KR20230044929A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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KR20230044929A
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substrate
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유사쿠 오카지마
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

애스펙트비가 높은 요부에 대해서도 요부의 하부까지 충분히 막의 성분을 공급 가능한 기술을 제공한다.
복수의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부를 격납 가능한 처리실; 상기 처리실의 측방에 접속되고, 상기 처리실과는 다른 방향으로 연신되도록 구성된 광체와, 상기 광체 내에서 연직 방향으로 복수 배치된 구획부를 구비한 상류측 정류부; 복수의 상기 구획부 사이 또는 상기 구획부와 상기 광체 사이에 가스를 공급 가능하며, 연직 방향으로 복수 배치되는 분출공을 구비한 분배부; 및 상기 처리실과 상기 분배부 사이에서 일부가 상기 광체의 인접부에 인접하도록 배치되는 처리실 가열부를 포함하는 기술이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 형태는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서 이용되는 기판 처리 장치의 일 형태로서는 예컨대 복수 매의 기판을 일괄 처리하는 기판 처리 장치가 사용되고 있다(예컨대 특허문헌 1).
1. 일본 특개 2011-129879호 공보
최근 디바이스의 미세화에 따른 셀 면적의 축소에 의해 기판 상에 형성하는 홈[溝] 등의 요부(凹部)의 애스펙트비가 증대하고, 보다 깊은 요부를 포함하는 기판으로의 성막 등의 스텝 커버리지 성능 개선이 필요해지고 있다. 스텝 커버리지 성능 개선을 위해서는 요부의 하부까지 충분히 막의 성분을 공급할 필요가 있다.
본 개시(開示)의 목적은 애스펙트비가 높은 요부에 대해서도 스텝 커버리지 성능이 높은 막을 형성 가능한 기술을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 형태에 따르면,
복수의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부를 격납 가능한 처리실; 상기 처리실의 측방에 접속되고, 상기 처리실과는 다른 방향으로 연신(延伸)되도록 구성된 광체(筐體)와, 상기 광체 내에서 연직 방향으로 복수 배치된 구획부를 구비한 상류측 정류부; 복수의 상기 구획부 사이 또는 상기 구획부와 상기 광체 사이에 가스를 공급 가능하며, 연직 방향으로 복수 배치되는 분출공을 구비한 분배부; 및 상기 처리실과 상기 분배부 사이에서 일부가 상기 광체의 인접부에 인접하도록 배치되는 처리실 가열부를 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 애스펙트비가 높은 요부에 대해서도 스텝 커버리지 성능이 높은 막을 형성 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 2는 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 3은 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4는 본 개시의 일 형태에 따른 기판 지지부를 설명하는 설명도.
도 5는 본 개시의 일 형태에 따른 가스 공급계를 설명하는 설명도.
도 6은 본 개시의 일 형태에 따른 가스 배기계를 설명하는 설명도.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 일 형태에서 사용 가능한 가스에 대해서 설명하는 설명도.
도 8은 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 9는 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 플로우를 설명하는 흐름도.
도 10은 본 개시의 일 형태에서 사용 가능한 가스에 대해서 설명하는 설명도.
도 11a 내지 도 11c는 본 개시의 일 형태에서 사용 가능한 가스에 대해서 설명하는 설명도.
도 12는 본 개시의 일 형태에 따른 분배부를 설명하는 설명도.
도 13은 본 개시의 일 형태에 따른 분배부를 설명하는 설명도.
이하, 본 형태의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 이용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면상의 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 현실의 것과 반드시 일치하지 않는다. 또한 복수의 도면의 상호간에서도 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 장치의 개요 구성을 도 1 내지 도 7c를 이용하여 설명한다. 도 1은 기판 처리 장치(200)의 측단면도이며, 도 2는 도 1에서의 α-α'에서의 단면도다. 도 2에서는 설명의 편의상 노즐(223), 노즐(225)을 추기한다. 도 3은 광체(227), 히터(211), 분배부(222, 224)와의 관계를 설명하는 설명도다. 도 3에서는 설명의 편의상 분배부(222)와 노즐(223)을 기재하고, 분배부(224), 노즐(225)은 생략한다.
계속해서 구체적인 내용에 대해서 설명한다. 기판 처리 장치(200)는 광체(筐體)(201)를 포함하고, 광체(201)는 반응관 격납실(206)과, 이재실(217)을 구비한다. 반응관 격납실(206)은 이재실(217) 상에 배치된다.
반응관 격납실(206)은 연직 방향에 연장된 원통 형상의 반응관(210)과, 반응관(210)의 외주에 설치된 가열부(화로체)로서의 히터(211)와, 가스 공급부로서의 가스 공급 구조(212)와, 가스 배기부로서의 가스 배기 구조(213)를 구비한다. 여기서는 반응관(210)은 처리실이라고도 부르고, 반응관(210) 내의 공간을 처리 공간이라고도 부른다. 반응관(210)은 후술하는 기판 지지부(300)를 격납 가능하도록 한다.
히터(211)는 반응관(210)측과 대향되는 내면에 저항 가열 히터가 설치되고, 그것들을 둘러싸도록 단열부가 설치된다. 따라서 히터(211)의 외측, 즉 반응관(210)과 대향하지 않는 측에서는 열 영향이 적어지도록 구성된다. 히터(211)의 저항 가열 히터에는 히터 제어부(211a)가 전기적으로 접속된다. 히터 제어부(211a)를 제어하는 것에 의해 히터(211)의 ON/OFF나, 가열 온도를 제어할 수 있다. 히터(211)는 후술하는 가스를 열분해 가능한 온도까지 가열 가능하다. 또한 히터(211)는 처리실 가열부나 제1 가열부라고도 부른다.
반응관 격납실(206) 내에는 반응관(210), 상류측 정류부(214), 하류측 정류부(215)가 구비된다. 가스 공급부에는 상류측 정류부(214)를 포함시켜도 좋다. 또한 가스 배기부에는 하류측 정류부(215)를 포함시켜도 좋다.
가스 공급 구조(212)는 반응관(210)의 가스 흐름 방향 상류에 설치되고, 가스 공급 구조(212)로부터 반응관(210)에 가스가 공급된다. 가스 배기 구조(213)는 반응관(210)의 가스 흐름 방향 하류에 설치되고, 반응관(210) 내의 가스는 가스 배기 구조(213)로부터 배출된다.
반응관(210)과 가스 공급 구조(212) 사이에는 가스 공급 구조(212)로부터 공급된 가스의 흐름을 정돈하는 상류측 정류부(214)가 설치된다. 즉 가스 공급 구조(212)는 상류측 정류부(214)와 인접한다. 또한 반응관(210)과 가스 배기 구조(213) 사이에는 반응관(210)으로부터 배출되는 가스의 흐름을 정돈하는 하류측 정류부(215)가 설치된다. 반응관(210)의 하단은 매니폴드(216)로 지지된다.
반응관(210), 상류측 정류부(214), 하류측 정류부(215)는 연속된 구조이며, 예컨대 석영이나 SiC 등의 재료로 형성된다. 이것들은 히터(211)로부터 방사되는 열을 투과하는 열 투과성 부재로 구성된다. 히터(211)의 열은 기판(S)이나 가스를 가열한다.
가스 공급 구조(212)를 구성하는 광체는 금속으로 구성되고, 상류측 정류부(214)의 일부인 광체(227)는 석영 등으로 구성된다. 가스 공급 구조(212)와 광체(227)는 분리 가능하며, 고정할 때는 O링(229)을 개재하여 고정한다. 광체(227)는 반응관(210)의 측방의 접속부(206a)에 접속된다.
