KR20230053680A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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KR20230053680A
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다카후미 사사키
사다요시 호리이
미카 우루시하라
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 처리 장치는, 반응관 내에서 상기 복수매의 기판을 배열시키는 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 대응해서 배치되어 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하는 제1 노즐과, 제1 영역에 대응해서 배치되고, 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하는 제2 노즐과, 제1 영역보다도 바닥 개구측의 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치되고, 반응관 내에 희석 가스를 공급하는 제3 노즐과, 제2 영역의 수소 함유 가스 농도가 제1 영역보다도 낮아지도록, 제1 노즐로부터 공급되는 수소 함유 가스와 제3 노즐로부터 공급되는 희석 가스의 공급을 제어 가능하게 구성된 제어부를 갖고, 제1 노즐은, 제1 영역을 포함하고 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 기판의 배열 방향에서 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램
본 개시는, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 반응관 내에서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 공정이 있다. 당해 산화막 형성 공정에서는, 복수매의 기판을 간격을 두고 반응실 내에 적재하여, 동시에 처리하는 것이 행해지는 경우가 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2010-62528호 공보
복수매의 기판의 반응실 내의 배치 장소가 다름으로써, 기판에 형성되는 산화막의 막 두께가 다른 경우(Loading effect)가 있다. 이 과제를 해결하기 위해서, 반응실 내에서의 산화 가스의 농도의 균일성을 유지하는 것이 필요하다. 그 때문에, 반응실 내에 공급하는 기체의 유량을 조정하는 것을 생각할 수 있지만, 막 두께의 균일성을 향상시키기 위해서, 더한층의 연구가 요구된다.
본 개시는, 상기와 같은 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 기판의 배치 위치에 관계 없이, 산화막의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 복수매의 기판이 출입되는 바닥 개구를 갖고, 상기 복수매의 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관 내에서 상기 복수매의 기판을 배열시켜서 기판 배열 영역에 보유 지지하는 보유 지지구와, 상기 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제1 영역에 대응하는 복수 개소로부터 상기 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하는 제1 노즐과, 상기 제1 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제1 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하는 제2 노즐과, 상기 제1 영역보다도 상기 바닥 개구측에서, 상기 보유 지지구에 보유 지지된 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제2 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하는 제3 노즐과, 상기 반응관 내를 배기하는 배기구와, 상기 제2 영역의 상기 수소 함유 가스의 농도가 상기 제1 영역보다도 낮아지도록, 상기 제1 노즐로부터 공급되는 상기 수소 함유 가스와 상기 제3 노즐로부터 공급되는 상기 희석 가스의 공급을 제어 가능하게 구성된 제어부를 갖고, 상기 제1 노즐은, 상기 제1 영역을 포함하고 상기 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 기판의 배열 방향에서 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성되는, 기판 처리 장치가 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판의 배치 위치에 관계 없이, 산화막의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 전체도를 나타내는 사시 투시도이다.
도 2는 기판 처리 장치의 열처리로의 구성을 도시하는 단면 개략도이다.
도 3은 기판 처리 장치의 반응관 내의 구성을 도시하는 단면 개략도이다.
도 4a는 제1 실시 형태의 성막 처리에서의 반응관 내의 원자 상태 산소 농도 분포 농도를 도시하는 도면이다.
도 4b는 제1 실시 형태의 성막 처리에서의 반응관 내의 막 두께 변동의 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 5는 기판 처리 장치의 반응관 내의 다른 구성을 도시하는 단면 개략도이다.
도 6은 반응관 내에 단열 부재를 배치한 부분을 도시하는 단면 개략도이다.
도 7a는 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, 반응관 내에 단열 부재를 배치한 경우의 원자 상태 산소 농도 분포 농도를 도시하는 도면이다.
도 7aa는 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, 반응관 내에 단열 부재를 배치한 경우의 막 두께 변동의 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 7b는 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, 반응관 내에 단열 부재를 배치하지 않을 경우의 원자 상태 산소 농도 분포 농도를 도시하는 도면이다.
도 7bb는 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, 반응관 내에 단열 부재를 배치하지 않을 경우의 막 두께 변동의 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 8은 제3 실시 형태의 반응관 내의 구성을 도시하는 단면 개략도이다.
도 9는 제3 실시 형태의 웨이퍼 등의 배치와, 막 두께 변동의 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 10은 제3 실시 형태의 반응관 내의 구성을 도시하는 단면 개략도이다.
개시자 등은, 반응관 내에 기판과 함께 배열된 더미 기판 또는 단열체의 근방의 배열 위치와, 그 밖의 배열 위치에서, 형성되는 막 두께가 다른 과제가 생기고 있는 것에 주목했다. 그리고, 제품 웨이퍼는, 더미 기판과 비교하여, 웨이퍼 1매당 성막 면적이 크기 때문에, 성막 시에 소비되는 원자 상태 산소군의 단위 시간당 양이, 더미 기판이 배열되는 영역과, 제품 웨이퍼가 배열되는 영역에서 다르기 때문에, 이것이 원인으로, 제품 웨이퍼에 대해서, 더미 기판 근방에 배열된 것과 그렇지 않은 것에서, 막 두께가 다른 것을 알아냈다.
<제1 실시 형태>
이하, 본 개시의 제1 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은, 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과 반드시 일치하는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하는 것은 아니다.
도 1에, 기판 처리 장치(S)의 전체도를 나타낸다. 기판 처리 장치(S)는, 웨이퍼 포드를 탑재하는 포드 스토커(1)와, 보트(3)와, 포드 스토커(1)에 탑재된 웨이퍼 포드와 보트(3)의 사이에서 웨이퍼의 이동 탑재를 행하는 웨이퍼 이동 탑재 수단(이동 탑재기)(2)과, 보트(3)를 열처리로(5) 내에 삽입 및 인출하는 보트 승강 수단(보트 엘리베이터)(4)과, 가열 수단(히터)을 구비한 열처리로(5)를 포함해서 구성되어 있다.
