64b, 66b)을 흐를 때에 온도 저하하는 것을 억제한다. 배관 히터(62d, 64d, 66d)의 설정 온도는, 예컨대 가열기(62c, 64c, 66c)의 설정 온도와 동일하여도 좋고, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
매니폴드(30)의 상부의 측벽으로서, 지지부(36)의 상방에는, 가스 출구(70)가 형성되어 있어, 내관(12)과 외관(14) 사이의 공간(72)을 통해 개구(22)로부터 배출되는 내관(12) 내의 가스를 배기할 수 있게 되어 있다. 가스 출구(70)에는, 배기부(74)가 마련된다. 배기부(74)는, 가스 출구(70)에 접속된 배기 통로(76)를 가지고 있다. 배기 통로(76)에는, 압력 조정 밸브(78) 및 진공 펌프(80)가 순차 개재되어, 처리 용기(10) 내를 진공으로 배기할 수 있도록 되어 있다.
외관(14)의 외주측에는, 외관(14)을 덮도록 원통 형상의 히터(90)가 마련되어 있다. 히터(90)는, 처리 용기(10) 내에 수용된 웨이퍼(W)를 가열한다. 히터(90)는, 복수의 존으로 분할되어 있고, 연직 방향의 상측으로부터 하측을 향하여 마련된, 7개의 히터(90a∼90g)를 갖는다. 이하, 히터(90a, 90b, 90c, 90d, 90e, 90f, 90g)가 마련되어 있는 존을, 각각 「존 1」, 「존 2」, 「존 3」, 「존 4」, 「존 5」, 「존 6」, 「존 7」이라고 칭한다. 히터(90a∼90g)는, 각각 전력 제어기(도시하지 않음)에 의해 독립적으로 발열량을 제어할 수 있도록 구성된다.
또한, 도 1에서는, 히터(90)가 7개의 존으로 분할되어 있는 형태를 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 연직 방향의 상측으로부터 하측을 향하여, 6개 이하의 존으로 분할되어 있어도 좋고, 8개 이상의 존으로 분할되어 있어도 좋다. 또한, 히터(90)는, 복수의 존으로 분할되는 일없이, 하나의 존에 의해 구성되어 있어도 좋다.
열 처리 장치(1A)의 전체의 동작은, 예컨대 컴퓨터 등의 제어부(95)에 의해 제어된다. 또한, 열 처리 장치(1A)의 전체의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체(96)에 기억되어 있다. 기억 매체(96)는, 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이어도 좋다.
(성막 방법)
열 처리 장치(1A)에 의한 성막 방법의 일례로서, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 따라, 웨이퍼(W) 위에 실리콘 질화막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 ALD법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 승강부(46)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(38)에 의해 처리 용기(10)의 하단부의 개구를 기밀하게 막아 밀폐한다. 계속해서, 배기부(74)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력이 정해진 압력이 되도록 진공 처리를 행하고, 히터(90)에 의해 처리 용기(10) 내의 웨이퍼(W)를 가열하여, 웨이퍼 보트(16)를 회전시킨다.
계속해서, 가스 공급관(62)으로부터의 실리콘 함유 가스(단계 S1), 가스 공급관(66)으로부터의 불활성 가스(단계 S2), 가스 공급관(64)으로부터의 질화 가스(단계 S3) 및 가스 공급관(66)으로부터의 불활성 가스(단계 S4)를 이 순서로 간헐적으로 공급한다. 이에 의해, 가장 먼저 실리콘 함유 가스를 공급하는 단계 S1에서 웨이퍼(W) 상에 실리콘 함유 가스가 흡착되고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계 S2에서 여분의 실리콘 함유 가스가 퍼지된다. 그리고, 다음의 질화 가스를 공급하는 단계 S3에서 공급된 질화 가스를 실리콘 함유 가스와 반응시키고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계 S4에 의해 여분의 질화 가스가 퍼지되어, 거의 단분자층인 얇은 단위막이 형성된다. 이 일련의 사이클을 정해진 횟수 행하여(단계 S5), 원하는 막 두께의 실리콘 질화막을 형성한다.