광체(227)는 반응관(210)측에서 봤을 때 반응관(210)과 다른 방향으로 연신되고, 후술하는 가스 공급 구조(212)에 접속된다. 히터(211)와 광체(227)는 반응관(210)과 가스 공급 구조(212) 사이의 인접부(227b)에서 인접한다. 인접된 부위는 인접부(227b)라고 부른다.
가스 공급 구조(212)는 반응관(210)에서 봤을 때 인접부(227b)보다 안쪽에 설치된다. 가스 공급 구조(212)는 후술하는 가스 공급관(261)과 연통 가능한 분배부(224), 가스 공급관(251)과 연통 가능한 분배부(222)를 구비한다. 분배부(222)의 하류측에는 복수의 노즐(223)이 설치되고, 분배부(224)의 하류에는 복수의 노즐(225)이 설치된다. 각 노즐은 연직 방향으로 복수 배치된다. 도 1에서는 분배부(222) 및 노즐(223)이 기재된다.
후술하는 바와 같이 분배부(222)는 원료 가스를 분배 가능하도록 하기 때문에 원료 가스 분배부라고도 부른다. 노즐(223)은 원료 가스를 공급하는 것이기 때문에 원료 가스 공급 노즐이라고도 부른다.
또한 분배부(224)는 반응 가스를 분배 가능하도록 하기 때문에 반응 가스 분배부라고도 부른다. 노즐(225)은 반응 가스를 공급하는 것이기 때문에 반응 가스 공급 노즐이라고도 부른다.
가스 공급관(251)과 가스 공급관(261)은 후술하는 바와 같이 다른 종류의 가스를 공급한다. 도 2에 도시하는 바와 같이 노즐(223), 노즐(225)은 가로 배열의 관계로 배치된다. 여기서는 수평 방향에서 노즐(223)이 광체(227)의 중심에 배치되고, 그 양측에 노즐(225)이 배치된다. 양측에 배치된 노즐을 각각 노즐(225a, 225b)이라고 부른다.
도 3에 도시하는 바와 같이 분배부(222)에는 복수의 분출공(222c)이 설치된다. 분출공(222c)은 연직 방향에서 중첩되지 않도록 설치된다. 복수의 노즐(223)은 분배부(222)에 설치된 분출공(222c)과 각각의 노즐(223) 내부가 연통되도록 접속된다. 노즐(223)은 연직 방향이며, 후술하는 구획판(226) 사이 또는 광체(227)와 구획판(226) 사이에 배치된다.
분배부(222)는 노즐(223)과 접속되는 분배 구조(222a)와, 도입관(222b)을 구비한다. 도입관(222b)은 후술하는 가스 공급부(250)의 가스 공급관(251)과 연통되도록 구성된다.
분배 구조(222a)는 반응관(210)에서 봤을 때 히터(211)보다 안쪽에 배치된다. 그렇기 때문에 분배 구조(222a)는 히터(211)의 영향을 받기 어려운 위치에 배치된다.
가스 공급 구조(212)와 광체(227)의 주위에는 히터(211)보다 낮은 온도로 가열 가능한 상류측 히터(228)가 설치된다. 상류측 히터(228)는 2개의 히터(228a, 228b)를 포함하도록 구성된다. 구체적으로는 광체(227)의 표면이며, 가스 공급 구조(212)와 인접부(227b) 사이의 면의 주위에 상류측 히터(228a)가 설치된다. 또한 가스 공급 구조(212)의 주위에 상류측 히터(228b)가 설치된다. 또한 상류측 히터(228)는 상류측 가열부나 제2 가열부라고도 부른다.
여기서 저온이란 예컨대 분배부(222) 내에 공급되는 가스가 재액화되지 않는 온도이며, 또한 가스의 저분해 상태를 유지하는 정도의 온도다.
분배부(224)는 분배부(222)와 마찬가지로 노즐(225)과 접속되는 분배 구조(224a)와 도입관(224b)을 구비한다. 도입관(224b)은 후술하는 가스 공급부(260)의 가스 공급관(261)과 연통되도록 구성된다. 분배부(224)와 복수의 노즐(225)은 분배부(224)에 설치된 공(孔)(224c)과 각각의 노즐(225) 내부가 연통되도록 접속된다. 도 2에 기재한 바와 같이, 분배부(224)와 노즐(225)은 복수, 예컨대 2개 설치되고, 가스 공급관(261)은 각각과 연통되도록 구성된다. 복수의 노즐(225)은 예컨대 노즐(223)을 중심으로 하여 선대칭의 위치에 배치된다.
이와 같이 공급되는 가스마다 분배부 및 노즐을 설치하는 것에 의해, 각 가스 공급관으로부터 공급되는 가스가 각 가스 분배부에서 혼합되지 않고, 따라서 분배부(224)에서 가스가 혼합되는 것에 의해 발생할 수 있는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
상류측 히터(228a)의 적어도 일부의 구성은 노즐(223), 노즐(225)의 연신 방향과 평행으로 배치된다. 상류측 히터(228b)의 적어도 일부의 구성은 분배부(222)의 배치 방향을 따라 설치된다. 이와 같이 하는 것에 의해 노즐 내나 분배부 내에서도 저온을 유지할 수 있다.
상류측 히터(228)에는 히터 제어부(228c, 228d)가 전기적으로 접속된다. 구체적으로는 상류측 히터(228a)에는 히터 제어부(228c)가 접속되고, 상류측 히터(228b)에는 히터 제어부(228d)가 접속된다. 히터 제어부(228c, 228d)를 제어하는 것에 의해 히터(228)의 ON/OFF나, 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한 여기서는 2개의 히터 제어부(228c, 228d)를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 원하는 온도 제어가 가능하면 하나의 히터 제어부나 3개 이상의 히터 제어부를 이용해도 좋다. 또한 상류측 히터(228)는 제2 히터라고도 부른다.
상류측 히터(228)는 제거 가능한 구성이며, 가스 공급 구조(212)와 광체(227)를 분리할 때는 가스 공급 구조(212), 광체(227)로부터 사전에 제거할 수 있다. 또한 각 부위에 고정해도 좋고, 가스 공급 구조(212)와 광체(227)를 분리할 때는 가스 공급 구조(212), 광체(227)에 고정한 상태에서 가스 공급 구조(212)와 광체(227)를 분리해도 좋다.
상류측 히터(228a)와 광체(227) 사이에는 커버로서의 예컨대 금속으로 구성되는 금속 커버(212a)를 설치해도 좋다. 금속 커버(212a)를 설치하는 것에 의해 상류측 히터(228a)로부터 발생한 열을 효율적으로 광체(227) 내에 공급할 수 있다. 특히 광체(227)는 석영으로 구성되기 때문에 열의 누설이 염려되지만, 금속 커버(212a)를 설치하는 것에 의해 열의 누설을 억제할 수 있다. 따라서 과잉으로 가열할 필요가 없고, 히터(228)로의 전력 공급을 억제할 수 있다.
상류측 히터(228b)와 가스 공급 구조(212)를 구성하는 광체 사이에는 금속 커버(212b)를 설치해도 좋다. 금속 커버(212b)를 설치하는 것에 의해 상류측 히터(228b)로부터 발생한 열을 효율적으로 분배부에 공급할 수 있다. 따라서 상류측 히터(228)로의 전력 공급을 억제할 수 있다.
