KR20230131758A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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KR20230131758A
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아츠시 모리야
유키노리 아부라타니
사토시 타카노
나오후미 오하시
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

다른 처리가 이루어지는 리액터가 존재하는 경우에도 리액터 간에서의 각 처리에 대한 영향을 억제 가능한 기술을 제공한다.
기판을 반입출 가능한 반입출구를 구성하는 반입출부와, 상기 기판을 수납하는 처리실을 구비한 제1 용기; 상기 제1 용기에 인접하고, 상기 반입출구를 개재하여 상기 제1 용기와 연통 가능한 제2 용기; 상기 반입출구를 폐색 가능한 개체; 상기 반입출부와 개체 사이에 배치되는 봉지 부재; 및 상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 개체가 상기 반입출구를 폐색한 상태에서 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 낮게 하고, 상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하도록 제어 가능한 제어부를 포함하는 기술이 제공된다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 기술은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정으로 이용되는 기판 처리 장치의 일 형태로서는 예컨대 복수의 리액터 및 진공 반송실의 주위에 설치한 클러스터형 장치가 존재한다(예컨대 특허문헌 1). 각 리액터는 다른 처리를 가능하게 하고, 예컨대 어떤 리액터에서는 성막 처리를 가능하게 하고, 다른 리액터에서는 개질 처리를 가능하게 한다. 리액터로 처리된 기판은 진공 반송실을 개재하여 다른 리액터에 이동하거나, 기판 처리 장치의 외부에 반송된다.
1. 국제공개 제2005/112108호
전술한 바와 같이 다른 처리가 이루어지는 리액터가 존재하기 때문에 리액터 간에서는 각 처리에 대한 영향을 억제하는 것이 바람직하다.
본 개시(開示)는 다른 처리가 이루어지는 리액터가 존재하는 경우에도 리액터 간에서의 각 처리에 대한 영향을 억제 가능한 기술을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 반입출 가능한 반입출구를 구성하는 반입출부와, 상기 기판을 수납하는 처리실을 구비한 제1 용기; 상기 제1 용기에 인접하고, 상기 반입출구를 개재하여 상기 제1 용기와 연통 가능한 제2 용기; 상기 반입출구를 폐색(閉塞) 가능한 개체(蓋體); 상기 반입출부와 개체 사이에 배치되는 봉지 부재; 및 상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 개체가 상기 반입출구를 폐색한 상태에서 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 낮게 하고, 상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하도록 제어 가능한 제어부를 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 다른 처리가 이루어지는 리액터가 존재하는 경우에도 리액터 간에서의 각 처리에 대한 영향을 억제할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 2는 본 개시에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 3은 본 개시에 따른 리액터의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4a는 도 3에 도시하는 리액터가 구비하는 제1 가스 공급부의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4b는 도 3에 도시하는 리액터가 구비하는 제2 가스 공급부의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4c는 도 3에 도시하는 리액터가 구비하는 불활성 가스 공급부의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4d는 도 3에 도시하는 리액터가 구비하는 불활성 가스 공급부의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 5는 본 개시에 따른 리액터의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 6은 도 5에 도시하는 리액터가 구비하는 제4 가스 공급부의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 7은 본 개시에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 8은 본 개시에 따른 기판 처리 플로우를 설명하는 설명도.
도 9는 실시 형태에 따른 기판 처리 플로우를 설명하는 설명도.
이하에 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 형태의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개요 구성을 도 1, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 본 기술에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 도시하는 횡단면도(橫斷面圖)다. 도 2는 본 기술에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 도시하고, 도 1α-α에서의 종단면도(縱斷面圖)다.
도 1 및 도 2에서 본 형태가 적용되는 기판 처리 장치(100)는 기판으로서의 기판(S)을 처리하는 것으로, IO 스테이지(110), 대기 반송실(120), 로드록 실(130), 진공 반송실(140), 리액터(200), 리액터(300)로 주로 구성된다. 다음으로 각 구성에 대해서 구체적으로 설명한다.
기판 처리 장치(100)의 바로 앞에는 IO 스테이지(로드 포트(110)가 설치된다. IO 스테이지(110) 상에는 복수의 포드(111)가 탑재된다. 포드(111)는 실리콘(Si)기판 등의 기판(S)을 반송하는 캐리어로서 이용된다.
IO 스테이지(110)는 대기 반송실(120)에 인접된다. 대기 반송실(120)은 IO 스테이지(110)와 다른 면에 후술하는 로드록 실(130)이 연결된다. 대기 반송실(120) 내에는 기판(S)을 이재하는 대기 반송 로봇(122)이 설치된다.