도 2에는, 열처리로(5)의 구성을 예시하는 단면 개략도가 나타내져 있다. 도 2에서의 상하가, 연직 방향과 일치하고 있어, 본 실시 형태에서 상, 하의 기재는, 연직 방향의 상, 하를 의미하고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 열처리로(5)는, 가열원으로서의 저항 가열 히터(9)를 갖고 있다. 히터(9)는 원통 형상이며, 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(9)의 내측에는, 히터(9)와 동심원상으로 반응관(10)이 배치되어 있다. 반응관(10) 내에는 기판을 처리하는 처리실(반응실)(4)이 형성되고, 기판 보유 지지구로서의 보트(3)가 반입되도록 구성되어 있다. 보트(3)는, 복수매의 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(6)를 대략 수평 상태에서 간극(기판 피치 간격)을 두고 복수단으로 보유 지지하도록 구성되어 있다. 이하의 설명에서는, 보트(3) 내의 최상단의 웨이퍼 지지 위치를 #120으로 하고, 최하단의 웨이퍼 지지 위치를 #1로 나타낸다. 또한, 보트(3) 내의 최하단으로부터 n단째의 지지 위치에 보유 지지되는 웨이퍼(6)를 웨이퍼 #n으로 나타낸다. 또한 여기에서 말하는 웨이퍼 지지 위치는, 웨이퍼(6)뿐만 아니라, 후술하는 더미 기판이나 단열판을 지지하기 위한 위치를 포함하는 경우가 있으며, 단열판 지지 위치의 간격은 웨이퍼(6)를 지지하기 위한 웨이퍼 지지 위치의 간격과 다를 수 있다.
반응관(10)의 하방에는, 보트(3)를 삽입하기 위한 바닥 개구(4A)가 구성되어 개방되어 있다. 반응관(10)의 개방 부분(바닥 개구(4A))은, 시일 캡(13)에 의해 밀폐되도록 구성되어 있다. 시일 캡(13) 상에는, 보트(3)를 하방으로부터 지지하는 단열 캡(15)이 마련되어 있다. 단열 캡(15)은 시일 캡(13)을 관통하도록 마련된 회전축(도시하지 않음)을 통해서 회전 기구(14)에 설치되어 있다. 회전 기구(14)는, 회전축을 통해서, 단열 캡(12), 보트(3)를 회전시킴으로써 보트(3)에 지지된 웨이퍼(6)를 회전시키도록 구성되어 있다. 보트(3)의 하방의 단에 단열판을 배치하는 경우, 단열 캡(15)은 생략할 수 있다.
반응관(10)의 바닥 개구(4A)와 반대측의 폐쇄 단부인 천장(4B)의 벽에는 샤워판(12)이 설치되어 있고, 반응관(10)의 천장벽과 샤워판(12)에 의해 버퍼실(12a)이 형성되어 있다. 반응관(10)의 상부에는, 희석 가스로서의 불활성 가스를 반응실(4) 내의 상방으로부터 웨이퍼(6)에 대하여 공급하는 불활성 가스 공급 노즐(7)이, 버퍼실(12a) 내에 연통하도록 접속되어 있다. 불활성 가스 공급 노즐(7)의 가스 분사구는 하방을 향하고 있어, 반응실(4) 내의 상방으로부터 하방을 향해서 (웨이퍼의 적재 방향을 따라) 불활성 가스를 분사하도록 구성되어 있다. 불활성 가스 공급 노즐(7)로부터 공급된 불활성 가스는, 버퍼실(12a) 내에 보내져, 샤워판(12)을 통해서 반응실(4) 내에 공급된다. 샤워판(12)에 의해, 복수매의 웨이퍼(6)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 불활성 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 공급구가 구성되어 있다. 샤워판(12)과 버퍼실(12a)에 의해 천장 가스 공급부가 구성된다.
불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 다른 불활성 가스에서도 마찬가지이다.
불활성 가스 공급 노즐(7)에는, 불활성 가스 공급 라인으로서의 불활성 가스 공급관(70)이 접속되어 있다. 불활성 가스 공급관(70)에는, 상류측부터 순서대로 불활성 가스 공급원(도시하지 않음), 개폐 밸브(93), 유량 제어 수단(유량 제어기)으로서의 매스 플로 컨트롤러(MFC)(92) 및 개폐 밸브(91)가 마련되어 있다.
반응관(10)의 측방 하부에는, 수소 함유 가스를 반응실(4) 내의 측방으로부터 웨이퍼(6)에 대하여 공급하는 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)이, 반응관(10)의 측벽을 관통하도록 접속되어 있다. 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)은, 제1 영역으로서의 웨이퍼 배열 영역(PW)에 대응하는 영역, 즉 반응관(10) 내에서 웨이퍼 배열 영역(PW)과 대향하고 웨이퍼 배열 영역(PW)을 둘러싸는 원통상의 영역에 배치되어 있다. 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)은, 길이가 다른 복수개(본 실시 형태에서는 3개)의 L자형의 노즐에 의해 구성되어 있고, 각각이 반응관(10) 내에서 반응관(10)의 측벽의 내벽을 따라 직립되어 있다.
수소 함유 가스로서는, 수소(H2), 수증기(H2O)나, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 디아젠(N2H2), N3H8 등의 각종 탄화수소 가스의 적어도 어느 것, 또는 이들의 혼합 가스가 예시된다.
본 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 배열 영역(PW)은, 주로 제품 웨이퍼가 배치되는 영역이며, 일례로서, 지지 위치 #6 내지 #115로 할 수 있다. 또한, 사이드 더미 기판(SD)을 홀더(3)에 지지하는 위치에 대응하는, 천장측의 상측 더미 배열 영역(SD-T)은, 일례로서, 지지 위치 #116 내지 #120으로 할 수 있다. 또한, 사이드 더미 기판(SD)을 홀더(3)에 지지하는 위치에 대응하는, 하측 개구측의 하측 더미 배열 영역(SD-U)은, 일례로서, 지지 위치 #1 내지 #5로 할 수 있다.
도 3에도 도시하는 바와 같이, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)을 구성하는 복수개의 노즐은, 웨이퍼 배열 방향에 있어서 다른 위치에서, 적어도 하나의 분사 구멍을 갖는다. 수소 함유 가스는, 웨이퍼 배열 영역(PW) 및 상측 더미 배열 영역(SD-T)에 대응하는 영역을, 웨이퍼 배열 방향에 있어서 분할한 복수의 분할 영역으로부터 각각 반응관(10) 내에 공급되어, 웨이퍼 배열 방향(수직 방향)의 반응실(4) 내의 수소 농도를 조절하는 것이 가능하게 되어 있다. 분할수를 3으로 하고, 복수개의 노즐이 각각 하나의 분사 구멍을 갖는 경우, 3군데로부터 반응관(10) 내에 공급된다. 또한, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)은, 웨이퍼(6)보다도, 반응관(10)의 측벽의 내벽에 가까운 측에 내벽을 따라 마련되어 있다. 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)에 의해 제1 노즐이 구성된다.
