KR20210018075A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 프로그램 - Google Patents

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

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마사미치 야치
타카유키 나카다
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

처리실의 파티클을 확산시키지 않고 짧은 시간에 처리실을 고진공 상태로 하는 것을 목적으로 한다.
기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실로부터 가스를 배출하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 제1 개도(開度) 조정 밸브와, 상기 제1 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 제1 배관에 설치되고 상기 처리실의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 메인 배기 라인; 상기 메인 배기 라인에 접속되는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 제2 개도 조정 밸브를 구비한 바이패스 배기 라인; 및 상기 압력 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실이 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 제1 압력에 이르면 상기 제2 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 개방하여 상기 처리실이 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 처리실이 제2 압력에 이르면 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실을 처리 압력으로 하는 공정을 수행하도록 구성되는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING PROGRAM}
본 개시(開示)의 기술은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 공정에서는, 반도체를 포함하는 피처리체인 반도체 기판(이하, 단순히 기판이라고도 부른다)에 대한 처리를 수행하는 장치로서 종형(縱型)의 기판 처리 장치가 이용되는 경우가 있다. 특히 특허문헌 1에는 감압 상태 하에서 기판 처리를 수행하는 기판 처리 장치에서 배기 장치의 전후를 건너는 바이패스 라인을 설치하고, 상기 바이패스 라인에 개폐 밸브, APC(Auto Pressure Control) 밸브를 설치하는 것과 함께 이 개폐 밸브를 바이패스하고 개폐 밸브를 포함하는 바이패스 라인을 설치한 점 및 메인 라인과 바이패스 라인의 양방에 APC 밸브를 구비하는 점이 기재된다.
특허문헌 1에서는 바이패스 라인에 APC 밸브를 배치하는 것에 의해, 반응실과 터보 분자 펌프와의 차압에 의해 반응실 내의 파티클(석영)을 확산시키지 않도록 반응실이 소정 압력이 될 때까지 대기압으로부터 천천히 감압하는 것이 기재된다.
하지만 이 경우 바이패스 라인의 배관의 구경(口徑)이 메인 라인의 배관의 구경보다 상당히 작기 때문에, 대기압으로부터 소정 압력으로 감압할 때까지 시간을 필요로 하는 경우가 있다. 한편 최근의 기판 처리에서는 종래에 비해서 처리실을 고진공 상태로 한 성막 처리가 요구되는 경우가 있다.
1. 일본 특개 평11-300193호 공보
본 개시는 처리실의 파티클을 확산시키지 않고 단시간에 처리실을 고진공 상태로 하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따르면, 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실로부터 가스를 배출하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 제1 개도(開度) 조정 밸브와, 상기 제1 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 제1 배관에 설치되고 상기 처리실의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 메인 배기 라인; 상기 메인 배기 라인에 접속되는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 제2 개도 조정 밸브를 구비한 바이패스 배기 라인; 및 상기 압력 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실이 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 제1 압력에 이르면 상기 제2 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 개방하여 상기 처리실이 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 처리실이 제2 압력에 이르면 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실을 처리 압력으로 하는 공정을 수행하도록 구성되는 제어부를 포함하는 구성이 제공된다.
본 개시에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 처리실의 파티클을 확산시키지 않고 짧은 시간에 처리실을 고진공 상태로 할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시하는 개략 도면.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배기계를 도시하는 정면도.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배기계의 대기압으로부터 제1 압력까지 감압할 때의 동작 및 제2 압력으로부터 고진공 영역까지 감압할 때의 동작의 일례를 도시하는 개략 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배기계의 제1 압력으로부터 제2 압력까지 감압할 때의 동작의 일례를 도시하는 개략 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배기계의 동작에서의 감압 상태를 도시하는 그래프.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 배기계의 동작을 도시하는 흐름도.
이하, 본 실시 형태의 일례를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 각 도면에서 동일 또는 등가인 구성 요소 및 부분에는 동일한 참조 부호를 부여한다. 또한 도면의 치수 비율은 설명의 형편 상 과장되어 실제의 비율과는 다른 경우가 있다. 또한 도면의 상방향을 상방 또는 상부, 하방향을 하방 또는 하부로서 설명한다. 또한 본 실시 형태에서 기재하는 압력은 모두 기압을 의미한다.
<기판 처리 장치의 전체 구성>
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 기판(30)을 처리하는 처리실(20)을 포함하는 반응로(10)와, 기판(30)을 처리실(20)에 반송하는 보트(26)를 포함하는 예비실(22)과, 처리실(20)에 가스를 도입하는 가스 도입 라인(40)과, 처리실(20)의 가스를 배출하는 배기계(50)와, 기판 처리 장치(100)의 동작을 제어하는 주 제어부(70)를 포함한다.