상류측 정류부(214)는 광체(227)와 구획판(226)을 포함한다. 구획부로서의 구획판(226) 중 기판(S)과 대향되는 부분은 적어도 기판(S)의 지름보다 크게 되도록 수평 방향으로 연신된다. 여기서 말하는 수평 방향이란 광체(227)의 측벽 방향을 나타낸다. 구획판(226)은 광체(227) 내에서 연직 방향으로 복수 배치된다. 구획판(226)은 광체(227)의 측벽에 고정되고, 가스가 구획판(226)을 넘어서 하방 또는 상방의 인접 영역에 이동하지 않도록 구성된다. 넘지 않도록 하는 것에 의해 후술하는 가스 흐름을 확실하게 형성할 수 있다.
구획판(226)은 공이 없는 연속된 구조다. 각각의 구획판(226)은 기판(S)에 대응한 위치에 설치된다. 구획판(226) 사이나 구획판(226)과 광체(227) 사이에는 노즐(223), 노즐(225)이 설치된다. 즉 적어도 구획판(226)마다 노즐(223), 노즐(225)이 설치된다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 구획판(226) 사이나 구획판(226)과 광체(227) 사이마다 제1 가스와 제2 가스를 사용한 프로세스를 실행하는 것이 가능해진다. 따라서 복수의 기판(S) 간에서 처리를 균일한 상태로 할 수 있다.
또한 각각의 구획판(226)과 그 상방에 배치된 노즐(223) 사이의 각각의 거리는 같은 거리로 하는 것이 바람직하다. 즉 노즐(223)과 그 하방에 배치된 구획판(226) 또는 광체(227) 사이의 각각은 같은 높이에 배치되도록 구성된다. 이와 같이 하는 것에 의해 노즐(223)의 선단으로부터 구획판(226)까지의 거리를 같게 할 수 있기 때문에, 기판(S) 상에서의 분해도를 복수의 기판 간에서 균일하게 할 수 있다.
노즐(223), 노즐(225)로부터 분출된 가스는 구획판(226)에 의해 가스 흐름을 정돈되고, 기판(S)의 표면에 공급된다. 구획판(226)은 수평 방향으로 연신되고, 또한 공이 없는 연속 구조이므로, 가스의 주류는 연직 방향에의 이동이 억제되어 수평 방향으로 이동된다. 따라서 각각의 기판(S)까지 도달하는 가스의 압력 손실을 연직 방향에 걸쳐서 균일하게 할 수 있다.
본 형태에서는 분배부(222)에 설치된 분출공(222c)의 지름은 구획판(226) 간의 거리 또는 광체(227)와 구획판(226) 사이의 거리보다 작아지도록 구성된다.
하류측 정류부(215)는 기판 지지부(300)에 기판(S)이 지지된 상태에서 최상위에 배치된 기판(S)의 위치보다 천장이 높아지도록 구성되고, 기판 지지부(300)의 최하위에 배치된 기판(S)의 위치보다 저부(底部)가 낮아지도록 구성된다.
하류측 정류부(215)는 광체(231)와 구획판(232)을 포함한다. 구획판(232) 중 기판(S)과 대향되는 부분은 적어도 기판(S)의 지름보다 크게 되도록 수평 방향으로 연신된다. 여기서 말하는 수평 방향이란 광체(231)의 측벽 방향을 나타낸다. 또한 구획판(232)은 연직 방향으로 복수 배치된다. 구획판(232)은 광체(231)의 측벽에 고정되고, 가스가 구획판(232)을 넘어서 하방 또는 상방의 인접 영역에 이동하지 않도록 구성된다. 넘지 않도록 하는 것에 의해 후술하는 가스 흐름을 확실하게 형성할 수 있다. 광체(231) 중 가스 배기 구조(213)와 접촉하는 측에는 플랜지(233)가 설치된다.
구획판(232)은 공이 없는 연속된 구조다. 구획판(232)은 각각 기판(S)에 대응한 위치이며, 각각 구획판(226)에 대응한 위치에 설치된다. 대응하는 구획판(226)과 구획판(232)은 동등한 높이로 하는 것이 바람직하다. 또한 기판(S)을 처리할 때, 기판(S)의 높이와 구획판(226), 구획판(232)의 높이를 맞추는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 하는 것에 의해 각 노즐로부터 공급된 가스는 도면 중의 화살표와 같은 구획판(226) 상, 기판(S), 구획판(232) 상을 통과하는 흐름이 형성된다. 이때 구획판(232)은 수평 방향으로 연신되고, 또한 공이 없는 연속 구조다. 이러한 구조로 하는 것에 의해 각각의 기판(S) 상으로부터 배출되는 가스의 압력 손실을 균일하게 할 수 있다. 따라서 각 기판(S)을 통과하는 가스의 가스 흐름은 연직 방향으로의 흐름이 억제되면서 배기 구조(213)를 향하여 수평 방향으로 형성된다.
구획판(226)과 구획판(232)을 설치하는 것에 의해 각각의 기판(S)의 상류, 하류 각각에서, 연직 방향에서 압력 손실을 균일하게 할 수 있으므로, 구획판(226), 기판(S) 상, 구획판(232)에 걸쳐서 연직 방향으로의 흐름이 억제된 수평의 가스 흐름을 확실하게 형성할 수 있다.
가스 배기 구조(213)는 하류측 정류부(215)의 하류에 설치된다. 가스 배기 구조(213)는 주로 광체(241)와 가스 배기관 접속부(242)로 구성된다. 광체(241) 중 하류측 정류부(215)측에는 플랜지(243)가 설치된다.
가스 배기 구조(213)는 하류측 정류부(215)의 공간과 연통된다. 광체(231)와 광체(241)는 높이가 연속된 구조다. 광체(231)의 천장부는 광체(241)의 천장부와 동등한 높이로 구성되고, 광체(231)의 저부는 광체(241)의 저부와 동등한 높이로 구성된다.
하류측 정류부(215)를 통과한 가스는 배기공(244)으로부터 배기된다. 이때 가스 배기 구조는 구획판과 같은 구성이 없기 때문에 연직 방향을 포함하는 가스 흐름이 가스 배기공을 향하여 형성된다.
이재실(217)은 반응관(210)의 하부에 매니폴드(216)를 개재하여 설치된다. 이재실(217)에는 미도시의 진공 반송 로봇에 의해 기판(S)을 기판 지지구(이하, 단순히 보트라고 기재하는 경우도 있다)(300)에 재치(탑재)하거나, 진공 반송 로봇에 의해 기판(S)을 기판 지지구(300)로부터 취출(取出)하는 것이 수행된다.
이재실(217)의 내부에는 기판 지지구(300), 칸막이판 지지부(310) 및 기판 지지구(300)와 칸막이판 지지부(310)[이것들을 총칭하여 기판 보지구(保持具)라고 부른다]를 상하 방향과 회전 방향으로 구동(驅動)하는 제1 구동부를 구성하는 상하 방향 구동 기구부(400)를 격납 가능하다. 도 1에서는 기판 지지구(300)는 상하 방향 구동 기구부(400)에 의해 상승되어 반응관 내에 격납된 상태를 도시한다.
다음으로 도 1, 도 4를 이용하여 기판 지지부의 상세를 설명한다. 기판 지지부는 적어도 기판 지지구(300)로 구성되고, 이재실(217)의 내부에서 기판 반입구(미도시)를 개재하여 진공 반송 로봇에 의해 기판(S)의 이체를 수행하거나, 이체한 기판(S)을 반응관(210)의 내부에 반송하여 기판(S)의 표면에 박막을 형성하는 처리를 수행한다. 또한 기판 지지부에 칸막이판 지지부(310)를 포함시켜서 생각해도 좋다.
