KR20200121771A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제한다.
기판 처리 장치(1)는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지되는 보트(21); 보트(21)를 수용하는 원통 형상의 반응관(4); 반응관(4)의 상방 및 측방을 둘러싸는 처리로(2); 처리로(2)에 설치되고 반응관(4)의 측부를 가열하는 히터(3); 처리로(2)에 설치되고 반응관(4)의 천장(74)을 히터(3)와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터(80); 및 반응관(4)의 내부이자 보트(21)의 하방에 배치되고 히터(3) 및 천장 히터(80)와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터(34);를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정에서의 기판(웨이퍼)의 열처리에서는 예컨대 종형(縱型) 기판 처리 장치가 사용되고 있다. 종형 기판 처리 장치에서는 기판 보지구(保持具)에 의해 복수의 기판을 수직 방향으로 배열하여 보지하고, 기판 보지구를 처리실 내에 반입한다. 그 후 처리실을 가열한 상태에서 처리실 내에 처리 가스를 도입하여 기판에 대하여 박막 형성 처리가 수행된다.
하기 특허문헌 1에는 기판 보지구의 상부와 저부(底部) 주변의 표면적을 증대시키는 가스 분포 조정 수단에 의해 처리 가스의 소비량을 기판 보지구의 상하 방향 중앙부와 맞추고, 기판 사이에서의 막 두께 균일성을 향상시키도록 한 종형 기판 처리 장치가 개시된다. 가스 분포 조정 수단으로서 (1) 기판 보지구의 상부와 저부에 제품 기판보다 패턴 배율이 높은 패턴 더미를 배치하는 예, (2) 반응관의 내면의 상방(上方) 영역과 하방(下方) 영역에 샌드 블라스트에 의해 요철(凹凸)을 형성하는 예, (3) 기판 보지구의 천판(天板)과 저판(底板)에 샌드 블라스트에 의해 요철을 형성하는 예가 개시된다.
1. 일본 특개 2015-173154호 공보
하지만 상기 특허문헌 1에서는 처리 표면적이 지극히 큰 기판(웨이퍼)을 처리할 때에 패턴 더미와 가까운 위치에 배치된 상단부 및 하단부의 기판과 다른 기판 사이에서 막 두께 균일성이 악화될 가능성이 있어 개선의 여지가 있다. 특히 기판 영역의 상단부 및 하단부에서 급격하게 막 두께 균일성이 악화되는 것을 로딩 이펙트라고 부른다. 이것이 발생하는 것에 의해 제품으로서 취출(取出)되는 기판의 매수가 줄어 생산성이 저하된다.
본 발명은 상기 사실을 고려하여, 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 얻는 것이 목적이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지(保持)되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지되는 기판 보지구; 하방(下方)에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구(開口)와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 원통 형상의 반응관; 상기 반응관의 상방(上方) 및 측방(側方)을 둘러싸는 노체(爐體); 상기 노체에 설치되고 상기 반응관의 측부를 가열하는 메인 히터; 상기 노체에 설치되고 상기 천장을 상기 메인 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터; 상기 개구를 폐색(閉塞)하는 덮개; 상기 반응관의 내부이자 상기 기판 보지구의 하방에 배치되고, 상기 메인 히터 및 상기 천장 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터; 상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체; 상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼의 각각의 표측에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구; 상기 반응관의 천장부의 외벽에 설치되고, 상기 반응관 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서; 및 상기 기판 보지구에 보지된 상기 프로덕트 웨이퍼의 단(端) 또는 그 상방의 공간을 향하도록 개구하고 반응관 내의 분위기를 배기하는 주 배기구를 구비하고, 상기 천장 히터는 상기 상단 공간 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 통전량이 조정되고, 상기 주 배기구는 상기 기판 보지구에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 상기 프로덕트 웨이퍼와, 상기 기판 보지구의 저판 또는 상기 단열 구조체의 상기 상면으로 개재된 하단 공간을 향하는 슬릿 개구를 포함하고, 상기 기판 보지구에 기판을 보지 가능한 위치에 상기 프로덕트 웨이퍼를 보지한 상태에서 상기 가스 공급 기구로부터 기상(氣相) 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 상기 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종의 분압이 상기 기판을 보지 가능한 위치에서 균일해지는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 보지구의 상하 방향에 복수 배열된 기판에 형성되는 막의 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 2는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 단열 어셈블리의 종단면도(縱斷面圖).
도 3은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면을 포함하는 사시도.
도 4는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면도.
도 5는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 저면도(底面圖).
도 6은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 컨트롤러의 구성도.
도 7은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치 전체에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때와, 비교예의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치의 프로덕트 웨이퍼의 상방과 하방에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.
도 8은 제1 실시 형태의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치 전체에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때의 반응관의 내부에서의 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 10은 비교예의 기판 처리 장치에서 보트의 보지 위치에 보지된 프로덕트 웨이퍼의 상방과 하방에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의 웨이퍼의 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과를 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 도면에 도시하는 UP는 장치 상하 방향의 상방을 나타낸다.
〔제1 실시 형태〕
도 1 내지 도 8을 이용하여 제1 실시 형태의 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다.
<기판 처리 장치의 전체구성>
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(1)는 반도체 집적 회로의 제조에서의 열처리 공정을 실시하는 종형 열처리 장치로서 구성되고, 노체로서의 처리로(2)를 구비한다. 처리로(2)는 후술하는 반응관(4)의 통부(筒部)를 가열하기 위해서 상하 방향을 따라 배치된 메인 히터로서의 히터(3)를 포함한다. 히터(3)는 원통 형상이며, 후술하는 반응관(4)의 통부(본 실시 형태에서는 측부)의 주위에 상하 방향을 따라 배치된다. 히터(3)는 상하 방향에 복수에 분할된 복수의 히터 유닛으로 구성된다. 본 실시 형태에서는 히터(3)는 상방으로부터 하방을 향하여 순서대로 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)를 구비한다. 히터(3)는 보지판으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 기판 처리 장치(1)의 설치 바닥에 대하여 수직으로 설치된다.
어퍼 히터(3A)와, 센터 어퍼 히터(3B)와, 센터 히터(3C)와, 센터 로어 히터(3D)와, 로어 히터(3E)는 전력 조정기(70)에 각각 전기적으로 접속된다. 전력 조정기(70)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 각 히터로의 통전량을 제어하는 온도 컨트롤러로서의 기능을 가진다. 컨트롤러(29)로 전력 조정기(70)의 통전량이 제어되는 것에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)의 온도가 각각 제어된다. 히터(3)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(3)의 내측에 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(4)이 배설(配設)된다. 반응관(4)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(4)은 하단의 플랜지부(4C)에서 서로 결합한 외관(4A)과 내관(4B)을 포함하는 이중관 구조로 이루어진다. 바꿔 말하면, 외관(4A)과 내관(4B)은 각각 원통 형상으로 형성되고, 외관(4A)의 내부에 내관(4B)이 배치된다. 외관(4A)에는 상단이 닫힌 천장부(72)가 설치된다. 또한 내관(4B)에는 상단이 닫힌 천장(74)이 설치되고, 내관(4B)의 하단은 개구된다. 천장(74)은 내면이 평탄한 형상으로 이루어진다. 외관(4A)은 내관(4B)의 상방 및 측방을 둘러싸도록 배치된다.