〔반응로〕
반응로(10) 내에는 도 1에 도시하는 바와 같이 상하 방향으로 축을 가지는 통 형상으로 형성된 반응관(12)과, 반응관(12)의 하부에 기밀 부재(12A)를 개재하여 연결되고 상하 방향으로 축을 포함하는 통 형상으로 형성된 노구(爐口) 플랜지(14)를 포함하는 처리실(20)이 형성된다. 또한 반응로(10)는 반응관(12)의 내부에 반응관(12)과 동심으로 내관(16)이 지지된다. 또한 반응관(12)의 외주에는 반응관(12)의 축과 동심, 또한 반응관(12)의 외면과 간격을 두고 히터(18)가 설치된다. 히터(18)는 후술하는 주 제어부(70)로부터의 신호를 얻어서 발열하고, 반응관(12)을 가열하는 기능을 가진다. 이와 같이 반응관(12)과, 노구 플랜지(14)와, 내관(16)과, 히터(18)와, 처리실(20)에 의해 반응로(10)가 구성된다. 또한 처리실(20)에는 기판(30)이 배치된다.
〔예비실〕
예비실(22)은 도 1에 도시하는 바와 같이 노구 플랜지(14)의 하부에 기밀하게 연통된 반송 광체(24)가 설치된다. 반송 광체(24)의 내부에는 기판(30)을 재치하고 기판(30)을 처리실(20)에 반송하여 삽입하는 보트(26)가 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치된다. 또한 반송 광체(24)의 하부에 후술하는 가스 도입 라인(40)과 마찬가지의 구성을 가지는 제2 가스 도입 라인(44)이 연통되고, 처리실(20)에 도입하는 가스를 이 제2 가스 도입 라인(44)으로부터 도입해도 좋은 구성을 가진다. 또한 반송 광체(24)의 하부 또한 보트(26)의 하방에 반송 광체(24)를 기밀하게 폐색(閉塞)하는 노구 덮개(28)가 설치된다.
〔가스 도입 라인〕
가스 도입 라인(40)은 도 1에 도시하는 바와 같이 미도시의 가스 공급부와, 가스 공급부와 노구 플랜지(14)를 연통하는 가스 도입관(40A)과, 가스 도입관의 가스 공급부와 노구 플랜지(14) 사이에 설치된 유량 제어기(42)를 포함한다. 유량 제어기(42)는 후술하는 주 제어부(70)로부터의 신호에 의해, 내부에 설치된 미도시의 밸브를 개폐하여 가스의 도입량을 제어하는 기능을 가진다. 또한 제2 가스 도입 라인(44)은 가스 공급부와 반송 광체(24)의 하부를 연통하는 점을 제외하고 가스 도입 라인(40)과 마찬가지의 구성을 가지고, 가스 도입 라인(40)의 예비로서 설치된다. 또한 여기에서 이용되는 가스는 불활성 가스이며 구체적으로는 질소가 이용된다.
〔주 제어부〕
주 제어부(70)는 기판 처리 장치(100)의 전체의 동작을 제어한다. 주 제어부(70)는 미도시의 CPU, ROM, RAM, 스토리지, 입력부, 표시부, 통신 인터페이스 등을 포함하고, 각각이 버스에 접속된 컴퓨터를 내장한다. 주 제어부(70)는 입력부로부터의 입력 정보에 기초하여 기판 처리 장치(100)에서의 각종 처리를 수행하기 위한 기판 처리 프로그램이 실행된다. 예컨대 주 제어부(70)는 기판 처리 프로그램의 하나인 프로세스 레시피를 실행하여 반도체 장치를 제조하는 하나의 공정인 기판 처리 공정의 제어를 수행한다. 이 때 주 제어부(70)는 배기계(50)의 게이트 밸브(56)의 개폐를 제어하는 것과 함께, APC 컨트롤러(72)와 협동하여 제1 APC 밸브(58A) 및 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하여 처리실(20)의 압력을 제어한다. 여기서 주 제어부(70)는 후술하는 APC 컨트롤러(72)와 함께 구성되는 제어부의 일례다. 또한 이후 APC 밸브를 폐색 또는 폐지한다는 기재는 APC 밸브의 개도는 0%인 것과 마찬가지이며, APC 밸브를 개방한다는 기재는 APC 밸브의 개도는 100%인 것과 마찬가지이다.
<요부(要部)의 구성>
≪배기계≫
배기계(50)는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 처리실(20)로부터 가스를 배출하는 제1 배관으로서의 대구경(大口徑)의 배관(52A)과, 배관(52A)에 설치된 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)와, 배관(52A)에 설치되고 처리실(20)의 압력을 검출하는 압력 센서 군(群)(62)을 적어도 구비한 메인 배기 라인(52); 및 배관(52A)에 접속되고 배관(52A)의 구경을 D로 했을 때, 구경이 D×(0.5 내지 0.9)의 제2 배관으로서의 배관(54A)과, 배관(54A)에 설치된 제2 APC 밸브(58B)를 적어도 구비한 바이패스 배기 라인(54)을 포함한다. 여기서 게이트 밸브(56)는 개폐 밸브의 일례이며, 제1 APC 밸브(58A)는 제1 개도 조정 밸브의 일례이며, 제2 APC 밸브(58B)는 제2 개도 조정 밸브의 일례다. 또한 메인 배기 라인(52)의 처리실(20)과 반대측의 단부가 되는 유말부(流末部)는 펌프(60)의 흡인측에 접속되고, 펌프(60)는 배기계(50)에 포함하도록 해도 좋다.