이와 같이 ALD법에 있어서는, 단시간에 처리 용기(10) 내에 실리콘 함유 가스와 질화 가스를 퍼지 가스를 사이에 끼워 교대로 공급한다. 그 때문에, 정해진 시간 내에 정해진 양의 가스를 공급하기 위해서는, 가스 공급관(62, 64, 66)으로부터 대유량(예컨대, 10 slm 이상)의 가스를 공급할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 열 처리 장치(1A)에서는, 복수의 가스 구멍(62a, 64a, 66a)으로부터 수평 방향으로 각 가스가 방출되기 때문에, 웨이퍼(W)에는 둘레 가장자리측으로부터 가스가 공급되어, 웨이퍼(W) 상을 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 가스가 흐른다. 그 때문에, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 가스 구멍(62a, 64a, 66a)으로부터 방출되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않으면, 그 가스에 의해 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부 사이에 온도차가 생겨, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 악화한다.
또한, 열 처리 장치(1A)에서는, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련된 가스 공급관(62, 64, 66) 내를 하방으로부터 상방을 향하여 가스가 흐른다. 이때, 가스 공급관(62, 64, 66)에 공급되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않은 경우, 그 가스가 가스 공급관(62, 64, 66)을 흐를 때에 히터(90)에 의해 가열된다. 그리고, 처리 용기(10) 내의 하측의 존에 공급되는 가스의 온도가 처리 용기(10) 내의 상방의 존에 공급되는 가스의 온도보다 낮아진다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 악화한다. 또한, 이 온도차는, 가스 공급관(62, 64, 66)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스의 유량이 커질수록 증대한다.
그래서, 제1 실시형태에서는, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 그 가스를 가열기(62c, 64c, 66c) 및 배관 히터(62d, 64d, 66d)에 의해 정해진 온도로 가열한다. 이에 의해, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우라도, 충분히 가열된 가스가 처리 용기(10) 내에 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 향상한다. 또한, 처리 용기(10) 내의 하방의 존과 상방의 존에 공급되는 가스의 온도차가 작아지기 때문에, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 향상한다.
또한, ALD법에 있어서는, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 제1 반응 가스나 제2 반응 가스를 단시간에 퍼지하기 위해, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스와 비교하여 퍼지 가스가 대유량으로 공급되는 경우가 많다. 그 때문에, 퍼지 가스에 대해서는 가열기(66c) 및 배관 히터(66d)에 의해 가열하고, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스에 대해서는 배관 히터(62d, 64d)에 의해서만 가열하여도 좋다. 또한, 가스 공급관(62, 64, 66)과 가열기(62c, 64c, 66c) 사이의 거리가 짧은 경우에는, 배관 히터(62d, 64d, 66d)를 마련하지 않아도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 성막 방법의 일례로서 ALD법을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
(평가)
열 처리 장치(1A)를 이용하여, 제1 실시형태의 효과를 확인하기 위해 행한 평가 결과에 대해서 설명한다.
먼저, 처리 용기(10) 내에 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 수용하고, 웨이퍼(W)의 온도가 240℃가 되도록 히터(90a∼90g)에 공급되는 전력을 제어하여, 히터(90a∼90g)의 발열량을 조정하였다. 또한, 가열기(66c)의 설정 온도를 200℃, 배관 히터(66d)의 설정 온도를 100℃로 조정하고, 가스 공급관(66)으로부터 처리 용기(10) 내에 40 slm의 유량으로 가열한 질소(N2) 가스를 공급하였다.
계속해서, 웨이퍼 보트(16)에 유지된 복수의 웨이퍼(W)의 일부의 웨이퍼(W)에 대해서, 각각 중앙부의 1 부위 및 둘레 가장자리부의 10 부위의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4 중, 횡축은 웨이퍼 보트(16)에 있어서의 웨이퍼 위치를 나타내고, 제1 종축은 웨이퍼 온도[℃]를 나타내고, 제2 종축은 히터(90)에 공급되는 전력[％]을 나타낸다. 도 4에서는, 웨이퍼 보트(16)의 최상단의 위치를 웨이퍼 위치 「1」로 나타내고, 최하단의 위치를 웨이퍼 위치 「115」로 나타낸다. 또한, 도 4 중, 웨이퍼(W)의 중앙부(O)의 측정 결과를 실선으로 나타내고, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(A∼J)의 측정 결과를 파선으로 나타내고, 히터(90)에 공급되는 전력을 일점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 질소 가스는 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(F)측으로부터 공급하였다.
또한, 비교를 위해, 처리 용기(10) 내에 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 수용하고, 웨이퍼(W)의 온도가 240℃가 되도록 히터(90a∼90g)에 공급되는 전력을 제어하여, 히터(90a∼90g)의 발열량을 조정하였다. 또한, 가열기(66c)를 오프로 하고, 배관 히터(66d)의 설정 온도를 100℃로 조정하여, 가스 공급관(66)으로부터 처리 용기(10) 내에 40 slm의 유량으로 질소 가스를 공급하였다.