칸막이판 지지부(310)는 기부(基部)(311)와 천판(312) 사이에 지지된 지주(313)에 복수 매의 원판 형상의 칸막이판(314)이 소정의 피치로 고정된다. 기판 지지구(300)는 기부(311)에 복수의 지지 로드(315)가 지지되고, 이 복수의 지지 로드(315)에 의해 복수의 기판(S)이 소정의 간격으로 지지되는 구성을 포함한다.
기판 지지구(300)에는 기부(311)에 지지된 복수의 지지 로드(315)에 의해 복수의 기판(S)이 소정의 간격으로 재치된다. 이 지지 로드(315)에 의해 지지된 복수의 기판(S) 사이는 칸막이판 지지부(310)에 지지된 지주(313)에 소정에 간격으로 고정(지지)된 원판 형상의 칸막이판(314)에 의해 구분된다. 여기서 칸막이판(314)은 기판(S)의 상부와 하부 중 어느 하나 또는 양방(兩方)에 배치된다.
기판 지지구(300)에 재치되는 복수의 기판(S)의 소정의 간격은 칸막이판 지지부(310)에 고정된 칸막이판(314)의 상하의 간격과 같다. 또한 칸막이판(314)의 지름은 기판(S)의 지름보다 크게 형성된다.
보트(300)는 복수의 지지 로드(315)로 복수 매, 예컨대 5매의 기판(S)을 연직 방향으로 다단으로 지지한다. 기부(311) 및 복수의 지지 로드(315)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 재료로 형성된다. 또한 여기서는 보트(300)에 5매의 기판(S)을 지지한 예를 제시하지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대 기판(S)을 5매 내지 50매 정도 지지 가능하도록 보트(300)를 구성해도 좋다. 또한 칸막이판 지지부(310)의 칸막이판(314)은 세퍼레이터라고도 부른다.
칸막이판 지지부(310)와 기판 지지구(300)는 상하 방향 구동 기구부(400)에 의해 반응관(210)과 이재실(217) 사이의 상하 방향 및 기판 지지구(300)로 지지된 기판(S)의 중심 주변의 회전 방향으로 구동된다.
제1 구동부를 구성하는 상하 방향 구동 기구부(400)는 구동원으로서 상하 구동용 모터(410)와, 회전 구동용 모터(430)와, 기판 지지구(300)를 상하 방향으로 구동하는 기판 지지구 승강 기구로서의 리니어 액츄에이터를 구비한 보트 상하 기구(420)를 구비한다.
계속해서 도 5를 이용하여 가스 공급계의 상세를 설명한다. 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 가스 공급관(251)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스원(252), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(253) 및 개폐 밸브인 밸브(254)가 설치된다.
제1 가스원(252)은 제1 원소를 함유하는 제1 가스(「제1 원소 함유 가스」라고도 부른다)원이다. 제1 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 가스는 적어도 2개의 실리콘 원자(Si)가 결합되는 가스이며, 예컨대 Si 및 염소(Cl)를 포함하는 가스이며, 도 7a에 기재된 6염화2규소(Si2Cl6, 헥사클로로디실란, 약칭: HCDS) 가스 등의 Si-Si 결합을 포함하는 원료 가스다. 도 7a에 도시되는 바와 같이, HCDS 가스는 그 화학 구조식 중(1분자 중)에 Si 및 클로로기(基)(염화물)를 포함한다.
이 Si-Si 결합은 반응관(210) 내에서, 후술하는 기판(S)의 요부를 구성하는 벽에 충돌하는 것에 의해 분해되는 정도의 에너지를 가진다. 여기서 분해된 다른 Si-Si 결합이 절단되는 것을 말한다. 즉 Si-Si 결합은 벽으로의 충돌에 의해 결합이 절단된다.
주로 가스 공급관(251), MFC(253), 밸브(254)에 의해 제1 가스 공급계(250)(실리콘 함유 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다. 가스 공급관(251)은 분배부(222)의 도입관(222b)에 접속된다.
공급관(251) 중 밸브(254)의 하류측에는 가스 공급관(255)이 접속된다. 가스 공급관(255)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(256), MFC(257) 및 개폐 밸브인 밸브(258)가 설치된다. 불활성 가스원(256)으로부터는 불활성 가스, 예컨대 질소(N2) 가스가 공급된다.
주로 가스 공급관(255), MFC(257), 밸브(258)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스원(256)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 반응관(210) 내에 잔류한 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 제1 불활성 가스 공급계를 제1 가스 공급계(250)에 추가해도 좋다.
도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 가스 공급관(261)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스원(262), 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(263) 및 개폐 밸브인 밸브(264)가 설치된다. 가스 공급관(261)은 분배부(224)의 도입관(224b)에 접속된다.
제2 가스원(262)은 제2 원소를 함유하는 제2 가스(이하, 「제2 원소 함유 가스」라고도 부른다)원이다. 제2 원소 함유 가스는 처리 가스 중 하나다. 또한 제2 원소 함유 가스는 반응 가스 또는 개질 가스로서 생각해도 좋다.
여기서 제2 원소 함유 가스는 제1 원소와 다른 제2 원소를 함유한다. 제2 원소로서는 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 어느 하나다. 본 형태에서는 제2 원소 함유 가스는 예컨대 질소 함유 가스다. 구체적으로는 암모니아(NH3), 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스 등의 N-H 결합을 포함하는 질화수소계 가스다.
주로 가스 공급관(261), MFC(263), 밸브(264)에 의해 제2 가스 공급계(260)가 구성된다.
공급관(261) 중 밸브(264)의 하류측에는 가스 공급관(265)이 접속된다. 가스 공급관(265)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(266), MFC(267) 및 개폐 밸브인 밸브(268)가 설치된다. 불활성 가스원(266)으로부터는 불활성 가스, 예컨대 질소(N2) 가스가 공급된다.
주로 가스 공급관(265), MFC(267), 밸브(268)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스원(266)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 반응관(210) 내에 잔류한 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 제2 불활성 가스 공급계를 제2 가스 공급계(260)에 추가해도 좋다.
노즐(223), 노즐(225)과 기판(S) 사이에는 공급된 가스의 흐름을 저해하는 저해물을 배치하지 않는 것이 바람직하다. 특히 실리콘-실리콘 결합을 포함하는 가스를 공급하는 노즐(223)과 기판(S) 사이에는 저해물을 배치하지 않도록 한다.
가령 가스의 흐름을 저해하는 구성을 배치한 경우, 가스가 저해물에 충돌하여 분압이 상승될 것으로 생각된다. 그렇다면, 가스의 분해가 과도하게 촉진될 우려가 있다. 이 경우, 가스의 소비량이 높아지는데다가, 요부로의 미분해 상태의 가스의 공급량이 줄어들고, 그 결과 원하는 스텝 커버리지를 실현하지 못할 우려가 있다.
그렇기 때문에 분해가 촉진되는 압력까지의 상승을 억제하는 것을 목적으로 하고, 장해물을 설치하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 여기서는 장해물을 설치하지 않는다라고 기재했지만, 분해가 촉진되는 압력까지 상승하지 않는다면 어느 정도의 장해가 존재해도 좋다.
계속해서 도 6을 이용하여 배기계를 설명한다. 반응관(210)의 분위기를 배기하는 배기계(280)는 반응관(210)과 연통되는 배기관(281)을 포함하고, 배기관 접속부(242)를 개재하여 광체(241)에 접속된다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 배기관(281)에는 개폐 밸브로서의 밸브(282), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(283)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(284)가 접속되고, 반응관(210) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다. 배기계(280)는 처리실 배기계라고도 부른다.