또한 배기계(50)는 제1 APC 밸브(58A) 및 제2 APC 밸브(58B)를 제어하는 APC 컨트롤러(72)와 주 제어부(70)에 제어되도록 구성된다.
〔메인 배기 라인〕
메인 배기 라인(52)에는 도 1에 도시하는 바와 같이 처리실(20)로부터 펌프(60)까지를 연통하는 배관(52A)과, 처리실(20)과 펌프(60) 사이에 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)가 설치된다. 게이트 밸브(56)는 주 제어부(70)와 전기적으로 접속되고, 후술하는 압력 센서 군(62)과 전기적으로 접속된 주 제어부(70)로부터의 신호에 기초하여 개폐 동작이 수행된다. 또한 제1 APC 밸브(58A)는 APC 컨트롤러(72)와 전기적으로 접속되고, 후술하는 압력 센서 군(62)과 전기적으로 접속된 APC 컨트롤러(72)로부터의 신호에 기초하여 개폐 동작 및 개도 조정이 수행된다. 메인 배기 라인(52)은 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)가 열림(開) 상태일 때, 펌프(60)의 흡인 동작에 의해 처리실(20)의 가스를 배기하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 배관(52A)의 구경은 일례로서 200mm(200φ)로 한다.
〔바이패스 배기 라인〕
바이패스 배기 라인(54)에는 도 1에 도시하는 바와 같이 배관(52A)에서 처리실(20)과 게이트 밸브(56) 사이에서 분기되는 분기부(54B)와, 게이트 밸브(56)와 펌프(60) 사이에서 합류하는 합류부(54C)와의 사이를 연통하는 배관(54A)과, 배관(54A)의 분기부(54B)와 합류부(54C) 사이에 제2 APC 밸브(58B)가 설치된다. 제2 APC 밸브(58B)는 APC 컨트롤러(72)와 전기적으로 접속되고, 후술하는 압력 센서 군(62)과 전기적으로 접속된 주 제어부(70)로부터의 처리실(20)의 압력 정보를 수신한 APC 컨트롤러(72)의 동작 지령에 기초하여 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하면서 개폐 동작이 수행된다. 바이패스 배기 라인(54)은 게이트 밸브(56)가 닫힘(閉) 상태일 때, 펌프(60)의 흡인 동작에 의해 처리실(20)의 가스를 배기하도록 구성된다. 배관(54A)의 구경은 40mm이상 180mm이하이며, 바람직하게는 80mm이상 140mm이하이며, 특히 80mm이상 100mm이하(80φ이상 100φ이하)가 바람직하고, 본 실시 형태에서는 일례로서 100mm(100φ)로 한다. 바이패스 배기 라인(54)은 메인 배기 라인(52)보다 배관(54A)의 지름이 작으면 180mm보다 커도 좋지만, 지름이 지나치게 커지면 바이패스 배기 라인(54)을 설치할 필요가 없어진다. 또한 배관(54A)의 구경이 140mm보다 커지면 후술하는 대기압으로부터의 배기 시에 APC 밸브의 조정에도 불구하고 파티클의 발생이 염려된다. 한편 배관(54A)이 너무 작으면 배기 라인의 배기 능력의 영향에 의해 프로세스로의 영향이 발생한다. 예컨대 배관(54A)의 구경이 40mm이하가 되면, 배기 능력이 프로세스에 영향을 줄 가능성이 염려된다.
〔압력 센서 군〕
압력 센서 군(62)은 도 1에 도시하는 바와 같이 배관(52A)의 분기부(54B)에 대응하는 위치보다 처리실(20)측으로 배치된 복수 개의 배관(62A)에 의해 서로 연통되어서 설치된다. 압력 센서 군(62)은 주 제어부(70)와 전기적으로 접속되고, 처리실(20)의 압력 정보를 송신하는 기능을 가진다. 또한 압력 센서 군(62)은 후술하는 대기압 센서(64)와 제1 진공 센서(68)와 제2 진공 센서(66)로 구성된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 진공 센서(68), 제2 진공 센서(66) 및 대기압 센서(64)는 분기부(54B)에 가까운 측으로부터 분기부(54B)로부터 먼 측[처리실(20)측]을 향하여 이 순서대로 배관(52A)에 접속된 각각의 배관(62A)에 설치된다. 여기서 대기압 센서(64), 제1 진공 센서(68), 제2 진공 센서(66)는 각각 압력 센서의 일례다.
(대기압 센서)
대기압 센서(64)는 도 2에 도시하는 바와 같이 처리실(20)에 가장 가까운 위치의 배관(52A)에 접속된 배관(62A)에 설치되고, 대기압에 가까운 영역의 압력을 검지하는 기능을 가진다.
(제1 진공 센서)
제1 진공 센서(68)는 도 2에 도시하는 바와 같이 배관(62A)에 설치되고 대기압에 가까운 영역의 압력으로부터 소정의 진공 영역의 압력(10-1Pa 내지 105Pa)까지를 검지하는 광역 압력 센서로서의 기능을 가진다. 여기서는 대기압으로부터 제2 압력(P2)(예컨대 10Torr)까지를 검지하도록 구성된다.