외관(4A)의 하부에는 플랜지부(4C)가 설치된다. 플랜지부(4C)는 외관(4A)보다 큰 외경을 포함하고, 외측에 돌출한다. 반응관(4)의 하단 부근에는 외관(4A) 내와 연통하는 배기 포트(4D)가 설치된다. 이들을 포함하는 반응관(4) 전체는 단일 재료로 일체적으로 형성된다. 외관(4A)은 내측을 진공으로 했을 때의 압력 차이에 버틸 수 있도록 비교적 두께가 두껍게 구성된다.
처리로(2)는 히터(3)의 상부측에 외관(4A)의 천장부(72)의 사선 상방측 및 상방측을 피복하도록 배치된 측부 단열체(76) 및 상부 단열체(78)를 포함한다. 일례로서 원통 형상의 측부 단열체(76)가 히터(3)의 상부에 설치되고, 상부 단열체(78)가 측부 단열체(76)에 가설(架設)된 상태에서 측부 단열체(76)에 고정된다. 이에 의해 처리로(2)는 반응관(4)의 상방 및 측방을 둘러싸는 구성으로 이루어진다.
외관(4A)의 천장부(72)의 상방측이자 상부 단열체(78) 하벽부(下壁部)에는 반응관(4)의 외관(4A)의 천장부(72) 및 내관(4B)의 천장(74)을 가열하는 천장 히터(80)가 설치된다. 본 실시 형태에서는 천장 히터(80)는 외관(4A)의 외측에 설치된다. 천장 히터(80)는 전력 조정기(70)에 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 천장 히터(80)로의 통전량을 제어한다. 이에 의해 천장 히터(80)의 온도는 어퍼 히터(3A)와, 센터 어퍼 히터(3B)와, 센터 히터(3C)와, 센터 로어 히터(3D)와, 로어 히터(3E)의 온도와는 독립적으로 제어된다.
매니폴드(5)는 원통 또는 원추대 형상으로 금속제 또는 석영제이며, 반응관(4)의 하단을 지지하도록 설치된다. 매니폴드(5)의 내경은 반응관(4)의 내경[플랜지부(4C)의 내경]보다 크게 형성된다. 이에 의해 반응관(4)의 하단[플랜지부(4C)]과 후술하는 씰 캡(19) 사이에 후술하는 원환 형상의 공간을 형성된다. 이 공간 또는 그 주변의 부재를 노구부라고 총칭한다.
내관(4B)은 배기 포트(4D)보다 반응관의 안측이며, 그 측면에서 내측과 외측을 연통시키는 주 배기구(4E)를 포함하고, 또한 주 배기구(4E)와 반대 위치에서 공급 슬릿(4F)을 포함한다. 주 배기구(4E)는 기판으로서의 웨이퍼(7)가 배치되는 영역에 대하여 개구되는 단일의 세로로 긴 개구로 해도 좋고, 원주 방향으로 연장된 복수의 슬릿으로 해도 좋다(도 1 참조). 공급 슬릿(4F)은 원주 방향으로 연장된 슬릿이며, 각 웨이퍼(7)에 대응하도록 수직 방향에 복수 배열되어 설치된다.
내관(4B)은 배기 포트(4D)보다 반응관(4)의 안측이며, 또한 주 배기구(4E)보다 개구측의 위치에 처리실(6)과 배기 공간(S)[이후, 외관(4A)과 내관(4B) 사이의 공간을 배기 공간(S)이라고 부른다.]을 연통시키는 복수의 부 배기구(4G)가 더 설치된다. 또한 플랜지부(4C)에도 처리실(6)과 배기 공간(S) 하단을 연통시키는 복수의 저 배기구(4H, 4J)(도 5 참조)가 형성된다. 또한 플랜지부(4C)에는 노즐 도입공(4K)(도 5 참조)이 형성된다. 바꿔 말하면, 배기 공간(S)의 하단은 플랜지부(4C)에 의해 저 배기구(4H, 4J) 등을 제외하고 폐색된다. 부 배기구(4G) 및 저 배기구(4H, 4J)는 주로 후술하는 축 퍼지 가스를 배기하도록 기능한다.
외관(4A)과 내관(4B) 사이의 배기 공간(S)에는 공급 슬릿(4F)의 위치에 대응시켜서 원료 가스 등의 처리 가스를 공급하는 1개 이상의 노즐(8)이 설치된다. 노즐(8)에는 처리 가스(원료 가스)를 공급하는 가스 공급관(9)이 매니폴드(5)를 관통하여 각각 접속된다.
각각의 가스 공급관(9)의 유로 상에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(10) 및 개폐 밸브인 밸브(11)가 설치된다. 밸브(11)보다 하류측에서는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(12)이 가스 공급관(9)에 접속된다. 가스 공급관(12)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(13) 및 밸브(14)가 설치된다. 주로 가스 공급관(9), MFC(10), 밸브(11)에 의해 처리 가스 공급계인 가스 공급 기구가 구성된다.
노즐(8)은 가스 공급 공간(S1) 내에 반응관(4)의 하부로부터 상승[立上]하도록 설치된다. 노즐(8)의 측면이나 상단에는 가스를 공급하는 1개 내지 복수의 노즐 공(8H)이 설치된다. 복수의 노즐 공(8H)은 공급 슬릿(4F)의 각각의 개구에 대응시켜서 반응관(4)의 중심을 향하도록 개구시키는 것에 의해 내관(4B)을 통과하고 웨이퍼(7)를 향하여 가스를 분사할 수 있다.
배기 포트(4D)에는 처리실(6) 내의 분위기를 배기하는 배기관(15)이 접속된다. 배기관(15)에는 처리실(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력계)로서의 압력 센서(16) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Automatic Pressure Controller) 밸브(17)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(18)가 접속된다. APC 밸브(17)는 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(6) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있다. 또한 APC 밸브(17)는 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(16)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(6) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(15), APC 밸브(17), 압력 센서(16)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(18)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(5)의 하방에는 매니폴드(5)의 하단의 개구(90)를 기밀하게 폐색 가능한 덮개로서의 씰 캡(19)이 설치된다. 즉 씰 캡(19)은 반응관(4)의 외관(4A)을 폐색하는 덮개로서의 기능을 가진다. 씰 캡(19)은 예컨대 스텐레스나 니켈기(基) 합금 등의 금속으로 이루어지고, 원판 형상으로 형성된다. 씰 캡(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(19A)이 설치된다.
또한 씰 캡(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단 내주보다 내측 부분에 대하여, 씰 캡(19)을 보호하는 커버 플레이트(20)가 설치된다. 커버 플레이트(20)는 예컨대 석영, 사파이어, 또는 SiC 등의 내열 내식성 재료로 이루어지고, 원판 형상으로 형성된다. 커버 플레이트(20)는 기계적 강도가 요구되지 않기 때문에 얇은 두께로 형성될 수 있다. 커버 플레이트(20)는 씰 캡(19)과 독립적으로 준비되는 부품에 한정되지 않고, 씰 캡(19)의 내면에 코팅된 또는 내면이 개질된, 공화물 등의 박막 또는 층이어도 좋다. 커버 플레이트(20)는 또한 원주의 연(緣)부터 매니폴드(5)의 내면을 따라 상승하는 벽을 포함해도 좋다.
반응관(4)의 내관(4B)의 내부에는 기판 보지구로서의 보트(21)가 수용된다. 보트(21)는 직립(直立)된 복수의 지주(21A)와, 복수의 지주(21A)의 상단을 서로 고정하는 원판 형상의 보트 천판(21B)을 구비한다. 또한 보트(21)는 복수의 지주(21A)의 하단부를 서로 고정하는 원환 형상[圓環狀]의 저판(86)을 구비한다(도 2 참조). 여기서 보트 천판(21B)은 천판의 일례다. 또한 본 실시 형태에서는 보트(21)는 복수의 지주(21A)의 하단부에 원환 형상의 저판(86)을 구비하지만, 이것을 대신하여 원판 형상의 저판을 설치해도 좋다.
