KR20220037350A - 가스 도입 구조 및 처리 장치 - Google Patents

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KR20220037350A
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히로키 이리우다
레이타 이가라시
구니야스 사카시타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 다단으로 배치되는 기판에 균일하게 가스를 공급할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결수단] 본 개시의 일양태에 따른 가스 도입 구조는, 대략 원통 형상의 처리 용기의 길이 방향으로 연장되어 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 도입 구조로서, 도입실을 구획하는 도입부와, 복수의 토출실을 구획하는 토출부이며, 상기 복수의 토출실의 각각이 상기 처리 용기 내에 가스를 토출하는 복수의 가스 구멍을 포함하는 토출부와, 상기 도입실에 접속되며 토너먼트형으로 상기 복수의 토출실의 수에 대응하여 분기하여 상기 복수의 토출실에 접속하는 분기실을 구획하는 분기부를 갖는다.

Description

가스 도입 구조 및 처리 장치{GAS INTRODUCTION STRUCTURE AND PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 가스 도입 구조 및 처리 장치에 관한 것이다.
원통체형의 처리 용기의 측벽 내측을 따라 연직 방향으로 연장되며, 웨이퍼 보트의 웨이퍼 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐 복수의 가스 토출 구멍이 형성된 가스 분산 노즐을 갖는 성막 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-135044호 공보
본 개시는 다단으로 배치되는 기판에 균일하게 가스를 공급할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일양태에 따른 가스 도입 구조는, 대략 원통 형상의 처리 용기의 길이 방향으로 연장되어 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 도입 구조로서, 도입실을 구획하는 도입부와, 복수의 토출실을 구획하는 토출부이며, 상기 복수의 토출실의 각각이 상기 처리 용기 내에 가스를 토출하는 복수의 가스 구멍을 포함하는 토출부와, 상기 도입실에 접속되며 토너먼트형으로 상기 복수의 토출실의 수에 대응하여 분기하여 상기 복수의 토출실에 접속하는 분기실을 구획하는 분기부를 갖는다.
본 개시에 따르면, 다단으로 배치되는 기판에 균일하게 가스를 공급할 수 있다.
도 1은 실시형태의 처리 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 분산 노즐의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 분산 노즐의 높이 방향의 위치와 반응 활성종의 농도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 토너먼트 노즐의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 토너먼트 노즐의 구체예를 나타내는 도면이다.
도 6은 토너먼트 노즐의 구체예를 나타내는 도면이다.
도 7은 토너먼트 노즐의 다른 구체예를 나타내는 도면이다.
도 8은 토너먼트 노즐의 다른 구체예를 나타내는 도면이다.
도 9는 토너먼트 노즐의 또 다른 구체예를 나타내는 도면이다.
도 10은 HCD 가스의 질량 유량의 분포를 해석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 SiCl2의 몰분율의 분포를 해석한 결과를 나타내는 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.
〔처리 장치〕
도 1을 참조하여, 실시형태의 처리 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 1은 실시형태의 처리 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
처리 장치(1)는, 처리 용기(10), 가스 공급부(30), 배기부(50), 가열부(70) 및 제어부(90)를 구비한다.
처리 용기(10)는, 내관(11) 및 외관(12)을 포함한다. 내관(11)은, 이너 튜브라고도 불리며, 하단이 개방된 천장을 갖는 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 내관(11)은, 천장부(11a)가 예컨대 평탄하게 형성되어 있다. 외관(12)은, 아우터 튜브라고도 불리며, 하단이 개방되어 내관(11)의 외측을 덮는 천장을 갖는 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 내관(11) 및 외관(12)은, 동축형으로 배치되어 이중관 구조로 되어 있다. 내관(11) 및 외관(12)은, 예컨대 석영 등의 내열 재료에 의해 형성되어 있다.
내관(11)의 일측에는, 그 길이 방향(연직 방향)을 따라 가스 노즐을 수용하는 수용부(13)가 형성되어 있다. 수용부(13)는, 내관(11)의 측벽의 일부를 외측을 향하여 돌출시켜 볼록부(14)를 형성하여, 볼록부(14) 내를 수용부(13)로서 형성하고 있다.
수용부(13)에 대향시켜 내관(11)의 반대측의 측벽에는, 그 길이 방향(연직 방향)을 따라 직사각 형상의 배기 슬릿(15)이 형성되어 있다. 배기 슬릿(15)은, 내관(11) 내의 가스를 배기한다. 배기 슬릿(15)의 길이는, 후술하는 보트(16)의 길이와 동일하거나, 또는, 보트(16)의 길이보다 길게 상하 방향으로 각각 연장되도록 하여 형성되어 있다.
