KR20220119670A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 프로그램 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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

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KR20220119670A
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유사쿠 오카지마
타카토모 야마구치
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 처리 장치를, 기판을 보지하는 기판 보지구; 기판 보지구를 내부에 수용하는 반응관; 반응관의 주위와 상부에 배치된 가열부; 및 반응관의 측방에 배치되고, 반응관의 외측으로부터 반응관의 내부를 향하여 기판 보지구에 보지되는 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 가스 공급 노즐 및 반응관의 외측으로부터 반응관의 내부를 향하여 기판 보지구에 보지되는 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 제1 온도 측정부 중 어느 일방 또는 양방을 수용 가능하도록 구성되는 수용부를 구비하고, 기판 보지구에 보지한 기판을 균일하게 성막 처리 하는 것을 가능하게 했다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
종래 기술로서 웨이퍼를 처리하는 처리실과, 처리실 외에 설치되어 처리실을 가열하는 히터와 처리실의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대의 측온에 기초하여 히터를 피드백 제어하는 컨트롤러를 구비한 핫 월형 열처리 장치가 기재되어 있다. 예컨대 특허문헌 1에 기재됨.
1. 일본 특개 2006-173531호 공보
특허문헌 1에 기재된 구성에서는 기판 근방의 온도를 정확하게 측정할 수 없어 기판의 처리 균일성을 향상시키는 것이 어려워진다.
본 개시는 전술한 종래 기술의 과제를 해결하고, 기판의 처리 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위해서 본 개시의 일 실시 형태에서는, 기판을 보지(保持)하는 기판 보지구; 상기 기판 보지구를 내부에 수용하는 반응관; 상기 반응관의 주위에 배치된 가열부; 및 상기 반응관의 측방에 배치되고, 상기 반응관의 외측으로부터 상기 반응관의 내부를 향하여 상기 기판 보지구에 보지되는 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 가스 공급 노즐 및 상기 반응관의 외측으로부터 상기 반응관의 내부를 향하여 상기 기판 보지구에 보지되는 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 제1 온도 측정부 중 어느 일방(一方) 또는 양방(兩方)을 수용 가능하도록 구성되는 수용부를 구비하는 기술을 제공한다.
본 개시에 따르면, 기판의 처리 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급부의 구성을 도시하는 도 1에서의 A-A 단면 시시도(矢視圖).
도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급부를 이너 튜브에 삽입한 상태를 도시하는 도 2에서의 B부의 상세를 도시하는 단면도.
도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급부를 이너 튜브에 삽입해서 너트를 장착한 상태를 도시하는 도 2에서의 B부의 상세를 도시하는 단면도.
도 5는 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 도시하고, 가스 공급부의 일부를 온도 계측부와 교체한 상태를 도시하는 단면도.
도 6은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 온도 계측부의 구성을 도시하는 단면도.
도 7은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 온도 계측부의 도 6에서의 C부의 상세를 확대해서 도시하는 단면도.
도 8은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에 설치한 복수의 온도 계측부로 계측하여 얻어지는 수평 방향과 온도의 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치에 설치한 복수의 온도 계측부로 계측하여 얻어지는 수평 방향과 온도의 관계로 얻어지는 수평 방향과 높이 방향에서의 온도 분포를 도시하는 그래프.
도 10은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어부의 구성을 도시하는 블록도.
도 11은 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 방법의 처리의 흐름을 도시하는 흐름도.
도 12는 본 개시의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어부로 제어하는 항목을 도시하는 리스트.
도 13은 실시예 2에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급부의 상세 구성을 도시하는 블록도.
도 14는 본 개시의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 도시하는 단면도.
도 15는 본 개시의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 도시하고, 가스 공급부의 일부를 구동(驅動) 기구부를 구비한 온도 계측부와 교체한 상태를 도시하는 단면도.
본 개시는, 기판 처리 장치의 내부의 온도 분포를 미리 계측해두고, 기판 처리 시에는 미리 측정한 온도 분포 데이터를 이용하여 기판 처리의 조건을 제어하는 것에 의해, 동시에 처리하는 복수의 기판을 각각의 기판의 면내에 걸쳐서 균질의 처리를 수행하는 것을 가능하게 한 것이다.
이하, 본 개시의 실시 형태를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일 기능을 가지는 것은 동일한 부호를 첨부하고, 그 반복 설명은 원칙으로서 생략한다.
단, 본 개시는 이하에 나타내는 실시 형태의 기재 내용에 한정되어 해석되지 않는다. 본 개시의 사상 내지 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 그 구체적 구성을 변경할 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다.
<실시예 1>
본 개시의 제1 실시예를 도 1 내지 도 12를 이용하여 설명한다.
[전체 구성]
도 1은 본 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)의 주요부의 구성을 도시하는 단면도다. 부호 110은 히터, 부호 120은 반응관, 부호 130은 이너 튜브, 부호 140은 기판 지지구(보트), 부호 150은 이너 튜브(130)의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부, 부호 160은 기판 지지구(보트)(140)를 이너 튜브(130)의 내부에 출납하는 보트 엘리베이터, 부호 180은 기판 처리 장치(100) 전체를 제어하는 제어부다.
히터(110)는 보트 엘리베이터(160)에 의해 기판 지지구(보트)(140)가 이너 튜브(130)의 내부에 장착된 상태에서 반응관(120)을 포함시켜서 이너 튜브(130)의 내부를 가열한다. 히터(110)는 상하 방향으로 복수의 블록으로 나눈 존 히터(도 1의 예에서는 111, 112, 113의 3개의 존 히터)로 분할되고, 각 존 히터마다 후술하는 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)의 데이터에 기초하여 가열 상태를 제어해도 좋다.
기판 지지구(보트)(140)는 복수 매의 기판(웨이퍼)(101)을 보지하고, 칸막이판 지지부(141)에 의해 지지되는 복수의 칸막이판(142)로 복수의 기판을 구분한다. 부호 143은 칸막이판(142)의 가장 위에 있는 천판(天板)이다. 부호 144는 기판 지지구(140)의 지주다.
기판 지지구(140)는 지주(144)로 보트 엘리베이터(160)와 접속되고, 보트 엘리베이터(160)에 의해, 보지한 복수 매의 기판(101)을 이너 튜브(130)의 내부와 외부[이너 튜브(130)의 하부]로의 출납을 수행한다.
부호 150은 이너 튜브(130)의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부이며, 기판 지지구(140)에 보지되는 기판(101)의 상하 방향의 피치(간격)에 맞춰서 기판(101)마다 가스를 공급할 수 있도록 도 1에 도시한 단면의 동일면 내에 복수 구비한 구성으로 이루어진다. 가스 공급부(150)는 이너 튜브(130)의 내부에서 기판 지지구(140)에 보지되는 기판(101)의 표면에 대하여 거의 평행한 방향으로 설치된다.
이너 튜브(130)에는 가스 공급부(150)의 선단(先端) 부분에 대향되는 개소(箇所)에 가스 공급부(150)로부터 공급되는 가스를 이너 튜브(130)의 내부에 도입하도록 복수의 가스 도입 구멍(131)이 형성된다.