수소 함유 가스 공급 노즐(8b)을 구성하는 복수개의 노즐의 선단 상면은 각각 폐색되어 있고, 각각의 노즐 선단부 측면에 적어도 하나, 보다 적합하게는 복수의 가스 분사 구멍이 마련되어 있다. 도 3에서, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 웨이퍼(6)측으로 신장되는 화살표가 각 가스 분사 구멍으로부터의 수소 함유 가스의 분사 방향을 나타내고 있고, 각 화살표의 밑동 부분이 각 가스 분사 구멍을 나타내고 있다. 즉, 가스 분사 구멍은 웨이퍼(6)측을 향하고 있어, 반응실(4) 내의 측방으로부터 수평 방향으로(웨이퍼의 주면을 따른 방향으로) 웨이퍼(6)를 향해서 수소 함유 가스를 분사하도록 구성되어 있다. 이렇게 기판의 배열 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍을 갖는 노즐은, 다공 노즐의 일종이다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 가장 긴 노즐(이하, 「수소 함유 가스 공급 노즐(8b-1)」이라고 함)에는 5개의 가스 분사 구멍, 두번째로 긴 노즐(이하, 「수소 함유 가스 공급 노즐(8b-2)」이라고 함)에는 5개의 가스 분사 구멍, 세번째로 긴 노즐(이하, 「수소 함유 가스 공급 노즐(8b-3)」이라고 함)에는 7개의 가스 분사 구멍이 마련되어 있다. 이들 복수(본 실시 형태에서는 17개)의 가스 분사 구멍은 각각의 노즐에 있어서 등간격으로 마련되어 있다.
수소 함유 가스 공급 노즐(8b-1, 8b-2, 8b-3)에 형성된 분사 구멍을 바닥 개구(4A)측부터 순서대로 분사 구멍(H4 내지 H20)으로 한다. 본 실시 형태에서는, 일례로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-1)의 분사 구멍(H16 내지 H20)을, 1번째로 높은 위치의 분할 영역에 대응해서 형성하고, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-2)의 분사 구멍(H11 내지 H15)을, 2번째로 높은 위치의 분할 영역에 대응해서 형성하고, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-3)의 분사 구멍(H4 내지 H10)을, 3번째로 높은 위치의 분할 영역에 대응해서 형성한다. 이와 같이 하여, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-1, 8b-2, 8b-3)이, 분할 영역에의 가스 공급을 분담한다. 또한, 분할 영역에는 제품 웨이퍼를 일정 간격으로 배치할 수 있다. 또한, 분사 구멍(H4 내지 H20)을 모두 등간격으로 배치하고, 분사 구멍 1개당 할당되는 제품 웨이퍼의 매수를 1보다 큰 일정수로 할 수도 있다. 분할 영역의 높이(웨이퍼 배열 방향의 길이)는 임의이며, 각각 달라도 되고, 혹은 가장 낮은 위치의 분할 영역을 제외한 분할 영역(즉, 1번째 및 2번째로 높은 위치의 분할 영역)의 높이를 동등하게 할 수도 있다. 예를 들어, 이들 분할 영역에, 1개의 웨이퍼 포드에 수용되는 기판의 수(25매)와 동일수의 기판이 배열되도록 할 수 있다.
수소 함유 가스 공급 노즐(8b)에는, 수소 함유 가스 공급 라인으로서의 수소 함유 가스 공급관(80b)이 접속되어 있다. 수소 함유 가스 공급관(80b)은, 복수개(본 실시 형태에서는 3개)의 배관에 의해 구성되어 있고, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)을 구성하는 복수개의 노즐 각각에 접속되어 있다. 수소 함유 가스 공급관(80b)에는, 상류측부터 순서대로 수소 함유 가스 공급원(도시하지 않음), 개폐 밸브(96b), 유량 제어 수단(유량 제어기)으로서의 매스 플로 컨트롤러(MFC)(95b) 및 개폐 밸브(94b)가 마련되어 있다. 또한, 개폐 밸브(96b), 매스 플로 컨트롤러(95b) 및 개폐 밸브(94b)는, 수소 함유 가스 공급관(80b)을 구성하는 복수개의 배관 각각에 마련되어 있어, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)을 구성하는 복수개의 노즐마다 독립적으로 수소 함유 가스의 유량을 제어할 수 있도록 되어 있다.
또한, 분사 구멍(H4 내지 H20)에서의 수소 함유 가스 토출 밸런스로서, 분사 구멍(H4 및 H5)의 1구멍당 토출 유량을, 분사 구멍(H6 내지 H10)의 1.3 내지 2.1배 정도 많아지도록 설정하는 것이 바람직하다. 일례로서, H4 및 H5로부터 각각 168sccm을 공급하고, H6 내지 H20에서 각각 100sccm을 공급할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 등간격의 분사 구멍의 토출 유량을 제어했지만, 단위 길이당 토출 유량이 단조롭게 증가하는 개구(분사 구멍) 혹은 간격을 다르게 형성해서 제어해도 된다.
반응관(10)의 측방 하부에는, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-3)보다도 짧은 불활성 가스 공급 노즐(8c)이, 반응관(10)의 측벽을 관통하도록 접속되어 있다. 불활성 가스 공급 노즐(8c)은, 웨이퍼 배열 영역(PW)보다도 바닥 개구(4A)측에서, 보트(3)에 보유 지지된 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 영역(이하, 「하측 더미 배열 영역(SD-U)」이라고 함)에 대향하고, 하측 더미 배열 영역(SD-U)을 둘러싸는 원통상의 영역에 배치되어 있다. 불활성 가스 공급 노즐(8c)에 의해 제3 노즐이 형성되어 있다.
불활성 가스 공급 노즐(8c)의 선단의 상면은 폐색되어 있고, 노즐 선단부 측면에 적어도 하나의 가스 분사 구멍이 마련되어 있다(본 실시 형태에서는 2개). 도 3에서, 불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터 하측 더미 배열 영역(SD-U)측으로 신장되는 화살표가 각 가스 분사 구멍으로부터의 불활성 가스의 분사 방향을 나타내고 있고, 각 화살표의 밑동 부분이 각 가스 분사 구멍을 나타내고 있다. 즉, 가스 분사 구멍은 하측 더미 배열 영역(SD-U)측을 향하고 있어, 반응실(4) 내의 측방으로부터 수평 방향으로(웨이퍼의 주면을 따른 방향으로) 더미 웨이퍼 또는 단열판을 향해서 희석 가스로서의 불활성 가스를 분사하도록 구성되어 있다.