보트(21)는 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(7)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지한다. 거기서는 웨이퍼(7)는 일정한 간격을 두고 배열시킨다. 보트(21)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 형성된다.
본 실시 형태에서는 보트(21)에 보지된 모든 웨이퍼(7)는 집적 회로 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼로 이루어진다. 바꿔 말하면, 보트(21)에는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지된다. 웨이퍼(7)를 보지 가능한 위치의 수는 FOUP(Front Opening Unified Pod) 등의 웨이퍼 용기의 수용 가능 수(예컨대 25매)의 정수배로 하면, 웨이퍼 용기로부터 보트(21)로의 이재를 포함하는 기판 처리의 효율을 최대화할 수 있다. 프로덕트 웨이퍼는 예컨대 패턴이 없는 기판(더미 웨이퍼)에 대하여 표측에 50배를 넘는 소정의 비표면적(比表面積) 패턴을 가진다.
반응관(4)의 내관(4B)은 보트(21)를 안전하게 반입반출 가능한 최소한의 내경을 가지는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 예컨대 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 보트(21)에 보지된 웨이퍼(7) 사이의 갭은 예컨대 6mm 이상 16mm 이하로 설정된다. 여기서 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하가 바람직하고, 92% 이상 97% 이하가 보다 바람직하고, 94% 이상 96% 이하가 보다 더 바람직하다. 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 90% 이상으로 설정되는 것에 의해 보트 천판(21B)의 주연과 내관(4B)과의 극간을 좁힐 수 있고, 확산에 의한 가스 이동[특히 보트 천판(21B) 상으로부터 웨이퍼(7)측에 후술하는 잉여 SiCl2이 유입되는 것]을 억제할 수 있다. 또한 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 98% 이하로 설정되는 것에 의해 보트(21)를 내관(4B)에서 안전하게 반입출할 수 있다. 또한 웨이퍼(7) 사이의 갭은 6mm 이상 16mm 이하가 바람직하고, 7mm 이상 14mm 이하가 보다 바람직하고, 8mm 이상 12mm 이하가 보다 더 바람직하다. 웨이퍼(7) 사이의 갭이 6mm 이상으로 설정되는 것에 의해 인접하는 웨이퍼(7) 사이에 가스가 원활하게 흐른다. 또한 웨이퍼(7) 사이의 갭이 16mm 이하로 설정되는 것에 의해 보다 많은 웨이퍼(7)를 처리할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 보트 천판(21B)에 의해 다른 것과 구분된, 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된다. 여기서 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 바람직하고, 1배 이상 2.5배 이하가 보다 바람직하고, 1배 이상 2배 이하가 보다 더 바람직하다. 즉 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 작을수록 바람직하다. 단, 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐르는 것이 요구된다. 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 3배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 잔여의 절대량이 적어진다. 또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.
보트(21)의 하부에는 후술하는 단열 어셈블리(단열 구조체)(22)가 배설된다. 단열 어셈블리(22)는 상하 방향의 열의 전도 또는 전달이 작아질 수 있는 구조를 가지고, 통상적으로는 내부에 공동(空洞)을 포함한다. 내부는 축 퍼지 가스에 의해 퍼지될 수 있다. 반응관(4)에서 보트(21)가 배치되는 상 부분을 웨이퍼(7)의 처리 영역(A), 단열 어셈블리(22)가 배치되는 하 부분을 단열 영역(B)이라고 부른다.
씰 캡(19)의 처리실(6)과 반대측에는 보트(21)를 회전시키는 회전 기구(23)가 설치된다. 회전 기구(23)에는 축 퍼지 가스의 가스 공급관(24)이 접속된다. 가스 공급관(24)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(25) 및 밸브(26)가 설치된다. 이 퍼지 가스의 하나의 목적은 회전 기구(23)의 내부(예컨대 축받이)를 처리실(6) 내에서 이용되는 부식성 가스등으로부터 지키는 것이다. 퍼지 가스는 회전 기구(23)로부터 회전축(66)을 따라 공급되고, 단열 어셈블리(22) 내에 인도된다.
보트 엘리베이터(27)는 반응관(4)의 외부 하방에 수직으로 구비되고, 씰 캡(19)을 승강시키는 승강 기구(반송 기구)로서 동작한다. 이에 의해 씰 캡(19)에 지지된 보트(21) 및 웨이퍼(7)가 처리실(6) 내외로 반입출된다. 또한 씰 캡(19)이 최하 위치로 하강되는 동안, 씰 캡(19) 대신에 반응관(4)의 하단 개구를 폐색하는 셔터(미도시)가 설치될 수 있다.
외관(4A)의 측부의 외벽 또는 내관(4B)의 내측에는 반응관(4)의 내부의 온도를 검출하는 처리 공간 온도 센서로서의 온도 센서(온도 검출기)(28)가 설치된다. 온도 센서(28)는 예컨대 상하로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만, 온도 센서(28)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(28)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)로의 통전량을 각각 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
또한 외관(4A)의 천장부(72)의 외벽에는 반응관(4) 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서로서의 온도 센서(온도 검출기)(82)가 설치된다. 온도 센서(82)는 예컨대 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만, 온도 센서(82)는 컨트롤러(29)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(82)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 천장 히터(80)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 상부의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
컨트롤러(29)는 기판 처리 장치(1) 전체를 제어하는 컴퓨터이며, MFC(10, 13), 밸브(11, 14), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등과 전기적으로 접속되고, 그것들로부터 신호를 수취하거나 그것들을 제어한다.
도 2에 단열 어셈블리(22) 및 회전 기구(23)의 단면도가 도시된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 회전 기구(23)는 상단이 개구되고 하단이 폐색된 생략 원통 형상으로 형성된 케이싱(바디)(23A)을 구비하고, 케이싱(23A)은 씰 캡(19)의 하면에 볼트로 고정된다. 케이싱(23A)의 내부에서는 내측으로부터 순서대로 원통 형상의 내축(23B)과, 내축(23B)의 지름보다 큰 지름의 원통 형상으로 형성된 외축(23C)이 같은 축에 설치된다. 그리고 외축(23C)은 내축(23B) 사이에 개설(介設)된 상하로 한 쌍의 내측 베어링(23D, 23E)과, 케이싱(23A) 사이에 개설된 상하로 한 쌍의 외측 베어링(23F, 23G)에 의해 회전 가능하도록 지승(支承)된다. 한편, 내축(23B)은 케이싱(23A)과 고정되어 회전 불능하도록 이루어진다.
내측 베어링(23D) 및 외측 베어링(23F) 상, 즉 처리실(6)측에는 진공과 대기압의 공기를 격리하는 자성(磁性) 유체 씰(23H, 23I)이 설치된다. 외축(23C)은 전동 모터(미도시) 등에 의해 구동(驅動)되는 웜 휠 또는 풀리(23K)가 장착된다.
내축(23B)의 내측에는 처리실(6) 내에서 웨이퍼(7)를 하방으로부터 가열하는 보조 가열 기구로서의 서브 히터 지주(33)가 수직으로 삽입 및 관통된다. 서브 히터 지주(33)는 석영제의 파이프이며, 그 상단에서 캡 히터(34)를 동심으로 보지한다. 서브 히터 지주(33)는 내축(23B)의 상단 위치에서 내열 수지로 형성된 지지부(23N)에 의해 지지된다. 또한 하방에서 서브 히터 지주(33)는 진공용 이음새(23P)에 의해 내축(23B) 사이가 밀봉된다.