한편, 이너 튜브(130)의 벽면에서 복수의 가스 도입 구멍(131)이 형성된 개소에 대향되는 개소에는 슬릿(132)이 형성되고, 복수의 가스 도입 구멍(131)으로부터 이너 튜브(130)의 내부에 공급된 가스 중 기판 지지구(140)에 보지된 기판(101)의 표면을 포함하는 이너 튜브(130)의 내부에서의 반응에 기여하지 않은 가스를 이너 튜브(130)의 내부로부터 반응관(120)측에 배출한다.
슬릿(132)을 통과하여 이너 튜브(130)의 내부로부터 반응관(120)측에 배출된 가스는, 배기관(121)을 통과하여 미도시의 배기 수단에 의해 반응관(120)의 외부로 배출된다.
부호 160은 보트 엘리베이터이며, 기판 지지구(140)를 이너 튜브(130)의 내부로의 출납, 즉 기판 지지구(140)를 이너 튜브(130)의 내부로부터 외부[이너 튜브(130)의 하부]로 취출(取出)하고, 또는 그 반대로 기판 지지구(140)를 이너 튜브(130)의 외부[이너 튜브(130)의 하부]로부터 내부로의 삽입을 수행한다.
보트 엘리베이터(160)는 기판 지지구(140)의 지주(144)를 지지하는 테이블(164), 테이블(164)에 탑재된 상 테이블(168), 테이블(164)에 고정되어 지주(144)를 회전 구동하는 회전 구동 모터(161), 테이블(164)을 상하 방향으로 구동하는 상하 구동 모터(162), 상하 구동 모터(162)와 접속하는 볼 나사(163), 테이블(164)에 고정되어 볼 나사(163)와 나합(螺合)되는 볼 너트(165), 테이블(164)의 상하 방향의 움직임을 가이드 하는 가이드 축(166), 테이블(164)에 고정되어 테이블(164)의 가이드 축(166)을 따른 상하 방향의 움직임을 받는 볼 축받이(167)를 구비한다.
상하 구동 모터(162)를 구동시켜서 보트 엘리베이터(160)로 상 테이블(168)이 가대(架臺) 프레임(171)의 상면(1711)에 당접(當接)될 때까지 상승시키는 것에 의해, 도 1에 도시한 바와 같이 기판 지지구(140)에 보지된 기판(101)은 이너 튜브(130)의 내부에 배치된다. 이 상태에서 상 테이블(168)이 가대 프레임(171)의 상면(1711)에 당접되어 반응관(120)의 내부는 외부에 대하여 기밀(機密)이 유지되고, 미도시의 진공 배기 수단(진공 펌프)에 의해 배기관(121)으로부터 진공 배기하는 것에 의해 반응관(120)의 내부는 진공 상태를 유지할 수 있다.
부호 180은 컨트롤러에서 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어한다. 또한 컨트롤러의 상세에 대해서는 도 10을 이용하여 설명한다.
부호 190은 반응관(120)의 내벽의 측부의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부이며, 제1 내지 제3 존 히터(111, 112, 113)가 대응하는 위치에 각각 온도 센서(191, 192, 193)가 설치되고, 히터(110)로 가열 중인 반응관(120)의 내부의 온도를 계측한다. 또한 제1 온도 측정부에 대해서는 후술한다.
도 2에는 가스 공급부(150)의 도 1에서의 A-A 단면 시시도를 도시하고, 도 3과 도 4에는 도 2에서 점선으로 둘러싼 영역(B)의 상세를 도시한다. 가스 공급부(150)는 도 2에 도시하는 바와 같이 도입관(152)을 본체부(151)의 내부에 삽입한 구성을 포함한다. 본체부(151)에 장착되는 도입관(152)에는 도입관(152)에 가스를 공급하기 위한 가스 도입관(155)을 구비한 가스 도입부(154), 너트(156), 부시(158)가 장착된다.
본체부(151)는 히터(110) 안을 통과하여 선단 부분(1511)이 반응관(120)의 내면과 거의 일치하는 면까지 연장된다. 본체부(151)와 반응관(120)은 접착제로 접착해도 좋고, 본체부(151)와 반응관(120)과 반응관(120)을 일체적으로 형성해도 좋다.
본체부(151)의 선단 부분(1511)과 반대측에는 돌기부(1512)가 형성되고, 돌기부(1512)의 표면을 피복하도록 금속제의 돌기부 커버(157)가 설치된다. 또한 돌기부 커버(157)의 히터(110)와 대향되는 면의 측에는 돌기부 커버(157)를 냉각하기 위한 냉각수를 흘리는 냉각수 유로(1571)가 형성되어도 좋다.
도입관(152)의 선단 부분에는 개구부(開口部)(1531)가 형성되고, 도입관(152)의 내부에는 개구부(1531)로부터 연장되는 구멍(153)이 형성된다. 도입관(152)의 개구부(1531)가 형성되는 부분과 반대측에는 철부(凸部)(1523, 1524)가 형성되고, 철부(1523, 1524) 사이의 요부(凹部)(1521)에는 구멍(153)으로 통하는 공(孔)(1522)이 형성된다.
도입관(152)의 철부(1523, 1524)는 가스 도입부(154)에 형성된 구멍에 감입(嵌入)되고, 가스 도입부(154)의 가스 도입관(155)에 형성된 구멍(1551)에 도입관(152)의 요부(1521)가 대향되도록 설정된다. 가스 도입관(155)은 도 13에 도시하는 가스 공급원에 접속되고, 가스종 변경 수단에 의해 종류가 다른 가스가 절체(切替)되어 공급된다.
한편, 도입관(152)은 도입관(152)을 가스 도입부(154)와 본체부(151)에 장착한 상태에서 선단 부분의 개구부(1531)가 이너 튜브(130)에 형성된 가스 도입 구멍(131)의 직전에 위치하도록 설정된다.
도 3은 철부(1523)의 선단에 O링(1581)을 장착한 상태에서 화살표의 방향으로부터 도입관(152)을 가스 도입부(154) 및 돌기부 커버(157), 본체부(151)에 삽입한 상태를 도시한다. 이 상태에서 가스 도입부(154)의 가스 도입관(155)에 형성된 구멍(1551)은 도입관(152)의 요부(1521)와 대향되는 장소에 위치하고, 요부(1521)에 형성된 구멍(1522)을 통해서 도입관(152)의 구멍(153)과 연통(連通)된다.
도 4는 도 3에 도시한 상태에 대하여 한층 더 철부(1524)와 부시(158) 사이에 O링(1592)을 장착해서 너트(156)를 가스 도입부(154)에 형성한 나사부에 장착하여 체부(締付)한 상태를 도시한다. 너트(156)를 가스 도입부(154)에 형성한 나사부에 체부하여 부시(158)로 O링(1581, 1592)을 압부(押付)하는 것에 의해 O링(1581, 1592)과는 변형되고, 도입관(152)과 가스 도입부(154) 사이의 기밀성이 확보된다. 이에 의해 가스 도입부(154)의 가스 도입관(155)으로부터 도입관(152)의 구멍(153)에 걸쳐서 기밀성이 확보되어 가스 도입관(155)으로부터 도입관(152)에 공급된 가스가 외부에 유출되지 않는다.