계속해서 도 8을 이용하여 컨트롤러를 설명한다. 기판 처리 장치(200)는 기판 처리 장치(200)의 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(600)를 포함한다.
컨트롤러(600)의 개략을 도 8에 도시한다. 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(600)는 CPU(Central Processing Unit)(601), RAM(Random Access Memory)(602), 기억부로서의 기억부(603), I/O 포트(604)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(602), 기억부(603), I/O 포트(604)는 내부 버스(605)를 개재하여 CPU(601)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 기판 처리 장치(200) 내의 데이터의 송수신은 CPU(601)의 하나의 기능이기도 한 송수신 지시부(606)의 지시에 의해 수행된다.
컨트롤러(600)에는 상위 장치(670)에 네트워크를 개재하여 접속되는 네트워크 송수신부(683)가 설치된다. 네트워크 송수신부(683)는 상위 장치로부터 포드(미도시)에 격납된 기판(S)의 처리 이력이나 처리 예정에 관한 정보 등을 수신하는 것이 가능하다.
기억부(603)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억부(603) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다.
또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(600)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(602)은 CPU(601)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(604)는 기판 처리 장치(200)의 각 구성에 접속된다. CPU(601)는 기억부(603)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(681)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억부(603)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(601)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 기판 처리 장치(200)를 제어 가능하도록 구성된다.
CPU(601)는 송수신 지시부(606)를 포함한다. 컨트롤러(600)는 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 하드 디스크 등의 자기(磁氣) 디스크, DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리](682)를 이용하여 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 형태에게 따른 컨트롤러(600)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(682)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(682)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(603)나 외부 기억 장치(682)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(603) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(682) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
다음으로 반도체 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 구성의 기판 처리 장치(200)를 이용하여 기판(S) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(600)에 의해 제어된다.
여기서는 제1 가스와 제2 가스를 이용하여, 그것들을 교호(交互)적으로 공급하는 것에 의해 기판(S) 상에 막을 형성하는 성막 처리에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다.
(S202)
이재실 압력 조정 공정(S202)을 설명한다. 여기서는 이재실(217) 내의 압력을 진공 반송실(미도시)과 같은 레벨의 압력으로 한다. 구체적으로는 이재실(217)에 접속된 미도시의 배기계를 작동시켜 이재실(217)의 분위기가 진공 레벨이 되도록 이재실(217)의 분위기를 배기한다.
또한 본 공정과 병행하여 상류측 히터(228)를 가동시켜도 좋다. 구체적으로는 상류측 히터(228a), 상류측 히터(228b)를 각각 가동시켜도 좋다. 상류측 히터(228)를 가동시키는 경우, 적어도 후술하는 막 처리 공정(S208) 동안 가동시킨다.
(S204)
계속해서 반입 공정(S204)을 설명한다. 이재실(217)이 진공 레벨이 되면, 기판(S)의 반송을 시작한다. 기판(S)이 진공 반송실(미도시)에 도착하면, 기판 반입구(미도시)에 인접하는 미도시의 게이트 밸브를 개방하고, 미도시의 인접하는 진공 반송실로부터 기판(S)을 이재실(217)에 반입한다.
이때 기판 지지구(300)는 이재실(217) 중에 대기되고, 기판(S)은 기판 지지구(300)에 이재된다. 소정 매수의 기판(S)이 기판 지지구(300)에 이재되면 진공 반송 로봇을 광체(미도시)에 퇴피시키는 것과 함께 기판 지지구(300)를 상승시켜 기판(S)을 반응관(210) 중에 이동시킨다.
반응관(210)으로의 이동에서는 기판(S)의 표면이 구획판(226), 구획판(232)의 높이와 맞춰지도록 위치 결정된다.
(S206)
가열 공정(S206)을 설명한다. 반응관(210) 내에 기판(S)을 반입하면, 반응관(210) 내를 소정의 압력이 되도록 제어하는 것과 함께, 기판(S)의 표면 온도가 소정의 온도가 되도록 히터(211)를 제어한다. 온도는 후술하는 고(高)온도대이며, 예컨대 400℃ 이상 800℃ 이하로 가열한다. 바람직하게는 500℃ 이상이며 700℃ 이하다. 압력은 예컨대 50Pa 내지 5,000Pa로 하는 것이 생각된다. 이때 상류측 히터(228)를 가동시키는 경우에는 분배부(222)를 통과하는 가스가 후술하는 저분해 온도대 또는 미분해 온도대이며, 재액화되지 않는 온도로 가열되도록 제어한다. 예컨대 가스가 300℃ 정도가 되도록 가열한다.
(S208)
막 처리 공정(S208)을 설명한다. 가열 공정(S206) 후에 S208의 막 처리 공정을 수행한다. 막 처리 공정(S208)에서는 프로세스 레시피에 따라 제1 가스 공급계(250)를 제어하여 제1 가스를 반응관(210) 내에 공급하는 것과 함께 배기계(280)를 제어하여 반응관(210) 내로부터 처리 가스를 배기하고, 막 처리를 수행한다. 또한 여기서는 제2 가스 공급계(260)를 제어하고, 제2 가스를 제1 가스와 동시에 처리 공간에 존재시켜서 CVD 처리를 수행하거나, 제1 가스와 제2 가스를 교호적으로 반응관(210) 내에 공급하여 교호 공급 처리를 수행해도 좋다. 또한 제2 가스를 플라즈마 상태로서 처리하는 경우에는 미도시의 플라즈마 생성부를 이용하여 플라즈마 상태로 해도 좋다.
막 처리 방법의 구체예인 교호 공급 처리로서는 다음과 같은 방법을 생각해볼 수 있다. 예컨대 제1 공정에서 제1 가스를 반응관(210) 내에 공급하고, 제2 공정에서 제2 가스를 반응관(210) 내에 공급하고, 퍼지 공정으로서 제1 공정과 제2 공정 사이에 불활성 가스를 반응관(210) 내에 공급하는 것과 함께 반응관(210)의 분위기를 배기하고, 제1 공정과 퍼지 공정과 제2 공정의 조합을 복수 회 수행하는 교호 공급 처리를 수행하여 원하는 막을 형성한다.
공급된 가스는 상류측 정류부(214), 기판(S) 상의 공간, 하류측 정류부(215)에서 가스 흐름이 형성된다. 이때, 각 기판(S) 상에서 압력 손실이 없는 상태에서 기판(S)에 가스가 공급되기 때문에 각 기판(S) 간에서 균일한 처리가 가능해진다.
(S210)
기판 반출 공정(S210)을 설명한다. S210에서는 전술한 기판 반입 공정(S204)과 반대의 순서로, 처리 완료된 기판(S)을 이재실(217) 외로 반출한다.
(S212)
판정(S212)을 설명한다. 여기서는 소정 횟수 기판을 처리했는지에 대한 여부를 판정한다. 소정 횟수 처리하지 않았다고 판단되면 반입 공정(S204)으로 돌아가 다음 기판(S)을 처리한다. 소정 횟수 처리했다고 판단되면 처리를 종료한다.
또한 상기에서는 가스 흐름의 형성에서 수평이라고 표현했지만, 전체적으로 수평 방향으로 가스의 주류가 형성되면 좋고, 복수의 기판의 균일 처리에 영향을 미치지 않는 범위라면 연직 방향으로 확산된 가스 흐름이어도 좋다.
또한 상기에서는 같은 정도, 동등, 마찬가지 등의 표현이 있지만, 이것들은 실질적으로 같은 것을 포함한다는 것은 말할 필요도 없다.