계속해서, 웨이퍼 보트(16)에 유지된 복수의 웨이퍼(W)의 일부의 웨이퍼(W)에 대해서, 각각 중앙부의 1 부위 및 둘레 가장자리부의 10 부위의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5 중, 횡축은 웨이퍼 보트(16)에 있어서의 웨이퍼 위치를 나타내고, 제1 종축은 웨이퍼 온도[℃]를 나타내고, 제2 종축은 히터(90)에 공급되는 전력[％]을 나타낸다. 도 5에서는, 웨이퍼 보트(16)의 최상단의 위치를 웨이퍼 위치 「1」로 나타내고, 최하단의 위치를 웨이퍼 위치 「115」로 나타낸다. 또한, 도 5 중, 웨이퍼(W)의 중앙부(O)의 측정 결과를 실선으로 나타내고, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(A∼J)의 측정 결과를 파선으로 나타내고, 히터(90)에 공급되는 전력을 일점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 질소 가스는 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(F)측으로부터 공급하였다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 가열기(66c)에 의한 질소 가스의 가열을 행한 경우, 웨이퍼 온도의 면간 균일성 및 면내 균일성이 양호하였다. 한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 가열기(66c)에 의한 질소 가스의 가열을 행하지 않은 경우, 가스 공급관(66)의 근방[예컨대, 둘레 가장자리부(F)]에 있어서의 웨이퍼 온도가 낮아졌다. 또한, 처리 용기(10)의 하방의 존[예컨대, 웨이퍼 위치(85∼115)]에 있어서 웨이퍼 온도의 저하가 현저하였다.
이상의 결과로부터, 제1 실시형태의 성막 방법에 따르면, 대유량 프로세스에 있어서의 온도 균일성을 개선할 수 있다고 할 수 있다.
〔제2 실시형태〕
(열 처리 장치)
제2 실시형태의 열 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 6은 제2 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 7은 도 6의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
제2 실시형태의 열 처리 장치(1B)는, 퍼지 가스를 공급하는 노즐이 2개의 동일한 길이의 가스 공급관(66-1, 66-2)에 의해 형성되어 있는 점에서, 제1 실시형태의 열 처리 장치(1A)와 다르다. 또한, 그 외의 점에 대해서는, 제1 실시형태의 열 처리 장치(1A)와 동일하기 때문에, 다른 점을 중심으로 설명한다.
가스 공급부(60B)는, 매니폴드(30)에 마련되어 있고, 내관(12) 내에 처리 가스, 퍼지 가스 등의 정해진 가스를 공급한다. 가스 공급부(60B)는, 복수개(예컨대 4개)의 동일한 길이의 석영제의 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)을 가지고 있다. 각 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)은, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련되며, 그 기단부가 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(30)를 관통하도록 하여 지지되어 있다.
가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 내관(12)의 노즐 수용부(18) 내에 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 설치되어 있다. 각 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)에는, 그 길이 방향을 따라 정해진 간격으로 복수의 가스 구멍(62a, 64a, 66-1a, 66-2a)이 형성되어 있다. 각 가스 구멍(62a, 64a, 66-1a, 66-2a)은, 수평 방향으로 각 가스를 방출한다. 정해진 간격은, 예컨대 웨이퍼 보트(16)에 지지되는 웨이퍼(W)의 간격과 동일해지도록 설정된다. 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스 구멍(62a, 64a, 66-1a, 66-2a)이 상하 방향에 인접하는 웨이퍼(W) 사이의 중간에 위치하도록 설정되어 있어, 각 가스를 웨이퍼(W) 사이의 공간에 효율적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 일례로서는, 가스 공급관(62)은 제1 반응 가스를 공급하는 노즐이고, 가스 공급관(64)은 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 형성하는 제2 반응 가스를 공급하는 노즐이고, 가스 공급관(66-1, 66-2)은 퍼지 가스를 공급하는 노즐이다. 제1 반응 가스로서는, 예컨대 실리콘 함유 가스, 금속 함유 가스를 들 수 있다. 제2 반응 가스로서는, 예컨대 질화 가스, 산화 가스를 들 수 있다. 퍼지 가스로서는, 예컨대 불활성 가스를 들 수 있다.
가스 공급관(62)에는, 가스 배관(62b)를 통해 제1 반응 가스가 공급된다. 가스 공급관(64)에는, 가스 배관(64b)을 통해 제2 반응 가스가 공급된다. 가스 공급관(66-1, 66-2)에는, 각각 가스 배관(66-1b, 66-2b)을 통해 퍼지 가스가 공급된다.