처리 용기(10)는, 보트(16)를 수용한다. 보트(16)는, 복수의 기판을 연직 방향에 간격을 두고 대략 수평으로 유지한다. 기판은, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 한다)여도 좋다.
처리 용기(10)의 하단은, 예컨대 스테인레스강에 의해 형성되는 대략 원통 형상의 매니폴드(17)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(17)의 상단에는 플랜지(18)가 형성되어 있고, 플랜지(18) 상에 외관(12)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 플랜지(18)와 외관(12)의 하단 사이에는 O링 등의 시일 부재(19)를 개재시켜 외관(12) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(17)의 상부의 내벽에는, 원고리 형상의 지지부(20)가 마련되어 있다. 지지부(20)는, 내관(11)의 하단을 지지한다. 매니폴드(17)의 하단의 개구에는, 덮개체(21)가 O링 등의 시일 부재(22)를 통해 기밀하게 부착되어 있다. 덮개체(21)는, 처리 용기(10)의 하단의 개구, 즉, 매니폴드(17)의 개구를 기밀하게 막는다. 덮개체(21)는, 예컨대 스테인레스강에 의해 형성되어 있다.
덮개체(21)의 중앙에는, 자성 유체 시일(23)을 통해 보트(16)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(24)이 관통되어 마련되어 있다. 회전축(24)의 하부는, 보트 엘리베이터를 포함하는 승강 기구(25)의 아암(25a)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(24)의 상단에는 회전 플레이트(26)가 마련되어 있다. 회전 플레이트(26) 상에는, 석영제의 보온대(27)를 통해 웨이퍼(W)를 유지하는 보트(16)가 배치된다. 따라서, 승강 기구(25)를 승강시킴으로써 덮개체(21)와 보트(16)는 일체로서 상하 이동하여, 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 대하여 삽입 및 분리할 수 있게 되어 있다.
가스 공급부(30)는, 토너먼트 노즐(100) 및 분산 노즐(31)을 갖는다. 토너먼트 노즐(100) 및 분산 노즐(31)은, 내관(11)의 수용부(13) 내에 둘레 방향을 따라 배치되어 있다.
토너먼트 노즐(100)은, 내관(11)의 길이 방향으로 연장되어 상기 내관(11) 내에 원료 가스를 토출한다. 원료 가스는, 예컨대 실리콘(Si)이나 금속을 함유하는 가스여도 좋다. 토너먼트 노즐(100)의 상세에 대해서는 후술한다.
분산 노즐(31)은, 내관(11) 내에 그 길이 방향을 따라 마려되며, 그 기단이 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(17)를 관통하도록 하여 지지되어 있다. 분산 노즐(31)에는, 그 길이 방향을 따라 소정의 간격을 두고 복수의 가스 구멍(31a)이 마련되어 있다. 복수의 가스 구멍(31a)은, 예컨대 내관(11)의 중심(C)측(웨이퍼(W)측)에 배향된다.
분산 노즐(31)은, 반응 가스, 에칭 가스, 퍼지 가스를, 복수의 가스 구멍(31a)으로부터 웨이퍼(W)를 향하여 대략 수평으로 토출한다. 반응 가스는, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성하기 위한 가스이며, 예컨대 산소 또는 질소를 함유하는 가스여도 좋다. 에칭 가스는, 각종 막을 에칭하기 위한 가스이며, 예컨대 불소, 염소, 브롬 등의 할로겐을 함유하는 가스여도 좋다. 퍼지 가스는, 처리 용기(10) 내에 잔류하는 원료 가스나 반응 가스를 퍼지하기 위한 가스이며, 예컨대 불활성 가스여도 좋다.
배기부(50)는, 내관(11) 내로부터 배기 슬릿(15)을 통해 배출되어, 내관(11)과 외관(12) 사이의 공간(P1)을 통해 가스 출구(28)로부터 배출되는 가스를 배기한다. 가스 출구(28)는, 매니폴드(17)의 상부의 측벽으로서, 지지부(20)의 상방에 형성되어 있다. 가스 출구(28)에는, 배기 통로(51)가 접속되어 있다. 배기 통로(51)에는, 압력 조정 밸브(52) 및 진공 펌프(53)가 순차 개재되어, 처리 용기(10) 내를 배기할 수 있게 되어 있다.
가열부(70)는, 외관(12)의 주위에 마련되어 있다. 가열부(70)는, 예컨대 베이스 플레이트(도시하지 않음) 상에 마련되어 있다. 가열부(70)는, 외관(12)을 덮도록 대략 원통 형상을 갖는다. 가열부(70)는, 예컨대 발열체를 포함하여, 처리 용기(10) 내의 웨이퍼(W)를 가열한다.