가스 공급부(150)는 도 13에 도시하는 가스 공급원으로 가스종을 절체하는 것에 의해 가스 도입관(155)으로부터 가스(원료 가스 또는 반응 가스)의 공급과 불활성 가스의 공급을 받아서 도입관(152)에 도입하고, 반응관(120) 및 이너 튜브(130)의 내부에 공급한다.
도 13에 가스 공급원의 구성을 도시한다. 가스 공급원은 가스종마다 밸브와 MFC를 공용화하고, 그것을 분기하여 노즐(330)을 구성하는 노즐(230-1 내지 230-8)로부터 도 1에 도시한 가스 공급부(150)에 설치된 8개의 가스 도입관(155)의 각각에 공급하는 구성으로 했다.
즉 본 개시에서는 가스 공급부(150)를 통해서 공급되는 원료 가스의 유량을 MFC(321)로 제어하고, 가스 공급의 ON/OFF를 밸브(311)로 제어한 후에 노즐(330-1 내지 230-8)로 분기하여 각각의 노즐로부터 가스 공급부(150)의 내부의 가스 도입관(155)에 공급하는 구성으로 했다.
또한 가스 공급관(332)을 통해서 공급되는 반응 가스의 유량을 MFC(322)로 제어하고, 가스 공급의 ON/OFF를 밸브(312)로 제어한 후에 노즐(330-1 내지 330-8)로 분기하여 각각의 노즐로부터 가스 공급부(150)의 내부의 가스 도입관(155)에 공급하는 구성으로 했다.
또한, 가스 공급관(333)을 통해서 공급되는 캐리어 가스의 유량을 MFC(323)로 제어하고, 가스 공급의 ON/OFF를 밸브(313)로 제어한 후에 노즐(330-1 내지 330-8)로 분기하여 각각의 노즐로부터 가스 공급부(150)의 내부의 가스 도입관(155)에 공급하는 구성으로 했다.
본 개시에 따르면, 가스종마다 밸브와 MFC를 공용화했기 때문에 가스 공급 계통의 구성을 간소화할 수 있다.
도 5에는 도 1에서 설명한 가스 공급부(150)의 구성에 대하여 위에서 1번째와 3번째 및 5번째의 도입관(152)을, 반응관의 내부를 측정하는 제1 온도 측정부(210)로서 내부에 온도 센서를 장착한 튜브(210-1 내지 210-3)와 치환한 상태를 도시한다. 튜브(210-1 내지 210-3)는 선단 부분이, 이너 튜브(130)에 형성한 가스 도입 구멍(131)을 통과하여 이너 튜브(130)의 내부에 달할 말한 길이로 형성된다.
튜브(210-1)에서는 히터(110)의 제1 존 히터(111)로 가열되는 영역의 온도를 계측하고, 튜브(210-2)에서는 히터(110)의 제2 존 히터(112)로 가열되는 영역의 온도를 계측하고, 튜브(210-3)에서는 히터(110)의 제3 존 히터(113)로 가열되는 영역의 온도를 계측한다.
여기서 이너 튜브(130)에 대한 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191)의 높이 방향의 측정 위치는 튜브(210-1)의 높이와 거의 같은 높이이며, 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(192)의 높이 방향의 측정 위치는 튜브(210-2)의 높이와 거의 같은 높이이며, 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(193)의 높이 방향의 측정 위치는 튜브(210-3)의 높이와 거의 같은 높이로 설정된다.
또한 튜브(210-1 내지 210-3)의 선단 부분은 기판(101)의 단(端)에 대향되는 위치에 배치되어도 좋다. 기판(101)의 단에 대향되는 위치에 배치하는 것에 의해 기판(101) 상의 온도 분포를 측정하는 것이 가능해진다.
도 6에 튜브(210-1 내지 210-3)의 내부에 온도 센서(211)를 장착한 제1 온도 측정부(210)의 단면도를 도시한다. 튜브(210-1 내지 210-3)에는 도입관(152)과 마찬가지로 철부(2102, 2103)가 형성되고, 철부(2102, 2103) 사이는 요부(2101)가 형성된다. 단, 튜브(210-1 내지 210-3)에는 가스를 도입하지 않기 때문에 요부(2101)를 반드시 형성할 필요는 없지만, 튜브(210-1 내지 210-3)를 경량화하기 위해서는 요부(2101)를 형성해도 좋다.
제1 온도 측정부(210)의 튜브(210-1) 선단 부분의 원(A)으로 둘러싼 부분의 상세를 도 7에 도시한다. 튜브(210-1)의 내부에는 구멍(2100)이 형성되지만, 튜브(210-1)의 선단 부분에서는 구멍(2100)이 닫히고, 도입관(152)과 달리 개구부가 형성되지 않는다. 한편, 튜브(210-1)의 선단 부분과 반대측의 단부(端付)는 도 6에 도시하는 바와 같이 구멍(2100)이 돌출하여 개구부(2104)가 형성된다.
튜브(210-1)에 형성된 구멍(2100)의 내부에는 개구부(2104)측으로부터 온도 센서(본 실시예에서는 열전대식의 온도 센서)(211)가 삽입되고, 튜브(210-1)에 형성된 구멍(2100)의 선단부 부근에 고정된다. 온도 센서(211)로부터는 전선(2121, 2122)[이하, 이것들을 총칭하여 전선(212)이라고 기재한다]이 개구부(2104)의 바깥까지 연장된다.
도 6 및 도 7에는 온도 센서(211)가 튜브(210-1)에 형성된 구멍(2100)의 내부에 1개만 장착해서 예시했지만, 본 실시예에서는 구멍(2100)의 내부에서 소정의 간격을 두고 복수의 개소(예컨대 4개소)에 온도 센서(211)를 고정한다. 이에 의해 이너 튜브(130)의 내부가 같은 높이로 복수의 위치의 온도를 동시에 계측할 수 있다.
또한 상기 예에서는 튜브(210-1)에 형성된 구멍(2100)의 내부에서 소정의 간격을 두고 복수의 개소에 온도 센서(211)를 고정하는 예를 제시했지만, 튜브(210-1)에 형성된 구멍(2100)의 내부에 온도 센서(211)를 1개 삽입해서 고정하지 않고, 구멍(2100)의 내부에서 온도 센서(211)를 소정의 피치씩 이동시키면서 복수 개소의 온도를 계측하도록 구성해도 좋다.
도 8의 그래프에는 도 5에 도시한 3개의 튜브(210-1 내지 210-3)의 내부에 장착한 각 온도 센서(211)로 계측한 온도의 분포를 도시한다. 도 8의 그래프에서는 튜브(210-1 내지 210-3)의 내부에 각각 4개의 온도 센서(211)를 장착해서 이너 튜브(130)의 내부의 온도를 계측한 결과를 도시한다.