가스 배관(62b, 64b, 66-1b, 66-2b)에는, 각각 밸브(도시하지 않음), 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음), 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c) 및 배관 히터(62d, 64d, 66-1d, 66-2d)가 마련되어 있다.
가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c)는, 각각 가스 배관(62b, 64b, 66-1b, 66-2b)을 흐르는 가스를 가열한다. 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c)의 설정 온도는, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
배관 히터(62d, 64d, 66-1d, 66-2d)는, 각각 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c)에 의해 가열된 가스가 가스 배관(62b, 64b, 66-1b, 66-2b)을 흐를 때에 온도 저하하는 것을 억제한다. 배관 히터(62d, 64d, 66-1d, 66-2d)의 설정 온도는, 예컨대 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c)의 설정 온도와 동일하여도 좋고, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
(성막 방법)
열 처리 장치(1B)에 의한 성막 방법의 일례로서, ALD법에 따라, 웨이퍼(W) 위에 실리콘 질화막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 승강부(46)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(38)에 의해 처리 용기(10)의 하단부의 개구를 기밀하게 막아 밀폐한다. 계속해서, 배기부(74)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력이 정해진 압력이 되도록 진공 처리를 행하고, 히터(90)에 의해 처리 용기(10) 내의 웨이퍼(W)를 가열하여, 웨이퍼 보트(16)를 회전시킨다.
계속해서, 가스 공급관(62)으로부터의 실리콘 함유 가스, 가스 공급관(66-1, 66-2)으로부터의 불활성 가스, 가스 공급관(64)으로부터의 질화 가스 및 가스 공급관(66-1, 66-2)으로부터의 불활성 가스를 이 순서로 간헐적으로 공급한다. 이에 의해, 가장 먼저 실리콘 함유 가스를 공급하는 단계에서 웨이퍼(W) 상에실리콘 함유 가스가 흡착되고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계에서 여분의 실리콘 함유 가스가 퍼지된다. 그리고, 다음의 질화 가스를 공급하는 단계에서 공급된 질화 가스를 실리콘 함유 가스와 반응시키고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계에 의해 여분의 질화 가스가 퍼지되어, 거의 단분자층인 얇은 단위막이 형성된다. 이 일련의 사이클을 정해진 횟수 행하여, 원하는 막 두께의 실리콘 질화막을 형성한다.
이와 같이 ALD법에 있어서는, 단시간에 처리 용기(10) 내에 실리콘 함유 가스와 질화 가스를 퍼지 가스를 사이에 끼워 교대로 공급한다. 그 때문에, 정해진 시간 내에 정해진 양의 가스를 공급하기 위해서는, 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)으로부터 대유량(예컨대, 10 slm 이상)의 가스를 공급할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 열 처리 장치(1B)에서는, 복수의 가스 구멍(62a, 64a, 66-1a, 66-2a)으로부터 수평 방향으로 각 가스가 방출되기 때문에, 웨이퍼(W)에는 둘레 가장자리측으로부터 가스가 공급되어, 웨이퍼(W) 상을 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 가스가 흐른다. 그 때문에, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 가스 구멍(62a, 64a, 66-1a, 66-2a)으로부터 방출되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않으면, 그 가스에 의해 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부 사이에 온도차가 생겨, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 악화한다.
또한, 열 처리 장치(1B)에서는, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련된 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2) 내를 하방으로부터 상방을 향하여 가스가 흐른다. 이때, 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)에 공급되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않은 경우, 그 가스가 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)을 흐를 때에 히터(90)에 의해 가열된다. 그리고, 처리 용기(10) 내의 하측의 존에 공급되는 가스의 온도가 처리 용기(10) 내의 상측의 존에 공급되는 가스의 온도보다 낮아진다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 악화한다. 또한, 이 온도차는, 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스의 유량이 커질수록 증대한다.
그래서, 제2 실시형태에서는, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 그 가스를 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c) 및 배관 히터(62d, 64d, 66-1d, 66-2d)에 의해 정해진 온도로 가열한다. 이에 의해, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우라도, 충분히 가열된 가스가 처리 용기(10) 내에 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 향상한다. 또한, 처리 용기(10) 내의 하방의 존과 상방의 존에 공급되는 가스의 온도차가 작아지기 때문에, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 향상한다.