제어부(90)는, 처리 장치(1)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(90)는, 예컨대 컴퓨터여도 좋다. 처리 장치(1)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이어도 좋다.
〔노즐〕
먼저, 도 2를 참조하여, 분산 노즐에 대해서 설명한다. 도 2는 분산 노즐의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 화살표는, 가스의 흐름을 나타내며, 가스 유량이 클수록 굵게 나타낸다.
배치식의 종형 열처리 장치에 있어서, 모든 웨이퍼에 균일하게 원료 가스를 공급하는 것을 목적으로 하여, 각 웨이퍼에 대응하는 위치에 복수의 가스 구멍을 마련한 분산 노즐이 이용되고 있다. 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 분산 노즐(Nd)은 수직으로 신장하는 관재이며, 예컨대 석영에 의해 형성되어 있다. 분산 노즐(Nd)의 수직 부분에는, 웨이퍼 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐, 복수의 가스 구멍(H)이 형성되어 있다. 이에 의해, 각 가스 구멍(H)으로부터 수평 방향에 각 웨이퍼의 표면을 향하여 원료 가스를 토출할 수 있다.
그러나, 분산 노즐(Nd)에서는, 가스의 흐름의 상류측(분산 노즐(Nd)의 하부)부터 순서대로 원료 가스가 분배되어 가스의 흐름의 하류측(분산 노즐(Nd)의 상부)일수록 가스 유량이 작아진다. 따라서, 경로 길이의 차이 이외에, 하류측일수록 유속이 늦어진다. 경로 길이가 짧고 유속이 빠른 상류측에 비해서, 경로 길이가 길고 유속이 느린 상류측에서는, 원료 가스의 체류 시간이 길어져, 원료 가스의 분해 정도가 급격하게 높아진다. 그 때문에, 가스의 흐름의 하류측에서는, 반응 활성종의 농도가 높아지기 쉽다.
도 3은 분산 노즐(Nd)의 높이 방향의 위치와 반응 활성종의 농도의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 횡축은 분산 노즐(Nd)의 높이 방향의 위치를 나타내고, 종축은 분산 노즐(Nd)의 내부의 반응 활성종의 농도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 분산 노즐(Nd)로부터 원료 가스를 토출하면, 분산 노즐(Nd)의 상부일수록 반응 활성종의 농도가 높아진다. 분산 노즐(Nd)의 내직경을 작게 하면, 분산 노즐(Nd)의 상부와 하부 사이의 반응 활성종의 농도의 차가 작아지지만, 분산 노즐(Nd)의 상부부터 하부까지의 전체 범위에 있어서 균일한 반응 활성종의 농도 분포를 형성하는 것은 곤란하다.
다음에, 도 4를 참조하여, 도 1의 처리 장치(1)에 있어서의 토너먼트 노즐(100)에 대해서 설명한다.
토너먼트 노즐(100)은, 원료 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 도입되는 원료 가스를 내관(11) 내에 공급한다. 토너먼트 노즐(100)은, 도입부(110), 토출부(120) 및 분기부(130)를 포함한다.
도입부(110)는, 도입실(111)을 구획한다. 도입실(111)에는, 원료 가스 공급원으로부터 원료 가스가 도입된다.
토출부(120)는, 8개의 토출실(121a∼121h)을 구획한다. 8개의 토출실(121a∼121h)은, 처리 용기(10)의 길이 방향을 따라 이 순서로 배치되어 있다. 토출실(121a)에는, 내관(11) 내에 원료 가스를 토출하는 복수의 가스 구멍(122a)이마련되어 있다. 복수의 가스 구멍(122a)은, 처리 용기(10)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 복수의 가스 구멍(122a)는, 예컨대 내관(11)의 중심(C)측에 배향되어, 토출실(121a)에 도입된 원료 가스를 웨이퍼(W)를 향하여 토출한다. 토출실(121b∼121h)에도 토출실(121a)과 마찬가지로, 각각 복수의 가스 구멍(122b∼122h)이 마련되어 있다.
분기부(130)는, 분기실(131, 132a, 132b, 133a∼133d)을 구획한다. 분기실(131, 132a, 132b, 133a∼133d)은, 도입실(111)에 접속되며 토너먼트형으로 8개의 토출실(121a∼121h)의 수에 대응하여 분기하여 8개의 토출실(121a∼121h)에 접속된다.