제1 온도 측정부(210)의 각 온도 센서(211)에 의한 온도 계측은 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)와 동시에 수행한다. 이에 의해 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도와, 제1 온도 측정부(210)의 튜브(210-1 내지 210-3)의 내부에 장착한 각각 4개의 온도 센서(211)로 계측한 온도의 관계가 구해진다.
도 9의 그래프는 도 8의 그래프로부터 얻어지는 이너 튜브(130)의 내부에서의 수평 방향과 높이 방향(수직 방향)의 온도 분포를 도시한다. 이와 같이 높이가 다른 복수의 개소에서 수평 방향으로 복수의 개소의 온도를 계측하는 것에 의해 이너 튜브(130)의 내부에서의 높이 방향의 온도 분포를 구할 수 있다. 이에 의해 이너 튜브(130)의 내부에서 보다 정밀도가 높은 온도 제어를 수행하는 것이 가능해진다.
[컨트롤러]
도 10에 본 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)의 제어부인 컨트롤러(180)의 구성을 도시한다. 컨트롤러(180)는 CPU(Central Processing Unit)(180a), RAM(Random Access Memory)(180b), 기억 장치(180c), 입출력 포트(I/O 포트)(180d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(180b), 기억 장치(180c), I/O 포트(180d)는 내부 버스(180e)를 개재하여 CPU(180a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(180)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(181)나, 외부 기억 장치(182)가 접속 가능하도록 구성된다.
기억 장치(180c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등의 기억 매체로 구성된다. 기억 장치(180c) 내에는 기판 처리 장치(100)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 및 데이터 베이스 등이 판독 가능하도록 격납된다.
또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(180)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다.
이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(180b)은 CPU(180a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(180d)는 히터(110)나, 보트 엘리베이터(160)의 상하 구동 모터(162), 회전 구동 모터(161), 미도시의 기판 반입구, 매스 플로우 컨트롤러, 진공 펌프 등에 접속된다.
또한 본 개시에서의 「접속」이란 각 부가 물리적인 케이블로 연결된다는 의미도 포함하지만, 각 부의 신호(전자 데이터)가 직접 또는 간접적으로 송수신 가능하도록 이루어진다는 의미도 포함한다. 예컨대 각 부 사이에 신호를 중계하는 기재나, 신호를 변환 또는 연산하는 기재가 설치되어도 좋다.
CPU(180a)는 기억 장치(180c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 컨트롤러(180)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(180c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(180a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 히터(110)로의 전력 공급 동작이나, 보트 엘리베이터(160)의 상하 구동 모터(162), 회전 구동 모터(161)의 회전 동작, 미도시의 기판 반입구의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(180)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](182)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(182)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(180)를 구성할 수 있다.
또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(182)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 네트워크(183)(인터넷이나 전용 회선) 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(182)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(180c)나 외부 기억 장치(182)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(180c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(182) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
[기판 처리 공정(성막 공정)]
다음으로 도 1 내지 도 10에서 설명한 기판 처리 장치(100)를 이용하여 기판(101) 상에 막을 형성하는 기판 처리 공정(성막 공정)에 대해서 도 11을 이용하여 설명한다.
본 개시는 성막 프로세스 및 에칭 프로세스 중 어느 것에도 적용할 수 있지만, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판(101) 상에 박막을 형성하는 공정의 일례로서 SiO2(산화실리콘)층을 형성하는 공정에 대해서 설명한다. SiO2층 등의 막을 형성하는 공정은 전술한 기판 처리 장치(100)의 반응관(120)의 내부에서 실행된다. 제조 공정의 실행은 컨트롤러(180)의 기억 장치(180c)에 기억된 프로그램 실행에 의해 이루어진다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는 우선 보트 엘리베이터(160)의 상하 구동 모터(162)를 작동시켜서 기판 지지구(보트)(140)를 상승시키고, 도 1에 도시한 바와 같이 기판 지지구(140)를 반응관(120)의 내부에 설치된 이너 튜브(130)에 삽입한다. 이 상태에서 기판 지지구(140)에 재치된 기판(101)은 칸막이판(142)에 대한 소정의 높이(간격)로 이루어진다.
이 상태에서,
(a) 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)마다 전력을 인가해서 이너 튜브(130)의 내부에 삽입된 기판 지지구(140)에 보지되는 복수의 기판(101)을 가열하면서 제2 온도 측정부로 반응관(120)의 측부의 온도를 측정하는 것과 함께, 보트 엘리베이터(160)의 회전 구동 모터(161)를 작동하여 기판 지지구(140)를 일정한 속도로 회전시키고,
(b) 이너 튜브(130)의 내부에 수용된 기판(101)에 대하여 가스 공급부(150)의 도입관(152)으로부터 Si2Cl6(6염화2규소) 가스를 이너 튜브(130)의 내부에 공급하는 공정;
(c) 도입관(152)으로부터의 Si2Cl6(6염화2규소) 가스의 도입을 정지하고, 반응관(120)의 내부의 잔류 가스를 배기관(121)으로부터 외부로 배출해서 잔류 가스를 제거하는 공정;
(d) 이너 튜브(130)의 내부에 수용된 기판(101)에 대하여 도입관(152)으로부터 O2(산소)[또는 O3(오존) 또는 H2O(물)]를 이너 튜브(130)의 내부에 공급하는 공정; 및
(e) 도입관(152)으로부터의 가스의 도입을 정지하고, 반응관(120)의 내부의 잔류 가스를 배기관(121)으로부터 외부로 배출해서 잔류 가스를 제거하는 공정;
을 포함하고, 상기 (b) 내지 (e)의 공정을 복수 회 반복하여 SiO2층을 기판(101) 상에 형성한다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우는 「기판 그 자체」를 의미하는 경우나, 「기판과 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 기판이라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「기판의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「기판 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「기판 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 기판의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
다음으로 구체적인 성막 공정의 예에 대해서 도 11에 도시한 흐름도를 따라 설명한다.
[프로세스 조건 설정: S1101]
우선 컨트롤러(180)의 CPU(180a)는 기억 장치(180c)에 격납되는 프로세스 레시피 및 관련되는 데이터 베이스를 판독하고 프로세스 조건을 설정한다.
도 12에 CPU(180a)가 판독하는 프로세스 레시피(1200)의 일례를 도시한다. 프로세스 레시피(1200)의 주된 항목으로서는 가스 유량(1210), 온도 데이터(1220), 처리 사이클 수(1230) 등이 있다.
가스 유량(1210)에는 미도시의 가스 공급원으로부터 가스 공급부(150)의 도입관(152)을 통해서 반응관(120) 및 이너 튜브(130)의 내부에 공급되는 원료 가스 유량(1211), 반응 가스 유량(1212), 캐리어 가스 유량(1213) 등의 항목이 있다.