특히, 제2 실시형태에서는, 대유량으로 공급되는 경우가 많은 퍼지 가스가, 2개의 가스 공급관(66-1, 66-2)에 의해 처리 용기(10) 내에 동시에 공급된다. 그 때문에, 동일한 유량의 퍼지 가스를 1개의 가스 공급관(66)으로부터 공급하는 경우와 비교하여, 퍼지 가스가 가열되기 쉽다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면내 균일성 및 면간 균일성이 보다 향상한다.
또한, ALD법에 있어서는, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 제1 반응 가스나 제2 반응 가스를 단시간에 퍼지하기 위해, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스와 비교하여 퍼지 가스가 대유량으로 공급되는 경우가 많다. 그 때문에, 퍼지 가스에 대해서는 가열기(66-1c, 66-2c) 및 배관 히터(66-1d, 66-2d)에 의해 가열하고, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스에 대해서는 배관 히터(62d, 64d)에 의해서만 가열하여도 좋다. 또한, 가스 공급관(62, 64, 66-1, 66-2)과 가열기(62c, 64c, 66-1c, 66-2c) 사이의 거리가 짧은 경우에는, 배관 히터(62d, 64d, 66-1d, 66-2d)를 마련하지 않아도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 성막 방법의 일례로서 ALD법을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 CVD법에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 2개의 동일한 길이의 가스 공급관(66-1, 66-2)에 의해 퍼지 가스를 공급하는 경우를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 3개 이상의 동일한 길이의 가스 공급관에 의해 퍼지 가스를 공급하여도 좋다. 또한, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스를 복수개의 동일한 길이의 가스 공급관에 의해 공급하여도 좋다.
(평가)
열 처리 장치(1B)를 이용하여, 제2 실시형태의 효과를 확인하기 위해 행한 평가 결과에 대해서 설명한다.
먼저, 처리 용기(10) 내에 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 수용하고, 웨이퍼(W)의 온도가 240℃가 되도록 히터(90a∼90g)에 공급되는 전력을 제어하여, 히터(90a∼90g)의 발열량을 조정하였다. 또한, 가열기(66-1c, 66-2c)를 오프로 하고, 배관 히터(66-1d, 66-2d)의 설정 온도를 100℃로 조정하여, 2개의 가스 공급관(66-1, 66-2)으로부터 처리 용기(10) 내에 각각 20 slm(합계 40 slm)의 유량으로 질소 가스를 공급하였다.
계속해서, 웨이퍼 보트(16)에 유지된 복수의 웨이퍼(W)의 일부의 웨이퍼(W)에 대해서, 각각 중앙부의 1 부위 및 둘레 가장자리부의 10 부위의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8 중, 횡축은 웨이퍼 보트(16)에 있어서의 웨이퍼 위치를 나타내고, 제1 종축은 웨이퍼 온도[℃]를 나타내고, 제2 종축은 히터(90)에 공급되는 전력[％]을 나타낸다. 도 8에서는, 웨이퍼 보트(16)의 최상단의 위치를 웨이퍼 위치 「1」로 나타내고, 최하단의 위치를 웨이퍼 위치 「115」로 나타낸다. 또한, 도 8 중, 웨이퍼(W)의 중앙부(O)의 측정 결과를 실선으로 나타내고, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(A∼J)의 측정 결과를 파선으로 나타내고, 히터(90)에 공급되는 전력을 일점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 질소 가스는 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(F)측으로부터 공급하였다.
또한, 비교를 위해, 열 처리 장치(1A)를 이용하여, 처리 용기(10) 내에 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 수용하고, 웨이퍼(W)의 온도가 240℃가 되도록 히터(90a∼90g)에 공급되는 전력을 제어하여, 히터(90a∼90g)의 발열량을 조정하였다. 또한, 가열기(66c)를 오프로 하고, 배관 히터(66d)의 설정 온도를 100℃로 조정하여, 1개의 가스 공급관(66)으로부터 처리 용기(10) 내에 40 slm의 유량으로 질소 가스를 공급하였다.
계속해서, 웨이퍼 보트(16)에 유지된 복수의 웨이퍼(W)의 일부의 웨이퍼(W)에 대해서, 각각 중앙부의 1 부위 및 둘레 가장자리부의 10 부위의 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9 중, 횡축은 웨이퍼 보트(16)에 있어서의 웨이퍼 위치를 나타내고, 제1 종축은 웨이퍼 온도[℃]를 나타내고, 제2 종축은 히터(90)에 공급되는 전력[％]을 나타낸다. 도 9에서는, 웨이퍼 보트(16)의 최상단의 위치를 웨이퍼 위치 「1」로 나타내고, 최하단의 위치를 웨이퍼 위치 「115」로 나타낸다. 또한, 도 9 중, 웨이퍼(W)의 중앙부(O)의 측정 결과를 실선으로 나타내고, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(A∼J)의 측정 결과를 파선으로 나타내고, 히터(90)에 공급되는 전력을 일점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 질소 가스는 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부(F)측으로부터 공급하였다.