대기 반송실(120)을 구성하는 광체(127)의 전측에는 기판(S)을 대기 반송실(120)에 대하여 반입 반출하기 위한 반입반출구(128)와, 포드 오프너(121)가 설치된다. 대기 반송실(120)의 광체(127)의 후측에는 기판(S)을 로드록 실(130)에 반입 반출하기 위한 반입반출구(129)가 설치된다. 반입반출구(129)는 게이트 밸브(133)에 의해 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 기판(S)의 출입을 가능하게 한다.
로드록 실(130)은 대기 반송실(120)에 인접한다. 로드록 실(130)을 구성하는 광체(131)가 포함하는 면 중 대기 반송실(120)과 다른 면에는 후술하는 진공 반송실(140)이 배치된다. 진공 반송실(140)은 게이트 밸브(134)를 개재하여 접속된다.
로드록 실(130) 내에는 기판(S)을 재치하는 재치면(135)을 적어도 2개 포함하는 기판 재치대(136)가 설치된다. 재치면(135) 간의 거리는 후술하는 반송 로봇(180)의 암이 포함하는 엔드 이펙터 간의 거리에 따라 설정된다.
기판 처리 장치(100)는 부압 하에서 기판(S)이 반송되는 반송 공간이 되는 반송실로서의 진공 반송실(140)을 구비한다. 진공 반송실(140)을 구성하는 광체(141)는 평면시가 오각형으로 형성되어, 오각형의 각 변에는 로드록 실(130) 및 기판(S)을 처리하는 리액터[200(200a, 200b 및 200c)]와 리액터(300)가 연결된다. 진공 반송실(140)의 대략 중앙부에는 부압 하에서 기판(S)을 이재(반송)하는 반송부로서의 반송 로봇(180)이 플랜지(144)를 기부(基部)로서 설치된다.
진공 반송실(140) 내에 설치되는 반송 로봇(180)은 엘리베이터(145) 및 플랜지(144)에 의해 진공 반송실(140)의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 구성된다. 반송 로봇(180)이 포함하는 2개의 암(181)은 엘리베이터(145)에 의해 승강 가능하도록 구성된다. 또한 도 2에서는 설명의 편의상 암(181)의 엔드 이펙터를 표시하고, 플랜지(144)와 접속되는 로봇 축 등의 구조는 생략한다.
진공 반송실(140)의 외주에는 리액터[200(200a, 200b 및 200c)]와 리액터(300)가 접속된다. 각 리액터(200)와 리액터(300)는 진공 반송실(140)을 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치된다.
광체(141)의 측벽 중 각 리액터(200)와 각각 대향하는 벽 및 리액터(300)와 대향하는 벽에는 반입반출구(148)가 각각 설치된다. 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 리액터(200a)와 대향하는 벽에는 반입반출구(148a)가 설치된다. 또한 리액터(200b, 200c)도 리액터(200a)와 마찬가지의 구성이므로 여기서는 설명을 생략한다. 또한 예컨대 리액터(300)와 대향하는 벽에는 반입반출구(148d)와 게이트 밸브(149d)가 설치된다. 각 리액터(200), 리액터(300)는 진공 반송실(140)과 연통되기 때문에 진공 반송실(140)의 분위기가 각 리액터에 흐르지 않도록 각 리액터(200) 및 리액터(300)도 진공 레벨로 운용된다. 진공 반송실(140)과 각 리액터의 사이에서 기판(S)을 반입출할 때는 한층 더 각 리액터로 압력 조정이 이루어진다.
계속해서 진공 반송실(140)에 탑재되는 반송 로봇(180)에 대해서 설명한다. 반송 로봇(180)은 2개의 암(181)을 구비한다. 암(181)은 기판(S)을 재치하는 엔드 이펙터를 구비한다.
엘리베이터(145)는 암(181)의 승강이나 회전을 제어한다. 암(181)은 암 축을 중심으로 한 회전이나 연신(延伸)이 가능하다. 회전이나 연신을 수행하는 것에 의해 리액터(200)나 리액터(300) 내에 기판(S)을 반송하거나, 리액터(200)나 리액터(300) 내로부터 기판(S)을 반출한다.
<리액터(200)(뱃치 장치)>
다음으로 도 3을 이용하여 리액터(200a, 200b 및 200c)에 대해서 설명한다. 리액터(200a, 200b 및 200c)는 각각 마찬가지의 구성이므로 여기서는 하나의 리액터(200)로서 설명한다. 각 리액터(200)에서는 복수의 처리가 가능하도록 구성된다. 이하에 상세를 설명한다.