분기실(131)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 도입실(111)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 분기실(132a, 132b)와 연통하고 있으며, 도입실(111)로부터 도입되는 원료 가스를 2개의 분기실(132a, 132b)에 분기한다. 이하, 분기실(131)과 도입실(111)이 연통하는 부분을 연통부(A1)라고 칭하고, 분기실(131)과 분기실(132a, 132b)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A2, A3)라고 칭한다. 분기실(131)은, 연통부(A1)로부터 연통부(A2)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A1)로부터 연통부(A3)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A1)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(131)에 도입되는 원료 가스를, 분기실(132a)과 분기실(132b)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(132a)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A2)를 통해 분기실(131)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 분기실(133a, 133b)과 연통한다. 이하, 분기실(132a)과 분기실(133a, 133b)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A4, A5)라고 칭한다. 분기실(132a)은, 연통부(A2)로부터 연통부(A4)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A2)로부터 연통부(A5)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A2)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(132a)에 도입되는 원료 가스를, 분기실(133a)과 분기실(133b)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(132b)은, 분기실(132a)의 하방에 위치한다. 분기실(132b)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A3)를 통해 분기실(131)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 분기실(133c, 133d)과 연통한다. 이하, 분기실(132b)과 분기실(133c, 133d)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A6, A7)라고 칭한다. 분기실(132b)은, 연통부(A3)로부터 연통부(A6)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A3)로부터 연통부(A7)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A3)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(132b)에 도입되는 원료 가스를, 분기실(133c)과 분기실(133d)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(133a)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A4)를 통해 분기실(132a)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 토출실(121a, 121b)과 연통한다. 이하, 분기실(133a)과 토출실(121a, 121b)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A8, A9)라고 칭한다. 분기실(133a)은, 연통부(A4)로부터 연통부(A8)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A4)로부터 연통부(A9)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A4)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(133a)에 도입되는 원료 가스를, 토출실(121a)과 토출실(121b)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(133b)은, 분기실(133a)의 하방에 위치한다. 분기실(133b)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A5)를 통해 분기실(132a)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 토출실(121c, 121d)과 연통한다. 이하, 분기실(133b)과 토출실(121c, 121d)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A10, A11)라고 칭한다. 분기실(133b)은, 연통부(A5)로부터 연통부(A10)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A5)로부터 연통부(A11)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A5)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(133b)에 도입되는 원료 가스를, 토출실(121c)과 토출실(121d)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(133c)은, 분기실(133b)의 하방에 위치한다. 분기실(133c)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A6)를 통해 분기실(132b)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 토출실(121e, 121f)과 연통한다. 이하, 분기실(133c)과 토출실(121e, 121f)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A12, A13)라고 칭한다. 분기실(133c)은, 연통부(A6)로부터 연통부(A12)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A6)로부터 연통부(A13)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A6)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(133c)에 도입되는 원료 가스를, 토출실(121e)과 토출실(121f)에 균등하게 분기할 수 있다.
분기실(133d)은, 분기실(133c)의 하방에 위치한다. 분기실(133d)은, 가스의 흐름의 상류측에 있어서 연통부(A7)를 통해 분기실(132b)과 연통하고, 가스의 흐름의 하류측에 있어서 토출실(121g, 121h)과 연통한다. 이하, 분기실(133d)과 토출실(121g, 121h)이 연통하는 부분을 각각 연통부(A14, A15)라고 칭한다. 분기실(133d)은, 연통부(A7)로부터 연통부(A14)에 이르는 경로의 컨덕턴스와 연통부(A7)로부터 연통부(A15)에 이르는 경로의 컨덕턴스가 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대 연통부(A7)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭 구조를 갖는다. 이에 의해, 분기실(133d)에 도입되는 원료 가스를, 토출실(121g)과 토출실(121h)에 균등하게 분기할 수 있다.
이상에 설명한 토너먼트 노즐(100)에 의하면, 8개의 토출실(121a∼121h)에 도입된 시점에서의 원료 가스는 동일한 경로를 더듬고 있기 때문에, 각 토출실(121a∼121h)에 있어서의 원료 가스의 질량 유량 및 분해 정도는 균일해진다. 그 결과, 내관(11)의 길이 방향에 있어서의 원료 가스의 질량 유량 및 분해 정도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 도시된 예에서는, 도입실(111)에 도입된 원료 가스를 토너먼트형으로 8개의 토출실(121a∼121h)에 분기하는 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도입실(111)에 도입된 원료 가스를 토너먼트형으로 16개의 토출실에 분기하여도 좋고, 32개의 토출실에 분기하여도 좋다. 이와 같이, 도입실(111)에 도입된 원료 가스를 토너먼트형으로 2의 거듭제곱의 수의 토출실에 분기하여도 좋다. 분기하는 토출실의 수를 크게 함으로써, 복수의 토출실로부터 토출되는 원료 가스의 질량 유량 및 분해 정도의 균일성을 보다 높일 수 있다.