도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 2개의 가스 공급관(66-1, 66-2)으로부터 처리 용기(10) 내에 질소 가스를 공급한 경우, 1개의 가스 공급관(66)으로부터 처리 용기(10) 내에 질소 가스를 공급한 경우보다, 웨이퍼 온도의 면내 균일성 및 면간 균일성이 향상하였다.
이상의 결과로부터, 제2 실시형태의 성막 방법에 따르면, 대유량 프로세스에 있어서의 온도 균일성을 개선할 수 있다고 할 수 있다.
〔제3 실시형태〕
(열 처리 장치)
제3 실시형태의 열 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 10은 제3 실시형태의 열 처리 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 11은 도 10의 열 처리 장치에 있어서의 가스 공급관의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10에서는, 설명의 편의상, 가스 공급관(62, 64)의 도시를 생략하고 있다.
제3 실시형태의 열 처리 장치(1C)는, 퍼지 가스를 공급하는 노즐이 3개의 다른 길이의 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에 의해 형성되어 있는 점에서, 제1 실시형태의 열 처리 장치(1A)와 다르다. 또한, 그 외의 점에 대해서는, 제1 실시형태의 열 처리 장치(1A)와 동일하기 때문에, 다른 점을 중심으로 설명한다.
가스 공급부(60C)는, 매니폴드(30)에 마련되어 있고, 내관(12) 내에 처리 가스, 퍼지 가스 등의 정해진 가스를 공급한다. 가스 공급부(60C)는, 동일한 길이의 석영제의 가스 공급관(62, 64)과, 서로 다른 길이의 석영제의 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)을 가지고 있다. 각 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)은, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련되며, 그 기단부가 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(30)를 관통하도록 하여 지지되어 있다. 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 내관(12)의 노즐 수용부(18) 내에 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(62, 64)에 대해서는, 제1 실시형태와 동일한 구성이다.
각 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에는, 내관(12) 내의 상부에 있어서, 그 길이 방향을 따라 정해진 간격으로 복수의 가스 구멍(66-3a, 66-4a, 66-5a)이 형성되어 있다. 각 가스 구멍(66-3a, 66-4a, 66-5a)은, 수평 방향으로 가스를 토출한다. 이와 같이, 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에 의해, 내관(12) 내의 상부, 중앙부, 하부에 각각 독립적으로 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다. 정해진 간격은, 예컨대 웨이퍼 보트(16)에 지지되는 웨이퍼(W)의 간격과 동일해지도록 설정된다. 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스 구멍(66-3a, 66-4a, 66-5a)이 상하 방향에 인접하는 웨이퍼(W) 사이의 중간에 위치하도록 설정되어 있어, 각 가스를 웨이퍼(W) 사이의 공간에 효율적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 일례로서는, 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)은 퍼지 가스를 공급하는 노즐이다. 퍼지 가스로서는, 예컨대 불활성 가스를 들 수 있다.
가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에는, 각각 가스 배관(66-3b, 66-4b, 66-5b)을 통해 퍼지 가스가 공급된다.
가스 배관(66-3b, 66-4b, 66-5b)에는, 각각 밸브(도시하지 않음), 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음), 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c) 및 배관 히터(66-3d, 66-4d, 66-5d)가 마련되어 있다.
가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)는, 각각 가스 배관(66-3b, 66-4b, 66-5b)을 흐르는 가스를 가열한다. 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)의 설정 온도는, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
배관 히터(66-3d, 66-4d, 66-5d)는, 각각 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)에 의해 가열된 가스가 가스 배관(66-3b, 66-4b, 66-5b)을 흐를 때에 온도 저하하는 것을 억제한다. 배관 히터(66-3d, 66-4d, 66-5d)의 설정 온도는, 예컨대 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)의 설정 온도와 동일하여도 좋고, 예컨대 100℃∼200℃여도 좋다.
(성막 방법)
열 처리 장치(1C)에 의한 성막 방법의 일례로서, ALD법에 따라, 웨이퍼(W) 위에 실리콘 질화막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 승강부(46)에 의해 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(38)에 의해 처리 용기(10)의 하단부의 개구를 기밀하게 막아 밀폐한다. 계속해서, 배기부(74)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력이 정해진 압력이 되도록 진공 처리를 행하고, 히터(90)에 의해 처리 용기(10) 내의 웨이퍼(W)를 가열하여, 웨이퍼 보트(16)를 회전시킨다.