불활성 가스 공급 노즐(8c)에 형성된 2개의 분사 구멍을, 하측 개구(4A)측으로부터 분사 구멍(H1, H2)으로 한다. 분사 구멍(H4 내지 H20)의 인접하는 분사 구멍끼리의 간격 중, 최대인 것을 간격(DM)으로 하고, 분사 구멍(H1과 H2)의 간격을 간격(D1-2)으로 하면, 분사 구멍(H2와 H4)의 사이의 간격(D2-4)은, 간격(DM)과 간격(D1-2)의 어느 것보다도 크다. 일례로서, 간격(D2-4)은, 간격(DM)의 2배이다. 즉, 분사 구멍(H2 및 H4)과 간격(M)이 되는 위치에, 구멍이 형성되어 있지 않은 비분사부(H3)가 있다고 간주할 수 있다.
불활성 가스 공급 노즐(8c)에는, 불활성 가스 공급 라인으로서의 불활성 가스 공급관(80c)이 접속되어 있다. 불활성 가스 공급관(80c)에는, 상류측부터 순서대로 불활성 가스 공급원(도시하지 않음), 개폐 밸브(96c), 유량 제어 수단(유량 제어기)으로서의 매스 플로 컨트롤러(MFC)(95c) 및 개폐 밸브(94c)가 마련되어 있다.
반응관(10)의 측방 하부에는, 산소 함유 가스(산화 가스)를 반응실(4) 내의 측방으로부터 웨이퍼(6)에 대하여 공급하는 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)이, 반응관(10)의 측벽을 관통하도록 접속되어 있다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)은, 웨이퍼 배열 영역(PW)에 대응하는 영역, 즉 반응관(10) 내에서 웨이퍼 배열 영역(PW)과 대향하고 웨이퍼 배열 영역(PW)을 둘러싸는 원통상의 영역에 배치되어 있다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)은, L자형의 노즐에 의해 구성되어 있고, 반응관(10) 내에서 반응관(10)의 측벽 내벽을 따라 직립되어 있다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)은, 웨이퍼(6)보다도, 반응관(10)의 측벽의 내벽에 가까운 측에 내벽을 따라 마련되어 있다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)에 의해 제2 노즐이 구성된다.
산소 함유 가스로서, 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 일산화질소(NO)의 적어도 어느 것, 또는 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
산소 함유 가스 공급 노즐(8a)의 선단의 상면은 폐색되어 있고, 노즐 선단부 측면에 가스 분사 구멍이 마련되어 있다. 도 3에서, 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 웨이퍼(6)측으로 신장되는 화살표가 각 가스 분사 구멍으로부터의 산소 함유 가스의 분사 방향을 나타내고 있고, 각 화살표의 밑동 부분이 각 가스 분사 구멍을 나타내고 있다. 즉, 가스 분사 구멍은 웨이퍼측을 향하고 있어, 반응실(4) 내의 측방으로부터 수평 방향으로(웨이퍼의 주면을 따른 방향으로) 웨이퍼(6)를 향해서 산소 함유 가스를 분사하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 웨이퍼(6)에 대하여 일대일로 대응하는 대응 분사 구멍, 즉, 보트(3)에 형성된 웨이퍼의 지지 피치와 동일 피치로 대응 분사 구멍을 갖고 있다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a), 수소 함유 가스 공급 노즐(8b-1, 8b-2, 8b-3) 및 불활성 가스 공급 노즐(8c)의 분사 구멍은, 수평 방향에 있어서, 웨이퍼(6)의 중심, 즉 반응관(10)의 중심축을 향해서 개구되도록 마련할 수 있다.
산소 함유 가스 공급 노즐(8a)에는, 산소 함유 가스 공급 라인으로서의 산소 함유 가스 공급관(80a)이 접속되어 있다. 산소 함유 가스 공급관(80a)에는, 상류측부터 순서대로 산소 함유 가스 공급원(도시하지 않음), 개폐 밸브(96a), 유량 제어 수단(유량 제어기)으로서의 매스 플로 컨트롤러(MFC)(95a) 및 개폐 밸브(94a)가 마련되어 있다.
반응관(10)의 측방 하부(하측 더미 배열 영역(SD-U)보다도 하측)에는, 처리실 내를 배기하는 가스 배기구(11)가 마련되어 있다. 가스 배기구(11)에는, 가스 배기 라인으로서의 가스 배기관(50)이 접속되어 있다. 가스 배기관(50)에는, 상류측부터 순서대로 압력 조정 수단(압력 제어기)으로서의 APC(Auto Pressure Controller)(51)와, 배기 수단(배기 장치)으로서의 진공 펌프(52)가 마련되어 있다. 주로, 가스 배기구(11), 가스 배기관(50), APC(51), 진공 펌프(52)에 의해 배기계가 구성된다.
저항 가열 히터(9), 매스 플로 컨트롤러(92, 95a, 95b, 95c), 개폐 밸브(91, 93, 94a, 94b, 96a, 96b), APC(51), 진공 펌프(52) 및 회전 기구(14) 등의 기판 처리 장치의 각 부는, 제어 수단(제어부)으로서의 컨트롤러(100)에 접속되어 있고, 컨트롤러(100)는, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 공급하는 수소 함유 가스 유량, 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 공급하는 산소 함유 가스 유량, 샤워판(12)으로부터 공급하는 불활성 가스 유량, 불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터 공급하는 불활성 가스 유량, 반응관(10) 내의 온도, 압력 등, 기판 처리 장치의 각 부의 환경, 동작을 제어 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(100)는, CPU, 메모리, HDD 등의 기억 장치, FPD 등의 표시 장치, 키보드나 마우스 등의 입력 장치를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다.
이어서, 상술한 기판 처리 장치(S)의 열처리로(5)를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(6)에 산화 처리를 실시하는 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(S)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(100)에 의해 제어된다.