리액터(200)를 구성하는 광체(201)는 상방(上方)에 반응관 격납실(210)을, 하방(下方)에 이재실(270)을 구비한다. 반응관 격납실(210) 내에는 주로 히터(211), 내측 반응관(222)이 격납된다. 이재실(270)은 진공 반송실(140)과 연통 가능한 구성이다. 이재실(270)에는 기판(S)을 반입출하기 위한 반입반출구[148(148a, 148b, 148c)]가 설치된다. 반입반출구(148)는 게이트 밸브(149)에 의해 개폐된다. 히터(211)는 연직 방향으로 연신된 처리실(222c)의 벽인 내측 반응관(222)의 벽을 따라 상기 벽으로부터 격리되어 배치된다. 히터(211)는 제1 히터 또는 벽측 히터라고도 부른다.
이재실(270)은 내측 반응관(222)의 하부에 설치되고, 내측 반응관(222)과 연통되도록 구성된다. 이재실(270)에서는 반입반출구(148)를 개재하여 반송 로봇(180)에 의해 기판(S)을 후술하는 기판 지지구(이하, 보트라고 기재하는 경우도 있다)(240)에 재치(탑재)하거나, 반송 로봇(180)에 의해 기판 지지구(240)로부터 기판(S)을 취출(取出)하는 것이 수행된다.
<반응관>
계속해서 반응관 격납실(210)과, 그 내부에 격납되는 내측 반응관(222)에 대해서 설명한다. 반응관은 외측 반응관(221)과 내측 반응관(222)에 의해 구성된다. 내측 반응관(222)은 외측 반응관(221)의 내부에 수납된다. 본 형태에서는 외측 반응관(221)과 내측 반응관(222)을 총칭하여 제1 용기라고 부른다.
외측 반응관(221)은 내측 반응관(222)과 히터(211) 사이에 설치된다. 도 3에서는 외측 반응관(221) 내의 분위기와 내측 반응관(222) 내의 분위기는 구획되도록 구성된다. 외측 반응관(221) 중 내측 반응관(222)을 격납하는 방을 내측 반응관 격납실(221b)이라고 부른다. 이러한 구성에 한정되지 않고, 외측 반응관(221) 내의 분위기와 내측 반응관(222) 내의 분위기를 연통시켜도 좋다.
외측 반응관(221)의 하방에는 플랜지부(221a)가 설치된다. 플랜지부(221a)는 반응관 격납실(210)을 구성하는 벽에 고정된다. 플랜지부(221a)의 중심에는 공(孔)이 설치되고, 거기에는 내측 반응관(222)의 플랜지부(222a)가 삽입되어, 고정된다. 플랜지부(221a)와 플랜지부(222a)를 총칭하여 노구부(爐口部)(222b)라고 부른다.
내측 반응관(222)의 상방은 폐색되고 하방에 플랜지부(222a)가 설치된다. 플랜지부(222a)의 중심에 기판 지지구(240)가 통과하는 노구부(222b)가 설치된다. 즉 플랜지부(222a)는 내측 반응관(222)을 구성하는 연직 방향으로 연신된 벽의 하방에 설치된다. 노구부(222b)는 기판 지지구(240)가 통과하는 것이기 때문에 반입출구라고도 부른다. 또한 플랜지부(222a), 노구부(222b)를 총칭하여 반입출부라고 부른다. 노구부(222b)를 플랜지부(222a)에 포함시켜도 좋다.
내측 반응관(222)은 기판 지지구(240)에 지지된 기판(S)을 수용 가능하도록 한다. 내측 반응관(222)에는 가스 공급부로서의 노즐(223)이 설치된다. 노즐(223)은 복수의 기판(S)의 배치 방향인 연직 방향으로 연신되도록 구성된다. 노즐(223)로부터 공급된 가스는 각 기판(S)에 공급된다.
노즐(223)은 예컨대 가스종마다 설치되고, 여기서는 일례로서 3개의 노즐(223a, 223b, 223c)을 기재한다. 각 노즐(223)은 수평 방향에서 중첩되지 않도록 배치된다. 또한 도 3에서는 설명의 편의상 3개의 노즐(223)을 기재하지만 이에 한정되지 않고, 기판 처리의 내용에 맞춰서 4개 이상 배치되어도 좋다.
다음으로 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d를 이용하여 각 노즐(223)에 가스를 공급 가능한 가스 공급부를 설명한다. 본 형태에서는 예컨대 후술하는 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부를 총칭하여 가스 공급부라고 부른다.
우선 도 4a를 이용하여 노즐(223a)에 가스를 공급 가능한 제1 가스 공급부(224)를 설명한다. 가스 공급관(224a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스원(224b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(224c) 및 개폐 밸브인 밸브(224d)가 설치된다. 가스 공급관(224a)은 노즐(223a)과 연통되도록 구성된다.