계속해서, 가스 공급관(62)으로부터의 실리콘 함유 가스, 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)으로부터의 불활성 가스, 가스 공급관(64)으로부터의 질화 가스 및 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)으로부터의 불활성 가스를 이 순서로 간헐적으로 공급한다. 이에 의해, 가장 먼저 실리콘 함유 가스를 공급하는 단계에서 웨이퍼(W) 상에 실리콘 함유 가스가 흡착되고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계에서 여분의 실리콘 함유 가스가 퍼지된다. 그리고, 다음의 질화 가스를 공급하는 단계에서 공급된 질화 가스를 실리콘 함유 가스와 반응시키고, 다음의 불활성 가스를 공급하는 단계에 의해 여분의 질화 가스가 퍼지되어, 거의 단분자층인 얇은 단위막이 형성된다. 이 일련의 사이클을 정해진 횟수 행하여, 원하는 막 두께의 실리콘 질화막을 형성한다.
이와 같이 ALD법에 있어서는, 단시간에 처리 용기(10) 내에 실리콘 함유 가스와 질화 가스를 퍼지 가스를 사이에 끼워 교대로 공급한다. 그 때문에, 정해진 시간 내에 정해진 양의 가스를 공급하기 위해서는, 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)으로부터 대유량(예컨대, 10 slm 이상)의 가스를 공급할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 열 처리 장치(1C)에서는, 복수의 가스 구멍(62a, 64a, 66-3a, 66-4a, 66-5a)으로부터 수평 방향으로 각 가스가 방출되기 때문에, 웨이퍼(W)에는 둘레 가장자리측으로부터 가스가 공급되어, 웨이퍼(W) 상을 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 가스가 흐른다. 그 때문에, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 가스 구멍(62a, 64a, 66-3a, 66-4a, 66-5a)으로부터 방출되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않으면, 그 가스에 의해 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부 사이에 온도차가 생겨, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 악화한다.
또한, 열 처리 장치(1C)에서는, 내관(12) 내에 그 길이 방향을 따라 마련된 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5) 내를 하방으로부터 상방을 향하여 가스가 흐른다. 이때, 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)에 공급되는 가스가 충분히 가열되어 있지 않은 경우, 그 가스가 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)을 흐를 때에 히터(90)에 의해 가열된다. 그리고, 처리 용기(10) 내의 하방의 존에 공급되는 가스의 온도가 처리 용기(10) 내의 상방의 존에 공급되는 가스의 온도보다 낮아진다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 악화한다. 또한, 이 온도차는, 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)으로부터 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스의 유량이 커질수록 증대한다.
그래서, 제3 실시형태에서는, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우, 그 가스를 가열기(62c, 64c, 66-3c, 66-4c, 66-5c) 및 배관 히터(62d, 64d, 66-3d, 66-4d, 66-5d)에 의해 정해진 온도로 가열한다. 이에 의해, 대유량의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 경우라도, 충분히 가열된 가스가 처리 용기(10) 내에 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 향상한다. 또한, 처리 용기(10) 내의 하방의 존과 상방의 존에 공급되는 가스의 온도차가 작아지기 때문에, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 향상한다.
특히, 제3 실시형태에서는, 대유량으로 공급되는 경우가 많은 퍼지 가스가, 3개의 다른 길이의 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에 의해 처리 용기(10) 내에 동시에 공급된다. 그 때문에, 동일한 유량의 퍼지 가스를 1개의 가스 공급관(66)으로부터 공급하는 경우와 비교하여, 퍼지 가스가 가열되기 쉽다. 그 결과, 웨이퍼 온도의 면내 균일성 및 면간 균일성이 보다 향상한다.