온도 데이터(1220)로서는 미리 구해둔 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도와, 제1 온도 측정부(210)인 튜브(210-1 내지 210-3)의 내부에 장착한 각각 4개의 온도 센서(211)로 계측한 온도의 관계에 기초하여, 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)마다의 가열 온도(1221)[각 존 히터(111, 112, 113)마다의 인가 전압]가 있다.
[기판 반입: S1102]
기판 지지구(140)에 새로운 기판(101)을 1매씩 탑재하여 보지한 상태에서 보트 엘리베이터(160)의 상하 구동 모터(162)를 구동하여 기판 지지구(140)를 상승시키고, 기판 지지구(140)를 반응관(120)의 내측에 설치된 이너 튜브(130)의 내부에 반입한다.
[압력 조정: S1103]
기판 지지구(140)가 이너 튜브(130)의 내부에 반입된 상태에서 반응관(120)의 내부를 미도시의 진공 펌프에 의해 배기관(121)으로부터 진공 배기하여 반응관(120)의 내부가 원하는 압력이 되도록 조정한다.
[온도 조정: S1104]
스텝(S401)에서 판독한 레시피에 기초하여 반응관(120)의 내부가 원하는 압력(진공도)이 되도록 미도시의 진공 펌프에 의해 진공 배기된 상태에서 반응관(120)의 내부를 히터(110)에 의해 가열한다. 이때 반응관(120)의 내부가 원하는 온도 분포가 되도록 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도 정보를 이용하여, 도 5에 도시한 바와 같은 구성으로 미리 측정한 이너 튜브(130)의 내부에서의 기판(101)의 표면 근방에서의 복수 개소의 온도 분포 데이터와 그 때의 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)에서 계측한 온도와의 관계에 기초하여, CPU(180a)에서 기판(101)의 표면 근방에서의 복수 개소의 온도 분포를 추정하고, 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)마다의 통전량(인가 전압)이 피드백 제어된다. 이 온도 제어는 적어도 기판(101)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
또한 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도 정보를 이용하여 보트 엘리베이터(160)의 회전 구동 모터(161)의 작동을 제어하여 기판 지지구(140)의 회전 속도를 조정한다.
즉 도 5에 도시한 바와 같은 구성으로 미리 측정한 이너 튜브(130)의 내부에서의 기판(101)의 표면 근방에서의 복수 개소의 온도 분포 데이터와 그 때의 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도의 관계에 기초하여, 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도 데이터를 이용하여 CPU(180a)에서 기판(101)의 표면 근방에서의 복수 개소의 온도를 예측한다.
그리고 이 예측한 온도가 미리 설정한 온도보다 높은 경우에는 회전 구동 모터(161)의 작동을 제어해서 기판 지지구(140)의 회전 속도를 미리 설정한 회전 속도보다 높인다. 한편, 예측한 온도가 미리 설정한 온도보다 낮은 경우에는 회전 구동 모터(161)의 작동을 제어해서 기판 지지구(140)의 회전 속도를 미리 설정한 회전 속도보다 낮춘다.
[SiO2층 형성 공정: S1105]
계속해서 제1층으로서 예컨대 SiO2층을 형성하기 위해서 다음과 같은 상세 스텝을 실행한다.
(원료 가스 공급: S11051)
회전 구동 모터(161)의 작동을 제어해서 기판(101)을 보지하는 기판 지지구(140)의 회전 속도를 미리 설정한 속도로 유지한 상태에서 가스 공급부(150)의 도입관(152)으로부터 반응관(120)의 내부에 원료 가스인 Si2Cl6 가스를 유량 조정된 상태에서 흘린다. 반응관(120)에 공급된 원료 가스는 이너 튜브(130)에 형성한 가스 도입 구멍(131)을 통과하여 이너 튜브(130)의 내부에 공급되고, 일부가 이너 튜브(130)의 내부에 공급되지 않고, 이너 튜브(130)와 반응관(120) 사이의 공간에 잔류한다. 도입관(152)으로부터 공급된 원료 가스 중 기판(101)의 표면에서의 반응에 기여하지 않은 가스는 이너 튜브(130)에 형성된 슬릿(132)으로부터 반응관(120)측으로 유출되어 배기관(121)으로부터 배기된다.
도입관(152)으로부터 이너 튜브(130)의 내부에 Si2Cl6 가스를 도입하는 것에 의해 기판 지지구(140)에 보지된 기판(101)에 대하여 Si2Cl6 가스가 공급된다. 공급하는 Si2Cl6 가스의 유량은 일례로서 0.002slm 내지 1slm(Standard liter per minute)의 범위, 보다 바람직하게는 0.1slm 내지 1slm의 범위로 설정한다.
이때 Si2Cl6 가스와 함께 캐리어 가스로서 N2(질소) 가스, 또는 Ar(아르곤) 가스 등의 불활성 가스가 도입관(152)으로부터 반응관(120)의 내부에 공급되고 배기관(121)으로부터 배기된다. 캐리어 가스의 구체적인 유량은 0.01slm 내지 5slm의 범위, 보다 바람직하게는 0.5slm 내지 5slm의 범위로 설정한다.
캐리어 가스의 N2 가스는 도입관(152)으로부터 반응관(120)의 내부에 공급되어, 일부는 이너 튜브(130)에 형성된 가스 도입 구멍(131)을 통과하여 이너 튜브(130)의 내부에 유입된다. 한편, 반응관(120)의 내부에 공급된 N2 가스의 대부분은 반응관(120)과 이너 튜브(130) 사이로부터 배기관(121)을 통해서 배기된다. 이때 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)의 온도는 기판 지지구(140)에 지지되는 상하 방향으로 배열된 기판(101)의 온도가 각각의 기판(101)의 전면에 걸쳐서 예컨대 250℃ 내지 550℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이너 튜브(130)의 내부에 흐르는 가스는 Si2Cl6 가스와 N2 가스만이며, Si2Cl6 가스의 이너 튜브(130)로의 공급에 의해 기판(101)(표면의 하지막) 상에 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Si 함유층이 형성된다.
(원료 가스 배기: S11052)
이너 튜브(130)의 내부에 소정의 시간, 도입관(152)을 개재하여 원료 가스인 Si2Cl6 가스를 공급하고, 소정의 온도 범위로 가열된 기판(101)의 표면에 Si 함유층이 형성된 후, Si2Cl6 가스의 공급을 정지한다. 이때 미도시의 진공 펌프에 의해 반응관(120)의 내부를 진공 배기하고, 이너 튜브(130)를 포함하는 반응관(120) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층 형성에 기여한 후의 Si2Cl6 가스를 이너 튜브(130) 및 반응관(120)의 내부로부터 배제한다.
이때 도입관(152)으로부터의 캐리어 가스인 N2 가스의 반응관(120) 내부로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 반응관(120)의 내부에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층 형성에 기여한 후의 Si2Cl6 가스를 이너 튜브(130) 및 반응관(120)의 내부로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
(반응 가스 공급: S11053)
이너 튜브(130) 및 반응관(120)의 내부의 잔류 가스를 제거한 후, 도입관(152)으로부터 반응 가스인 O2 가스를 이너 튜브(130)의 내부에 공급하고, 반응에 기여하지 않은 O2 가스를 이너 튜브(130) 및 반응관(120)으로부터 배기관(121)을 개재하여 배기한다. 이에 의해 기판(101)에 대하여 O2가 공급된다. 구체적으로 공급하는 O2 가스의 유량은 0.2slm 내지 10slm의 범위, 보다 바람직하게는 1slm 내지 5slm의 범위로 설정한다.