제1 가스원(224b)은 제1 원소를 함유하는 제1 가스(「제1 원소 함유 가스」라고도 부른다)원이다. 제1 원소 함유 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 실리콘(Si)이다. 구체적으로는 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS), 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 Si-Cl 결합을 포함하는 클로로실란 원료 가스다.
주로 가스 공급관(224a), MFC(224c), 밸브(224d)에 의해 제1 가스 공급부(실리콘 함유 가스 공급부라고도 부른다)(224)가 구성된다.
가스 공급관(224a) 중 밸브(224d)의 하류측에는 공급관(224e)이 접속된다. 공급관(224e)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(224f), MFC(224g) 및 밸브(224h)가 설치된다. 불활성 가스원(224f)으로부터는 불활성 가스, 예컨대 질소(N2) 가스가 공급된다.
주로 공급관(224e), MFC(224g), 밸브(224h)에 의해 제1 불활성 가스 공급부가 구성된다. 불활성 가스원(224f)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서 제1 가스의 캐리어 가스나 희석 가스로서 이용된다. 제1 불활성 가스 공급부를 제1 가스 공급부에 추가해도 좋다.
다음으로 도 4b를 이용하여 노즐(223b)에 가스를 공급 가능한 제2 가스 공급부(225)를 설명한다. 가스 공급관(225a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스원(225b), MFC(225c) 및 밸브(225d)가 설치된다. 가스 공급관(225a)은 노즐(223b)과 연통되도록 구성된다.
제2 가스원(225b)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, N3H8 가스 등의 N-H 결합을 포함하는 질화수소계 가스다.
주로 가스 공급관(225a), MFC(225c), 밸브(225d)에 의해 제2 가스 공급부(반응 가스 공급부라고도 부른다)(225)가 구성된다.
가스 공급관(225a) 중 밸브(225d)의 하류측에는 가스 공급관(225e)이 접속된다. 가스 공급관(225e)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(225f), MFC(225g) 및 밸브(225h)가 설치된다. 불활성 가스원(225f)으로부터는 불활성 가스가 공급된다.
주로 가스 공급관(225e), MFC(225g), 밸브(225h)에 의해 제2 불활성 가스 공급부가 구성된다. 불활성 가스원(225f)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서 제2 가스의 캐리어 가스나 희석 가스로서 이용된다. 제2 불활성 가스 공급부를 제2 가스 공급부(225)에 추가해도 좋다.
다음으로 도 4c를 이용하여 노즐(223c)에 가스를 공급 가능한 불활성 가스 공급부(226)를 설명한다. 가스 공급관(226a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(226b), MFC(226c) 및 밸브(226d)가 설치된다. 불활성 가스원(226b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 내측 반응관(222) 내의 분위기를 퍼지하는 퍼지 가스나, 내측 반응관(222)의 압력을 조정하는 압력 조정용 가스로서 이용된다. 가스 공급관(226a)은 노즐(223c)과 연통되도록 구성된다.
내측 반응관(222)의 분위기를 배기하는 배기부(230)는 내측 반응관(222)과 연통되는 배기관(231)을 포함한다.
배기관(231)에는 개폐 밸브로서의 밸브(232), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(233)를 개재하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(미도시)가 접속되고, 내측 반응관(222) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다. 배기부(230)에는 압력 검출부(234)가 설치된다. 압력 검출부(234)는 내측 반응관(222) 내의 압력을 검출하는 기능을 구비한다. 또한 후술하는 이재실(270)에 설치되는 배기부와 구별하기 위해서 처리실배기부라고도 부른다.
전술한 가스 공급부와 배기부의 협동에 의해 내측 반응관(222) 내의 압력이 조정된다. 압력을 조정할 때는 예컨대 압력 검출부(234)에서 검출한 압력값이 소정의 값이 되도록 조정된다. 이와 같이 제1 용기 내의 분위기를 가스 공급부와 배기부로 조정 가능하기 때문에, 본 형태에서는 가스 공급부와 배기부를 총칭하여 제1 분위기 제어부라고 부른다.
내측 반응관(222) 중 기판(S)이 수납되는 영역을 처리 영역이라고 부르고, 처리 영역을 구성하는 구획을 처리실(222c)이라고 부른다. 본 형태에서는 내측 반응관(222)에서 처리실(222c)이 구성된다.
<기판 지지구(보트)>
기판 지지부는 적어도 기판 지지구(240)로 구성된다. 기판 지지구(240)는 이재실(270)의 내부에서 반송 로봇(180)에 의해 반입반출구(148)를 개재하여 기판(S)의 이체가 수행된다. 또한 기판 지지구(240)는 이체한 기판(S)을 내측 반응관(222)의 내부에 반송한다. 그리고 내측 반응관(222)의 내부에서 기판(S)의 표면에 박막을 형성하는 등의 처리가 수행된다.
