KR20220111660A - 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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KR20220111660A
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레이타 이가라시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있는 기술을 제공한다. 본 개시의 일 양태에 의한 처리 장치는, 대략 원통 형상을 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내벽 내측을 따라 길이 방향으로 연장 설치되는 인젝터이며, 처리 가스가 도입되는 복수의 도입 포트와, 해당 복수의 도입 포트로부터 도입되는 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 토출하는 복수의 가스 구멍을 갖는 인젝터와, 상기 복수의 도입 포트로부터 상기 인젝터 내에 도입되는 상기 처리 가스의 유량비를 변화시키는 제어부를 구비한다.

Description

처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}
본 개시는 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
기판이 탑재되는 보트를 수용하는 처리 용기와, 해당 처리 용기의 근방에서 해당 처리 용기의 내벽을 따라 연직 방향으로 연장 설치됨과 함께 길이 방향으로 복수의 가스 분출 구멍을 갖는 가스관을 구비하는 가스 처리 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에서는, 가스관에 2개의 가스 유입구를 마련하여, 각각의 가스 유입구로부터 유입된 가스를 가스관 내의 유로의 도중에서 부딪치게 함으로써, 복수의 가스 분출 구멍을 통해서 분출하는 가스의 분출 압력을, 각 가스 분출 구멍에서 균일화하고 있다.
일본 특허 공개 제2015-196839호 공보
본 개시는, 기판에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 처리 장치는, 대략 원통 형상을 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내벽 내측을 따라 길이 방향으로 연장되는 인젝터이며, 처리 가스가 도입되는 복수의 도입 포트와, 해당 복수의 도입 포트로부터 도입되는 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 토출하는 복수의 가스 구멍을 갖는 인젝터와, 상기 복수의 도입 포트로부터 상기 인젝터 내에 도입되는 상기 처리 가스의 유량비를 변화시키는 제어부를 구비한다.
본 개시에 의하면, 기판에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있다.
도 1은 실시 형태의 처리 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 처리 장치의 인젝터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 처리 장치의 인젝터의 제1 변형예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 처리 장치의 인젝터의 제2 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 1의 처리 장치의 인젝터의 제3 변형예를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 2의 인젝터(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 2의 인젝터(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 3의 인젝터를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 3의 인젝터를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 2의 인젝터(내경: 5.4mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 11은 도 2의 인젝터(내경: 5.4mm)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 12는 도 4의 인젝터를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 13은 도 4의 인젝터를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 14는 Si2H6에 N2를 첨가한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 15는 Si2H6에 N2를 첨가한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 16은 Si2H6의 총 유량을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 17은 가스 구멍의 구멍 직경을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 18은 가스 구멍의 구멍 직경을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 19는 가스 구멍의 구멍 직경을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔처리 장치〕
도 1을 참조하여, 실시 형태의 처리 장치의 일례에 대해서 설명한다. 실시 형태의 처리 장치는, 복수의 기판에 동시에 일괄적으로 성막할 수 있는 뱃치식 종형의 처리 장치이다. 실시 형태의 처리 장치는, 예를 들어 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의해, 기판 상에 막을 퇴적시키는 장치이다.
처리 장치(10)는, 기판(W)을 수용하는 처리 용기(34)와, 처리 용기(34)의 Z2측의 하단 개구를 막는 덮개(36)를 갖고 있다. 기판(W)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼이다. 또한, 처리 장치(10)는, 처리 용기(34) 내에 수용 가능하고, 복수의 기판(W)을 소정의 간격으로 보유 지지하는 보트(38)와, 처리 용기(34) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(40)와, 처리 용기(34) 내의 가스를 배기하는 배기부(41)를 갖고 있다. 처리 용기(34)의 외측에는, 처리 용기(34)의 내부를 가열하는 가열부(42)가 마련되어 있다.
처리 용기(34)는, Z2측의 하단이 개방되어 있고, Z1측에 천장부(44A)를 갖는 대략 원통 형상의 내부관(44)과, Z2측의 하단이 개방되어 있고, 내부관(44)의 외측을 덮는 Z1측에 천장을 갖는 대략 원통 형상의 외부관(46)에 의해 형성되어 있다. 내부관(44) 및 외부관(46)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있고, Z1-Z2 방향을 따라 동축형으로 배치되어서 이중관 구조로 되어 있다.
내부관(44)의 천장부(44A)는, 예를 들어 평탄하게 되어 있다. 내부관(44)의 내측에는, 후술하는 인젝터(76)를 수용하는 노즐 수용부(48)가, Z1-Z2 방향을 따라 형성되어 있다. 내부관(44)의 측벽의 일부는 X1 방향의 외측으로 볼록해지는 볼록부(50)가 형성되어 있고, 형성된 볼록부(50)의 내부를 노즐 수용부(48)로 해도 된다. 노즐 수용부(48)에 대향하고 있는 내부관(44)의 반대측이 되는 X2측의 측벽에는, Z1-Z2 방향을 따라 소정의 폭을 갖는 직사각 형상의 개구(52)가 형성되어 있다.
개구(52)는, 내부관(44) 내를 배기하기 위한 배기구이다. 개구(52)의 Z1-Z2 방향에서의 길이는, 보트(38)의 길이와 동일하거나, 또는 보트(38)의 길이보다도 길게 형성되어 있다. 즉, 개구(52)의 Z1측의 상단에서는, 보트(38)의 상단에 대응하는 위치보다도 Z1측으로 길게 형성되어 있고, 개구(52)의 Z2측의 하단에서는, 보트(38)의 하단에 대응하는 위치보다도 Z2측으로 길게 형성되어 있다.