(제2 진공 센서)
제2 진공 센서(66)는 도 2에 도시하는 바와 같이 배관(62A)에 설치되고, 또한 제2 진공 센서(66)에는 소정의 압력까지 감압되면 열림이 되는 밸브(66A)가 설치된다. 본 실시 형태에서는 제2 압력(P2)에 있으면 밸브(66A)가 열림이 되도록 구성된다. 제2 진공 센서(66)는 고진공 영역(고진공 상태)의 압력을 검지하는 압력 센서로서의 기능을 가진다. 여기서는 제2 압력(P2)(예컨대 10Torr)으로 밸브(66A)가 열림이 되고, 압력을 검지하도록 구성된다.
이들 대기압 센서(64), 제1 진공 센서(68), 제2 진공 센서(66)는 각각 주 제어부(70)와 전기적으로 접속되는 것은 전술한 대로다.
〔APC 컨트롤러〕
APC 컨트롤러(72)는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 메인 배기 라인(52)의 배관(52A)에서 게이트 밸브(56)와 배관(62A) 또는 분기부(54B)와의 사이에 설치되고, 주 제어부(70) 및 APC 컨트롤러(72)는 전기적으로 접속된다. APC 컨트롤러(72)는 전술한 바와 같이 주 제어부(70)로부터 처리실(20)의 압력 정보를 수신하고, 제1 APC 밸브(58A) 및 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하는 기능을 가진다. 여기서 APC 컨트롤러(72)는 주 제어부(70)와 함께 구성되는 제어부의 일례다.
<요부의 작용>
여기서 본 실시 형태의 요부인 배기계(50)에 의한 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 프로그램의 동작 및 순서를 도 3 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 배기계(50)는 주 제어부(70)와 APC 컨트롤러(72)가 압력 센서 군(62)으로부터의 정보에 기초하여 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하여 처리실(20)이 제1 압력(P1)이 될 때까지 감압하고, 제1 압력(P1)에 이르면 제2 APC 밸브(58B)를 폐지시키고 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)를 개방하여 처리실(20)이 제2 압력(P2)이 될 때까지 감압하고, 처리실(20)이 제2 압력(P2)에 이르면 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)를 폐지시키고 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하여 처리실(20)이 소정의 고진공 상태가 될 때까지 감압한다. 여기서 제2 압력(P2)보다 낮은 압력을 고진공 상태라고 부른다. 또한 배기계(50)는 처리실(20)의 압력을 고진공 영역에서의 제2 압력(P2)보다 낮은 압력까지 감압시키고, 기판(30)을 처리하는 처리 압력으로 유지시킨다.
도 5에서는 종축이 처리실(20)의 압력, 횡축이 감압에 필요로 한 시간이며, 본 실시 형태에서의 감압 라인(A)을 두꺼운 선으로 도시하고, 비교예에서의 감압 라인(B)을 가는 선으로 도시한다. 또한 대기압(P0)은 약 1.023×105Pa(약 760Torr)이며, 제1 압력(P1)은 약 9.066×104Pa(약 680Torr)이며, 제2 압력(P2)은 약 1.333×103Pa(약 10Torr)이다. 또한 대기압으로부터 감압을 시작할 때는 슬로우 배기를 수행한다. 단, 슬로우 배기는 실제로 필요로 하는 시간은 몇 초 정도이며, 대기압(P0)으로부터 제2 압력(P2)까지 5분 내지 10분 정도와 비교하면 무시할 수 있는 시간이기 때문에 본 명세서에서 도 5에는 반영되지 않는다. 이하 슬로우 배기에 관한 설명은 생략한다.
〔대기압으로부터 제1 압력까지의 감압〕
우선 처리실(20)의 압력을 대기압(P0)으로부터 제1 압력(P1)까지 소정의 비율로 감압을 수행하는 공정이다.
우선 처리실(20)에는 보트(26)에 재치된 복수의 기판(30)이 보트(26)에 의해 처리실(20)의 내부에 반송되고 삽입된다. 이 때 처리실(20)의 압력은 대기압으로 준비된다[스텝(S01)]. 또한 제1 APC 밸브(58A), 게이트 밸브(56, 561) 및 제2 APC 밸브(58B, 581)는 함께 폐쇄된다.
도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이 우선 펌프(60)가 작동된다. 다음으로 메인 배기 라인(52)의 배관(52A)에 설치된 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56)는 주 제어부(70)로부터의 닫힘 지령에 의해 폐쇄된다. 도 3에서는 이해를 돕기 위해 밸브(561)로 표현하고, 밸브(561)가 폐쇄 상태인 것을 도시한다. 또한 바이패스 배기 라인(54)의 배관(54A)에 설치된 제2 APC 밸브(58B)는 APC 컨트롤러(72)로부터의 열림 지령에 의해 폐쇄 상태로부터 개방 상태를 향하여 개도를 조정하면서 개방된다. 도 3에서는 이해를 돕기 위해 밸브(581)로 표현하고, 밸브(581)가 개도를 조정하면서 개방 상태를 향하여 개방되는 상태를 도시한다[스텝(S02)].