먼저, 기판 이동 탑재기에 의해 1뱃치분(예를 들어 100매)의 웨이퍼(6)를 보트(3)의 웨이퍼 배열 영역(PW)에 이동 탑재(웨이퍼 차지)한다. 또한, 보트(3)의 상측 더미 배열 영역(SD-T) 및 하측 더미 배열 영역(SD-U)에는, 사이드 더미 기판(SD)을 적재한다. 사이드 더미 기판(SD)은, 웨이퍼(6)보다도 1매당 성막 면적이 작다. 히터(9)에 의해 가열 상태가 유지된 열처리로(5)의 반응실(4) 내에, 웨이퍼(6) 및 사이드 더미 기판(SD)을 장전한 보트(3)를 반입(보트 로드)하고, 시일 캡(13)에 의해 반응관(10) 내를 밀폐한다. 이어서, 진공 펌프(52)에 의해 반응관(10) 내를 진공화하고, APC(51)에 의해 반응관(10)내 압력(로내 압력)이 대기압보다도 낮은 소정의 처리 압력으로 되도록 제어한다. 회전 기구(14)에 의해 보트(3)가 소정의 회전 속도로 회전하도록 한다. 또한, 반응실(4)내 온도(로내 온도)를 승온시켜, 로내 온도가 소정의 처리 온도로 되도록 제어한다.
그리고, 불활성 가스 공급 노즐(7, 8c)로부터 반응실(4) 내에 불활성을 공급한다. 즉, 개폐 밸브(91, 93)를 개방함으로써, 매스 플로 컨트롤러(92)에서 유량 제어된 불활성 가스를, 불활성 가스 공급관(70)을 통해서 불활성 가스 공급 노즐(7)로부터 반응실(4) 내에 공급한다. 불활성 가스 공급 노즐(7)로부터 공급된 불활성 가스는, 버퍼실(12a) 내를 거쳐서, 샤워판(12)을 통해서 반응실(4) 내에 샤워 형상으로 공급된다.
또한, 산소 함유 가스 공급 노즐(8a), 수소 함유 가스 공급 노즐(8b), 불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터, 반응실(4) 내에 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 불활성 가스를 각각 공급한다. 즉, 개폐 밸브(94a, 96a)를 개방함으로써, 매스 플로 컨트롤러(95a)에서 유량 제어된 산소 함유 가스를, 산소 함유 가스 공급관(80a)을 통해서 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 반응실(4) 내에 공급한다. 또한, 개폐 밸브(94b, 96b)를 개방함으로써, 매스 플로 컨트롤러(95b)에서 유량 제어된 수소 함유 가스를, 수소 함유 가스 공급관(80b)을 통해서 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 반응실(4) 내에 공급한다. 또한, 개폐 밸브(94c, 96c)를 개방함으로써, 매스 플로 컨트롤러(95c)에서 유량 제어된 불활성 가스를, 불활성 가스 공급관(80c)을 통해서 불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터 반응실(4) 내에 공급한다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 공급된 산소 함유 가스와 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 공급된 수소 함유 가스는, 웨이퍼 배열 영역에 대응하는 영역의 복수 개소(복수의 분사 구멍)로부터 반응실(4) 내에 공급된다.
이와 같이, 산소 함유 가스와 수소 함유 가스는, 반응실(4) 내에서의 웨이퍼 배열 영역에 대응하는 분사 구멍(토출 구멍)으로부터 공급되어, 반응실 내에서 혼합된다. 또한, 불활성 가스는, 반응실(4) 내에서의 웨이퍼 배열 영역에 대응하는 일단측(천장측)으로부터 공급됨과 함께, 반응실(4) 내에서의 웨이퍼 배열 영역(PW)보다 하측의 하측 더미 배열 영역(SD-U)에 대응하는 복수의 분사 구멍으로부터도 공급된다. 반응실(4) 내에 공급된 산소 함유 가스와 수소 함유 가스는, 불활성 가스와 함께, 반응실(4) 내를 유하해서 웨이퍼 배열 영역(PW)의 바닥 개구(4A)측에 마련된 가스 배기구(11)로부터 배기된다. 산소 함유 가스 공급 노즐(8a), 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 웨이퍼의 중심 방향으로 분사된 산소 함유 가스와 수소 함유 가스의 혼합 및 산화종의 생성은, 배열된 웨이퍼끼리의 사이, 및 웨이퍼의 외주와 반응관(10)의 사이의 환상 공간의 어느 것에서도 일어날 수 있다. 이때, 웨이퍼의 테두리로부터 중심을 향하는 가스 분자의 이동에서의, 확산과 대류의 비율은, 산소 함유 가스쪽이, 수소 함유 가스에 비하여 대류의 비율이 커진다. 바꿔 말하면, 수소 함유 가스는 확산하기 쉬워, 웨이퍼와 다른 간격으로 분사 구멍이 마련되어 있어도, 웨이퍼의 중심 부근에서의 농도차가 생기기 어렵다.
이때, 산소 함유 가스와 수소 함유 가스는 히터(5)에 의해 가열된 감압의 반응실(4) 내에서 혼합해서 반응하여 H2O를 생기게 하지만, 이 연소 반응의 중간 생성물인 H, O, OH 등의 중간 생성물도 소정의 평형 농도로 잔존하고, 그 중에서 원자 상태 산소 O의 농도가 비교적 높다. 본 출원인이 일본 특허 출원 제2008-133772호로 출원 완료된 명세서 중에 기재한 바와 같이, 이들 중간 생성물 중, 산화막 형성에 직접 기여하는 것은 원자 상태 산소 O이며, 다른 중간 생성물이나 H2O 및 원료 가스 그 자체는, 산화막 성장에 관한 표면 반응에 있어서 지배적이지 않다. 즉, 산소 함유 가스와 수소 함유 가스가 반응함으로써 생긴 중간 생성물 중, 원자 상태 산소 O가 반응종(산화종)으로서 작용함으로써 웨이퍼(6)에 산화 처리가 실시되어, 웨이퍼(6) 표면에 산화막으로서의 실리콘 산화막(SiO2막)이 형성된다. 또한, 원자 상태 산소 O의 농도는, 산소 함유 가스와 수소 함유 가스의 공급비에 관해서 위로 볼록한 함수로 표현된다. 극대점보다도 비율이 낮아도 혹은 높아도, 원자 상태 산소 O의 농도는 저하된다. 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)의 각 분사 구멍으로부터의 공급량을 조정하는 본 예의 기술은, 극대점보다도 수소 결핍인 상태에서 적합하게 사용할 수 있다. 수소 결핍 상태에서는, 산소 함유 가스 자체도 희석 가스로 될 수 있다.