또한, 토너먼트 노즐(100)에 있어서는, 원료 가스의 정체의 발생을 억제한다고 하는 관점에서, 도입실(111)에 있어서의 연통부(A1)보다 상방의 공간의 용적을 극력 작게 하는 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 분기실(131)에 있어서의 연통부(A2)보다 상방의 공간, 분기실(131)에 있어서의 연통부(A3)보다 하방의 공간의 용적을 극력 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 마찬가지로, 분기실(132a, 132b, 133a∼133d)에 있어서의 단부(상방 및 하방)의 공간의 용적을 극력 작게 하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 5 및 도 6을 참조하여, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)의 구체예에 대해서 설명한다. 도 5는 처리 용기(10)의 횡단면이며, 토너먼트 노즐(100)을 포함하는 단면을 나타낸다. 도 6은 처리 용기(10)의 둘레 방향을 따른 단면이며, 토너먼트 노즐(100)을 포함하는 단면을 나타낸다.
토너먼트 노즐(100)은, 내관(11)의 수용부(13) 내에 마련된다. 토너먼트 노즐(100)은, 도입부(110), 토출부(120) 및 분기부(130)를 갖는다.
도입부(110), 분기부(130) 및 토출부(120)는, 내관(11)의 수용부(13) 내에 이 순서로 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 배치되어 있다.
도입부(110)는, 판재(115)를 내관(11)의 내벽에 용접함으로써, 도입실(111)을 구획한다. 판재(115)는, 내열성을 갖는 재료, 예컨대 석영에 의해 형성되어 있다. 도입실(111)은, 하단이 개구하여, 개구가 가스 노즐(112)의 선단을 덮도록 형성되어 있다.
토출부(120)는, 판재(125)를 내관(11)의 내벽에 용접함으로써, 8개의 토출실(121a∼121h)을 구획한다. 판재(125)는, 예컨대 판재(115)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 복수의 가스 구멍(122a∼122h)은, 처리 용기(10)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 복수의 가스 구멍(122a∼122h)이 마련되는 높이 범위는, 예컨대 웨이퍼 탑재 영역(AW)의 높이 범위와 동일하여도 좋다. 복수의 가스 구멍(122a∼122h)은, 예컨대 내관(11)의 중심(C)과 배기 슬릿(15)의 중심을 연결하는 직선(L) 상에 배치되어 있다.
분기부(130)는, 판재(135)를 내관(11)의 내벽 및 판재(115, 125)에 용접함으로써, 분기실(131, 132a, 132b, 133a∼133d)을 구획한다. 판재(135)는, 예컨대 판재(115)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)은, 판재(115, 125, 135)를 용접함으로써 제조할 수 있다.
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)의 다른 구체예에 대해서 설명한다. 도 8에 있어서, 화살표는, 가스의 흐름을 나타낸다.
토너먼트 노즐(100)은, 내관(11)의 수용부(13) 내에 마련된다. 토너먼트 노즐(100)은, 도입부(110), 토출부(120) 및 분기부(130)를 갖는다.
토출부(120) 및 분기부(130)는, 도입부(110)의 주위에 배치되어 있다.
도입부(110)는, 관재(116)에 의해, 도입실(111)을 구획한다. 관재(116)는, 내열성을 갖는 재료, 예컨대 석영에 의해 형성되어 있다.
분기부(130)는, 관재(136a∼136c)에 의해, 분기실(131, 132a, 132b, 133a∼133d)을 구획한다. 관재(136a)는, 내부에 하나의 공간을 포함하고, 상기 공간이 분기실(131)을 구성한다. 관재(136b)는, 내부에 그 길이 방향에 있어서 분리된 2개의 공간을 포함하고, 상기 2개의 공간이 분기실(132a, 132b)을 구성한다. 관재(136c)는, 내부에 그 길이 방향에 있어서 분리된 4개의 공간을 포함하고, 상기 4개의 공간이 분기실(133a∼133d)을 구성한다. 관재(136a∼136c)는, 예컨대 관재(116)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다.
관재(136a)는, 관재(116)와 인접하여 배치되며, 접속관(141)을 통해 관재(116)에 용접되어 있다. 접속관(141)은, 연통부(A1)로서 기능한다.
관재(136b)는, 관재(116) 및 관재(136a)와 인접하여 배치되며, 접속관(142)을 통해 관재(136a)에 용접되어 있다. 접속관(142)은, 연통부(A2, A3)로서 기능한다.
관재(136c)는, 관재(116) 및 관재(136b)와 인접하여 배치되며, 접속관(143)을 통해 관재(136b)에 용접되어 있다. 접속관(143)은, 연통부(A4∼A7)로서 기능한다.