캡 히터(34)는 전력 조정기(70)에 전기적으로 접속된다(도 1 참조). 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)에 의해 캡 히터(34)로의 통전량을 제어한다(도 1 참조). 이에 의해 캡 히터(34)의 온도는 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)와 천장 히터(80)의 온도와는 독립적으로 제어된다.
플랜지 형상으로 형성된 외축(23C)의 상면에는 하단에 플랜지를 포함하는 원통 형상의 회전축(36)이 고정된다. 회전축(36)의 공동을 서브 히터 지주(33)가 관통한다. 회전축(36)의 상단부에는 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 관통공이 중심에 형성된 원판 형상의 회전대(37)가 커버 플레이트(20)와 소정의 간격(h1)을 두고 고정된다.
회전대(37)의 상면에는 단열체(40)를 보지하는 단열체 보지구(38)와, 원통부(39)가 동심으로 재치되고, 나사 등에 의해 고정된다. 원통부(39)는 상단부를 폐색하는 원판 형상의 상면으로서의 천판(39A)을 구비한다. 천판(39A)은 보트(21)의 하방측에 배치되고, 처리 영역(A)의 바닥을 구성한다(도 1 참조). 또한 보트(21)의 하단부를 고정하는 원환 형상의 저판(86)은 천판(39A)의 주위에서 천판(39A)에 감합(嵌合)된다. 단열 어셈블리(22)는 회전대(37), 단열체 보지구(38), 원통부(39) 및 단열체(40)에 의해 구성되고, 회전대(37)는 저판(받침대)을 구성한다. 회전대(37)에는 지름(폭)(h2)의 배기공(37A)이 주연(가장자리) 부근에 회전 대칭으로 복수 형성된다.
본 실시 형태에서는 보트(21)에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 단열체(40)의 상면의 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정된다. 여기서 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 바람직하고, 0.6배 이상 1.3배 이하 사이가 보다 바람직하고, 0.7배 이상 1.0배 이하가 보다 더 바람직하다. 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1.5배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 잔여의 절대량이 적어진다. 또한 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.
캡 히터(34)에는 캡 히터(34)의 온도 또는 최하단의 웨이퍼(7)의 온도를 검출하는 하단 공간 온도 센서로서의 온도 센서(84)가 설치된다. 온도 센서(84)는 예컨대 캡 히터(34)와 같은 높이로 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성된다. 도시를 생략하지만 온도 센서(84)는 컨트롤러(29)(도 1 참조)에 전기적으로 접속된다. 온도 센서(84)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하고, 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)(도 1 참조)에 의해 캡 히터(34)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 하부의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
컨트롤러(29)는 상단 공간의 온도 센서(82)와 처리 공간의 온도 센서(28)와 하단 공간의 온도 센서(84)의 검출 온도에 기초하여, 모든 위치에 보지된 복수의 웨이퍼(7)의 온도가 같아지도록, 전력 조정기(70)에 의해 어퍼 히터(3A)와 센터 어퍼 히터(3B)와 센터 히터(3C)와 센터 로어 히터(3D)와 로어 히터(3E)와 천장 히터(80)와 캡 히터(34)에 부여하는 전력(즉 통전량)을 조정한다. 즉 처리 영역(A) 전체를 균열화할 수 있다.
단열체 보지구(38)는 중심에 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 공동을 포함하는 원통 형상으로 구성된다. 단열체 보지구(38)의 하단에는 회전대(37)보다 작은 외경의 외향(外向) 플랜지 형상의 다리(38C)를 포함한다. 한편, 단열체 보지구(38)의 상단은 거기서부터 서브 히터 지주(33)가 돌출되도록 개구되고, 퍼지 가스의 공급구(38B)를 구성한다.
단열체 보지구(38)와 서브 히터 지주(33) 사이에 단열 어셈블리(22) 내의 상부에 축 퍼지 가스를 공급하는 원환 형상의 단면을 포함하는 유로가 형성된다. 공급구(38B)로부터 공급된 퍼지 가스는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)의 내벽 사이의 공간을 하향으로 흐르고, 배기공(37A)으로부터 원통부(39) 외로 배기된다. 배기공(37A)을 나온 축 퍼지 가스는 회전대(37)와 커버 플레이트(20) 사이의 극간을 반경 방향으로 흘러서 노구부에 방출되고, 거기서 노구부를 퍼지한다.
단열체 보지구(38)의 기둥에는 단열체(40)로서 복수의 반사판(40A)과 단열판(40B)이 같은 축에 설치된다.
원통부(39)는 내관(4B)과의 간극(h6)이 소정의 값이 될 수 있는 외경을 가진다. 간극(h6)은 처리 가스나 축 퍼지 가스의 누설을 억제하기 위해서 좁게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 7.5mm 내지 15mm으로 하는 것이 바람직하다.
도 3에 수평하게 절단된 반응관(4)의 사시도가 도시된다. 또한 도 3에서는 플랜지부(4C)는 생략된다. 도 3에 도시하는 바와 같이 내관(4B)에는 처리실(6) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급 슬릿(4F)이 세로 방향에 웨이퍼(7)(도 1 참조)와 같은 수, 가로 방향에 3개, 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 공급 슬릿(4F)의 가로 방향의 배열 사이나 양단의 위치에서 외관(4A)과 내관(4B) 사이의 배기 공간(S)을 구획하도록 세로 방향으로 연장된 칸막이 판(41)이 각각 설치된다. 복수의 칸막이 판(41)에 의해 주된 배기 공간(S)으로부터 분리된 구획은 노즐실(노즐 버퍼)(42)을 형성한다. 결과적으로 배기 공간(S)은 단면에서 C자형으로 형성된다. 노즐실(42)과 내관(4B) 내를 직접 연결하는 개구는 공급 슬릿(4F)만이다. 또한 노즐실(42)의 상단은 내관(4B)의 상단과 대략 같은 높이로 폐색된다.
칸막이 판(41)은 내관(4B)과는 연결되지만, 외관(4A)과 내관(4B)의 온도 차이에 기인하는 응력을 피하기 위해서 외관(4A)과는 연결시키지 않고 근소한 극간을 포함하도록 구성할 수 있다. 노즐실(42)은 배기 공간(S)으로부터 완전히 격리될 필요는 없고, 특히 상단이나 하단에서 배기 공간(S)과 통한 개구 또는 극간을 포함할 수 있다. 노즐실(42)은 그 외주측이 외관(4A)에 의해 구획되는 것에 한정되지 않고, 외관(4A)의 내면에 따른 칸막이 판을 별도로 설치해도 좋다.
내관(4B)에는 단열 어셈블리(22)의 측면을 향하여 개구하는 위치에 3개의 부 배기구(4G)가 설치된다. 부 배기구(4G) 중 1개는 배기 포트(4D)와 같은 방향에 설치되고, 그 개구의 적어도 일부가 배기 포트(4D)의 관과 중첩될 수 있는 높이로 배치된다. 또한 나머지 2개의 부 배기구(4G)는 노즐실(42)의 양측부 부근에 배치된다. 또는 3개의 부 배기구(4G)가 내관(4B)의 원주 상에서 180° 간격이 될 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이 3개의 노즐실(42)에는 노즐(8a 내지 8c)이 각각 설치된다. 노즐(8a 내지 8d)의 측면에는 반응관(4)의 중심 방향을 향하여 개구된 노즐 공(8H)이 각각 설치된다. 노즐 공(8H)으로부터 분출된 가스는 공급 슬릿(4F)으로부터 내관(4B) 내에 흐르도록 의도되지만, 일부의 가스는 직접 유입되지 않는다. 칸막이 판(41)에 의해 각 노즐(8a 내지 8c)은 각각 독립한 공간 내에 설치되기 때문에 각 노즐(8a 내지 8c)로부터 공급되는 처리 가스가 노즐실(42) 내에서 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 또한 노즐실(42)에 체류하는 가스는 노즐실(42)의 상단이나 하단으로부터 배기 공간(S)에 배출될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 노즐실(42) 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나 부생성물이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도 4에서만 노즐실(42)에 인접하는 배기 공간(S)에는 반응관의 축 방향(상하 방향)을 따라 임의로 설치될 수 있는 퍼지 노즐(8d)이 설치된다. 이후, 퍼지 노즐(8d)은 존재하지 않는 것으로서 설명한다.