이때의 처리 조건(산화 처리 조건)으로서는,
처리 온도(처리실내 온도): 500 내지 1000℃,
처리 압력(처리실내 압력): 1 내지 500Pa,
산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 공급하는 산소 함유 가스 공급 유량: 3.0 내지 6.0slm,
수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 공급하는 수소 함유 가스 공급 유량(합계 유량): 1500 내지 3000sccm,
불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터 공급하는 불활성 가스 공급 유량: 1.0 내지 1.5slm,
샤워판(12)으로부터 공급하는 불활성 가스 공급 유량: 400 내지 1000sccm
이 예시되며, 각각의 처리 조건을, 각각의 범위 내의 어떤 값으로 일정하게 유지함으로써 웨이퍼(6)에 산화 처리가 이루어진다.
웨이퍼(6)의 산화 처리가 종료되면, 반응실(4) 내에의 산소 함유 가스, 수소 함유 가스의 공급을 정지하고, 반응관(10) 내에 대하여 진공화나 불활성 가스에 의한 퍼지 등을 행함으로써 반응관(10) 내의 잔류 가스를 제거한다. 그 후, 로내 압력을 대기압으로 복귀시키고, 로내 온도를 소정의 온도까지 강온한 후, 처리가 끝난 웨이퍼(6)를 지지한 보트(3)를 반응실(4) 내로부터 반출(보트 언로드)하고, 보트(3)에 지지된 모든 처리가 끝난 웨이퍼(6)가 냉각될 때까지, 보트(3)를 소정 위치에서 대기시킨다. 대기시킨 보트(3)에 보유 지지된 처리가 끝난 웨이퍼(6)가 소정 온도까지 냉각되면, 기판 이동 탑재기에 의해 처리가 끝난 웨이퍼(6)를 회수(웨이퍼 디스차지)한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(6)에 대하여 산화 처리를 실시하는 일련의 처리가 종료된다.
이하, 본 개시의 작용에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 보트(3)의 상측 더미 배열 영역(SD-T) 및 하측 더미 배열 영역(SD-U)에, 사이드 더미 기판(SD)을 적재하고 있기 때문에, 산화막의 형성 처리 시에 있어서, 이들 영역에서의 원자 상태 산소군의 소비량이 적다. 그래서, 수소 함유 가스 공급 노즐(8b)로부터 공급되는 수소 함유 가스의 유량과, 불활성 가스 공급 노즐(8c)로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 제어하여, 하측 더미 배열 영역(SD-U)에서의 수소 함유 가스 농도가, 웨이퍼 배열 영역(PW)에서의 수소 함유 가스 농도보다도 낮아지도록 한다.
도 4a에는, 반응관(10)에 공급되는 각 노즐로부터의 기체의 유량과 원자 상태 산소의 농도 분포가 도시되어 있고, 도 4b에는, 지지 위치 #N(횡축)에서의 막 두께(종축)의 그래프가 도시되어 있다. 이들은, 반응관(10)은, 처리 압 55Pa, 온도 850℃의 조건으로 하는 시뮬레이션에 의해 얻어졌다. 이때 분사 구멍(H1, H2)으로부터 불활성 가스를 1.2slm, 분사 구멍(H4)으로부터 수소 함유 가스를 200sccm, 분사 구멍(H5)으로부터 수소 함유 가스를 135sccm, 분사 구멍(H6 내지 H10)으로부터 수소 함유 가스를 각각 100sccm, 분사 구멍(H11 내지 H15)으로부터 수소 함유 가스를 합계 570sccm, 분사 구멍(H16 내지 H20)으로부터 수소 함유 가스를 합계 400sccm, 샤워판(12)으로부터 불활성 가스를 600sccm 분사시켰다. 또한, 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)로부터 산소 함유 가스를 합계 5.0slm 분사시켰다.
반응관 내에서의 원자 상태 산소 농도는, 웨이퍼 배열 영역(PW)에 있어서 거의 균일하게 되어 있고, 웨이퍼 배열 영역(PW)과의 경계 부분에서의 차도 작다. 원자 상태 산소의 소비가 적은 하측 더미 배열 영역(SD-U)에서 높은 농도로 되어 있지만, 불활성 가스 공급 노즐(8c)이 분사하는 불활성 가스에 의해, 하측 더미 배열 영역(SD-U)으로부터 웨이퍼 배열 영역(PW)에의 원자 상태 산소 성분의 확산이 억제되어 있다. 또한, 형성된 산화막의 막 두께도, 지지 위치 전체에서 ±0.6％ 이내로 되어 있다.
이와 같이, 웨이퍼(6)에 형성되는 산화막의 막 두께가 지지 위치에 따라 다른, Loading Effect를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상측 더미 배열 영역(SD-T)에 사이드 더미 기판(SD)을 장전했지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(6)를 상측 채움으로 해서, 사이드 더미 기판(SD)을 배열하지 않는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 상측 더미 배열 영역(SD-T)이 없어지고, 천장(4B)측의 단부는, 웨이퍼 배열 영역(PW)으로 된다.
<제2 실시 형태>
이어서, 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 단열 부재(DP)를 사용하는 점이 제1 실시 형태와 다르며, 그 밖의 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 하측 더미 배열 영역(SD-U)에 배치된 사이드 더미 기판(SD)을, 단열 부재(DP)로 덮는다. 단열 부재로서는, 석영 플레이트를 사용할 수 있다. 단열 부재(DP)는, 사이드 더미 기판(SD)의 판면을 덮는 원판 형상부(DP1)와, 원판 형상부(DP1)의 하측에 연접되는 원통 형상부(P2)를 갖고 있다.
도 7에는, 산화막 형성 처리 중에 있어서의, 하측 더미 배열 영역(SD-U) 부근의, 원자 상태 산소 농도의 분포가 농담으로 도시되어 있다. 그레이스케일이 진할수록, 원자 상태 산소 농도가 높은 것을 나타내고 있다. 도 7a는, 단열 부재(DP)를 배치한 경우이며, 도 7b는 단열 부재(DP)를 배치하지 않을 경우이다. 또한, 도 7aa는, 단열 부재(DP)를 배치한 경우의 막 두께 변동을 나타내고, 도 7bb는 단열 부재(DP)를 배치하지 않을 경우의 막 두께 변동을 나타내고 있다. 단열 부재(DP)를 배치한 경우에는, 하측 더미 배열 영역(SD-U)으로부터 웨이퍼 배열 영역(PW)으로의 원자 상태 산소 성분의 확산이 억제되어 있다. 그리고, 웨이퍼(6)에 형성되는 산화막의 막 두께 변동은, 단열 부재(DP)를 배치한 경우가 ±0.4％로, 단열 부재(DP)를 배치하지 않을 경우의 ±0.9％보다도 억제되어 있다.