그리고 처리실(20)은 대기압(P0)으로부터 제1 압력(P1)을 향하여 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하면서 감압된다[스텝(S03)]. 본 실시 형태에서는 배관(54A)의 구경이 배관(52A)의 구경의 0.5 내지 0.9배의 구경을 가지기 때문에, 0.5배 미만의 가는 배관을 이용하는 경우와 비교하여 배기 효율이 양호하다. 바꿔 말하면 대기압(P0)으로부터 제1 압력(P1)까지의 감압에 필요로 하는 시간이 단축된다[도 5의 감압 라인(A 및 B)을 참조].
〔제1 압력으로부터 제2 압력까지의 감압〕
다음은 처리실(20)의 압력을 제1 압력(P1)으로부터 제2 압력(P2)까지 감압을 수행하는 공정이다.
제1 압력으로부터 제2 압력까지의 감압에서는, 대기압 센서(64)는 오프로 하고 제2 진공 센서(66)의 밸브(66A)는 닫힘으로 하여 제1 진공 센서(68)가 제1 압력(P1)까지 감압된 것을 검지한다[스텝(S04)]. 이 정보는 주 제어부(70)에 송신되고 또한 주 제어부(70)로부터 APC 컨트롤러(72)에 송신된다.
이 시점에서 도 4에 도시하는 바와 같이 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56, 561)는 주 제어부(70)로부터의 열림 신호에 의해 개방된다. 또한 동시에 제2 APC 밸브(58B, 581)는 APC 컨트롤러(72)로부터의 닫힘 신호에 의해 폐쇄된다 [스텝(S05)].
그리고 처리실(20)은 제1 압력(P1)으로부터 제2 압력(P2)을 향하여 감압된다[스텝(S06)].
〔제2 압력으로부터 고진공 영역까지의 감압〕
다음은 처리실(20)의 압력을 제2 압력(P2)으로부터 더 고진공 영역에 이르는 압력까지 감압을 수행하는 공정이다.
제2 압력으로부터 고진공 영역까지의 감압에서는, 대기압 센서(64)와 제1 진공 센서(68)는 오프로 하고 밸브(66A)가 제2 압력(P2)에 도달하면 열림이 되고, 제2 진공 센서(66)가 온으로 되는 것에 의해 처리실(20)의 압력이 제2 압력(P2)까지 감압되는 것을 검지한다[스텝(S07)]. 이 정보는 주 제어부(70)에 송신되고 또한 주 제어부(70)로부터 APC 컨트롤러(72)에 송신된다.
이 시점에서 도 3에 도시하는 바와 같이 제1 APC 밸브(58A) 및 게이트 밸브(56, 561)는 주 제어부(70)로부터의 닫힘 신호에 의해 폐쇄된다. 또한 동시에 제2 APC 밸브(58B, 581)는 APC 컨트롤러(72)로부터의 열림 신호에 의해 개도를 조정하면서 개방된다[스텝(S08)].
그리고 처리실(20)은 제2 압력(P2)으로부터 소정의 처리 압력(예컨대 후술하는 성막 공정에서 성막 온도가 형성될 때의 압력)으로 보지(保持)된다[스텝(S09)]. 여기서 처리 압력은 고진공 상태가 아니어도 좋고, 제2 압력(P2)보다 높은 압력이어도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 예컨대 제2 압력(P2)으로부터 더 고진공 영역에 이르기까지 감압한 후에 처리실(20)을 처리 압력으로 해도 좋고, 진공 도달 압력까지 감압한 상태에서 처리실(20)의 리크를 체크한 후, 처리실(20)을 처리 압력으로 해도 좋다. 이 경우 진공 도달 압력으로부터 처리 압력까지 조압할 때, 퍼지 가스(불활성 가스)를 공급하는 편이 바람직하다.
그 후 처리실(20)의 압력을 소정의 처리 압력으로 유지하고 기판(30)의 처리가 수행된다[스텝(S10)].
다음으로 기판(30)의 처리가 종료된 것이 검지된다[스텝(S10)]. 기판 처리 공정이 종료된 후 그 정보가 주 제어부(70)에 송신되면, 주 제어부(70)는 불활성 가스(예컨대 질소 가스)를 처리실에 공급시키고 처리실(20)을 질소 분위기로 치환시킨다[스텝(S11)]. 계속해서 주 제어부(70) 및 APC 컨트롤러(72)로부터의 닫힘 신호에 의해 제1 APC 밸브(58A), 게이트 밸브(56) 및 제2 APC 밸브(58B)가 폐색되어 처리실(20)의 압력이 상승한다. 이와 같이 하여 처리실(20)의 압력은 대기압으로 되돌려진다. 또한 어떤 압력(예컨대 대기압 이하의 임의의 압력)에 도달하면, 주 제어부(70)가 APC 컨트롤러(72)에 임의의 압력(이 경우 대기압) 지시를 송신하고, 수신한 APC 컨트롤러(72)로부터의 열림 신호에 의해 제2 APC 밸브(58B)를 개방시켜도 좋다. 이 때 제2 APC 밸브(58B, 581)는 도 3에 도시하는 경우와 마찬가지로 개도를 조정하면서 처리실(20)의 압력을 대기압으로 하도록 제어하는 것이 바람직하다[스텝(S12)].