도 5에 반응관(4)의 저면도가 도시된다. 도 5에 도시하는 바와 같이 플랜지부(4C)에는 배기 공간(S)(도 4 참조)과 플랜지 하방을 접속하는 개구로서 저 배기구(4H, 4J) 및 노즐 도입공(4K)이 설치된다. 저 배기구(4H)는 배기 포트(4D)에 가장 가까운 장소에 설치된 긴 구멍이며, 저 배기구(4J)는 C자형의 배기 공간(S)을 따라 6개소(箇所)에 설치된 작은 구멍이다. 노즐 도입공(4K)은 그 개구로부터 노즐(8a 내지 8c)(도 4 참조)이 삽입된다. 저 배기구(4J)는 후술하는 바와 같이 개구가 지나치게 크면, 그곳을 통과하는 축 퍼지 가스의 유속이 저하되고, 배기 공간(S)으로부터 원료 가스 등이 확산에 의해 노구부에 침입된다. 그렇기 때문에 중앙부의 지름을 작게 한(협착시킨) 구멍으로서 형성하는 경우가 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(29)는 MFC(10, 13, 25), 밸브(11, 14, 26), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되고, 그것들을 자동 제어한다. 또한 컨트롤러(29)는 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80), 캡 히터(34), 온도 센서(28), 온도 센서(82), 온도 센서(84) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되고, 그것들을 자동 제어한다. 도시를 생략하지만 컨트롤러(29)는 전력 조정기(70)를 개재하여 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80), 캡 히터(34)와 각각 전기적으로 접속된다.
컨트롤러(29)는 CPU(Central Processing Unit)(212), RAM(Random Access Memory)(214), 기억 장치(216), I/O 포트(218)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(214), 기억 장치(216), I/O 포트(218)는 내부 버스(220)를 개재하여 CPU(212)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. I/O 포트(218)는 전술한 각 구성에 접속된다. 컨트롤러(29)에는 예컨대 터치패널 등과의 입출력 장치(222)가 접속된다.
기억 장치(216)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(216) 내에는 기판 처리 장치(1)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 처리 조건을 따라 기판 처리 장치(1)의 각 구성에 성막 처리 등을 실행시키기 위한 프로그램(프로세스 레시피나 클리닝 레시피 등의 레시피)이 판독 가능하도록 격납된다. RAM(214)은 CPU(212)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
CPU(212)은 기억 장치(216)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등을 따라 기억 장치(216)로부터 레시피를 판독하고 레시피를 따르도록 각 구성을 제어한다.
컨트롤러(29)는 외부 기억 장치(224)[예컨대 USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, HDD]에 지속적으로 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(216)나 외부 기억 장치(224)는 컴퓨터 판독 가능한 유체인 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(224)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
<반도체 장치의 제조 방법>
다음으로 상기 기판 처리 장치(1)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(7) 위로 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 말한다)의 시퀀스예에 대해서 설명한다.
여기서는 노즐(8)을 2개 이상 설치하고, 예컨대 노즐(8a)로부터 제1 처리 가스(원료 가스)로서 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 즉 약칭은 HCDS) 가스를 공급하고, 노즐(8b)로부터 제2 처리 가스(원료 가스)로서 암모니아(NH3) 가스를 공급하여 웨이퍼(7) 상에 실리콘질화(SiN)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 제2 처리 가스(원료 가스)가 반응 가스인 경우도 있다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)의 각 구성의 동작은 컨트롤러(29)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 공정과, 처리실(6) 내로부터 HCDS 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 공정과, 처리실(6) 내로부터 NH3 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 소정 횟수(1회 이상) 반복하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 SiN막을 형성한다. 본 명세서에서는 이 성막 시퀀스를 편의상 다음과 같이 표기한다.
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
본 실시 형태에서는 결정(結晶) 중에 Si를 제공하는 SiCl2(활성종)이 표면에 흡착(화학흡착)하는 것에 의해 성막이 진행한다. HCDS로부터 SiCl2이 발생하는 화학 반응에는 이하의 (1), (2)을 포함하는 다양한 루트가 있으며, 경험적으로 적지 않게 (2)의 루트가 존재할 것으로 생각된다.
(1) Si2Cl6의 해리 흡착.
(2) 기상(氣相) 중에서 소정의 평형 조건
Si2Cl6 ⇔ SiCl2+SiCl4에 향하여 분해된 SiCl2이 흡착.
어떤 경우에도 SiCl2의 전구체의 농도(분압)이 SiCl2의 대량 소비에 따라 웨이퍼(7)의 표면 부근에서 저하된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
보트(21)에는 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지된다. 복수 매의 웨이퍼(7)가 보트(21)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 보트(21)는 보트 엘리베이터(27)에 의해 처리실(6) 내에 반입(보트 로드)된다. 이때 씰 캡(19)은 O링(19A)을 개재하여 매니폴드(5)의 하단을 기밀하게 폐색(씰)한 상태가 된다. 웨이퍼 차지하기 전의 스탠바이 상태로부터 밸브(26)를 열고 원통부(39) 내에 소량의 퍼지 가스가 공급될 수 있다.
(압력 조정)
처리실(6) 내, 즉 웨이퍼(7)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(18)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때 처리실(6) 내의 압력은 압력 센서(16)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(17)가 피드백 제어된다. 원통부(39) 내로의 퍼지 가스 공급 및 진공 펌프(18)의 작동은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 유지한다.
(승온)
처리실(6) 내로부터 산소 등이 충분히 배기된 후, 처리실(6) 내의 승온이 시작된다. 처리실(6)이 성막에 바람직한 소정의 온도 분포가 되도록, 온도 센서(28)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)]로의 통전량이 피드백 제어된다. 또한 온도 센서(82)가 검출한 온도 정보에 기초하여 천장 히터(80)로의 통전량이 피드백 제어된다. 또한 온도 센서(84)가 검출한 온도 정보에 기초하여 캡 히터(34)로의 통전량이 피드백 제어된다. 히터(3)[어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E)], 천장 히터(80) 및 캡 히터(34)에 의한 처리실(6) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리(성막)가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 캡 히터(34)로의 통전 기간은 히터(3)에 의한 가열 기간과 일치시킬 필요는 없다. 성막이 시작되기 직전에서, 캡 히터(34)의 온도는 성막 온도와 같은 온도에 도달하고, 매니폴드(5)의 내면 온도는 180℃ 이상(예컨대 260℃)에 도달하는 것이 바람직하다.
또한 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전을 시작한다. 회전 기구(23)에 의해 회전축(66), 회전대(37), 원통부(39)를 개재하여 보트(21)가 회전되는 것에 의해 캡 히터(34)는 회전시키지 않고 웨이퍼(7)를 회전시킨다. 이에 의해 가열의 불균일이 저감된다. 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막)
처리실(6) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 스텝 1 내지 스텝 4를 반복하여 실행한다. 또한 스텝 1을 시작하기 전에 밸브(26)를 열고 퍼지 가스(N2)의 공급을 증가시켜도 좋다.