다음으로 막 처리 공정(S208)에서의 가스의 상태에 대해서 설명한다. 막 처리 공정(S208)에서는 예컨대 제1 가스를 반응관(210)에 공급한다. 제1 가스의 성질에 대해서 HCDS(Si2Cl6)를 예로 들어 도 10, 도 11a 내지 도 11c를 이용하여 설명한다.
도 10은 HCDS에 관하여 온도와 분해도에 대해서 설명한 도면이다. 11a 내지 도 11c는 압력과 분해도에 대해서 설명한 도면이다. 도 10에서는 세로축에 몰 분률, 가로축에 온도를 도시한다. HCDS는 주로 SiCl4과 SiCl2로 분해된다. 표 중 (a)는 분해 후의 Cl을 도시하고, (b)는 분해 후의 SiCl을 도시하고, (c)는 분해 후의 SiCl2를 도시하고, (d)는 분해 후의 SiCl3를 도시하고, (e)는 분해 후의 SiCl4를 도시하고, (f)는 HCDS(Si2Cl6)을 도시한다. 이 표으로부터도 알 수 있듯이, 100℃ 정도부터 SiCl2와 SiCl4의 비율이 서서히 증가하고, 400℃를 초과하면 일정량의 비율로 유지된다. 이에 대하여 HCDS(Si2Cl6)는 약 300℃를 초과하면 서서히 분해가 촉진되고, 400℃를 초과하면 급격하게 분해가 촉진된다. 또한 본 형태에서는 분해가 촉진되는 온도대인 영역(T1)을 고분해 온도대라고 부르고, 분해가 촉진되지만 저분해 상태의 온도대인 영역(T2)을 저분해 온도대라고 부르고, 거의 분해되지 않는 온도대인 영역(T3)을 미분해 온도대라고 부른다.
도 11a 내지 도 11c에서는 계측한 압력마다의 3개의 그래프를 도시한다. 각각의 그래프에서는 세로축은 HCDS의 몰 분률, 가로축은 HCDS가 이동한 거리를 도시한다. 도 11a는 10,000Pa로 계측한 경우, 도 11b는 1,000Pa로 계측한 경우, 도 11c는 100Pa로 계측한 경우를 도시한다. 또한 각각에서는 계측 온도를 같게 한다. 또한 각 그래프에서는 HCDS(Si2Cl6)의 몰 분률이 하강하고, SiCl2의 몰 분률이 상승하는 것에 의해 HCDS의 분해가 수행되는 것으로 간주한다.
이 3개의 그래프를 비교하면, 고압일수록 가장 짧은 거리에서 SiCl2의 몰 분률이 상승한다는 것을 알 수 있다. 즉 압력이 높아질수록 HCDS의 분해가 촉진된다는 것을 알 수 있다.
또한 본 형태에서는 요부의 안쪽까지 가스의 성분을 도달시키기 위해서 미분해의 가스를 기판(S) 상에 반송하는 것이 바람직하다. 미분해 상태의 가스는 요부의 측벽에 충돌하여 분해되고, 분해 후의 성분은 요부의 저부에 부착된다. 이와 같이 하여 애스펙트비가 높은 홈에 대해서도 스텝 커버리지가 양호한 막을 형성할 수 있다.
이를 실현하기 위해서 본 형태에서는 분배부(222)를 히터(211)와 광체(227)가 인접하는 개소(箇所)보다 외측에 설치한다. 분배부는 저분해 온도대 또는 미분해 온도대로 유지된다. 이와 같이 하는 것에 의해 분해가 촉진되지 않는 온도 영역에서 가스를 반송하는 것이 가능해진다.
또한 분배부(222) 내에서는 고압이 되어 분해가 촉진되지 않을만한 압력이 되도록 구성된다. 이를 실현하기 위해서 분배부(222)의 분출공(222c)의 지름이 구획판(226)과 광체(227)의 거리(L1) 또는 구획판(226) 간의 거리(L2)보다 작아지도록 구성된다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 분배부(222) 내의 압력을 분해가 촉진되지 않을 정도의 압력으로 할 수 있다. 또한 거리(L1)와 거리(L2)란 가스의 상태를 동등하게 하기 위해서 같은 거리로 하는 것이 바람직하다.
또한 분출공(222c)을 도입관(222b)으로부터 이간될수록 크게 하는 등 해도 좋다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 분배 구조(222a)의 선단(先端)에서도 압력이 높아지지 않는다. 따라서 분배 구조(222a)의 선단에서도 가스의 분해가 촉진되지 않을 정도의 압력으로 설정 가능하다.
계속해서 제1 비교예로서 분배부가 히터(211)와 광체(227)가 인접하는 인접부(227b)보다 내측, 즉 분배부가 히터(211)와 반응관(210) 사이에 설치된 경우를 설명한다. 이 경우, 분배부에 공급된 가스는 분배부 내에 충만하지만, 분배부의 상방과 하방에서는 온도가 달라지는 현상이 일어난다.
이러한 현상의 이유는 가스의 이동 거리가 다르기 때문이다. 구체적으로는 분배부의 하방에 가스 공급관이 접속된 경우, 분배부의 하방으로부터 분출된 가스와 상방으로부터 분출된 가스에서는 상방으로부터 분출된 가스의 이동 거리가 길어진다. 그렇다면, 상방으로부터 분출된 가스는 히터(211)의 영향을 길게 받기 때문에 고온이 되고, 분해가 촉진된다. 한편, 하방으로부터 분출된 가스는 이동 거리가 적고, 히터(211)의 영향이 적기 때문에 상방만큼 분해가 촉진되지 않는다.
이와 같이 분배부의 상방과 하방에서 가스의 분해도가 달라지기 때문에 기판에 공급되는 가스의 상태가 달라진다. 그렇게 되면 복수의 기판 간에서 처리 상태가 다르기 때문에 제품 비율이 저하될 우려가 있다.
또한 제2의 비교예로서 분배부를 이용하지 않고, 각 구획판 사이에 직접 가스를 공급하는 노즐 등을 설치하고, 그 노즐마다 가스 공급을 제어하는 MFC나 밸브를 구비하는 방법을 생각해볼 수 있다. 하지만 부품 개수가 대폭으로 늘어나고, 그것이 현저한 비용 증가로 이어지기 때문에 현실적이지 않다. 또한 수많은 MFC나 밸브를 배치하게 되는데, 메인터넌스 영역 확보나 설계 자유도의 확보 등의 관점에서, 반응관 격납실(206)의 근방에 많은 부품을 설치하는 영역을 확보하는 것은 어렵고, 그러면 이간된 위치에 설치할 수밖에 없게 된다.
반응관 격납실(206)로부터 이간된 위치의 경우, 노즐까지의 압력 손실이 크기 때문에 가스의 유속을 충분히 확보할 수 없다. 그렇기 때문에 가스는 기판 상에 도달하기 전에 히터(211)에 의해 분해가 촉진되는 온도까지 가열되고, 그 결과 미분해의 가스를 기판 상에 공급할 수 없게 된다. 이 경우 요부의 상방이나 표면에서 막이 퇴적하기 때문에 스텝 커버리지가 높은 막을 형성하는 것이 곤란해진다.
이에 대하여 본 형태에서는 분배부(222)를 히터(211)와 광체(227)가 인접하는 개소보다 외측에 설치하므로, 분해가 촉진되지 않는 상태에서 광체(227)에 공급 가능하다.