따라서, 웨이퍼(6)의 지지 위치에 따라 막 두께가 다른, Loading Effect를 저감할 수 있어, 막 두께의 균일성이 더욱 개선된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 사이드 더미 기판(SD)을 단열 부재(DP)로 덮은 예에 대해서 설명했지만, 사이드 더미 기판(SD) 대신에 단열판을 단열 부재(DP)로 덮어도 된다. 즉, 하측 더미 배열 영역(SD-U)에 단열판을 배열하고, 단열판을 단열 부재(DP)로 덮어도 된다.
<제3 실시 형태>
이어서 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 보트(3)에 적재하는 제품 웨이퍼(6)가 비교적 적고, 필 더미 기판(FD)을 사용하는 경우에 대해서 설명한다. 기판 처리 장치(S)나 열처리로(5), 반응관(10), 각종 가스 공급 노즐 등의 장치 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태는, 비교적 적은 소로트의 임의 매수의 제품 웨이퍼(6)를 1뱃치로 처리하는 경우이며, 예를 들어 25매, 50매, 75매의 웨이퍼(6)를 처리하는 경우이다.
도 8에는, 반응관(10) 내에서의, 사이드 더미 기판(SD), 웨이퍼(6)(제품 웨이퍼), 필 더미 기판(FD)의 배열이 도시되어 있다.
웨이퍼 배열 영역(PW)에는, 천장측 채움으로 웨이퍼(6)가 배열된다. 웨이퍼(6)군의 바닥 개구(4A)측에 라지 에어리어 더미(LAD)를 배치한다. 라지 에어리어 더미(LAD)는, 제품 웨이퍼(6)의 1.5배 전후(1.2배 내지 1.8배)의 표면적을 갖는 더미 기판이다. 라지 에어리어 더미(LAD)는, 10매 정도를 보트(3)에 배열한다.
라지 에어리어 더미(LAD)군과, 하측 더미 배열 영역(SD-U)에 배열된 사이드 더미 기판(SD)의 사이에, 필 더미 기판(FD)을 배열한다. 필 더미 기판(FD)에 의해, 보트(3)의 웨이퍼(6)가 적재되어 있지 않은 공간을 매립한다.
본 실시 형태와 같이, 제품 웨이퍼(6)군과 필 더미 기판(FD)군의 사이에, 라지 에어리어 더미(LAD)를 장전함으로써, 필 더미 기판(FD)측의 영역에서의 잉여 원자 상태 산소 성분에 의한 영향을 억제할 수 있다.
도 9에는, 25매(A), 50매(B), 75매(C)의 웨이퍼(6)를 처리하는 경우의 배치가 각각 도시되어 있다. 도 8의 좌측이 반응관(10)의 천장(4B)측이며, 우측이 바닥 개구(4A)측이다. 도 9에는, 이렇게 배열해서 성막 처리를 행한 경우의, 지지 위치 #N(횡축)에서의 막 두께(종축)의 그래프가 도시되어 있다. 어느 제품 웨이퍼(6) 매수이든, 막 두께 분포는 ±1.0％ 이내로 억제되어 있다.
<제4 실시 형태>
이어서, 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 반응관(10)의 천장(4B)측에, 불활성 가스를 공급하는 구성을 갖고 있지 않다. 또한, 산소 함유 가스 공급 노즐(8a)의 분사 구멍은, 상측 더미 배열 영역(SD-T)에 대응하는 부분에는 마련되어 있지 않다.
상기 구성에서는, 상측 더미 배열 영역(SD-T)을 향해서 수소 함유 가스는 공급되고 산소 함유 가스가 공급되고 있지 않다. 이에 의해, 상측 더미 배열 영역(SD-T)에서의 산소 함유 가스 농도가 저하되고, 상술한 극대점에 대해서 수소 풍부한 상태로 되어, 원자 상태 산소 농도를 효과적으로 낮출 수 있다. 또한, 예를 들어 수소 함유 가스로서 H2 가스를 사용하는 경우, 성막 속도가 수소 함유 가스 공급량에 율속되는 수소 결핍 상태에서는, 용이하게 확산하는 H2 가스의 성질도 영향을 미쳐서, 상측 더미 배열 영역(SD-T)에 국소적으로 수소 함유 가스를 공급하지 않도록 하거나, 산소 함유 가스의 공급량을 배로 증가시키거나 해도, 원자 상태 산소 농도는 거의 낮출 수 없다.
상측 더미 배열 영역(SD-T)에 있어서, 원자 상태 산소 농도가 상대적으로 저하됨으로써, 잉여 원자 상태 산소 성분에 의한 웨이퍼(6)에의 영향을 저감시킬 수 있다. 따라서, 막 두께 분포를 작게 하여, Loading Effect를 개선할 수 있다. 본 형태는, 웨이퍼의 처리 매수가 변화해도 상측 더미 배열 영역(SD-T)의 높이가 변화하지 않을 경우에 적합하게 이용할 수 있다.
상술한 양태나 변형예는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태나 변형예에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다. 본 개시의 기술은, Si, SiC, SiGe 등의 실리콘계 기판의 산화에 적합하게 적용할 수 있는 것 외에, 금속 산화막 등의 산화 원료를 필요로 하는 막의 퇴적에 널리 적용할 수 있다.