처리 용기(34)의 Z2측의 하단은, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성되는 대략 원통 형상의 매니폴드(54)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(54)의 Z1측의 상단에는, 플랜지부(56)가 형성되어 있고, 플랜지부(56) 상에는 외부관(46)의 Z2측의 하단이 접속되어 있다. 플랜지부(56)와 외부관(46)의 사이에는, O링 등의 시일 부재(58)가 마련되어 있고, 시일 부재(58)를 통해서, 플랜지부(56)와 외부관(46)이 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 처리 용기(34)의 내측의 처리 용기(34), 매니폴드(54), 덮개(36)에 둘러싸인 영역을 처리 용기의 내부라고 기재하는 경우가 있다.
매니폴드(54)의 상부가 되는 Z1측의 내벽에는, 원환상의 지지부(60)가 마련되어 있고, 지지부(60) 상에 내부관(44)의 Z2측의 하단이 설치되어, 이것을 지지하고 있다. 매니폴드(54)의 Z2측의 하단의 개구에는, 덮개(36)가 O링 등의 시일 부재(62)를 개재해서 설치되어 있어, 처리 용기(34)의 Z2측의 하단의 개구, 즉, 매니폴드(54)의 개구를 밀폐해서 막고 있다. 덮개(36)는, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성된다.
덮개(36)의 중앙부에는, 자성유체 시일부(64)를 개재해서 회전축(66)이 관통해서 마련되어 있다. 회전축(66)의 Z2측의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강부(68)의 암(68A)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(66)의 Z1측의 상단에는 회전 플레이트(70)가 마련되어 있고, 회전 플레이트(70) 상에 석영제의 보온 대(72)를 통해서 기판(W)을 보유 지지하는 보트(38)가 적재되어 있다. 따라서, 승강부(68)에 의해 암(68A)을 승강시킴으로써 덮개(36)와 보트(38)는 일체로서 상하 방향으로 움직여서, 보트(38)를 처리 용기(34) 내에 넣거나 꺼내거나 할 수 있다.
가스 공급부(40)는, 매니폴드(54)에 마련되어 있어, 내부관(44)의 내부에 처리 가스를 공급할 수 있다. 처리 가스는, 예를 들어 원료 가스, 첨가 가스를 포함한다. 원료 가스는, 기판(W)에 막을 퇴적시키기 위한 가스이며, 예를 들어 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 등의 실리콘 함유 가스이면 된다. 첨가 가스는, 원료 가스를 희석하기 위한 가스이며, 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이면 된다. 가스 공급부(40)는, 석영제의 1개의 인젝터(76)를 갖고 있다. 단, 가스 공급부(40)는 또 다른 인젝터를 갖고 있어도 된다.
인젝터(76)는, 2개의 직립부(76a, 76b)를 갖는다. 2개의 직립부(76a, 76b)는, Z1 방향측의 단부에서 서로 가까워지는 방향으로 굴곡되어 접속되고, Z2 방향측의 단부가 L자상으로 X1측으로 구부러져 있어, 매니폴드(54)를 관통하여 지지되어 있다.
인젝터(76)의 한쪽의 직립부(76a)에는, 소정의 간격으로 복수의 가스 구멍(76c)이 형성되어 있고, 각 가스 구멍(76c)으로부터 대략 수평 방향으로 처리 가스가 토출된다. 소정의 간격은, 예를 들어 보트(38)에 지지되는 기판(W)의 간격과 동일하다. 또한, Z1-Z2 방향에서의 직립부(76a)의 각 가스 구멍(76c)의 위치는, Z1-Z2 방향에 있어서 인접하는 기판(W)간의 중간에 위치하고 있어, 처리 가스를 기판(W)간의 공간부에 효율적으로 공급할 수 있다. 단, 각 가스 구멍(76c)의 소정의 간격은 상기에 한정되는 것은 아니다. 복수의 기판(W)마다 마련되어 있어도 된다.
또한, 각 가스 구멍(76c)의 위치는, 인접하는 기판(W)간의 중간의 위치에 한하지 않고, 기판(W)과 동일한 높이 등 임의의 위치에 마련해도 된다. 또한, 각 가스 구멍(76c)의 배향은, 기판(W)의 중심을 향하거나 기판(W)의 외주를 향하거나, 혹은 내부관(44)을 향하는 등, 임의의 방향으로 마련해도 된다.
외부관(46)의 외주측에는, 외부관(46)의 주위를 둘러싸도록 대략 원통 형상의 가열부(42)가 마련되어 있다. 가열부(42)에 의해, 처리 용기(34) 내에 수용되는 기판(W) 및 인젝터(76)의 직립부(76a, 76b) 내의 가스를 가열할 수 있다.
인젝터(76)의 한쪽의 직립부(76a)에는, 처리 가스 공급원(GS)이, 밸브(V1), 유량 제어기(M1) 및 밸브(V2)를 통해서 접속되어 있다. 인젝터(76)의 다른 쪽 직립부(76b)에는, 처리 가스 공급원(GS)이, 밸브(V3), 유량 제어기(M2) 및 밸브(V4)를 통해서 접속되어 있다. 즉, 직립부(76a, 76b)는, 동일한 처리 가스 공급원(GS)에 접속되어 있다. 단, 직립부(76b)는, 직립부(76a)와 다른 처리 가스 공급원에 접속되어 있어도 된다.
인젝터(76)에서는, 처리 가스 공급원(GS)으로부터의 처리 가스가 유량 제어기(M1, M2)에 의한 제어에 의해, 밸브(V1 내지 V4)를 통해서 직립부(76a, 76b)에 도입되어, 직립부(76a)에 마련된 복수의 가스 구멍(76c)으로부터, 처리 용기(34)의 내부관(44)의 내부에 토출된다.