또한 분배부(222) 내의 압력은 저분해 상태를 유지 가능한 압력으로 하면서, 상류측 정류부(214) 내의 압력보다 높아지도록 구성된다. 이와 같이 하면 분배부(222)로부터 상류측 정류부(214)까지, 압력 상승에 따른 분해 촉진을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서 저분해 상태의 가스를 기판(S)에 공급할 수 있고, 그 결과 스텝 커버리지가 높은 막을 형성할 수 있다.
또한 가스를 공급할 때, 제2 히터(228)로 분배부(222)를 가열해도 좋다. 이 경우, 분배부(222)에 공급되고 가스가 저분해의 상태를 유지하면서 기판(S)의 요부에서 분해 가능한 온도로 조정되는 것이 바람직하다. 예컨대 도 10의 영역(T2)의 저분해 온도대로 가열한다. 즉 제1 히터(211)보다 낮은 온도로 가열한다.
또한 여기서는 주로 분배부(222)를 예로 들어 설명했지만, 분배부(224)도 마찬가지다. 그러므로 설명을 생략한다.
(다른 형태)
다음으로 분배부(222)에 대해서 다른 형태에 대해서 도 12, 도 13을 이용하여 설명한다. 도 12는 분배부(222)를 측방에서 본 도면이다. 도 13은 분배부(222)를 도 1의 α측에서 본 도면이다.
도 12의 (A)에서는 연직 방향에서 가장 상방의 분출공(222c)과 가장 하방의 분출공(222c) 사이에 도입관(222b)이 접속된다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 분배 구조(222a) 내의 압력 차이, 특히 분배 구조(222a)의 중앙부와 선단부의 압력 차이를 작게 할 수 있다. 따라서 복수의 기판의 면간 균일성을 향상할 수 있다.
또한 도입관(222b)의 개방구는 분출공(222c)과 대향하지 않는 것이 바람직하다. 즉 분출공(222c)으로부터 분출되는 가스가 충돌부(222d)와 출동하도록 구성되는 것이 바람직하다. 가령 도입관(222b)의 개방구와 분출공(222c)이 대향되는 구조인 경우, 대향되는 분출공(222c)의 가스 분출양이 다른 분출공(222c)보다 많아지기 때문이다. 그렇기 때문에 도 12의 (A)에 기재한 바와 같이, 도입관(222b)의 개방구는 분출공(222c)과 대향되지 않고, 예컨대 분배 구조(222a)를 구성하는 벽인 충돌부(222d)와 대향되는 것이 바람직하다.
도 12의 (B)에서는 연직 방향에서 가장 상방의 분출공(222c)과 가장 하방의 분출공(222c) 사이에 도입관(222b)이 접속된다. 또한 도입관(222b)을 중심으로 하여 연직 방향에서 대상이 되는 분출공(222c) 사이의 거리가 동등해지도록 구성한다. 예컨대 가장 상방의 분출공(222c)과의 거리(L3), 또한 도입관(222b)과 가장 하방의 분출공(222c)과의 거리(L4)를 동등하게 하는 구성으로 한다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 분배 구조(222a) 내의 압력 차이, 특히 분배 구조(222a)의 중앙부와 선단부의 압력 차이를 작게 할 수 있다. 이와 같이 가스의 분해도의 차이를 작게 할 수 있으므로 기판의 면간 균일성을 향상할 수 있다.
도 12의 (C)에서는 연직 방향에서 가장 상방의 분출공(222c)과 가장 하방의 분출공(222c) 사이에 도입관(222b)이 접속된다. 또한 도입관(222b)으로부터 이간될수록 분출공(222c)의 지름을 크게 한다. 분출공(222c)의 지름을 크게 하는 것에 의해, 상방의 분출공(222c) 또는 가장 하방의 분출공(222c)과, 그 사이에 있는 분출공(222c)과 마찬가지의 압력 손실로 할 수 있다.
도 13의 (A)에서는 2개의 분배부(222)를 설치한 형태다. 전술과 같이, 도입관(222b)으로부터 거리가 이간될수록 압력이 달라진다. 그래서 본 형태에서는 도입관(222b)과 분배 구조(222a)의 선단부(222e) 사이의 거리를 짧게 한다. 또한 분출공(222c)이 중력 방향으로 복수 배치되도록 구성한다. 즉 광체(227)에 대하여, 복수의 분배 구조(222a)를 이용하여 가스를 공급하도록 구성한다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 예컨대 다른 실시 형태에 비해서 압력 손실의 제어가 용이해지므로, 복수의 기판에 대하여 보다 균일하게 가스를 공급 가능하다.
도 13의 (B)에서는 복수의 분배부(222)를 연직 방향으로 병렬로 배치한다. 또한 각각의 도입관(222b)을 점대칭의 위치에서 배치한다. 일방(一方)의 가스 분배부에서는 최하부의 분출공(222c)보다 하방에 가스 도입관(222b)이 접속되고, 다른 일방의 가스 분배부에서는 최상부의 분출공(222c)보다 상방에 가스 도입관(222b)이 접속되도록 구성된다. 즉 각 가스 도입관(222b)은 충돌부(222d)와 대향되도록 구성된다.
이러한 구성에서는 예컨대 막 처리 공정(S208)을 수행할 때 2개의 분배부로부터 동시에 가스를 공급해도 좋다. 2개의 분배부(222)로부터 동시에 공급하는 것에 의해 연직 방향에서 가스의 분해도를 균일하게 할 수 있다.
구체적으로는 본 구성에서는 분해도가 높은 선단부(222e)와 분해도가 낮은 근원부(222f)를 인접하도록 구성하기 때문에, 2개의 분배 구조(222a)의 하류에서 가스의 분해도를 연직 방향에서 균일하게 할 수 있다. 따라서 복수의 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
또한 본 구성에서는 대량의 가스를 공급할 수 있는 점에서 우위에 있다. 전술한 바와 같이, 고압이 될수록 가스 분해도가 상승하는 가스에서는 분배 구조(222a)의 선단으로 갈수록 압력이 높아지기 때문에 가스 분해가 진행되어버린다. 한편, 한 번에 대량의 가스를 분배 구조(222a)에 공급하면 선단부(222e)에서 압력이 높아져 분해가 촉진되기 때문에, 1개의 노즐로는 대량의 가스를 공급하는 것이 곤란하다. 이에 대하여 본 구성에서는 2개의 분배부(222)를 설치하기 때문에 분해를 촉진시키지 않는 상태에서 대량으로 가스를 공급 가능하다.
또한 도 13의 (B)에서는 2개의 분배부를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 3개 이상 설치해도 좋다. 이 경우, 도 13의 (C)와 같이, 도입관(222b)을 연직 방향에서 다르게 해서 배치해도 좋다. 여기서는 첫 번째의 분배부(222)의 도입관(222b)을 하방에 배치하고, 두 번째의 분배부(222)의 도입관(222b)을 상방에 배치하고, 세 번째의 분배부의 도입관(222b)을, 연직 방향에서 첫 번째의 도입관(222b)과 두번째의 도입관(222b) 사이에 설치하도록 한다. 이와 같이 하는 것에 의해 복수의 기판에 대하여 보다 균일하게 처리할 수 있다. 또한 복수의 기판에 대하여 분해를 촉진시키지 않는 상태에서 보다 대량으로 가스를 공급 가능하다.
이상으로, 본 형태의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만 이에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 성막 처리에서 기판(S) 상에 제1 가스와 제2 가스를 이용하여 막을 형성하는 경우를 예로 들었지만, 본 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리에 이용하는 처리 가스로서 다른 종류의 가스를 이용하여 다른 종류의 박막을 형성해도 상관없다. 또한 3종류 이상의 처리 가스를 이용하는 경우에서도 이것들을 교호적으로 공급해서 성막 처리를 수행하는 것이라면 본 형태를 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는 제1 원소로서는 예컨대 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등 다양한 원소이어도 좋다. 또한 제2 원소로서는 예컨대 질소(N), 산소(O) 등이어도 좋다. 또한 제1 원소로서는 전술과 같이 Si인 것이 보다 바람직하다.