기판 지지구(240)는 기판 지지구(240)를 상하 방향으로 구동(驅動)하는 제1 구동부로서의 승강부(241)를 구비한다. 도 3에서는 기판 지지구(240)는 승강부(241)에 의해 상승되고, 내측 반응관(222) 내에 격납된 상태를 도시한다. 또한 기판 지지구(240)는 기판 지지구(240)를 회전하도록 구동하는 제2의 구동부로서의 회전 구동부(242)를 구비한다.
각 구동부는 지지대(244)를 지지하는 샤프트(243)와 접속된다. 지지대(244)에는 기판(S)을 지지 가능한 복수의 지지 기둥(246)이 설치된다. 지지 기둥(246)은 천판(249)을 지지한다. 도 3에서는 설명의 편의상, 1개의 지지 기둥(246)을 기재한다. 지지 기둥(246)에는 연직 방향에서 복수의 기판 지지 기구가 소정의 간격으로 설치되고, 복수의 기판(S)은 각각의 기판 지지 기구에 지지된다. 복수의 지지 기둥(246)의 하방은 단열 커버(245)로 피복된다. 단열 커버(245)는 기판 처리 영역 내의 열이 노구부(222b) 근방에 이동하는 것을 억제하는 것이며, 이에 의해 기판 처리 영역 내의 균열화를 실현한다.
기판 지지구(240)는 복수의 지지 기둥(246)에서 복수 매, 예컨대 5매의 기판(S)을 연직 방향으로 다단으로 지지한다. 천판(天板)(249) 및 복수의 지지 기둥(246)은 예컨대 석영이나 SiC 등의 재료로 형성된다. 또한 여기서는 기판 지지구(240)에 7매의 기판(S)을 지지한 예를 제시하지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대 기판(S)을 5매 내지 50매 정도 지지 가능하도록 기판 지지구(240)를 구성해도 좋다.
기판 지지구(240)는 승강부(241)에 의해 내측 반응관(222)과 이재실(270) 사이의 상하 방향으로 이동되고, 회전 구동부(242)에 의해 기판 지지구(240)로 지지된 기판(S)의 중심 주변의 회전 방향으로 구동된다.
샤프트(243)에는 노구부(222b)를 폐색하는 개체(247)가 고정부(247a)를 개재하여 고정된다. 개체(247)의 지름은 노구부(222b)의 지름보다 크게 되도록 구성된다. 개체(247)에는 개체(247)를 가열하는 히터(247b)가 설치된다. 내측 반응관(222)의 플랜지부(222a)에는 봉지 부재로서의 O링(248)이 설치된다. 히터(247b)는 내측 반응관(222)의 연직 방향의 온도를 균일하게 하기 위한 보조 구성이다. 히터(247b)를 온(ON)으로 하는 것에 의해 기판 지지구(240) 하방에 배치된 기판(S)의 온도가 상방에 배치된 온도와 동등하게 유지 가능해진다. 히터(247b)는 제2 히터, 덮개측 히터라고도 부른다.
개체(247)는 예컨대 기판(S)을 처리하는 동안, 노구부(222b)를 폐색한다. 개체(247)가 노구부(222b)를 폐색할 때는 도 3에 도시하는 바와 같이 개체(247)의 상면이 플랜지부(222a)에 압부(押付)되는 위치에 설정되도록 승강부(241)가 개체(247)를 상승시킨다. 이에 의해 내측 반응관(222)의 내부를 기밀하게 유지할 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 본 형태에서는 이재실(270) 내의 압력이 처리실(222c) 내의 압력보다 높게 설정되기 때문에 O링(248)은 압박되어 변형되고, 플랜지부(222a)에 압착된다.
또한 본 형태에서는 O링(248)을 내측 반응관(222)의 플랜지부(222a)에 설치하지만 이에 한정되지 않고, 외측 반응관(221)의 플랜지부(221a)에 설치해도 좋다. 그 경우, 개체(247)의 지름을 외측 반응관(221)의 플랜지부(221a)에 설치한 O링(248)보다 크게 되도록 구성한다. 또한 O링(248)을 개체(247)에 설치해도 좋다. 이 경우, O링(248)을 교환할 때는 개체(247)마다 교환할 수 있으므로 메인터넌스가 용이해진다는 장점이 있다.
<이재실>
이재실(270)을 설명한다. 이재실(270)은 반응관 격납실(210)의 하부에 설치된다. 이재실(270)에서는 반입반출구(148)를 개재하여 반송 로봇(180)에 의해 기판(S)을 기판 지지구(240)에 재치(탑재)하거나, 반송 로봇(180)에 의해 기판(S)을 기판 지지구(240)로부터 취출하는 것이 수행된다. 이재실(270)은 제2 용기라고도 부른다.