또한, 제3 실시형태에서는, 3개의 다른 길이의 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)의 각각에 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)가 마련되어 있다. 이에 의해, 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c)의 설정 온도를 제어함으로써, 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)의 각각에 공급되는 가스의 온도를 조정할 수 있다. 예컨대, 최하 위치의 가스 공급관(66-5)에 공급되는 퍼지 가스의 온도가, 중앙 위치의 가스 공급관(66-4)에 공급되는 가스의 온도보다 높아지도록 조정한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내에 있어서 가열되기 어려운 내관(12)의 하부에 공급되는 가스의 온도를, 내관(12)의 중앙부에 공급되는 가스의 온도보다 미리 높게 설정할 수 있다. 또한, 예컨대, 중앙 위치의 가스 공급관(66-4)에 공급되는 퍼지 가스의 온도가, 최상 위치의 가스 공급관(66-3)에 공급되는 가스의 온도보다 높아지도록 조정한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내에 있어서 가열되기 어려운 내관(12)의 중앙부에 공급되는 가스의 온도를, 내관(12)의 상부에 공급되는 가스의 온도보다 미리 높게 설정할 수 있다. 그 결과, 내관(12)의 상부, 중앙부 및 하부의 각각에 공급되는 퍼지 가스의 온도차가 작아져, 웨이퍼 온도의 면간 균일성이 향상한다.
또한, ALD법에 있어서는, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 제1 반응 가스나 제2 반응 가스를 단시간에 퍼지하기 위해, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스와 비교하여 퍼지 가스가 대유량으로 공급되는 경우가 많다. 그 때문에, 퍼지 가스에 대해서는 가열기(66-3c, 66-4c, 66-5c) 및 배관 히터(66-3d, 66-4d, 66-5d)에 의해 가열하고, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스에 대해서는 배관 히터(62d, 64d)에 의해서만 가열하여도 좋다. 또한, 가스 공급관(62, 64, 66-3, 66-4, 66-5)과 가열기(62c, 64c, 66-3c, 66-4c, 66-5c) 사이의 거리가 짧은 경우에는, 배관 히터(62d, 64d, 66-3d, 66-4d, 66-5d)를 마련하지 않아도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 성막 방법의 일례로서 ALD법을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 CVD법에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 3개의 다른 길이의 가스 공급관(66-3, 66-4, 66-5)에 의해 퍼지 가스를 공급하는 경우를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 2개의 다른 길이의 가스 공급관이나, 4개 이상이 다른 길이의 가스 공급관에 의해 퍼지 가스를 공급하여도 좋다. 또한, 제1 반응 가스나 제2 반응 가스를 복수개의 길이가 다른 가스 공급관에 의해 공급하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 히터(90)는 제1 가열기의 일례이고, 가열기(62c, 64c, 66c, 66-1c, 66-2c, 66-3c, 66-4c, 66-5c)는 제2 가열기의 일례이다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 취지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 기판이 반도체 웨이퍼인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 기판은 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)용의 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용의 기판이어도 좋다.

Claims (10)

  1. 열 처리 장치에 있어서,
    복수의 기판을 다단으로 수용하여 처리하는 감압 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 제1 가열기와,
    상기 처리 용기 내에 있어서의 높이가 다른 위치에 가스를 공급하는 복수의 가스 공급관과,
    상기 복수의 가스 공급관 중 최하 위치에 가스를 공급하는 가스 공급관에 마련되어, 상기 가스를 가열하는 제2 가열기
    를 포함하는, 열 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 공급관 중 2개 이상에 상기 제2 가열기가 마련되어 있는 것인, 열 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가스 공급관은 동일한 가스를 공급하도록 구성되어 있는 것인, 열 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 퍼지 가스인 것인, 열 처리 장치.
  5. 기판을 수용한 처리 용기 내에 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 퍼지 가스를 사이에 끼워 교대로 공급함으로써, 상기 기판 위에 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응 생성물을 퇴적시키는 성막 방법으로서,
    상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스, 및 상기 퍼지 가스 중 적어도 하나의 가스를 공급할 때에 상기 가스를 가열하여 공급하는 것인, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스를 복수의 가스 공급관으로부터 상기 처리 용기 내에 동시에 공급하는 것인, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에는 복수의 기판이 다단으로 수용되어 있고,
    상기 복수의 가스 공급관은 각각 상기 처리 용기 내에 있어서의 높이가 다른 위치에 가스를 공급하는 것인, 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 가스 공급관 중 하나의 가스 공급관으로부터 공급되는 상기 가스의 온도는, 상기 하나의 가스 공급관보다 상방의 위치에 상기 가스를 공급하는 다른 가스 공급관으로부터 공급되는 상기 가스의 온도보다 높은 것인, 성막 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스, 및 상기 퍼지 가스 중 적어도 하나의 가스는 상기 퍼지 가스인 것인, 성막 방법.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반응 가스는 질화 가스 또는 산화 가스이고,
    상기 제1 반응 가스, 상기 제2 반응 가스, 및 상기 퍼지 가스 중 적어도 하나의 가스는 상기 제2 반응 가스인 것인, 성막 방법.
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