토출부(120)는, 관재(126)에 의해, 8개의 토출실(121a∼121h)을 구획한다. 관재(126)는, 내부에 그 길이 방향에 있어서 8개의 분리된 공간을 포함하고, 상기 8개의 공간이 토출실(121a∼121h)을 구성한다. 관재(126)는, 예컨대 관재(116)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 관재(126)는, 관재(116) 및 관재(136c)와 인접하여 배치되며, 접속관(144)을 통해 관재(136c)에 용접되어 있다. 접속관(144)은, 연통부(A8∼A15)로서 기능한다.
이상에 설명한 바와 같이, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)은, 관재(116, 126, 136a∼136c)를 용접함으로써 제조할 수 있다. 또한, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)은, 관재(116)를 중심으로 하여, 관재(116)의 주위에 관재(126, 136a∼136c)를 마련하기 때문에, 토너먼트 노즐(100)이 점유하는 스페이스를 작게 할 수 있다.
다음에, 도 9를 참조하여, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)의 또 다른 구체예에 대해서 설명한다. 도 9에 있어서, 화살표는, 가스의 흐름을 나타낸다.
토너먼트 노즐(100)은, 내관(11)의 수용부(13) 내에 마련된다. 토너먼트 노즐(100)은, 도입부(110), 토출부(120) 및 분기부(130)를 갖는다.
토출부(120) 및 분기부(130)는, 도입부(110)의 주위에 배치되어 있다.
도입부(110), 토출부(120) 및 분기부(130)는, 1개의 관재(117)의 내부를 칸막이재(118)로 칸막이함으로써, 도입실(111), 토출실(121a∼121h) 및 분기실(131, 132a, 132b, 133a∼133d)을 구획한다. 관재(117) 및 칸막이재(118)는, 내열성을 갖는 재료, 예컨대 석영에 의해 형성되어 있다. 칸막이재(118)에는, 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되고, 상기 관통 구멍이 연통부(A1∼A15)로서 기능한다.
이상에 설명한 바와 같이, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)은, 1개의 관재(117)의 내부를 칸막이재(118)로 칸막이함으로써 제조할 수 있다. 또한, 실시형태의 토너먼트 노즐(100)은, 1개의 관재(117)의 내부를 칸막이재(118)로 칸막이함으로써 제조되기 때문에, 토너먼트 노즐(100)이 점유하는 스페이스를 작게 할 수 있다.
〔처리 방법〕
실시형태의 처리 방법의 일례로서, 도 1에 나타내는 처리 장치(1)를 이용하여 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 따라, 웨이퍼(W)에 실리콘 산화막을 성막하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 제어부(90)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(21)에 의해 처리 용기(10)의 하단의 개구를 기밀하게 막아, 밀폐한다.
계속해서, 제어부(90)는, 원료 가스를 공급하는 공정 S1, 퍼지하는 공정 S2, 반응 가스를 공급하는 공정 S3 및 퍼지하는 공정 S4를 포함하는 사이클을, 미리 정한 횟수 반복함으로써, 복수의 웨이퍼(W)에 원하는 막 두께를 갖는 실리콘 산화막을 성막한다.
공정 S1에서는, 토너먼트 노즐(100)로부터 처리 용기(10) 내에 원료 가스인 실리콘 함유 가스를 토출함으로써, 복수의 웨이퍼(W)에 실리콘 함유 가스를 흡착시킨다.
공정 S2에서는, 가스 치환 및 진공 처리를 반복하는 사이클 퍼지에 의해, 처리 용기(10) 내에 잔류하는 실리콘 함유 가스 등을 배출한다. 가스 치환은, 분산 노즐(31)로부터 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스를 공급하는 동작이다. 진공 처리는, 진공 펌프(53)에 의해 처리 용기(10) 내를 배기하는 동작이다. 또한, 가스 치환에서는, 토너먼트 노즐(100)로부터 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스를 공급하여도 좋다.
공정 S3에서는, 분산 노즐(31)로부터 처리 용기(10) 내에 반응 가스인 산화 가스를 토출함으로써, 산화 가스에 의해 복수의 웨이퍼(W)에 흡착한 실리콘 원료 가스를 산화시킨다.
공정 S4에서는, 가스 치환 및 진공 처리를 반복하는 사이클 퍼지에 의해, 처리 용기(10) 내에 잔류하는 산화 가스 등을 배출한다. 공정 S4는, 공정 S2와 동일하여도 좋다.
공정 S1∼S4를 포함하는 ALD 사이클이 미리 정한 횟수 반복된 후, 제어부(90)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 보트(16)를 처리 용기(10) 내로부터 반출한다.