매니폴드(54)의 상부가 되는 Z1측의 측벽이며, 지지부(60)의 상방에는, 배기구(82)가 마련되어 있어, 내부관(44)과 외부관(46)의 사이의 공간부(84)를 통해서 개구(52)로부터 내부관(44) 내의 가스가 배기된다. 배기구(82)에는, 배기부(41)가 접속되어 있다. 배기부(41)는, 배기구(82)로부터, 압력 조정 밸브(88), 배기 통로(86), 진공 펌프(90)의 순으로 마련되어 있어, 처리 용기(34)의 내부를 진공 배기할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 내부관(44)의 내측에는, 복수의 기판(W)이, 기판면으로 되는 웨이퍼면과 수직인 Z1-Z2 방향을 따라 설치되어 있다. 처리 가스는, 인젝터(76)의 직립부(76a)에 형성된 복수의 가스 구멍(76c)으로부터 기판(W)간에 토출된다. 토출된 처리 가스는, 기판(W)간을 통과하여 기판(W)이 처리되는데, 처리에 기여하지 않는 가스는, X2측의 개구(52)로부터 내부관(44)의 외측으로 나와, 내부관(44)과 외부관(46)의 사이의 공간부(84)를 통해서 배기구(82)로부터 배기된다.
처리 장치(10)의 전체 동작은, 예를 들어 컴퓨터 등의 제어부(95)에 의해 제어된다. 또한, 처리 장치(10)의 전체 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체(96)에 기억되어 있어도 된다. 기억 매체(96)는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이면 된다.
본 실시 형태에 있어서, 제어부(95)는, 기판(W)에 대하여 소정의 처리(예를 들어 성막 처리)를 실시하고 있는 도중에, 밸브(V1 내지 V4) 및 유량 제어기(M1, M2)를 제어하여, 직립부(76a)에 도입하는 처리 가스와 직립부(76b)에 도입하는 처리 가스의 유량비를 변화시킨다.
그런데, 원료 가스인 실리콘 함유 가스는, 인젝터 내에 도입되면, 인젝터 내를 상류로부터 하류를 향해서 흐르면서 가열부에 의해 가열된다. 그 때문에, 가스의 흐름의 상류에 위치하는 가스 구멍으로부터 토출되는 실리콘 함유 가스와, 하류에 위치하는 가스 구멍으로부터 토출되는 실리콘 함유 가스는, 인젝터 내에서 가열되는 시간이 다르다. 그 결과, 상류에 위치하는 가스 구멍으로부터 토출되는 실리콘 함유 가스와, 하류에 위치하는 가스 구멍으로부터 토출되는 실리콘 함유 가스의 사이에서, 유량이나 열분해율이 달라, 성막되는 실리콘막의 기판(W)간에 있어서의 막 특성의 균일성에 변동이 생긴다.
본 실시 형태에서는, 인젝터(76)가 복수의 도입 포트를 갖고, 복수의 도입 포트를 통해서 인젝터(76) 내에 실리콘 함유 가스가 도입되므로, 가스 구멍(76c)에 대하여 상류와 하류의 위치 관계를 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(W)을 향해서 토출되는 실리콘 함유 가스의 유량이나 열분해율의 분포를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 성막되는 실리콘막의 기판(W)간에 있어서의 막 특성의 분포를 조정할 수 있다.
〔인젝터〕
도 2를 참조하여, 도 1의 처리 장치(10)에 마련되는 인젝터(76)의 일례인 인젝터(200)에 대해서 설명한다.
인젝터(200)는, 제1 직립부(210) 및 제2 직립부(220)를 포함한다. 제1 직립부(210) 및 제2 직립부(220)는, 동일한 길이를 갖고, 상부에서 서로 접속되어 있다.
제1 직립부(210)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제1 직립부(210)는, 상부가 제2 직립부(220)측으로 굴곡되어 제2 직립부(220)에 접속되는 접속부(211)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(212)를 형성한다. 제1 직립부(210)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다.
제1 직립부(210)는, 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수의 가스 구멍(213)을 포함한다. 복수의 가스 구멍(213)은, 처리 용기(34)의 중심측으로 배향된다. 이에 의해, 복수의 가스 구멍(213)은, 제1 직립부(210)의 도입 포트(212) 및 후술하는 제2 직립부(220)의 도입 포트(222)로부터 도입되는 처리 가스를 처리 용기(34)의 중심을 향해서 대략 수평 방향으로 토출한다. 단, 복수의 가스 구멍(213)은, 처리 용기(34)의 중심측과는 다른 방향, 예를 들어 처리 용기(34)의 내벽측으로 배향되어 있어도 된다.
제2 직립부(220)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제2 직립부(220)는, 제1 직립부(210)에 대하여 처리 용기(34)의 둘레 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있다. 단, 제2 직립부(220)는, 제1 직립부(210)에 대하여 처리 용기(34)의 직경 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있어도 된다. 제2 직립부(220)는, 상부가 제1 직립부(210)측으로 굴곡되어 제1 직립부(210)에 접속되는 접속부(221)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(222)를 형성한다.
제2 직립부(220)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다. 제2 직립부(220)의 내경은, 제1 직립부(210)의 내경과 동일하다.
이러한 인젝터(200)에서는, 도입 포트(212, 222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 처리 가스의 유량비를 변화시킴으로써, 상하 방향에서의 처리 가스의 유량 및 열분해율의 분포를 조정할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있다.
예를 들어, 도입 포트(222)로부터 제2 직립부(220) 내에 도입되는 처리 가스에 대한 도입 포트(212)로부터 제1 직립부(210) 내에 도입되는 처리 가스의 유량비를 작게 함으로써, 유속이 느린 위치를 제1 직립부(210)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다. 또한, 유속이 느린 위치에서는 처리 가스의 체류 시간(레지던스 타임)이 길어지기 때문에, 처리 가스의 열분해가 촉진된다. 그 결과, 열분해율이 높은 위치를 제1 직립부(210)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다.
도 3을 참조하여, 도 1의 처리 장치(10)에 마련되는 인젝터(76)의 제1 변형예인 인젝터(300)에 대해서 설명한다. 인젝터(300)는, 제1 직립부(310)와 제2 직립부(320)의 내경이 다른 점에서, 인젝터(200)와 다르다.