여기서는 제1 가스로서 HCDS 가스를 예로 들어 설명했지만, 실리콘을 포함하고, 또한 Si-Si 결합을 포함하면 이에 한정되지 않고, 예컨대 테트라클로로디메틸디실란[(CH3)2Si2Cl4, 약칭: TCDMDS]이나, 디클로로테트라메틸디실란[(CH3)4Si2Cl2, 약칭: DCTMDS]을 이용해도 좋다. TCDMDS는 도 7b에 기재한 바와 같이 Si-Si 결합을 포함하고, 또한 클로로기(基), 알킬렌기를 포함한다. 또한 DCTMDS는 도 7c에 기재한 바와 같이, Si-Si 결합을 포함하고, 또한 클로로기, 알킬렌기를 포함한다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 처리로서 성막 처리를 예로 들었지만, 본 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉 본 형태는 각 실시 형태에서 예로 든 성막 처리 외에 각 실시 형태에서 예시한 박막 이외의 성막 처리에도 적용할 수 있다. 또한 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해서 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.
S: 기판 200: 기판 처리 장치
210: 반응관 211: 히터
214: 상류측 정류부 222: 분배부
227: 광체 300: 기판 지지부
600: 컨트롤러

Claims (20)

  1. 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 격납 가능한 처리실;
    상기 처리실의 측방에 접속되고, 상기 처리실과는 다른 방향으로 연신(延伸)되도록 구성된 광체(筐體)와, 상기 광체 내에서 연직 방향으로 복수 배치된 구획부를 구비한 상류측 정류부;
    복수의 상기 구획부 사이 또는 상기 구획부와 상기 광체 사이에 가스를 공급 가능하며, 연직 방향으로 복수 배치되는 분출공을 구비한 분배부; 및
    상기 처리실과 상기 분배부 사이에서 일부가 상기 광체의 인접부에 인접하도록 배치되는 처리실 가열부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분배부 내의 압력은 상기 상류측 정류부 내의 압력보다 높아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분배부 내의 압력은 상기 분배부 내를 통과하는 가스의 분해가 촉진되지 않는 압력으로 설정되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분출공의 지름은 상기 구획부 사이의 거리 또는 상기 구획부와 상기 광체의 거리보다 작아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는 원료 가스를 분배 가능한 원료 가스 분배부와 반응 가스를 분배 가능한 반응 가스 분배부를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 원료 가스는 Si-Si 결합을 포함하는 Si 함유 가스인 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상류측 정류부에는, 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 노즐과 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 노즐이 배치되고,
    상기 원료 가스 분배부의 각각의 분출공과 상기 원료 가스 공급 노즐이 연통되도록 상기 원료 가스 분배부와 복수의 상기 원료 가스 공급 노즐이 접속되고,
    상기 반응 가스 분배부의 각각의 분출공과 상기 반응 가스 공급 노즐이 연통되도록 상기 반응 가스 분배부와 복수의 상기 반응 가스 공급 노즐이 접속되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 노즐과 그 하방에 배치된 구획부 사이의 각각의 거리는 같은 높이로 배치되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 구획부는 연직 방향으로 복수 설치되고,
    상기 원료 가스 공급 노즐과 상기 반응 가스 공급 노즐의 조합은 상기 구획부마다 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는, 가스 도입관과, 복수의 상기 분출공이 설치되고 상기 가스 도입관에 접속된 분배 구조를 구비하고,
    상기 가스 도입관과 최상부의 상기 분출공까지의 거리와 상기 가스 도입관과 최하부의 분출공까지의 거리가 동등해지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는 가스 도입관을 구비하고,
    상기 분배부는 복수 설치되고, 각각 설치된 가스 도입관은 점대칭으로 배치되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는 가스 도입관을 구비하고,
    상기 분배부는 복수 설치되고, 일방(一方)의 분배부에서는 최하부의 분출공보다 하방(下方)에 상기 가스 도입관이 접속되고, 타방(他方)의 분배부에서는 최상부의 분출공보다 상방(上方)에 상기 가스 도입관이 접속되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 분배부가 연직 방향으로 설치되고, 각각의 상기 분배부에 설치된 분출공은 연직 방향에서 중첩되지 않도록 구성되는 기판 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 분배부를 구비하고 상기 광체에 인접하는 가스 공급 구조를 가지고,
    상기 가스 공급 구조의 주위에는 상기 분배부의 내부를 흐르는 가스가 재액화되지 않는 온도로 가열 가능한 상류측 가열부를 설치하는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가스 공급 구조와 상기 상류측 가열부 사이에는 금속 커버가 설치되고, 상기 상류측 가열부는 상기 금속 커버를 개재하여 상기 분배부를 가열하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 상류측 가열부는 적어도 상기 분배부의 배치 방향을 따라 설치되는 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 분배부를 내포하고, 상기 광체에 인접하는 가스 공급 구조;
    상기 광체의 표면 중 상기 가스 공급 구조와 상기 인접부 사이의 면의 주위에 설치된 상류측 가열부; 및
    상기 상류측 가열부와 평행으로 배치되고, 상기 상류측 정류부 내에 배치된 노즐;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광체에 인접되고, 상기 분배부를 구비한 가스 공급 구조; 및
    상기 광체의 표면 중 상기 가스 공급 구조와 상기 인접부 사이의 면의 주위 및 상기 가스 공급 구조의 주위에 설치된 상류측 가열부;
    를 포함하고,
    상기 상류측 가열부는 상기 분배부의 내부를 흐르는 가스가 분해하지 않는 온도가 되도록 제어되고, 상기 처리실 가열부는 상기 처리실 내에서의 가스가 분해 가능한 온도가 되도록 제어되는 기판 처리 장치.
  19. 기판 지지부를 복수의 기판을 지지한 상태에서 처리실에 격납하는 공정; 및
    상기 처리실의 측방에 접속되고, 상기 처리실과는 다른 방향으로 연신되도록 구성된 광체와 상기 광체 내에서 연직 방향으로 복수 배치된 구획부를 구비한 상류측 정류부와, 복수의 상기 구획부 사이 또는 상기 구획부와 상기 광체 사이에 가스를 공급 가능하며 연직 방향으로 복수 배치되는 분출공을 구비한 분배부를 개재하여 상기 처리실에 가스를 공급하면서, 상기 처리실과 상기 분배부 사이에서 일부가 상기 광체에 인접하도록 배치되는 처리실 가열부가 가열한 상태에서 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 기판 지지부를 복수의 기판을 지지한 상태에서 처리실에 격납하는 단계; 및
    상기 처리실의 측방에 접속되고, 상기 처리실과는 다른 방향으로 연신되도록 구성된 광체와 상기 광체 내에서 연직 방향으로 복수 배치된 구획부를 구비한 상류측 정류부와, 복수의 상기 구획부 사이 또는 상기 구획부와 상기 광체 사이에 가스를 공급 가능하며 연직 방향으로 복수 배치되는 분출공을 구비한 분배부를 개재하여 상기 처리실에 가스를 공급하면서, 상기 처리실과 상기 분배부 사이에서 일부가 상기 광체에 인접하도록 배치되는 처리실 가열부가 가열한 상태에서 기판을 처리하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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