[스텝 1: 원료 가스 공급 공정]
스텝 1에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 밸브(11)를 엶과 동시에 밸브(14)를 열고, 가스 공급관(9) 내에 HCDS 가스를 흘리고, 가스 공급관(12) 내에 N2 가스를 흘린다. HCDS 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐실(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(7)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 실리콘(Si) 함유막이 형성된다.
[스텝 2: 원료 가스 배기 공정]
제1층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(17)는 연 상태 하여 진공 펌프(18)에 의해 처리실(6) 내를 진공 배기하고, 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(6) 내로부터 배출한다. 또한 밸브(14)나 밸브(26)를 연 상태로 하고, 공급된 N2 가스는 가스 공급관(9)이나 반응관(4) 내, 노구부를 퍼지한다.
[스텝 3: 반응 가스 공급 공정]
스텝 3에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급한다. 밸브(11, 14)의 개폐 제어를 스텝 1에서의 밸브(11, 14)의 개폐 제어와 마찬가지의 순서로 수행한다. NH3 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐실(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 공급된 NH3 가스는 스텝 1에서 웨이퍼(7) 상에 형성된 제1층, 즉 Si 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되어, Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘질화층(SiN층)으로 변화(개질)된다.
[스텝 4: 반응 가스 배기 공정]
제2층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝 1과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(6) 내로부터 배출한다.
이상의 4개의 스텝을 비동시에, 즉 오버랩시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다.
전술한 시퀀스의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 250℃ 내지 700℃
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(노즐): 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(회전축): 100sccm 내지 500sccm
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내의 어느 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
HCDS 등의 열분해성 가스는 석영보다 금속의 표면에서 부생성물의 막을 형성하기 쉬운 경우가 있다. HCDS(및 암모니아)에 노출된 표면은 특히 260℃ 이하일 때 SiO, SiON 등이 부착되기 쉽다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 완료된 후, 밸브(14)를 열고 가스 공급관(12)으로부터 N2 가스를 처리실(6) 내에 공급하고 배기관(15)으로부터 배기한다. 이에 의해 처리실(6) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 잔류하는 원료나 부생성물이 처리실(6) 내로부터 제거(퍼지)된다. 그 후 APC 밸브(17)가 닫히고, 처리실(6) 내의 압력이 상압이 될 때까지 N2 가스가 충전된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(27)에 의해 씰 캡(19)이 하강되어 매니폴드(5)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(7)가 보트(21)에 지지된 상태에서 매니폴드(5)의 하단으로부터 반응관(4)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 처리 완료된 웨이퍼(7)는 보트(21)로부터 취출된다.
전술한 성막 처리를 수행하면, 가열되고 있었던 반응관(4) 내의 부재의 표면, 예컨대 외관(4A)의 내벽, 노즐(8a)의 표면, 내관(4B)의 표면, 보트(21)의 표면 등에 질소를 포함하는 SiN막 등이 퇴적하여 박막을 형성할 수 있다. 그래서 이들의 퇴적물의 양, 즉 누적 막 두께가 퇴적물에 박리나 낙하가 발생하기 전의 소정의 양(두께)에 달했을 때 클리닝 처리가 수행된다. 클리닝 처리는 반응관(4) 내에 불소계 가스로서 예컨대 F2 가스를 공급하는 것에 의해 수행된다.
<작용 및 효과>
상기 기판 처리 장치(1)에서는 어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E), 캡 히터(34) 및 천장 히터(80)의 온도를 각각 제어하는 것에 의해 처리실(6)의 상하 방향의 온도를 거의 균일하게 제어할 수 있다. 이에 의해 보트(21)에서의 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼를 보지하고 더미 웨이퍼를 없앨 수 있다.
또한 보트(21)에서의 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼가 보지된 상태에서 가스 공급관(9)으로부터 기상 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종(예컨대 SiCl2)의 분압이 보트(21)에 보지되는 웨이퍼(7)의 모든 위치에서 거의 균일해진다. 이에 의해 보트(21)의 상하 방향에 복수 배열된 프로덕트 웨이퍼에 형성되는 막의 두께가 프로덕트 웨이퍼 사이에서 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.
또한 기판 처리 장치(1)에서는 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 상단측과 하단측에 배치되는 더미 웨이퍼를 없애는 것에 의해 프로덕트 웨이퍼의 매수를 늘릴 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다. 또는 프로덕트 웨이퍼 매수를 늘리는 대신에 더미 웨이퍼를 없앤 만큼만 프로덕트 웨이퍼의 피치를 확장시킬 수도 있다.
또한 기판 처리 장치(1)에서는 예컨대 보트 천판(21B)의 지름은 내관(4B)의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 보트(21)에 보지된 웨이퍼(7) 사이의 갭은 예컨대 6mm 이상 16mm 이하가 되도록 설정된다. 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 90% 이상으로 설정되는 것에 의해 확산에 의한 가스 이동[특히 보트 천판(21B) 상에서 웨이퍼(7)측에 잉여 SiCl2이 유입되는 것]을 억제할 수 있다. 또한 보트 천판(21B)의 지름이 내관(4B)의 내경의 98% 이하로 설정되는 것에 의해 보트(21)를 내관(4B)으로부터 안전하게 반입출시킬 수 있다.
또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된다. 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 3배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 나머지의 절대량이 적어진다. 또한 천장(74)과 보트 천판(21B)으로 개재된 상단 공간의 용적이 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.
또한 기판 처리 장치(1)에서는 보트(21)에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 단열체(40)의 상면의 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적은 예컨대 보트(21)에 보지된 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의, 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정된다. 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1.5배 이하로 설정되는 것에 의해 가스 나머지의 절대량이 적어진다. 또한 웨이퍼(7)와 저판(86) 또는 천판(39A)으로 개재된 하단 공간의 용적이 서로 인접하는 웨이퍼(7)에 개재된 공간의 용적의 1배 이상으로 설정되는 것에 의해 가스가 주 배기구(4E)에 원활하게 흐른다.
도 7에는 제1 실시 형태의 기판 처리 장치(1)로서 보트(21)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다. 또한 도 10에는 비교예의 기판 처리 장치로서 보트(21)의 보지 위치의 패턴 웨이퍼의 상단측과 하단측에 더미 웨이퍼를 보지했을 때의, 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다(도 7 참조). 여기서 래디컬은 HCDS가 반응할 때 생성되는 부대전자(不對電子)를 가지는 원자 또는 분자를 말한다.
도 10에 도시하는 바와 같이 비교예의 기판 처리 장치에서는 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)의 상단측과 하단측에, 제품으로서 사용하지 않는 더미 웨이퍼를 수 매 보지한다. 비교예의 기판 처리 장치에서는 반응관 주위에 상하 방향을 따라 배치된 히터를 구비하지만 제1 실시 형태와 같은 온도 센서(82, 84)를 구비하지 않고, 캡 히터나 천장 히터를 독립적으로 온도 제어하여 균열 영역을 확대하도록 구성되지는 않는다. 여기서 패턴 웨이퍼는 패턴이 형성되는 것에 의해 패턴이 없는 경우에 비해 표면적이 커지고, 표면적에 비례하여 래디컬의 소비가 극심하다. 더미 웨이퍼는 패턴이 형성되지 않고(패턴 웨이퍼에 비해 표면적이 작게), 래디컬의 소비가 거의 없다. 비교예의 기판 처리 장치에서 패턴 웨이퍼의 상단측과 하단측에 더미 웨이퍼를 배치하는 것은 그것들에 개재된 패턴 웨이퍼를 규칙적으로 무한 길이로 배열된 패턴 웨이퍼의 일부로 여기도록(그 부분에는 단부 효과는 미치지 않고, 온도나 가스 농도는 균일화된다) 하기 위해서다.