인젝터(300)는, 제1 직립부(310) 및 제2 직립부(320)를 포함한다. 제1 직립부(310) 및 제2 직립부(320)는, 동일한 길이를 갖고, 상부에서 서로 접속되어 있다.
제1 직립부(310)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제1 직립부(310)는, 상부가 제2 직립부(320)측으로 굴곡되어 제2 직립부(320)에 접속되는 접속부(311)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(312)를 형성한다. 제1 직립부(310)는, 접속부(311)에서 내경이 작게 되어 있다.
제1 직립부(310)는, 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수의 가스 구멍(313)을 포함한다. 복수의 가스 구멍(313)은, 처리 용기(34)의 중심측으로 배향된다. 이에 의해, 복수의 가스 구멍(313)은, 제1 직립부(310)의 도입 포트(312) 및 후술하는 제2 직립부(320)의 도입 포트(322)로부터 도입되는 처리 가스를 처리 용기(34)의 중심을 향해서 대략 수평 방향으로 토출한다. 단, 복수의 가스 구멍(313)은, 처리 용기(34)의 중심측과는 다른 방향, 예를 들어 처리 용기(34)의 내벽측으로 배향되어 있어도 된다.
제2 직립부(320)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제2 직립부(320)는, 제1 직립부(310)에 대하여 처리 용기(34)의 둘레 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있다. 단, 제2 직립부(320)는, 제1 직립부(310)에 대하여 처리 용기(34)의 직경 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있어도 된다. 제2 직립부(320)는, 상부가 제1 직립부(310)측으로 굴곡되어 제1 직립부(310)에 접속되는 접속부(321)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(322)를 형성한다.
제2 직립부(320)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다. 제2 직립부(320)의 내경은, 제1 직립부(310)의 접속부(311)의 내경과 동일하다. 바꾸어 말하면, 제2 직립부(320)의 내경은, 제1 직립부(310)에서의 복수의 가스 구멍(313)이 형성되어 있는 부분의 내경보다도 작다.
이러한 인젝터(300)에서는, 도입 포트(312, 322)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 처리 가스의 유량비를 변화시킴으로써, 상하 방향에서의 처리 가스의 유량 및 열분해율의 분포를 조정할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있다.
예를 들어, 도입 포트(322)로부터 제2 직립부(320) 내에 도입되는 처리 가스에 대한 도입 포트(312)로부터 제1 직립부(310) 내에 도입되는 처리 가스의 유량비를 작게 함으로써, 유속이 느린 위치를 제1 직립부(310)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다. 또한, 유속이 느린 위치에서는 처리 가스의 체류 시간이 길어지기 때문에, 처리 가스의 열분해가 촉진된다. 그 결과, 열분해율이 높은 위치를 제1 직립부(310)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다.
도 4를 참조하여, 도 1의 처리 장치(10)에 마련되는 인젝터(76)의 제2 변형예인 인젝터(400)에 대해서 설명한다. 인젝터(400)는, 제1 직립부(410)와 제2 직립부(420) 양쪽에 복수의 가스 구멍(413, 423)이 마련되어 있는 점에서, 인젝터(200)와 다르다.
인젝터(400)는, 제1 직립부(410) 및 제2 직립부(420)를 포함한다. 제1 직립부(410) 및 제2 직립부(420)는, 동일한 길이를 갖고, 상부에서 서로 접속되어 있다.
제1 직립부(410)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제1 직립부(410)는, 상부가 제2 직립부(420)측으로 굴곡되어 제2 직립부(420)에 접속되는 접속부(411)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(412)를 형성한다. 제1 직립부(410)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다.
제1 직립부(410)는, 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수의 가스 구멍(413)을 포함한다. 복수의 가스 구멍(413)은, 처리 용기(34)의 중심측으로 배향된다. 이에 의해, 복수의 가스 구멍(413)은, 제1 직립부(410)의 도입 포트(412) 및 후술하는 제2 직립부(420)의 도입 포트(422)로부터 도입되는 처리 가스를 처리 용기(34)의 중심을 향해서 대략 수평 방향으로 토출한다. 단, 복수의 가스 구멍(413)은, 처리 용기(34)의 중심측과는 다른 방향, 예를 들어 처리 용기(34)의 내벽측으로 배향되어 있어도 된다.
제2 직립부(420)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제2 직립부(420)는, 제1 직립부(410)에 대하여 처리 용기(34)의 둘레 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있다. 단, 제2 직립부(420)는, 제1 직립부(410)에 대하여 처리 용기(34)의 직경 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있어도 된다. 제2 직립부(420)는, 상부가 제1 직립부(410)측으로 굴곡되어 제1 직립부(410)에 접속되는 접속부(421)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(422)를 형성한다.
제2 직립부(420)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다. 제2 직립부(420)의 내경은, 제1 직립부(410)의 내경과 동일하다. 단, 제2 직립부(420)의 내경은, 제1 직립부(410)의 내경과 달라도 된다.
제2 직립부(420)는, 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수의 가스 구멍(423)을 포함한다. 복수의 가스 구멍(423)은, 복수의 가스 구멍(413)과 동일한 측, 즉, 처리 용기(34)의 중심측으로 배향된다. 이에 의해, 복수의 가스 구멍(423)은, 제1 직립부(410)의 도입 포트(412) 및 제2 직립부(420)의 도입 포트(422)로부터 도입되는 처리 가스를 처리 용기(34)의 중심을 향해서 대략 수평 방향으로 토출한다. 단, 복수의 가스 구멍(423)은, 처리 용기(34)의 중심측과는 다른 방향, 예를 들어 처리 용기(34)의 내벽측으로 배향되어 있어도 된다. 또한, 복수의 가스 구멍(423)은, 복수의 가스 구멍(413)과 다른 방향으로 배향되어 있어도 된다. 복수의 가스 구멍(423) 각각은, 상하 방향에 있어서 인접하는 2개의 가스 구멍(413)의 중간 위치에 마련되어 있다. 단, 복수의 가스 구멍(423)은, 상하 방향에 있어서 복수의 가스 구멍(413)과 동일한 위치에 마련되어 있어도 된다.