실시형태의 처리 방법의 별도의 일례로서, 도 1에 나타내는 처리 장치(1)를 이용하여 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 따라, 웨이퍼(W)에 실리콘막을 성막하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 제어부(90)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 복수의 웨이퍼(W)를 유지한 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(21)에 의해 처리 용기(10)의 하단의 개구를 기밀하게 막아, 밀폐한다.
계속해서, 제어부(90)는, 토너먼트 노즐(100)로부터 처리 용기(10) 내에 원료 가스인 실리콘 함유 가스를 토출함으로써, 웨이퍼(W) 상에 원하는 막 두께를 갖는 실리콘막을 성막한다.
계속해서, 제어부(90)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 보트(16)를 처리 용기(10) 내로부터 반출한다.
이상에 설명한 실시형태에 따르면, 내관(11) 내에 원료 가스를 토출할 때, 토너먼트 노즐(100)로부터 가스를 토출한다. 토너먼트 노즐(100)에 따르면, 8개의 토출실(121a∼121h)에 도입된 시점에서의 원료 가스는 동일한 경로를 더듬고 있기 때문에, 각 토출실(121a∼121h)에 있어서의 원료 가스의 질량 유량 및 분해 정도는 균일해진다. 그 때문에, 내관(11)의 길이 방향에 있어서의 원료 가스의 질량 유량 및 분해 정도를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 처리 용기(10) 내에 다단으로 수용된 복수의 웨이퍼(W)간에서의 막 두께의 균일성(면간 균일성)이 향상한다.
〔시뮬레이션 결과〕
실시형태의 토너먼트 노즐(100)의 효과를 확인하기 위해, 토너먼트 노즐로부터 토출되는 원료 가스의 질량 유량 및 토너먼트 노즐 근방의 반응 활성종의 몰분율에 대해서, 열유체 해석에 의한 시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 반응 활성종의 농도 분포를 해석의 대상으로 한 것은, 웨이퍼(W) 상에 성막되는 소정의 막의 막 두께가, 원료 가스가 열분해하여 생성되는 반응 활성종의 농도에 기인하는 것을 고려한 것에 따른 것이다.
본 시뮬레이션에서는, 비교 대상으로서, 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐 및 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐에 대해서도, 마찬가지로 열유체 해석에 의한 시뮬레이션을 실시하였다. 본 시뮬레이션에서는, 토너먼트 노즐에 대하여 도입하는 원료 가스의 유량, 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐에 대하여 도입하는 원료 가스의 유량 및 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐에 대하여 도입하는 원료 가스의 유량을 동일한 유량으로 설정하였다. 또한, 원료 가스로서는, 헥사클로로디실란(HCD) 가스를 이용하는 경우에 대해서 해석하였다.
도 10은 HCD 가스의 질량 유량의 분포를 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 10에 있어서, 횡축은 가스 구멍의 위치를 나타내고, 종축은 HCD 가스의 질량 유량[㎏/s]을 나타낸다. 또한, 도 10에 있어서, 마름모표는 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐의 결과를 나타내고, 사각표는 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐의 결과를 나타내고, 삼각표는 내직경이 6.4 ㎜인 토너먼트 노즐의 결과를 나타낸다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 토너먼트 노즐 및 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐에서는, 노즐의 선단(상단)부터 기단(하단)까지의 모든 범위에 있어서 대략 동일한 질량 유량으로 되어 있다. 이에 대하여, 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐에서는, 노즐의 선단으로부터 기단을 향함에 따라 질량 유량이 커지고 있다.
도 11은 SiCl2의 몰분율의 분포를 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서, 횡축은 가스 구멍의 위치를 나타내고, 종축은 SiCl2의 몰분율을 나타낸다. 또한, 도 11에 있어서, 마름모표는 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐의 결과를 나타내고, 사각표는 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐의 결과를 나타내고, 삼각표는 내직경이 6.4 ㎜인 토너먼트 노즐의 결과를 나타낸다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 토너먼트 노즐에서는, 노즐의 선단부터 기단까지의 모든 범위에 있어서, SiCl2의 몰분율이 0.025∼0.04의 범위에 포함되어 있기 때문에, HCD 가스의 분해 정도의 편차가 작다. 이에 대하여, 내직경이 6.4 ㎜인 분산 노즐에서는, 노즐의 선단의 SiCl2의 몰분율은 0.03이고, 노즐의 기단의 SiCl2의 몰분율은 0.003이고, 노즐의 선단으로부터 기단을 향함에 따라 SiCl2의 몰분율이 작게 되어 있다. 또한, 내직경이 16 ㎜인 분산 노즐에서는, 노즐의 선단의 SiCl2의 몰분율은 0.58이고, 노즐의 기단측의 SiCl2의 몰분율은 0.14이고, 노즐의 선단으로부터 기단을 향함에 따라 SiCl2의 몰분율이 작게 되어 있다.