그리고 처리 후의 기판(30)이 처리실(20)로부터 배출된다.
또한 도 5에서는 시각(t), 시각(t') 및 시각(5t), 시각(5t') 사이의 감압되지 않는 시간은 제1 APC 밸브(58A), 제2 APC 밸브(58B) 및 게이트 밸브(56)의 변경에 필요로 하는 시간으로서 감압되지 않는 시간으로서 도시했지만, 이는 실제로 필요로 하는 시간은 매우 짧으며, 밸브 변경 시간이 있는 것의 이해를 돕기 위한 것이다.
<비교예>
도 5에 비교예에서의 처리실의 감압에 필요로 하는 시간을 감압 라인(B)으로서 도시한다. 비교예에서는 바이패스 배기 라인의 가는 구경의 배관 및 APC 밸브의 유량이 본 실시 형태에서의 중경(中徑) 배관의 구경 및 APC 밸브의 유량보다 작다. 구체적으로는 비교예에서의 바이패스 배기 라인의 구경은 메인 배기 라인의 구경의 0.2배로 이루어진다. 이로 인해 감압 라인(B)에서는 대기압(P0)으로부터 제1 압력(P1)까지의 감압에 필요로 하는 시간이 약 5t다. 또한 대기압(P0)으로부터 제2 압력(P2)까지의 감압에 필요로 하는 시간은 약 10t다.
이에 대하여 본 실시 형태에서는 전술한 바와 같이 바이패스 배기 라인(54)의 구경은 메인 배기 라인(52)의 구경(D)의 0.5배 내지 0.9배로 구성된다. 이로 인해 처리실(20)의 감압에 필요로 하는 시간은 도 5에서 감압 라인(A)으로 도시하는 바와 같이 대기압(P0)으로부터 제1 압력(P1)까지의 감압에 필요로 하는 시간이 약 t이며, 또한 대기압(P0)으로부터 제2 압력(P2)까지의 감압에 요하는 시간은 약 5t다. 그리고 제2 압력(P2) 미만의 고진공 영역을 더 감압하는 영역에서는, 비교예에서는 감압 라인(B)의 점선으로 도시하는 바와 같이 감압이 매우 곤란하지만, 본 실시 형태에서는 비교예보다 감압 효율이 높은 바이패스 배기 라인(54)을 포함하고 있는 것에 의해 제2 압력(P2) 미만의 고진공 영역까지도 감압할 수 있다. 따라서 고진공 상태로 한 기판 처리(예컨대 성막 처리)가 가능하다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 처리실(20)을 감압하여 소정의 진공 상태로 할 때, 주 제어부(70)가 바이패스 배기 라인(54)의 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하여 처리실(20)이 제1 압력(P1)이 될 때까지 감압한다.
여기서 바이패스 배기 라인(54)의 배관(54A)의 구경은 메인 배기 라인(52)의 배관(52A)의 구경의 0.4배 내지 0.9배이므로 배기량은 비교예와 비교해서 작지 않고, 이로 인해 처리실(20)이 제1 압력(P1)에 이르기까지의 시간을 종래의 기판 처리 장치에 비해서 단축할 수 있다. 또한 제2 APC 밸브(58B)의 개도를 조정하여 감압하기 때문에, 메인 배기 라인(52)의 게이트 밸브(56) 및 제1 APC 밸브(58A)를 개방하여 초기 배기하는 것에 비해 처리실(20)의 파티클의 확산을 억제할 수 있다.
또한 처리실(20)이 제1 압력(P1)에 이르면 제2 APC 밸브(58B)를 폐지시키고 게이트 밸브(56) 및 제1 APC 밸브(58A)를 개방하여 배관(52A)을 구비한 메인 배기 라인(52)으로 배기한다. 이로 인해 시간 당 배기량이 증가하여 처리실이 제2 압력(P2)으로 감압할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 즉 고진공 상태로 감압할 때까지의 시간을 단축할 수 있기 때문에, 최근의 고진공 상태에서의 기판 처리에 적용할 수 있다.
또한 처리실(20)이 제2 압력(P2)에 이르면 게이트 밸브(56) 및 제1 APC 밸브(58A)를 폐지시키고 제2 APC 밸브(58B)를 개방하여 처리실(20)을 더 진공도가 높은 고진공 영역이 될 때까지 감압한다. 제2 APC 밸브(58B)는 게이트 밸브(56)나 제1 APC 밸브(58A)와 비교해서 응답성이 좋으므로, 메인 배기 라인(52)으로 처리실(20)을 진공 상태로 하는 것보다 구경이 작기 때문에, 공기의 누설이 없고 고진공 상태로 할 수 있다.
<기판 처리 공정>
다음으로 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용하여 실시하는 소정의 처리 공정을 포함하는 기판 처리 방법에 대해서 설명한다. 여기서 소정의 처리 공정은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정인 기판 처리 공정을 실시하는 경우를 예로 든다.