이러한 인젝터(400)에서는, 도입 포트(412, 422)로부터 인젝터(400) 내에 도입되는 처리 가스의 유량비를 변화시킴으로써, 상하 방향에서의 처리 가스의 유량 및 열분해율의 분포를 조정할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있다.
도 5를 참조하여, 도 1의 처리 장치(10)에 마련되는 인젝터(76)의 제3 변형예인 인젝터(500)에 대해서 설명한다. 인젝터(500)는, 제1 직립부(510)의 도중에 접속되는 제3 직립부(530)를 포함하는 점에서, 인젝터(200)와 다르다.
인젝터(500)는, 제1 직립부(510), 제2 직립부(520) 및 제3 직립부(530)를 포함한다. 제1 직립부(510) 및 제2 직립부(520)는, 동일한 길이를 갖고, 상부에서 서로 접속되어 있다. 제3 직립부(530)는, 제1 직립부(510)보다도 짧은 길이를 가져, 상부가 제1 직립부(510)의 도중에 접속되어 있다.
제1 직립부(510)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제1 직립부(510)는, 상부가 제2 직립부(520)측으로 굴곡되어 제2 직립부(520)에 접속되는 접속부(511)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(512)를 형성한다. 제1 직립부(510)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다.
제1 직립부(510)는, 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수의 가스 구멍(513)을 포함한다. 복수의 가스 구멍(513)은, 처리 용기(34)의 중심측으로 배향된다. 이에 의해, 복수의 가스 구멍(513)은, 제1 직립부(510)의 도입 포트(512), 후술하는 제2 직립부(520)의 도입 포트(522) 및 후술하는 제3 직립부(530)의 도입 포트(532)로부터 도입되는 처리 가스를 처리 용기(34)의 중심을 향해서 대략 수평 방향으로 토출한다. 단, 복수의 가스 구멍(513)은, 처리 용기(34)의 중심측과는 다른 방향, 예를 들어 처리 용기(34)의 내벽측으로 배향되어 있어도 된다.
제2 직립부(520)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제2 직립부(520)는, 제1 직립부(510)에 대하여 처리 용기(34)의 둘레 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있다. 단, 제2 직립부(520)는, 제1 직립부(510)에 대하여 처리 용기(34)의 직경 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있어도 된다. 제2 직립부(520)는, 상부가 제1 직립부(510)측으로 굴곡되어 제1 직립부(510)에 접속되는 접속부(521)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(522)를 형성한다.
제2 직립부(520)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다. 제2 직립부(520)의 내경은, 제1 직립부(510)의 내경과 동일하다. 단, 제2 직립부(520)의 내경은, 제1 직립부(510)의 내경과 달라도 된다.
제3 직립부(530)는, 처리 용기(34)의 내벽 내측을 따라 연장 설치된다. 제3 직립부(530)는, 제1 직립부(510)에 대하여 처리 용기(34)의 둘레 방향에 있어서 제2 직립부(520)와는 다른 측에 인접한 위치에 마련되어 있다. 바꾸어 말하면, 처리 용기(34)의 둘레 방향을 따라, 제3 직립부(530), 제1 직립부(510) 및 제2 직립부(520)가 이 순으로 마련되어 있다. 단, 제3 직립부(530)는, 제1 직립부(510)에 대하여 처리 용기(34)의 직경 방향으로 인접한 위치에 마련되어 있어도 된다.
제3 직립부(530)는, 상부가 제1 직립부(510)측으로 굴곡되어 제1 직립부(510)에 접속되는 접속부(531)를 형성하고, 하부가 개구되어 처리 가스가 도입되는 도입 포트(532)를 형성한다. 제3 직립부(530)는, 제1 직립부(510)의 상하 방향에서의 중간 위치에 접속되어 있다. 단, 제3 직립부(530)는, 제1 직립부(510)의 상하 방향에서의 중간 위치보다도 상방측(접속부(511)측)에 접속되어 있어도 되고, 제1 직립부(510)의 상하 방향에서의 중간 위치보다도 하방측(도입 포트(512)측)에 접속되어 있어도 된다.
제3 직립부(530)는, 하부부터 상부까지 동일한 내경을 갖는다. 제3 직립부(530)의 내경은, 제1 직립부(510)의 내경과 동일하다. 단, 제3 직립부(530)의 내경은, 제1 직립부(510)의 내경과 달라도 된다.
이러한 인젝터(500)에서는, 도입 포트(512, 522, 532)로부터 인젝터(500) 내에 도입하는 처리 가스의 유량비를 변화시킴으로써, 상하 방향에서의 처리 가스의 유량 및 열분해율의 분포를 조정할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)에 대한 가스의 공급의 면간 균일성을 조정할 수 있다.
예를 들어, 도입 포트(522)로부터 제2 직립부(520) 내에 도입하는 처리 가스에 대한 도입 포트(512)로부터 제1 직립부(510) 내에 도입하는 처리 가스의 유량비를 작게 함으로써, 유속이 느린 위치를 제1 직립부(510)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다. 또한, 유속이 느린 위치에서는 처리 가스의 체류 시간이 길어지기 때문에, 처리 가스의 열분해가 촉진된다. 그 결과, 열분해율이 높은 위치를 제1 직립부(510)의 상부로부터 하부로 시프트시킬 수 있다.
〔해석 결과〕
도 6 내지 도 19를 참조하여, 실시 형태의 인젝터(76)의 효과를 확인하기 위해서 행한 수치 유체 역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)에 의한 해석(이하, 「CFD 해석」이라고 함)의 결과에 대해서 설명한다.