이상에 설명한 도 10 및 도 11의 결과로부터, 토너먼트 노즐을 이용함으로써, 노즐의 선단부터 기단까지의 모든 범위에 있어서, HCD 가스의 질량 유량을 균일하게 할 수 있고, 또한, HCD 가스의 분해 정도의 편차를 작게 할 수 있는 것으로 나타났다. 이에 대하여, 분산 노즐을 이용하는 경우, 내직경을 6.4 ㎜에서 16 ㎜로 크게 하면, HCD 가스의 질량 유량의 균일성을 높일 수 있지만, HCD 가스의 분해 정도의 편차가 커지는 것으로 나타났다. 즉, 분산 노즐을 이용하는 경우, HCD 가스의 질량 유량의 균일성과 HCD 가스의 분해 정도의 편차가 트레이드 오프의 관계에 있는 것으로 나타났다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 토너먼트 노즐(100)은 가스 도입 구조의 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, 토너먼트 노즐로부터 원료 가스를 공급하는 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 토너먼트 노즐로부터 반응 가스, 에칭 가스, 퍼지 가스를 공급하도록 하여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 분산 노즐이 L자관인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 분산 노즐은, 내관의 측벽의 내측에 있어서, 내관의 길이 방향을 따라 연장되며, 하단이 노즐 지지부(도시하지 않음)에 삽입되어 지지되는 스트레이트관이어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 처리 장치가 처리 용기의 길이 방향을 따라 배치한 분산 노즐로부터 가스를 공급하고, 상기 분산 노즐과 대향하여 배치한 배기 슬릿으로부터 가스를 배기하는 장치인 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 처리 장치는 보트의 길이 방향을 따라 배치한 가스 노즐로부터 가스를 공급하고, 상기 보트의 상방 또는 하방에 배치한 가스 출구로부터 가스를 배기하는 장치여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 처리 용기가 내관 및 외관을 갖는 이중관 구조의 용기인 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 처리 용기는 단관 구조의 용기여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 처리 장치가 비플라즈마 장치인 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 처리 장치는, 용량 결합형 플라즈마 장치, 유도 결합형 플라즈마 장치 등의 플라즈마 장치여도 좋다.

Claims (11)

  1. 대략 원통 형상의 처리 용기의 길이 방향으로 연장되어 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 도입 구조에 있어서,
    도입실을 구획하는 도입부와,
    복수의 토출실을 구획하는 토출부로서, 상기 복수의 토출실의 각각이 상기 처리 용기 내에 가스를 토출하는 복수의 가스 구멍을 포함하는 토출부와,
    상기 도입실에 접속되며 토너먼트형으로 상기 복수의 토출실의 수에 대응하여 분기하여 상기 복수의 토출실에 접속하는 분기실을 구획하는 분기부
    를 포함하는, 가스 도입 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 토출실이 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 배치되어 있는 것인, 가스 도입 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 토출실의 수가 2의 거듭제곱인 것인, 가스 도입 구조.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 구멍이 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있는 것인, 가스 도입 구조.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 구멍이 상기 처리 용기의 중심측에 배향되는 것인, 가스 도입 구조.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기실은 상기 도입실로부터 상기 복수의 토출실의 각각까지의 경로의 컨덕턴스가 동일한 것인, 가스 도입 구조.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입부, 상기 분기부 및 상기 토출부가, 상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 이 순서로 배치되어 있는 것인, 가스 도입 구조.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기부 및 상기 토출부가, 상기 도입부의 주위에 배치되어 있는 것인, 가스 도입 구조.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에는, 복수의 기판이 상기 처리 용기의 길이 방향에 간격을 두고 다단으로 수용되는 것인, 가스 도입 구조.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기는, 상기 처리 용기의 주위에 마련되는 대략 원통 형상의 가열부에 의해 가열되는 것인, 가스 도입 구조.
  11. 처리 장치에 있어서,
    대략 원통 형상의 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 길이 방향으로 연장되어 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 도입 구조
    를 포함하고,
    상기 가스 도입 구조는,
    도입실을 구획하는 도입부와,
    복수의 토출실을 구획하는 토출부로서, 상기 복수의 토출실의 각각이 상기 처리 용기 내에 가스를 토출하는 복수의 가스 구멍을 포함하는 토출부와,
    상기 도입실에 접속되며 토너먼트형으로 상기 복수의 토출실의 수에 대응하여 분기하여 상기 복수의 토출실에 접속하는 분기실을 구획하는 분기부
    를 포함하는, 처리 장치.
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