이때 도입관(152)으로부터의 N2 가스의 공급을 정지하고, 이너 튜브(130) 및 반응관(120)의 내부로의 N2 가스의 공급을 정지한 상태로서 N2 가스가 O2 가스와 함께 반응관(120)의 내부에 공급되지 않도록 한다. 즉 O2 가스는 N2 가스로 희석되지 않고 반응관(120) 및 이너 튜브(130)의 내부에 공급되기 때문에 SiO2층의 성막 레이트를 향상시키는 것이 가능하다. 이때의 히터(110)의 온도는 Si2Cl6 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 반응관(120) 및 이너 튜브(130)의 내부에 흘리는 가스는 O2 가스만이다. O2 가스는 원료 가스(Si2Cl6) 공급 스텝(S11051)에서 기판(101) 상에 형성된 Si 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는 Si 함유층에 포함되는 Si와 O2 가스에 포함되는 O가 결합되어 기판(101) 상에 Si와 O를 포함하는 SiO2층이 형성된다.
(잔류 가스 배기: S11054)
SiO2층을 형성한 후, 도입관(152)으로부터 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부로의 O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝(S11052)과 마찬가지의 처리 순서에 의해 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부에 잔류하는 미반응 또는 SiO2층의 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
스텝(S1105)에서의 전술한 상세 스텝(S11051) 내지 스텝(S11055)을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 기판(101) 상에 소정의 두께(예컨대 0.1nm 내지 2nm)의 SiO2층을 형성한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하며, 예컨대 10회 내지 80회 정도 수행하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10회 내지 15회 정도 수행하는 것에 의해 기판(101)의 표면에 균일한 막 두께 분포를 가지는 박막을 형성할 수 있다.
전술한 원료 가스 공급의 시작부터 반응 가스에 의한 잔류 가스 배기의 종료에 걸쳐서 반응관(120)의 내부가 원하는 온도 분포가 되도록 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도 정보를 이용하여, 제1 온도 측정부(210)를 이용하여 미리 측정한 이너 튜브(130)의 내부의 기판(101) 표면 근방의 복수 개소에서의 온도 분포 데이터와 그 때의 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도의 관계에 기초하여 CPU(180a)에서 기판(101) 표면 근방의 복수 개소에서의 온도를 추정하고, 이 추정한 온도 데이터에 기초하여 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)마다의 통전량(인가전압)이 피드백 제어된다.
또한 제2 온도 측정부(190)의 온도 센서(191, 192, 193)로 계측한 온도 정보를 이용하여 보트 엘리베이터(160)의 회전 구동 모터(161)의 작동을 제어하여 기판 지지구(140)의 회전 속도가 조정된다.
[애프터 퍼지: S1106]
상기 스텝(S1105)의 일련의 공정을 소정의 횟수 반복해서 실행한 후, 도입관(152)으로부터 N2 가스를 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부에 공급하고 배기관(121)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부가 불활성 가스로 퍼지되어 반응관(120)의 내부 및 이너 튜브(130)의 내부에 잔류하는 가스나 부생성물이 반응관(120) 내로부터 제거된다. 또한 히터(110)의 블록화된 각 존 히터(111, 112, 113)로의 전력 인가를 정지하는 것에 의해 히터(110)에 의한 가열을 정지하고, 보트 엘리베이터(160)의 회전 구동 모터(161)의 작동을 정지하고, 기판 지지구(140)의 회전을 정지한다.
[기판 반출: S1107]
그 후, 보트 엘리베이터(160)의 상하 구동 모터(162)를 작동시켜서 기판 지지구(보트)(140)를 반응관(120)의 이너 튜브(130)로부터 하강시켜, 표면에 소정의 두께의 박막이 형성된 기판(101)을 기판 지지구(140)로부터 취출한다.
[강온: S1108]
마지막으로 히터(110)의 각 존 히터(111, 112, 113)로의 전력 인가를 정지한 상태에서 히터(110)의 온도를 강하시키는 것에 의해 기판(101)의 처리를 종료한다.
전술한 예에서는 기판(101) 상에 SiO2막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 SiO2막 대신에 Si3N4(질화실리콘)막, 또는 TiN(질화티타늄)막도 형성할 수 있다. 또한 이러한 막에 한정되지 않는다. 예컨대 W, Ta, Ru, Mo, Zr, Hf, Al, Si, Ge, Ga 등 또는 이들 원소와 동족의 원소로 구성되는 원소 단체의 막이나, 이들 원소와 질소의 화합물막(질화막), 이들 원소와 산소의 화합물막(산화막) 등에도 적용하는 것이 가능하다. 또한 이들 막을 형성할 때에는 전술한 할로겐 함유 가스나, 할로겐 원소, 아미노기(基), 시클로펜타기, 산소(O), 탄소(C), 알킬기 등 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 성막 중의 기판 온도를 복수 매의 기판에 대해서 각각의 기판의 전면에 걸쳐 거의 균일하게 원하는 온도를 유지할 수 있고, 반응관의 내부에서 상하 방향으로 소정의 간격을 두고 설치한 복수의 웨이퍼의 표면에 균질의 성막 처리를 수행하는 것을 안정적으로 실시할 수 있다.
또한 본 개시에 따르면, 보트에 적재한 복수 매의 웨이퍼에 균일하게 성막 처리를 수행하는 것과, 처리실의 온도를 측정하는 열전대의 측온 결과에 기초하여 히터를 피드백 제어하는 것을 양립시키는 것이 가능해지고, 반응관의 내부에서 상하 방향으로 소정의 간격을 두고 설치한 복수의 웨이퍼의 표면에 균질의 성막 처리를 수행하는 것을 가능하게 하는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
<실시예 2>
본 개시의 제2 실시예에 관한 기판 처리 장치(200)로서, 제1 실시예에서 설명한 기판 처리 장치(100)로서 도 1의 구성에 가스 공급부(150)의 가스 도입부(154)에서 돌기부 커버(157)측에 히터(230)를 설치한 구성에 대해서 도 14를 이용하여 설명한다. 제1 실시예에서 설명한 도 1의 구성과 같은 구성 부품에 대해서는 같은 부품 번호를 첨부하여 중복된 설명을 생략한다.
반응관(120)의 내부에 고정한 제2 온도 측정부(190)로 측정한 반응관(120)의 내부의 온도가 미리 설정한 온도보다 낮은 경우에 실시예 1에서는 히터(110)를 구성하는 각 존 히터(111, 112, 113)에 전력을 인가해서 이너 튜브(130)의 내부에서 기판 지지구(보트)(140)에 보지된 기판(101)을 가열하는 구성이었다.