이재실(270)의 저벽(底壁)에는 샤프트(243)가 관통하는 공이 설치된다. 또한 이재실(270)에는 이재실(270) 내의 분위기를 배기하는 배기부(280)가 설치된다. 배기부(280)는 이재실(270)에 접속되는 것과 함께 그 내부와 연통되는 배기관(281)을 포함한다.
배기관(281)에는 개폐 밸브로서의 밸브(282), APC 밸브(283)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(미도시)가 접속되고, 이재실(270) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다. 배기부(280)는 이재실 배기부라고도 부른다. 배기부(280)에는 압력 검출부(284)가 설치된다. 압력 검출부(284)는 이재실(270) 내의 압력을 검출하는 기능을 갖춘다. 이와 같이 배기부(280)는 이재실(270) 내의 분위기를 제어 가능하기 때문에 배기부(280)를 제2 분위기 제어부라고도 부른다.
이재실(270)에는 도 4d에 도시하는 불활성 가스 공급부(271)를 접속해도 좋다. 도 4d에 도시하는 바와 같이 가스 공급관(271a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(271b), MFC(271c) 및 밸브(271d)가 설치된다. 불활성 가스원(271b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 예컨대 이재실(270) 내의 분위기를 퍼지하거나, 압력을 조정하는 경우에 이용된다. 불활성 가스 공급부(271)는 제3 가스 공급부라고도 부른다. 불활성 가스 공급부(271)는 배기부(280)와의 공동으로 이재실(270) 내의 분위기를 제어 가능하기 때문에 제2 분위기 제어부에 불활성 가스 공급부(271)를 포함시켜도 좋다.
<리액터(300)(매엽(枚葉)식 장치)>
다음으로 도 5를 이용하여 리액터(300)를 설명한다. 도 5에 도시하는 바와 같이 리액터(300)는 용기(302)를 구비한다. 용기(302) 내에는 기판(S)을 처리하는 처리 공간(305)을 구성하는 처리실(301)과, 기판(S)을 처리 공간(305)에 반송할 때 기판(S)이 통과하는 반송 공간을 포함하는 반송실(306)이 형성된다. 용기(302)는 상부 용기(302a)와 하부 용기(302b)로 구성된다. 상부 용기(302a)와 하부 용기(302b) 사이에는 칸막이 판(308)이 설치된다. 용기(302)는 제3 용기라고도 부른다.
하부 용기(302b)의 측면에는 게이트 밸브(149)에 인접한 반입반출구(148)가 설치되고, 기판(S)은 반입반출구(148)를 개재하여 진공 반송실(140) 사이를 이동한다. 하부 용기(302b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(307)이 복수 설치된다.
처리 공간(305)에는 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(310)가 배치된다. 기판 지지부(310)는 기판(S)을 재치하는 기판 재치면(311)과, 기판 재치면(311)을 표면에 가지는 기판 재치대(312)와, 기판 재치대(312) 내에 설치된 가열부로서의 히터(313)를 포함한다. 기판 재치대(312)에는 리프트 핀(307)이 관통하는 관통공(314)이 리프트 핀(307)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
히터(313)에는 전력을 공급하기 위한 배선(322)이 접속된다. 배선(322)은 히터 제어부(323)에 접속된다. 히터 제어부(323)는 컨트롤러(400)에 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(400)는 히터 제어부(323)를 제어해서 히터(313)를 가동시킨다.
기판 재치대(312)는 샤프트(317)에 의해 지지된다. 샤프트(317)는 용기(302)의 저부를 관통하고, 또한 용기(302)의 외부에서 승강부(318)에 접속된다.
승강부(318)를 작동시켜서 샤프트(317) 및 기판 재치대(312)를 승강시키는 것에 의해, 기판 재치대(312)는 기판 재치면(311) 상에 재치되는 기판(S)을 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다.
처리실(301)은 예컨대 후술하는 플라즈마 생성실(330)과 기판 재치대(312)로 구성된다. 또한 처리실(301)은 기판(S)을 처리하는 처리 공간(305)을 확보할 수 있으면 좋고, 다른 구조에 의해 구성되어도 좋다.
기판 재치대(312)는 기판(S) 반송 시에는 기판 재치면(311)이 반입반출구(148)에 대향하는 반송 포지션(P0)까지 하강하고, 기판(S) 처리 시에는 도 5에서 도시되는 바와 같이, 기판(S)이 처리 공간(305) 내의 처리 포지션이 될 때까지 상승한다.