CFD 해석에서는, 복수의 도입 포트로부터 인젝터 내에 도입되는 원료 가스(Si2H6)의 유량비를 변화시킨 경우에, 반응 활성종(SiH2)의 몰 분율 및 원료 가스의 질량 유량이 어떻게 변화하는지를 해석하였다. 또한, 반응 활성종(SiH2)의 몰 분율을 해석의 대상으로 한 것은, 기판(W) 상에 퇴적되는 막의 막 두께는, 원료 가스(Si2H6)가 열분해해서 생성되는 반응 활성종(Si2H6)의 농도에 기인하는 것을 고려한 것에 의한다.
(해석 A)
먼저, 도 2의 인젝터(200)를 사용하여, 도입 포트(212, 222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량비를 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율 및 Si2H6의 질량 유량을 해석하였다. 본 해석에서는, 인젝터(200)의 내경을 13.5mm, 가스 구멍(313)의 구멍 직경을 0.5mm, 가스 구멍(313)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(212)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 변화시켰다.
X/Y=450/50, 420/80, 400/100, 300/200, 250/250, 200/300, 100/400, 80/420, 50/450(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 6은, 도 2의 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 6에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(210)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시키면, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)를 작게 할수록, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)가 큰 경우, 피크 위치보다도 상방측(TOP측)의 위치에서의 SiH2의 몰 분율이, 피크 위치보다도 하방측(BTM측)의 위치에서의 SiH2의 몰 분율보다도 높게 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 유량비(X/Y)가 큰 경우, SiH2의 몰 분율의 파형이 대칭성을 갖지 않는 것을 알 수 있다.
도 7은, 도 2의 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 7에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 Si2H6의 질량 유량(Mass Flow Rate)[arb.unit]을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(210)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다. Si2H6의 질량 유량에 대해서는, 다른 복수의 유량비(X/Y)간에서의 결과가 겹치지 않도록 하기 위해서 임의 단위로 나타내고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시켜도 Si2H6의 질량 유량은 거의 변화하지 않고, 인젝터(200)의 상하 방향 모든 위치에서 대략 일정한 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 6 및 도 7의 결과로부터, 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용함으로써, 상하 방향에서의 Si2H6의 질량 유량 분포를 대략 일정하게 하고 또한 Si2H6의 열분해율의 피크 위치를 상하 방향에서 시프트시킬 수 있는 것으로 나타났다.
(해석 B)
이어서, 도 3의 인젝터(300)를 사용하여, 도입 포트(312, 322)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6의 유량비를 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율 및 Si2H6의 질량 유량을 해석하였다. 본 해석에서는, 제1 직립부(310)의 내경을 13.5mm, 제2 직립부(320)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(313)의 구멍 직경을 0.5mm, 가스 구멍(313)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(312)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(322)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 변화시켰다.
X/Y=490/10, 420/80, 250/250, 80/420, 10/490(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 8은, 도 3의 인젝터(300)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 8에서, 횡축은 가스 구멍(313)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(313)의 위치는, 제1 직립부(310)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다. 또한, 도 8에서는, 비교를 위해서 도 2의 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과도 함께 나타낸다. 도 8에서, 인젝터(300)의 결과를 실선으로 나타내고, 인젝터(200)(내경: 13.5mm)의 결과를 파선으로 나타낸다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시키면, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)를 작게 할수록, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 인젝터(300)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 인젝터(300)를 사용한 경우, 인젝터(200)를 사용한 경우와 비교하여, 피크 위치보다도 상방측(TOP측)의 위치에서의 SiH2의 몰 분율이 작아져서, SiH2의 몰 분율의 파형이 대칭성을 갖는 것을 알 수 있다.
도 9는, 도 3의 인젝터(300)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 9에서, 횡축은 가스 구멍(313)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 Si2H6의 질량 유량(Mass Flow Rate)[arb.unit]을 나타낸다. 가스 구멍(313)의 위치는, 제1 직립부(310)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시켜도 Si2H6의 질량 유량은 거의 변화하지 않고, 인젝터(300)의 상하 방향 모든 위치에서 대략 일정한 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 8 및 도 9의 결과로부터, 인젝터(300)를 사용함으로써, 상하 방향에서의 Si2H6의 질량 유량 분포를 대략 일정하게 하고 또한 Si2H6의 열분해율의 피크 위치를 상하 방향에서 시프트시킬 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 가스 구멍(313)이 마련되어 있지 않은 측의 직립부(제2 직립부(320))의 내경을, 가스 구멍(313)이 마련되어 있는 측의 직립부(제1 직립부(310))의 내경보다도 작게 함으로써, SiH2의 몰 분율의 파형에 대칭성을 갖게 할 수 있는 것으로 나타났다.
(해석 C)
이어서, 도 2의 인젝터(200)를 사용하여, 도입 포트(212, 222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량비를 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율 및 Si2H6의 질량 유량을 해석하였다. 본 해석에서는, 인젝터(200)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(313)의 구멍 직경을 0.5mm, 가스 구멍(313)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(212)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 변화시켰다.
X/Y=490/10, 400/100, 300/200, 250/250, 200/300, 100/400, 10/490(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 10은, 도 2의 인젝터(200)(내경: 5.4mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 10에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(310)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다. 또한, 도 10에서는, 비교를 위해서 도 2의 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과도 함께 나타낸다. 도 10에서, 인젝터(200)(내경: 5.4mm)의 결과를 실선으로 나타내고, 인젝터(200)(내경: 13.5mm)의 결과를 파선으로 나타낸다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시키면, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)를 작게 할수록, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 인젝터(200)(내경: 5.4mm)를 사용한 경우, 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우와 비교해서, 전체적으로 SiH2의 몰 분율이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 인젝터(200)(내경: 5.4mm)를 사용한 경우, 인젝터(200)(내경: 13.5mm)를 사용한 경우와 비교하여, Si2H6의 열분해율이 낮게 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
도 11은, 도 2의 인젝터(200)(내경: 5.4mm)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 11에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 Si2H6의 질량 유량(Mass Flow Rate)[sccm]을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(210)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시키면, Si2H6의 질량 유량의 분포가 크게 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)가 1보다 큰 경우, 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)를 향함에 따라서 Si2H6의 질량 유량이 커지는 분포를 나타낸다. 한편, 유량비(X/Y)가 1보다 작은 경우, 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)를 향함에 따라서 Si2H6의 질량 유량이 작아지는 분포를 나타낸다. 또한, 유량비(X/Y)가 1인 경우, 상하 방향에서의 중심에 마련되는 가스 구멍(213)의 위치에서의 Si2H6의 질량 유량이 극소로 되는 오목형의 분포를 나타낸다.