하지만 어떠한 원인으로 히터(110)를 구성하는 각 존 히터(111, 112, 113)의 온도가 소정의 온도로부터 크게 벗어난 경우 등에는 각 존 히터(111, 112, 113)에 인가하는 전력을 크게 해도 각 존 히터(111, 112, 113)의 온도가 즉각 추종되지 않는 경우가 있다.
이에 대하여 본 실시예에서는 가스 도입부(154)의 돌기부 커버(157)측에 히터(230)를 설치한 구성으로 하고, 반응관(120)의 내부에 공급하기 전에 히터(230)에 의해 도입관(152)에 형성된 구멍(153)의 내부에서 가스를 가열하는 구성으로 했다.
즉 반응관(120)의 내부에 고정한 제2 온도 측정부(190)로 측정한 히터(110)를 구성하는 각 존 히터(111, 112, 113)의 위치에 대응하는 반응관(120)의 내부의 온도가 미리 설정한 온도보다 낮은 경우에 히터(110)를 구성하는 각 존 히터(111, 112, 113)에 전력을 인가해서 이너 튜브(130)의 내부에서 기판 지지구(보트)(140)에 보지된 기판(101)을 가열하는 것과 함께, 가스 도입부(154)의 돌기부 커버(157)측에 설치한 히터(230)에 전력을 인가해서 가스 도입부(154) 및 가스 도입부(154)에 삽입된 도입관(152)을 가열하고, 도입관(152)의 구멍(153)의 내부를 통과하여 반응관(120)의 내부에 공급되는 가스를 가열하는 구성으로 했다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해 제2 온도 측정부(190)로 측정한 반응관(120)의 내부의 온도의 변동에 신속하게 대응할 수 있고, 기판(101) 상에 형성하는 막의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
또한 가스 도입부(154)의 돌기부 커버(157)측에 히터(230)를 설치한 구성으로 하는 것에 의해 반응관(120)의 내부에 공급되는 가스를 히터(230)로 예비 가열 할 수 있고, 이너 튜브(130)의 내부에 도입된 직후의 가스의 온도와, 이너 튜브(130)의 내부에 체류하는 가스의 온도 차이가 작아져 기판(101) 상에 형성하는 막의 품질을 보다 일정하게 유지할 수 있다.
이상 설명한 본 실시예 및 변형예에 따르면, 미리 계측한 데이터에 기초하여 기판 상에 성막 중에 각 블록 히터마다 온도 제어를 수행할 수 있기 때문에, 처리 중인 기판의 온도를 거의 균일하게 유지할 수 있고, 다수 배열된 기판의 각각의 표면에 높은 품질의 박막을 형성하는 것을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한 본 개시는 다음과 같은 실시 형태도 포함한다.
(1) 기판을 수용하는 반응관;
상기 반응관의 측방이며, 상기 기판의 수평 방향으로 연장되어 배치되는 수용부를 포함하고,
상기 수용부는,
상기 반응관의 외측으로부터 상기 기판의 수평 방향으로 연장되어 배치되는 가스 공급 노즐 또는 상기 반응관의 외측으로부터 상기 기판의 수평 방향으로 연장되어 배치되는 제1 온도부를 삽입 가능하도록 구성된다.
(2) 상기 수용부에 대한 슬릿을 포함하고, 상기 반응관을 둘러싸는 가열부를 포함한다.
(3) 상기 가열부는 상기 반응관의 외벽을 따라 배치된다.
(4) 반응관에는 기판이 수직 방향으로 복수 매 배치되고, 상기 가스 공급 노즐은 상기 기판의 매수만큼 배치된다.
(5) 상기 복수의 상기 노즐 수용부 각각은 상기 가스 공급 노즐은 상기 기판 사이에 배치되도록 구성된다.
(6) 상기 제1 온도 측정부는 가열부마다 배치된다.
(7) 상기 제1 온도 측정부가 출력하는 온도 데이터(전압값 및 온도 데이터)에 기초하여 상기 가열부를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
(8) 상기 가열부는 수직 방향으로 복수 설치되고, 상기 제1 온도 측정부가 출력하는 온도 데이터에 기초하여 상기 복수의 가열부 각각을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
(9) 상기 기판을 지지하는 기판 지지부(보트)를 회전시키는 회전 기구를 포함하고, 상기 회전 기구를 회전시키면서 상기 제1 온도 측정부로 상기 반응관 내의 온도를 측정한다.
(10) 상기 수용부는 상기 반응관의 외측으로부터 상기 기판의 수평 방향으로 연장되어 배치되는 제2 온도 측정부를 삽입 가능하도록 구성된다.
(11) 제2 온도 측정부는 상기 가스 공급 노즐이 삽입되는 개소에 삽입된다.
(12) 상기 제2 온도 측정부는 제2 온도 측정부의 선단을 기판의 단까지 삽입 가능하도록 구성된다.
(13) 상기 제2 온도 측정부는 상기 기판의 면에 대하여 수평 방향으로 복수의 온도 측정점을 포함한다.
(14) 제2 온도 측정부를 복수 설치하고, 복수의 제2 온도 측정부 내의 적어도 하나를 인발(引拔)하면서 측정한다.
(15) 상기 제2 온도 측정부를 수평 방향으로 동작시키는 동작부(1410)를 포함한다.
동작부(1410)는 도 15에 도시하는 바와 같이 기판의 면에 대하여 수평 방향으로 동작 가능하도록 구성된다. 제2 온도 측정부는 동작부(1410)에 접속된 제2 온도 측정부의 보지부(1420)에 고정된다. 또한 보지부(1420)는 제2 온도 측정부 내의 적어도 전선(212)을 수평 이동 가능하도록 전선(212)을 보지한다. 즉 튜브(210-1 내지 210-3)의 위치를 고정한 상태에서 온도 센서(211)의 위치를 이동시켜서 온도를 측정 가능하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 튜브(210-1 내지 210-3)의 이동에 의한 가스 흐름의 변화를 억제하는 것이 가능해진다.
(16) 상기 동작부에 의해 상기 온도 측정부를 인발하면서 온도를 측정한다.
(17) 상기 인발하면서 측정한 결과에 기초하여 온도 분포 데이터를 생성한다.
(18) 상기 온도 분포 데이터에 기초하여 가열부를 제어한다.
(19) 상기 온도 분포 데이터에 기초하여 회전 속도를 제어한다.
(20) 상기 온도 분포 데이터에 기초하여 가스의 예비 가열 온도를 제어한다.
(21) 제2 온도 측정부는 보호관과, 보호관 내에 설치된 내관을 포함하고, 상기 내관만을 인발 가능하도록 구성된다. 보호관은 내압으로 구성된다. 실제 처리에 가까운 환경에서 온도 측정 가능해진다.
또한 전술에서는 수용부가 복수 설치된 예에 대해서 기재했지만 이에 한정되지 않고, 하나라면 좋다.
또한 전술에서는 기판 보지구에 복수의 기판을 보지하는 구성에 대해서 기재했지만 이에 한정되지 않고, 기판 보지구에 1매의 기판을 보지해서 처리해도 좋고, 기판 보지구를 1매의 기판을 보지 가능하도록 구성해도 좋다.