3: 보트(보유 지지구)
6: 웨이퍼(기판)
4A: 바닥 개구
4B: 천장
10: 반응관
8a: 산소 함유 가스 공급 노즐(제2 노즐)
8b: 수소 함유 가스 공급 노즐(제1 노즐)
8c: 불활성 가스 공급 노즐(제3 노즐)
PW: 웨이퍼 배열 영역(제1 영역)
SD-U: 하측 더미 배열 영역(제2 영역)
SD-T: 상측 더미 배열 영역(제3 영역)
SD: 사이드 더미 기판(더미 기판)
11: 가스 배기구(배기구)
100: 컨트롤러(제어부)
8b-1, 8b-2, 8b-3b: 수소 함유 가스 공급 노즐(다공 노즐)

Claims (17)

  1. 복수매의 기판이 출입되는 바닥 개구를 갖고, 상기 복수매의 기판을 처리하는 반응관과,
    상기 반응관 내에서 상기 복수매의 기판을 배열시켜서 기판 배열 영역에 보유 지지하는 보유 지지구와,
    상기 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제1 영역에 대응하는 복수 개소로부터 상기 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하는 제1 노즐과,
    상기 제1 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제1 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하는 제2 노즐과,
    상기 제1 영역보다도 상기 바닥 개구측에서, 상기 보유 지지구에 보유 지지된 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치되고, 해당 제2 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하는 제3 노즐과,
    상기 반응관 내를 배기하는 배기구와,
    상기 제2 영역의 상기 수소 함유 가스의 농도가 상기 제1 영역보다도 낮아지도록, 상기 제1 노즐로부터 공급되는 상기 수소 함유 가스와 상기 제3 노즐로부터 공급되는 상기 희석 가스의 공급을 제어 가능하게 구성된 제어부를 갖고,
    상기 제1 노즐은, 상기 제1 영역을 포함하고 상기 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 기판의 배열 방향에서 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성되는,
    기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 노즐의 상단의 분사 구멍과, 상기 제1 노즐의 하단의 분사 구멍의 높이 방향의 간격은, 상기 제1 노즐의 서로 인접하는 분사 구멍의 간격의 어느 것보다도 큰, 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응관은, 상기 바닥 개구와 반대측의 폐쇄 단부인 천장에 마련되고, 상기 반응관 내에 불활성 가스를 공급하는 천장 가스 공급부를 갖는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 다공 노즐 중, 가장 상기 바닥 개구측의 분사 구멍을 갖는 다공 노즐의 분사 구멍은, 상기 반응관의 천장측보다도 상기 바닥 개구를 향해서 단위 길이당 토출량이 단조롭게 증가하는 개구 혹은 간격을 갖는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응관의 천장측으로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하는 가스 공급구
    를 더 구비하고,
    상기 배기구는, 상기 제1 영역보다도 하방에 마련되는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 영역은, 그 안에 25매 혹은 그 배수의 기판이 배열되도록 분할되는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역의 복수의 상기 더미 기판 혹은 단열체를 한꺼번에 덮는 커버를 더 구비한, 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석 가스는, 불활성 가스 혹은 산소 함유 가스인, 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 테두리로부터 중심을 향하는 가스 분자의 이동에 있어서의, 확산과 대류의 비율은, 산소 함유 가스쪽이, 수소 함유 가스에 비해서 대류의 비율이 커지도록, 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐의 분사 구멍이 구성되는, 기판 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노즐의 분사 구멍 및 상기 제2 노즐의 분사 구멍의 적어도 한쪽은, 기판에 대하여 평행한 방향으로 개구되는, 기판 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노즐의 분사 구멍 및 상기 제2 노즐의 분사 구멍의 적어도 한쪽은, 기판에 중심을 향해서 개구되는, 기판 처리 장치.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노즐의 분사 구멍 수는, 상기 제2 노즐의 분사 구멍의 수보다도 적은, 기판 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 노즐의 분사 구멍은, 적어도 상기 제1 영역에 배치되는 상기 복수의 제품 기판 각각에 대응해서 마련되는, 기판 처리 장치.
  14. 제3항 또는 제9항에 있어서, 상기 제2 노즐은, 상기 제1 영역에 배열되는 제품 기판에 일대일로 대응하는 분사 구멍을 갖고,
    상기 분사 구멍은, 상기 기판 배열 영역 내의 가장 상기 천장측에서 복수의 더미 기판이 배열되는 제3 영역에 대응해서 배치되지 않고,
    상기 제1 노즐의 분사 구멍은 상기 제3 영역에 대응해서 배치되는, 기판 처리 장치.
  15. 복수매의 기판을 바닥 개구로부터 반응관 내에 반입하여, 기판 배열 영역에 보유 지지하는 공정과,
    상기 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 적어도 대응해서 배치된 제1 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 복수 개소로부터 상기 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역에 대응해서 배치된 제2 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역보다도 상기 바닥 개구측에서 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치된 제3 노즐로부터 해당 제2 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하여, 기판을 처리하는 공정
    을 갖고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 제2 영역의 상기 수소 함유 가스의 농도를, 상기 제1 영역보다도 낮아지도록, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 상기 수소 함유 가스와 상기 제3 노즐로부터 공급하는 상기 희석 가스의 공급을 제어하고,
    상기 제1 영역을 포함하고 상기 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성되는 상기 제1 노즐로부터, 상기 수소 함유 가스를 공급하는,
    반도체 장치의 제조 방법.
  16. 복수매의 기판을 바닥 개구로부터 반응관 내에 반입하여, 기판 배열 영역에 보유 지지하는 공정과,
    상기 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 적어도 대응해서 배치된 제1 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 복수 개소로부터 상기 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역에 대응해서 배치된 제2 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역보다도 상기 바닥 개구측에서 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치된 제3 노즐로부터 해당 제2 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하여, 기판을 처리하는 공정
    을 갖고,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 제2 영역의 상기 수소 함유 가스의 농도를, 상기 제1 영역보다도 낮아지도록, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 상기 수소 함유 가스와 상기 제3 노즐로부터 공급하는 상기 희석 가스의 공급을 제어하고,
    상기 제1 영역을 포함하고 상기 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성되는 상기 제1 노즐로부터, 상기 수소 함유 가스를 공급하는,
    기판 처리 방법.
  17. 복수매의 기판을 바닥 개구로부터 반응관 내에 반입하여, 기판 배열 영역에 보유 지지하는 수순과,
    상기 기판 배열 영역 중, 복수의 제품 기판이 배열되는 제1 영역에 적어도 대응해서 배치된 제1 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 복수 개소로부터 상기 반응관 내에 수소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역에 대응해서 배치된 제2 노즐로부터 해당 제1 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 산소 함유 가스를 공급하고, 상기 제1 영역보다도 상기 바닥 개구측에서 더미 기판 혹은 단열체가 배열되는 제2 영역에 대응해서 배치된 제3 노즐로부터 해당 제2 영역에 대응하는 위치로부터 상기 반응관 내에 희석 가스를 공급하여, 기판을 처리하는 수순
    을 갖고,
    상기 기판을 처리하는 수순에서는, 상기 제2 영역의 상기 수소 함유 가스의 농도를, 상기 제1 영역보다도 낮아지도록, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 상기 수소 함유 가스와 상기 제3 노즐로부터 공급하는 상기 희석 가스의 공급을 제어하고,
    상기 제1 영역을 포함하고 상기 제2 영역을 포함하지 않는 영역을 분할한 분할 영역에 대응하는 분사 구멍을 갖는 복수개의 다공 노즐에 의해 구성되는 상기 제1 노즐로부터, 상기 수소 함유 가스를 공급하도록,
    컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램.
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