이상으로 설명한 도 10 및 도 11의 결과로부터, 인젝터(200)의 내경을 작게 함으로써, Si2H6의 열분해율을 약간 낮게 억제하여, 유량비(X/Y)를 변화시켰을 때의 상하 방향에서의 Si2H6의 질량 유량 분포의 변화율을 크게 할 수 있는 것으로 나타났다.
(해석 D)
이어서, 도 4의 인젝터(400)를 사용하여, 도입 포트(412, 422)로부터 인젝터(400) 내에 도입되는 Si2H6의 유량비를 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율 및 Si2H6의 질량 유량을 해석하였다. 본 해석에서는, 인젝터(400)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(413)의 구멍 직경을 0.5mm, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 제1 직립부(410)에 마련되는 가스 구멍(413)의 개수를 31개, 제2 직립부(420)에 마련되는 가스 구멍(423)의 개수를 30개로 설정하였다. 또한, 도입 포트(412)로부터 인젝터(400) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(422)로부터 인젝터(400) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 변화시켰다.
X/Y=490/10, 250/250, 10/490(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 12는, 도 4의 인젝터(400)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 12에서, 횡축은 가스 구멍(413, 423)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(413, 423)의 위치는, 제1 직립부(410) 및 제2 직립부(420)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다. 예를 들어, 「1」로 표현되는 위치는, 제1 직립부(410)의 맨위에 마련된 가스 구멍(413)의 위치를 나타내고, 「2」로 표현되는 위치는, 제2 직립부(420)의 맨위에 마련된 가스 구멍(423)의 위치를 나타낸다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 전체적으로 SiH2의 몰 분율이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 전체적으로 Si2H6의 열분해율이 낮게 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 인젝터(400)의 내경이 5.4mm로 작은 것에 의한 것으로 생각된다.
도 13은, 도 4의 인젝터(400)를 사용한 경우의 질량 유량의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 13에서, 횡축은 가스 구멍(413, 423)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 Si2H6의 질량 유량(Mass Flow Rate)[arb.unit]을 나타낸다. 가스 구멍(413, 423)의 위치는, 제1 직립부(410) 및 제2 직립부(420)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다. 예를 들어, 「1」로 표현되는 위치는, 제1 직립부(410)의 맨위에 마련된 가스 구멍(413)의 위치를 나타내고, 「2」로 표현되는 위치는, 제2 직립부(420)의 맨위에 마련된 가스 구멍(423)의 위치를 나타낸다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 유량비(X/Y)를 변화시키면, Si2H6의 질량 유량의 분포가 크게 변화하고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 12 및 도 13의 결과로부터, 인젝터(400)를 사용함으로써, 유량비(X/Y)를 변화시켰을 때의 상하 방향에서의 Si2H6의 질량 유량 분포를 변화시킬 수 있는 것으로 나타났다.
(해석 E)
이어서, 도 3의 인젝터(300)를 사용하여, 도입 포트(312, 322)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6에 N2를 첨가했을 때의 SiH2의 몰 분율을 해석하였다. 본 해석에서는, 제1 직립부(310)의 내경을 13.5mm, 제2 직립부(320)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(313)의 구멍 직경을 0.5mm, 가스 구멍(313)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(312)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(322)로부터 인젝터(300) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 설정하였다.
X/Y=490/10, 10/490(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
또한, 유량(X)과 유량(Y) 중 Si2H6의 유량이 적은 쪽의 도입 포트(312, 322)로부터 첨가 가스로서 N2를 공급하였다. N2의 첨가량은 이하와 같다.
N2=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 14는, 도 3의 인젝터(300)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 14에는, 유량비(X/Y)를 490/10으로 설정하고, 도입 포트(322)로부터 N2를 공급한 경우의 결과를 나타낸다. 도 14에서, 횡축은 가스 구멍(313)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(313)의 위치는, 제1 직립부(310)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 14에 도시하는 바와 같이, N2의 첨가량을 변경하면, SiH2의 몰 분율의 피크 높이가 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, N2의 첨가량을 증가시킬수록, SiH2의 몰 분율의 피크 높이가 작아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 15는, 도 3의 인젝터(300)를 사용한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 15에는, 유량비(X/Y)를 10/490으로 설정하고, 도입 포트(312)로부터 N2를 공급한 경우의 결과를 나타낸다. 도 15에서, 횡축은 가스 구멍(313)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(313)의 위치는, 제1 직립부(310)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 15에 도시하는 바와 같이, N2의 첨가량을 변경하면, SiH2의 몰 분율의 피크 높이가 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, N2의 첨가량을 증가시킬수록, SiH2의 몰 분율의 피크 높이가 작아지는 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 14 및 도 15의 결과로부터, 유량(X)과 유량(Y)의 차가 큰 경우, Si2H6의 유량이 적은 쪽의 도입 포트(312, 322)로부터 인젝터(300) 내에 N2를 도입함으로써, Si2H6의 몰 분율의 피크 높이를 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 즉, 유량(X)과 유량(Y)의 차가 큰 경우, Si2H6의 유량이 적은 쪽의 도입 포트(312, 322)로부터 인젝터(300) 내에 N2를 도입함으로써, 피크 위치에서 Si2H6의 열분해율이 극단적으로 높아지는 것을 억제할 수 있는 것으로 나타났다.