또한 전술에서는 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 성막 공정에 대해서 기재했지만 성막 공정에 한정되지 않고, 열처리나 플라즈마 처리 등의 공정에도 적용할 수 있다.
또한 전술에서는 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정을 실시 가능한 기판 처리 장치에 대해서 기재했지만 이에 한정되지 않고, 세라믹스 기판, 액정 디바이스의 기판, 발광 디바이스의 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치이어도 좋다.
100: 기판 처리 장치 101: 기판
110: 히터 111, 112, 113: 존 히터
120: 반응관 130: 이너 튜브
140: 기판 지지구(보트) 150: 가스 공급부
151: 본체부 152: 도입관
160: 보트 엘리베이터 180: 컨트롤러
190: 제2 온도 측정부 210: 제1의 온도 측정부
210-1, 210-2, 210-3: 튜브 211: 온도 센서
300: 가스 공급부 히터

Claims (18)

  1. 기판을 보지(保持)하는 기판 보지구(保持具);
    상기 기판 보지구를 내부에 수용하는 반응관;
    상기 반응관의 주위에 배치된 가열부; 및
    상기 반응관의 측방에 배치되고, 상기 반응관의 외측으로부터 상기 반응관의 내부를 향하여 상기 기판 보지구에 보지되는 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 가스 공급 노즐 및 상기 반응관의 외측으로부터 상기 반응관의 내부를 향하여 상기 기판 보지구에 보지되는 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 연장되어 배치되는 제1 온도 측정부 중 어느 일방(一方) 또는 양방(兩方)을 수용 가능하도록 구성되는 수용부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 복수의 가스 공급 노즐을 수용하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 보지구는 상기 기판을 복수 보지하도록 구성되고,
    상기 수용부는 상기 복수의 가스 공급 노즐의 높이 방향의 위치가 상기 기판 보지구에 보지되는 복수의 상기 기판 사이에 위치하도록 수용하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응관의 내부에 고정되어 상기 반응관의 내부의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부를 더 구비하고,
    상기 제1 온도 측정부는 상기 수용부에 탈착 가능하도록 수용되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가열부는 복수의 존 히터를 포함하고, 상기 제2 온도 측정부는 상기 복수의 존 히터의 각각의 높이에 대응한 복수의 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 온도 측정부는 상기 복수의 존 히터의 각각의 높이에 대응한 위치에서 상기 수용부에 수용되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 복수의 존 히터를 포함하고,
    상기 제1 온도 측정부는 상기 수용부의 상기 복수의 존 히터에 대응한 위치에 수용되고 상기 복수의 존 히터에 대응한 위치에 복수의 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 온도 측정부는 상기 복수의 존 히터에 대응한 복수의 위치의 온도를 동시에 계측하는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 온도 측정부로 계측한 상기 복수의 존 히터에 대응한 위치에서의 복수의 점의 온도의 분포의 데이터에 기초하여 상기 가열부의 상기 복수의 존 히터를 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판 보지구를 회전 구동(驅動)하는 회전 구동부를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 온도 측정부로 계측한 상기 복수의 존 히터에 대응한 위치에서의 복수의 점의 온도의 분포의 데이터에 기초하여 상기 회전 구동부를 제어하여 상기 기판 보지구의 회전 속도를 조정하는 기판 처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    가스 공급 노즐을 가열하는 가스 공급 노즐 가열부를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 온도 측정부로 계측한 상기 복수의 존 히터에 대응한 위치에서의 상기 복수의 점의 온도의 분포의 데이터에 기초하여 상기 가스 공급 노즐 가열부를 제어하여 상기 가스 공급 노즐로부터 상기 반응관의 내부에 공급하는 가스의 가열 온도를 제어하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수용부의, 상기 가스 공급 노즐을 수용하는 부분과 상기 제1 온도 측정부를 수용하는 부분은 공통의 부분인 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반응관은 내부에 이너 튜브를 구비하고, 상기 이너 튜브의 내부에 상기 기판 보지구를 수용하고, 상기 이너 튜브에는 상기 수용부에 수용된 상기 가스 공급 노즐로부터 상기 반응관의 내부에 공급된 가스를 상기 이너 튜브의 내부에 도입하는 구멍이 상기 가스 공급 노즐의 선단(先端) 부분에 대향하여 형성되는 기판 처리 장치.
  14. 기판 보지구를 반응관의 내부에 수용하는 공정;
    상기 반응관을 가열하는 공정;
    상기 반응관의 측방에 설치된 수용부에 수용된 제1 온도 측정부로 상기 반응관 내의 온도를 측정하는 공정;
    상기 기판 보지구에 기판을 보지한 상태에서 상기 반응관의 내부에 수용하는 공정; 및
    상기 측정한 결과에 기초하여 상기 기판을 가열해서 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리하는 공정 전에 상기 제1 온도 측정부로 측정한 온도와 상기 반응관의 내부에 설치된 제2 온도 측정부로 측정한 온도와의 관계에 기초하여 상기 반응관을 가열하는 가열부를 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정 전에 상기 제1 온도 측정부로 측정한 온도와 상기 반응관의 내부에 설치된 내부 온도 측정부로 측정한 온도와의 관계에 기초하여 상기 기판을 처리하는 공정에서, 상기 제1 온도 측정부 대신에 상기 수용부에 가스 공급 노즐을 수용한 상태에서 상기 반응관의 내부에 설치된 제2 온도 측정부로 측정한 상기 반응관의 내부의 온도 데이터에 기초하여 상기 반응관의 내부에서 상기 기판의 상면 근방의 온도를 추정하고, 상기 추정한 결과에 기초하여 상기 기판 보지구의 회전을 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 공정 전에 상기 제1 온도 측정부로 측정한 온도와 상기 반응관의 내부에 설치된 내부 온도 측정부로 측정한 온도와의 관계에 기초하여 상기 기판을 처리하는 공정에서, 상기 제1 온도 측정부 대신에 상기 수용부에 가스 공급 노즐을 수용한 상태에서 상기 반응관의 내부에 설치된 제2 온도 측정부로 측정한 상기 반응관의 내부의 온도 데이터에 기초하여 가스 공급용 노즐로부터 상기 반응관의 내부에 공급하는 가스의 예비 가열 온도를 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 기판 보지구를 반응관의 내부에 수용하는 단계;
    상기 반응관을 가열하는 단계;
    상기 반응관의 측방에 설치된 수용부에 수용된 제1 온도 측정부로 상기 반응관 내의 온도를 측정하는 단계;
    상기 기판 보지구에 기판을 보지한 상태에서 상기 반응관의 내부에 수용하는 단계; 및
    상기 측정한 결과에 기초하여 상기 기판을 가열해서 처리하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 기록한 기억 매체.
KR1020227025223A 2020-03-02 2020-03-02 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 프로그램 및 반도체 장치의 제조 방법 KR20220119670A (ko)

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