처리 공간(305)의 상부(상류측)에는 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성실(330)이 설치된다. 플라즈마 생성실(330)의 덮개(331)에 설치된 가스 도입공(331a)과 연통되도록 덮개(331)에는 후술하는 제4 가스 공급부(340)가 접속된다. 플라즈마 생성실(330)의 주위에는 코일(332)이 배치된다. 코일(332)에는 전극(미도시)이 접속되고, 전극으로부터 전력을 공급하는 것에 의해 플라즈마 생성실(330)에 공급된 가스를 플라즈마 상태로 한다.
계속해서 배기부(391)를 설명한다. 처리 공간(305)에는 배기관(392)이 연통된다. 배기관(392)은 처리 공간(305)에 연통하도록 상부 용기(302a)에 접속된다. 배기관(392)에는 처리 공간(305) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(393)가 설치된다. APC(393)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 컨트롤러(400)로부터의 지시에 따라 배기관(392)의 컨덕턴스를 조정한다. 배기관(392)에서 APC(393)의 하류측에는 밸브(394)가 설치된다. 배기관(392)의 상류에는 드라이 펌프(미도시)가 설치된다. 드라이 펌프는 배기관(392)을 개재하여, 처리 공간(305)의 분위기를 배기한다.
다음으로 도 6을 이용하여, 처리실(301)에 가스를 공급하는 제4 가스 공급부(340)를 설명한다. 가스 공급관(341)에는 상류 방향부터 순서대로 제4 가스원(342), 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(343) 및 개폐 밸브인 밸브(344)가 설치된다. 또한 가스 공급관(341)에는 불활성 가스 공급관(345)이 접속된다. 불활성 가스 공급관(345)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스원(346), MFC(347) 및 개폐 밸브인 밸브(348)가 설치된다.
제4 가스원(342)은 제3 원소를 함유하는 제3 가스(「제3 원소 함유 가스」라고도 부른다)원이다. 제3 원소 함유 가스는 예컨대 기판(S) 상에 형성된 막에 대하여 반응하는 가스다. 제3 가스는 개질 가스로서 생각해도 좋다.
여기서 제3 원소로서는 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H) 중 어느 하나다. 여기서는 제3 원소 함유 가스는 예컨대 수소 함유 가스로서 설명한다. 구체적으로는 수소 함유 가스로서 수소 가스(H2)가 이용된다.
제3 가스를 처리실(301)에 공급할 때는 희석 가스 또는 캐리어 가스로서의 불활성 가스를 처리실(301)에 공급해도 좋다.
주로 가스 공급관(341), MFC(343), 밸브(344)에 의해 제4 가스 공급부가 구성된다. 불활성 가스 공급관(345), MFC(347), 밸브(348)에 의해 구성되는 불활성 가스 공급부를 제4 가스 공급부에 추가해도 좋다.
<컨트롤러>
다음으로 도 7을 이용하여 컨트롤러(400)를 설명한다. 기판 처리 장치(100)는 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(400)를 포함한다.
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(400)는 CPU(Central Processing Unit)(401), RAM(Random Access Memory)(402), 기억 장치로서의 기억부(403), I/O 포트(404)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(402), 기억부(403), I/O 포트(404)는 내부 버스(405)를 개재하여, CPU(401)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 기판 처리 장치(100) 내의 데이터의 송수신은 CPU(401)의 하나의 기능이기도 한 송수신 지시부(406)의 지시에 의해 수행된다.
CPU(401)는 기억부(403)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(423)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억부(403)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(401)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 예컨대 게이트 밸브(149)의 개폐 동작, 각 펌프의 ON/OFF 제어, MFC의 유량 조정 동작, 밸브의 개폐 동작 등을 제어 가능하도록 구성된다.
기억부(403)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억부(403) 내에는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등으로 구성되는 레시피(410)나, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램(411)이 판독 가능하도록 격납된다.
또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(400)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이 프로세스 레시피는 예컨대 리액터마다 존재하고, 각각의 리액터마다 판독된다.
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 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(402)은 CPU(401)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(404)는 게이트 밸브(149), 각 압력 조정기, 각 펌프, 히터 제어부등의 각 구성에 접속된다. 또한 상위 장치(420)에 네트워크를 개재하여 접속되는 네트워크 송수신부(421)가 설치된다.
또한 컨트롤러(400)는 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(422)를 이용하여 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 기술에 따른 컨트롤러(400)를 구성할 수 있다. 또한 외부 기억 장치(422)로서는 예컨대 하드 디스크 등의 자기 디스크, DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크 및 USB 메모리 등의 반도체 메모리를 들 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(422)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여, 외부 기억 장치(422)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(403)나 외부 기억 장치(422)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(403) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(422) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 도 8을 이용하여 기판 처리 공정을 설명한다. 기판 처리 장치의 일 공정으로서 전술한 구성의 기판 처리 장치(100)를 이용하여 기판(S)을 처리하는 공정에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(400)에 의해 제어된다.