(해석 F)
이어서, 도 2의 인젝터(200)를 사용하여, 도입 포트(212, 222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 총 유량을 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율을 해석하였다. 본 해석에서는, 인젝터(200)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(213)의 구멍 직경을 0.5mm, 가스 구멍(213)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 700sccm, 300sccm, 100sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(212)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 설정하였다.
X/Y=630/70, 350/350, 70/630(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
X/Y=270/30, 150/150, 30/270(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
X/Y=90/10, 50/50, 10/90(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 16 내지 도 18은, Si2H6의 총 유량을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 16, 도 17 및 도 18에는, 각각 Si2H6의 총 유량이 700sccm, 300sccm 및 100sccm인 경우의 결과를 나타낸다. 도 16 내지 도 18에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(210)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 16 내지 도 18에 도시하는 바와 같이, Si2H6의 총 유량이 700sccm, 300sccm, 100sccm의 어느 경우에든, 유량비(X/Y)를 변화시키면, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 동일한 경향을 갖고 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)를 작게 할수록, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 16 내지 도 18의 결과로부터, 총 유량에 대한 로버스트성을 갖고 있는 것으로 나타났다.
(해석 G)
이어서, 도 2의 인젝터(200)를 사용하여, 가스 구멍(213)의 구멍 직경을 변화시켰을 때의 SiH2의 몰 분율을 해석하였다. 본 해석에서는, 인젝터(200)의 내경을 5.4mm, 가스 구멍(213)의 구멍 직경을 0.7mm, 0.5mm, 가스 구멍(213)의 개수를 61개, Si2H6의 총 유량을 500sccm으로 설정하였다. 또한, 도입 포트(212)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(X)과 도입 포트(222)로부터 인젝터(200) 내에 도입되는 Si2H6의 유량(Y)의 유량비(X/Y)를 이하와 같이 설정하였다.
X/Y=450/50, 250/250, 50/450(단, 어느 수치든 단위는 sccm임)
도 19는, 가스 구멍의 구멍 직경을 변경한 경우의 SiH2의 몰 분율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 19에서, 횡축은 가스 구멍(213)의 위치(Position)를 나타내고, 종축은 SiH2의 몰 분율(Mole Fraction of SiH2)을 나타낸다. 가스 구멍(213)의 위치는, 제1 직립부(210)의 상방으로부터 몇 번째에 배치된 가스 구멍인지를 나타낸다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 가스 구멍의 구멍 직경이 0.7mm, 0.5mm의 어느 경우든, 유량비(X/Y)를 변화시키면, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 동일한 경향을 갖고 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 유량비(X/Y)를 작게 할수록, SiH2의 몰 분율의 피크 위치가 인젝터(200)의 상부(TOP)로부터 하부(BTM)로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 도 19의 결과로부터, 가스 구멍의 구멍 직경에 대한 로버스트성을 갖고 있는 것으로 나타났다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서. 도입 포트(212, 312, 412, 512)는 제1 도입 포트의 일례이며, 도입 포트(222, 322, 422, 522)는 제2 도입 포트의 일례이며, 도입 포트(532)는 제3 도입 포트의 일례이다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (12)

  1. 대략 원통 형상을 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내벽 내측을 따라 길이 방향으로 연장 설치되는 인젝터이며, 처리 가스가 도입되는 복수의 도입 포트와, 해당 복수의 도입 포트로부터 도입되는 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 토출하는 복수의 가스 구멍을 갖는 인젝터와,
    상기 복수의 도입 포트로부터 상기 인젝터 내에 도입되는 상기 처리 가스의 유량비를 변화시키는 제어부
    를 포함하는, 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는, 상부에서 서로 접속된 제1 직립부 및 제2 직립부를 포함하고, 상기 복수의 도입 포트는, 상기 제1 직립부의 하부에 마련되는 제1 도입 포트와, 상기 제2 직립부의 하부에 마련되는 제2 도입 포트를 포함하는, 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 가스 구멍은, 상기 제1 직립부 및 상기 제2 직립부의 어느 한쪽에 마련되어 있는, 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 가스 구멍은, 상기 제1 직립부에 마련되어 있고,
    상기 제2 직립부의 내경은, 상기 제1 직립부의 내경보다 작은, 처리 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인젝터는, 상기 제1 직립부의 도중에 접속되는 제3 직립부를 포함하고,
    상기 복수의 도입 포트는, 상기 제3 직립부의 하부에 마련되는 제3 도입 포트를 포함하는, 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복수의 가스 구멍은, 상기 제1 직립부 및 상기 제2 직립부에 마련되어 있는, 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 용기는, 복수의 기판을 상기 길이 방향으로 간격을 두고 대략 수평하게 수용하는, 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 도입 포트는, 동일한 처리 가스 공급원에 접속되어 있는, 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리 가스는, 상기 복수의 기판에 막을 퇴적시키는 원료 가스를 포함하는, 처리 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 처리 가스는, 불활성 가스를 포함하는, 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 기판에 대하여 막을 퇴적시키는 성막 처리의 도중에 상기 유량비를 변화시키는, 처리 장치.
  12. 대략 원통 형상을 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내벽 내측을 따라 길이 방향으로 연장 설치되는 인젝터이며, 처리 가스가 도입되는 복수의 도입 포트와, 해당 복수의 도입 포트로부터 도입되는 상기 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 토출하는 복수의 가스 구멍을 갖는 인젝터
    를 포함하는 처리 장치에 있어서 기판에 처리를 실시하는 처리 방법이며,
    상기 기판에 대하여 처리를 실시하고 있는 도중에, 상기 복수의 도입 포트로부터 상기 인젝터 내에 도입되는 상기 처리 가스의 유량비를 변화시키는, 처리 방법.
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JP2015196839A (ja) 2014-03-31 2015-11-09 株式会社東芝 ガス供給管、およびガス処理装置

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