기판 처리 공정의 실시 시, 프로세스 레시피가 미도시의 메모리 등에 전개되고, 필요에 따라 주 제어부(70)로부터 APC 컨트롤러(72)에 제어 지시가 주어지는 것과 함께 미도시의 프로세스계 컨트롤러나 반송계 컨트롤러에 동작 지시가 주어진다. 이와 같이 하여 실시되는 기판 처리 공정은 반입 공정과 성막 공정과 반출 공정을 적어도 포함한다.
(이재 공정)
주 제어부(70)는 미도시의 기판 이재 기구에 보트(26)로의 기판(30)의 이재 처리를 시작한다. 이 이재 처리는 예정된 모든 기판(30)의 보트(26)로의 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)이 완료될 때까지 수행된다.
(반입 공정)
소정 매수의 기판(30)이 보트(26)에 장전되면, 보트(26)는 미도시의 보트 엘리베이터에 의해 상승되어서 반응로(10) 내에 형성되는 처리실(20)에 장입(보트 로드)된다.
보트(26)가 완전히 장입되면 노구 덮개(28)는 반응로(10)의 노구 플랜지(14)의 하단을 기밀하게 폐색한다.
(성막 공정)
다음으로 처리실(20)은 전술한 바와 같이 APC 컨트롤러(72)로부터의 지시에 따르면서 소정의 성막 압력(처리 압력)이 되도록 진공 펌프 등의 진공 배기 장치에 의해 진공 배기된다. 또한 처리실(20)은 미도시의 온도 제어부로부터의 지시에 따르면서 소정의 온도가 되도록 히터(18)에 의해 가열된다. 계속해서 미도시의 회전 기구에 의한 보트(26) 및 기판(30)의 회전을 시작한다. 그리고 소정의 압력, 소정의 온도로 유지된 상태에서 보트(26)에 보지된 복수 매의 기판(30)에 소정의 가스(처리 가스)를 공급하고, 기판(30)에 소정의 처리(예컨대 성막 처리)가 이루어진다. 또한 다음 반출 공정 전에 처리 온도(소정의 온도)로부터 온도를 강하시키는 경우가 있다.
(반출 공정)
보트(26)에 재치된 기판(30)에 대한 성막 공정이 완료되면, 회전 기구에 의한 보트(26) 및 기판(30)의 회전을 정지시키고, 처리실(20)을 질소 분위기로 치환하고(질소 치환 공정), 대기압 복귀시킨다. 그리고 노구 덮개(28)를 하강시키고 노구 플랜지(14)의 하단을 개구시키는 것과 함께, 처리 완료된 기판(30)을 보지한 보트(26)를 반응로(10)의 외부에 반출(보트 언로드)한다.
(회수 공정)
그리고 처리 완료된 기판(30)을 보지한 보트(26)는 클린 유닛으로부터 취출되는 클린 에어에 의해 매우 효과적으로 냉각된다. 그리고 예컨대 150℃ 이하로 냉각되면, 보트(26)로부터 처리 완료된 기판(30)을 탈장(脫裝)(웨이퍼 디스차지)하여 미도시의 포드에 이재된다. 연속해서 뱃치(batch) 처리를 수행하는 경우, 재차 새로운 미처리 기판(30)의 보트(26)로의 이재가 수행된다.
전술한 바와 같이 본 실시 형태에서는 대기압 부근의 압력으로부터 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 제1 압력으로부터 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 제2 압력으로부터 처리 압력으로 하는 공정 중 어느 하나의 공정에서 진공 배기를 수행하고 있지만, 상기 어느 하나의 공정에서 퍼지 가스를 공급하도록 해도 좋다.
전술한 바와 같이 본 실시 형태에서는 대기압 부근의 압력으로부터 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 제1 압력으로부터 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 제2 압력으로부터 처리 압력으로 하는 공정을 제1 진공 센서와 제2 진공 센서의 2개로 압력 검출을 수행하지만, 예컨대 대기압 부근의 압력으로부터 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정을 진공 센서(A), 제1 압력으로부터 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정을 진공 센서(B), 제2 압력으로부터 고진공 상태의 처리 압력으로 하는 공정을 진공 센서(C)로 수행하도록 해도 좋다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 대기압 부근의 압력으로부터 어느 정도의 부압(예컨대 제1 압력)이 될 때까지 APC 밸브에 의해 개도를 조정하면서 감압하기 때문에, 처리실에 파티클을 확산시키지 않고 단시간에 처리실을 고진공 상태로 할 수 있다.
<다른 실시 형태>
전술에서는 처리 압력이 제2 압력(P2)보다 낮은 압력에 대해서 기재하였지만, 여기서는 처리 압력이 제2 압력(P2)보다 높은 압력에 대해서 간단히 기재한다. 또한 대기압으로부터 제1 압력(P1)까지 감압하는 과정은 이미 전술한 내용과 동일하므로 생략한다. 이 경우 처리실(20)이 제1 압력(P1)에 이르면 제2 APC 밸브(58B)를 폐지시키고 게이트 밸브(56)를 개방하여 제1 APC 밸브(58A)의 개도를 조정하면서 배관(52A)을 구비한 메인 배기 라인(52)으로 배기하여 처리 압력이 될 때까지 감압한다.