도 10에 도시하는 바와 같이 비교예의 기판 처리 장치에서는 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부에서 래디컬 분포의 균일성이 악화된다는 것을 알 수 있다. 그 원인은 래디컬의 소비가 거의 없는 더미 웨이퍼와, 래디컬의 소비가 극심한 패턴 웨이퍼(표면적에 비례한다)의 차이에 의해 로딩 이펙트가 발생하기 때문이다. 즉 패턴 웨이퍼 상은 표면적이 크고 래디컬의 소비가 극심하기 때문에 기상 중의 래디컬 농도는 낮아지는 한편, 더미 웨이퍼 상에서는 소비가 적기 때문에 기상 중의 래디컬 농도는 높다. 이와 같이 극단적인 농도 차가이가 있는 패턴 웨이퍼와 더미 웨이퍼가 인접하는 영역에서는 기상 중의 농도 확산이 발생해 래디컬 농도 차이를 완화하는 방향으로 작용한다. 그렇기 때문에 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부에서는 필연적으로 농도가 높아지고(막 두께가 두꺼워지고), 막 두께의 균일성을 악화시킨다.
이에 대하여 제1 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에서는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)가 보지된다. 또한 기판 처리 장치(1)에서는 어퍼 히터(3A), 센터 어퍼 히터(3B), 센터 히터(3C), 센터 로어 히터(3D), 로어 히터(3E), 캡 히터(34) 및 천장 히터(80)의 온도를 각각 제어하는 것에 의해, 패턴 웨이퍼의 상단부와 하단부의 영역의 온도를 거의 균일하게 제어할 수 있기 때문에 더미 웨이퍼를 없애는 것이 가능하다.
도 7에 도시되는 바와 같이 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때는 전체적으로 래디컬 분포의 균일성이 개선됨을 알 수 있다(도 7 중의 파선의 그래프 참조). 이는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼를 보지하기 때문에 비교예와 같이 더미 웨이퍼와 패턴 웨이퍼의 소비 차이가 없기 때문이다.
단, 도 7에서는 아직 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)의 상단부와 하단부에서 농도량의 영역이 조금 보인다. 이는 패턴 웨이퍼 영역 외, 즉 보트 천판(21B)과 반응관(4)의 내관(4B) 사이의 공간의 영향에 의한 것으로 생각된다. 이 부분은 내관(4B)을 구성하는 석영으로 둘러싸이고, 적극적인 가스의 흐름은 없지만 확산에 의해 래디컬이 웨이퍼(7) 부근에 확산된다. 그리고 석영 표면의 래디컬의 소비가 베어 웨이퍼(표면에 실리콘 평탄면만 노출된 것)와 동등하다고 하면, 이 공간의 농도는 패턴 웨이퍼 상과 비교하면 역시 짙고, 여기서 농도 차이가 발생한다.
도 8에는 보트(21)의 웨이퍼(7)의 보지 위치 전체에 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼)를 보지했을 때의, 보트(21)의 상하 방향의 웨이퍼(7)의 보지 위치에 대한 래디컬 분포의 해석 결과가 도시된다. 도 8에 도시하는 바와 같이 보트(21)의 상단부측에 래디컬 농도가 높은 공간임을 알 수 있다. 이를 개선하기 위한 제2 실시 형태, 제3 실시 형태의 기판 처리 장치를 이하에 나타낸다.
〔제2 실시 형태〕
도 9를 이용하여 제2 실시 형태의 기판 처리 장치(100)에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 번호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.
도 9에 도시되는 바와 같이 기판 처리 장치(100)에는 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스(불활성 가스)를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구로서의 공급 장치(101)가 설치된다. 공급 장치(101)는 퍼지 가스를 공급하는 공급관(102)과, 공급관(102)의 선단에 설치되는 것과 함께 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스를 도입하는 노즐(104)을 구비한다. 노즐(104)은 내관(4B)의 상단 측부에 설치된다. 공급관(102)에는 MFC(106)과 밸브(108)가 설치된다. 퍼지 가스로서는 예컨대 N2이 이용된다.
기판 처리 장치(100)에서는 공급관(102)으로부터 노즐(104)을 개재하여 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 퍼지 가스가 공급된다. 이에 의해 퍼지 가스에 따라 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 희석하여 그 분압을 저하시킨다. 즉 퍼지 가스에 따라 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간의 래디컬 농도를 희석하는 것에 의해 보트(21)의 상하 방향에서의 래디컬 농도가 거의 균일해진다. 이에 의해 보트(21)에 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼를 보지했을 때 웨이퍼(7)에 형성되는 막의 두께가 웨이퍼(7) 사이에서 불균일해지는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 공급 장치(101)는 퍼지 가스로서 H2을 첨가한 N2 가스를 사용해도 좋다. 수소는 SiCl2과 결합하여 이것을 소비하므로, 평형 조건을 SiCl2 농도를 내리는 방향으로 이동시키는 것을 기대할 수 있다. 또는 기판 처리 장치(100)는 공급 장치(101)를 대신하여 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(12)으로부터 매니폴드(5)를 개재하여 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에 불활성 가스를 공급하는 공급관 및 노즐을 설치하는 구성이어도 좋다.
〔제3 실시 형태〕
다음으로 제3 실시 형태의 기판 처리 장치에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 및 제2 실시 형태와 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 번호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.
도시를 생략하지만 제3 실시 형태의 기판 처리 장치에서는 보트 천판(21B)과 대향하는 내관(4B)의 천장(74)의 내측면에 패턴이 형성된 프로덕트 웨이퍼와 동등하게, 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 흡착하고 또한 소비하여 그 분압을 저하시키는 다공질 또는 소결체(燒結體)로 구성된 고형물을 배치한다. 고형물은 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 패턴 스케일보다 큰 스케일로 가공된 요철 표면을 포함하는 판재가 이용되고, 이 가공 및 소재 자체의 세공(細孔)(마이크로 포어)에 의해 큰 흡착 가능표면적을 가진다. 세공에서는 크누센 확산이나 모관 응축 등의 가스 분자량에 의존하는 특이한 현상이 일어나기 때문에, 적어도 일부의 세공의 내경은 웨이퍼의 패턴에 맞춰서 예컨대 10nm 내지 100nm로 선택할 수 있다. 또한 구멍의 지름의 분포가 수 10nm 내지 수 100nm에 걸쳐서 일정해지도록 하면, 퇴적에 의한 세공의 폐색이 있어도 고형물을 비교적 장기간 교환하지 않고 사용할 수 있다. 제3 실시 형태에서는 예컨대 요철 표면을 포함하는 복수의 판재를 균열 영역인 천장(74)과 보트 천판(21B) 사이의 공간에, 예컨대 천장(74)의 내측면을 따라 배열하여 배치한다. 배치 간격은 좁아도 좋고, 예컨대 2mm 내지 3mm로 선택할 수 있다.