또한 처리 압력에 따라 제1 APC 밸브(58A)를 개방하면서 어느 정도의 압력까지 감압되면, 제1 APC 밸브(58A)의 개도를 조정하여 처리 압력으로 해도 좋고, 제1 APC 밸브(58A)의 개방에 의해 감압되는 압력은 처리 압력 부근까지 감압하면 좋으므로 처리 압력보다 높거나 낮아도 무방하다.
이 실시 형태이더라도 대기압 부근의 압력으로부터 어느 정도의 부압(예컨대 제1 압력)이 될 때까지 APC 밸브에 의해 개도를 조정하면서 감압하고 있기 때문에, 처리실에 파티클을 확산시키지 않고 단시간에 처리 압력으로 조정할 수 있다.
100: 기판 처리 장치 20: 처리실
52: 메인 배기 라인 54: 바이패스 배기 라인
56: 게이트 밸브(개폐 밸브의 일례)
58A: 제1 APC 밸브(제1 개도 조정 밸브의 일례)
58B: 제2 APC 밸브(제2 개도 조정 밸브의 일례)
62: 압력 센서 군
70: 주 제어부(APC 컨트롤러와 함께 구성되는 제어부의 일례)
72: APC 컨트롤러(주 제어부와 함께 구성되는 제어부의 일례)

Claims (13)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실로부터 가스를 배출하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 제1 개도(開度) 조정 밸브와, 상기 제1 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 제1 배관에 설치되고 상기 처리실의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 메인 배기 라인;
    상기 메인 배기 라인에 접속되는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 제2 개도 조정 밸브를 구비한 바이패스 배기 라인; 및
    상기 압력 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실이 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 제1 압력에 이르면 상기 제2 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 개방하여 상기 처리실이 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정과, 상기 처리실이 제2 압력에 이르면 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실을 처리 압력으로 하는 공정을 수행하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 배관은 상기 제1 배관보다 구경(口徑)이 작은 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 센서는 제1 진공 센서와 제2 진공 센서를 구비하고,
    상기 제1 진공 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 압력이 될 때까지 감압하고, 상기 제2 진공 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 압력으로부터 처리 압력으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정에서는,
    상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 폐지하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정에서는,
    상기 제1 개도 조정 밸브의 개도는 0%를 유지하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정에서는,
    상기 제1 개도 조정 밸브의 개도는 100%를 유지하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 지름의 비(比)는 1.0 : 0.2이상 1.0 : 0.8이하인 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 배관의 지름은 80mm이상 100mm이하인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 상기 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정, 상기 제2 압력으로부터 상기 처리 압력으로 하는 공정 중 어느 하나의 공정에서는 퍼지 가스를 공급하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 처리 압력이 상기 제2 압력보다 낮은 경우, 상기 제2 압력보다 낮은 소정의 진공 압력에 도달시키고, 퍼지 가스를 공급하면서 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리 압력으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 처리 압력이 상기 제2 압력보다 높은 경우, 상기 제1 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 소정의 처리 압력으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실로부터 가스를 배출하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 제1 개도 조정 밸브와, 상기 제1 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 제1 배관에 설치되고 상기 처리실의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 메인 배기 라인; 및 상기 메인 배기 라인에 접속되는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 제2 개도 조정 밸브를 구비한 바이패스 배기 라인을 구비한 기판 처리 장치를 준비하는 공정;
    상기 압력 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실이 제1 압력이 될 때까지 감압하는 공정;
    상기 제1 압력에 이르면 상기 제2 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 개방하여 상기 처리실이 제2 압력이 될 때까지 감압하는 공정; 및
    상기 처리실이 상기 제2 압력에 이르면 상기 개폐 밸브 및 상기 제1 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실을 처리 압력으로 하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실로부터 가스를 배출하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 제1 개도 조정 밸브와, 상기 제1 배관에 설치된 개폐 밸브와, 상기 제1 배관에 설치되고 상기 처리실의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 메인 배기 라인; 및 상기 메인 배기 라인에 접속되는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 제2 개도 조정 밸브를 구비한 바이패스 배기 라인을 포함하는 기판 처리 장치에서 실행되는 매체에 기록된 기판 처리 프로그램으로서,
    상기 압력 센서로부터의 정보에 기초하여 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실이 제1 압력이 될 때까지 감압하는 단계;
    상기 제1 압력에 이르면 상기 제2 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 개폐 밸브 및 제1 개도 조정 밸브를 개방하여 상기 처리실이 제2 압력이 될 때까지 감압하는 단계; 및
    상기 처리실이 제2 압력에 이르면 상기 개폐 밸브 및 제1 개도 조정 밸브를 폐지시키고 상기 제2 개도 조정 밸브의 개도를 조정하여 상기 처리실을 처리 압력으로 하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 매체에 기록된 기판 처리 프로그램.
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