고형물의 실질적인 표면적은 예컨대 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상 1.0배 이하로 설정된다. 고형물의 실질적인 표면적은 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상 1.0배 이하가 바람직하고, 0.2배 이상 0.7배 이하가 보다 바람직하고, 0.3배 이상 0.6배 이하가 보다 더 바람직하다. 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 천장(74) 사이의 상단 공간에는 적극적으로 원료 가스를 공급하지 않고, 보트 천판(21B)과 내관(4B)의 내면의 극간으로부터 유입하기만 하므로, 고형물의 실질적인 표면적은 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 1.0배 이하이어도 좋다. 고형물의 실질적인 표면적이 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적의 0.1배 이상으로 설정되는 것에 의해 상단 공간에서 생성 가스(예컨대 SiCl2)를 보다 효과적으로 흡착하고 또한 소비할 수 있다.
이에 의해 내관(4B)의 천장(74)의 내측의 공간과 프로덕트 웨이퍼 상과의 1종의 생성 가스(예컨대 SiCl2)의 농도 차이를 저감할 수 있다. 이에 의해 보트(21)에 웨이퍼(7)를 보지 가능한 모든 위치에 프로덕트 웨이퍼가 보지됐을 때 웨이퍼(7)에 형성되는 막의 두께가 웨이퍼(7) 사이에서 불균일해지는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 보트 천판(21B)과 대향하는 내관(4B)의 천장(74)의 내측면에 고형물을 구비한 구성을 대신하여, 내관(4B)의 천장(74)의 내측의 표면(석영 표면)에 요철 형상의 가공을 수행해도 좋다.
또한 본 발명을 특정 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했지만 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 다른 여러 실시 형태가 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다.
1: 기판 처리 장치 2: 처리로(노체의 일례)
3: 히터(메인 히터의 일례) 4: 반응관
4A: 외관(반응관의 일례) 4B: 내관(반응관의 일례)
7: 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼의 일례) 9: 가스 공급관(가스 공급 기구의 일례)
19: 씰 캡(덮개의 일례) 21: 보트(기판 보지구의 일례)
21A: 지주 21B: 보트 천판(천판의 일례)
34: 캡 히터 39A: 천판(상면의 일례)
74: 천장 80: 천장 히터
86: 저판 90: 개구
100: 기판 처리 장치

Claims (12)

  1. 복수의 기판이 소정의 간격으로 배열되어 보지(保持)되는 것과 함께 보지 가능한 위치에 패턴이 형성된 복수의 프로덕트 웨이퍼가 보지되는 기판 보지구;
    하방(下方)에 상기 기판 보지구를 출입 가능한 개구(開口)와, 내면이 평탄한 천장을 구비하고, 상기 기판 보지구를 수용하는 원통 형상의 반응관;
    상기 반응관의 상방(上方) 및 측방(側方)을 둘러싸는 노체(爐體);
    상기 노체에 설치되고 상기 반응관의 측부를 가열하는 메인 히터;
    상기 노체에 설치되고 상기 천장을 상기 메인 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 천장 히터;
    상기 개구를 폐색(閉塞)하는 덮개;
    상기 반응관의 내부이자 상기 기판 보지구의 하방에 배치되고, 상기 메인 히터 및 상기 천장 히터와는 독립적으로 제어 가능한 형태로 가열하는 캡 히터;
    상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이에 배치되는 단열 구조체;
    상기 반응관 내에서 상기 기판 보지구에 보지된 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼의 각각의 표측에 대하여 별개로 원료 가스를 공급하는 복수의 개구를 포함하는 가스 공급 기구;
    상기 반응관의 천장부의 외벽에 설치되고, 상기 반응관 내의 상부의 온도를 검출하는 상단 공간 온도 센서; 및
    상기 기판 보지구에 보지된 상기 프로덕트 웨이퍼의 단(端) 또는 그 상방의 공간을 향하도록 개구하고 반응관 내의 분위기를 배기하는 주 배기구를 구비하고,
    상기 천장 히터는 상기 상단 공간 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 통전량이 조정되고,
    상기 주 배기구는 상기 기판 보지구에 보지 가능한 최하 위치에 보지된 상기 프로덕트 웨이퍼와, 상기 기판 보지구의 저판 또는 상기 단열 구조체의 상기 상면으로 개재된 하단 공간을 향하는 슬릿 개구를 포함하고,
    상기 기판 보지구에 기판을 보지 가능한 위치에 상기 프로덕트 웨이퍼를 보지한 상태에서 상기 가스 공급 기구로부터 기상(氣相) 중에서 분해하는 원료 가스를 공급했을 때, 상기 분해에 의해 생성된 생성 가스의 1종의 분압이 상기 기판을 보지 가능한 위치에서 균일해지는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프로덕트 웨이퍼의 표측은 50배 이상의 비표면적(比表面積)을 가지는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응관은 상기 주 배기구를 측면에 포함하는 내관을 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 보지구는 직립된 복수의 지주와, 상기 복수의 지주의 상단을 서로 고정하는 원판 형상의 천판을 포함하고,
    상기 천판의 지름은 상기 반응관의 내경의 90% 이상 98% 이하로 설정되거나, 또는 상기 기판 보지구의 상기 프로덕트 웨이퍼 사이의 갭이 6mm 이상 16mm 이하로 설정되고,
    상기 천판에 의해 다른 것과 구분된, 상기 천장과 상기 천판으로 개재된 상단 공간의 용적이 상기 기판 보지구에 보지된 인접하는 상기 프로덕트 웨이퍼에 개재된 공간의 용적의 1배 이상 3배 이하가 되도록 설정된 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기판 보지구의 상기 저판은 상기 복수의 지주의 하단을 서로 고정하는 원판 형상 또는 상기 단열 구조체의 상면에 감합(嵌合)하는 원환 형상의 판(板)이고,
    상기 하단 공간의 용적이 상기 기판 보지구에 보지된 서로 인접하는 상기 프로덕트 웨이퍼에 개재된 공간의 용적의 0.5배 이상 1.5배 이하가 되도록 설정되고,
    상기 가스 공급 기구는 상기 하단 공간에 대하여 개별로 원료 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항의 기판 처리 장치를 이용하여 상기 가스 공급 기구가 제1 원료 가스를 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼에 공급하는 제1 공정;
    상기 가스 공급 기구가 퍼지 가스를 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼에 공급하는 제2 공정;
    상기 가스 공급 기구가 제2 원료 가스를 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼에 공급하는 제3 공정; 및
    상기 가스 공급 기구가 퍼지 가스를 복수의 상기 프로덕트 웨이퍼에 공급하는 제4 공정
    을 순차 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 보지구의 천판에 의해 다른 것과 구분된 상기 천장과 상기 천판으로 개재된 상단 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 주 배기구는 상기 상단 공간에 대응하여 설치되고, 상기 상단 공간을 국소적으로 배기하는 슬릿 형상 개구를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원료 가스는 수소를 포함하지 않는 실리콘 할라이드이며, 상기 퍼지 가스 공급 기구는 수소가 첨가된 퍼지 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상단 공간에 배치되고, 상기 생성 가스를 소비하여 분압을 저하시키는 다공질 또는 소결체(燒結體)로 구성된 고형물을 더 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고형물은 상기 프로덕트 웨이퍼의 상기 패턴 스케일보다 큰 스케일로 가공된 요철(凹凸) 표면을 포함하는 것과 함께 상기 패턴에 대응하는 내경의 세공(細孔)을 포함하고, 고형물의 실질적인 표면적은 상기 프로덕트 웨이퍼의 표측의 표면적 이하인 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 세공의 내경의 분포는 상기 패턴에 대응하는 내경보다 큰 소정의 범위에 걸쳐서 일정해지는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상단 공간 온도 센서는, 수평 방향으로 배열된 복수의 열전대에 의해 구성되는 기판 처리 장치.
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