[기판 이동 공정(S202)]
기판 이동 공정(S202)을 설명한다. 기판 처리 장치(100)는 공장 내의 로봇으로부터 복수의 기판(S)이 포함되는 FOUP를 수취한다. 대기 반송 로봇(122)은 기판(S)을 FOUP로부터 픽업하고, 로드록 실(130) 내에 반입한다. 로드록 실(130)에서는 분위기를 대기압으로부터 진공 반송실(140)의 압력과 동등한 압력으로 치환한다. 그 후, 게이트 밸브(134)를 열림으로 하여 반송 로봇(180)이 로드록 실(130) 내의 기판(S)을 픽업한다.
[기판 반입 공정(S204)]
반송 로봇(180)은 진공 반송실(140)로부터 어느 하나의 리액터(200)에 기판(S)을 이동한다. 이때 이재실(270) 내의 압력을 진공 반송실(140) 내의 압력보다 동등 이하로 하고, 이재실(270) 내의 분위기가 진공 반송실(140) 내에 유입되지 않도록 한다. 여기서는 예컨대 배기부(280)를 제어해서 이재실(270) 내의 압력을 조정한다.
다음으로 기판 지지구(240)를 이재실(270)에 하강시킨 상태에서 리액터(200)의 게이트 밸브(149)를 열림으로 한다. 이때 예컨대 기판 지지구(240) 중 최상단의 기판 지지 기구와 반입반출구(148)가 같은 높이가 되도록 기판 지지구(240)의 높이가 조정된다.
반송 로봇(180)은 암(181)을 연신시켜 최상단의 기판 지지 기구에 기판을 지지한다. 그 후, 암(181)을 퇴피시키고 리액터(200)의 게이트 밸브(149)를 닫는다.
기판(S)을 기판 지지 기구에 탑재한 후, 이미 기판이 지지된 기판 지지 기구의 하방의 기판 지지 기구와 반입반출구(148)가 같은 높이가 되도록 기판 지지구(240)의 높이를 조정한다. 한편, 반송 로봇(180)은 로드록 실(130)에 투입된 새로운 기판(S)을 픽업하고, 리액터(200)에 기판(S)을 반입할 수 있도록 대기한다. 그 후 상기와 마찬가지로 게이트 밸브(149)를 열고 반송 로봇(180)은 기판 지지구(240)에 기판(S)을 재치한다.
이러한 동작을 소정 횟수 반복하여 기판 지지구(240)에 소정 매수의 기판(S)을 재치한다. 기판(S)을 소정 매수 재치하면, 게이트 밸브(149)를 닫고, 또한 기판 지지구(240)를 상승시켜서, 도 3과 같이 내측 반응관(222) 내에 반입한다. 이때 개체(247)는 기판 지지구(240)와 함께 상승하고, O링(248)은 개체(247)에 압부된다. 이에 의해 내측 반응관(222) 내를 봉지한다. 또한 히터(211)는 가동 상태에 있으며, 후술하는 제1 온도로서의 기판 처리 온도로 유지된다.
계속해서 불활성 가스 공급부(226)와 배기부(230)의 협동에 의해 내측 반응관(222) 내를 소정의 압력으로 한다. 또한 이와 병행하여 이재실(270) 내를 내측 반응관(222) 내의 압력보다 높게 하도록 불활성 가스 공급부(271)와 배기부(280)를 제어한다. 이와 같이 하는 것에 의해 내측 반응관(222) 내의 분위기를 이재실(270)에 이동하는 것을 억제할 수 있다.
[제1 막 처리 공정(S206)]
계속해서 제1 막 처리 공정(S206)을 설명한다. 제1 막 처리 공정(S206)은 리액터(200) 내에서 기판(S)에 형성된 막을 처리하는 공정이다. 내측 반응관(222)으로 구성되는 처리실(222c)이 원하는 압력이 되면, 제1 가스 공급부(224), 제2 가스 공급부(225)를 제어하여 내측 반응관(222) 내에 제1 가스와 제2 가스를 공급하고 기판(S)을 처리한다. 이 공정에서의 처리란 예컨대 제1 가스와 제2 가스를 반응시켜서 기판(S) 상에 소정의 막을 형성하는 처리를 말한다. 본 실시 형태에서는 예컨대 제1 가스로서 HCDS를 공급하고, 제2 가스로서 NH3 가스를 공급하여 실리콘질화(SiN)막을 형성한다. 이때 이재실(270) 내의 압력이 내측 반응관(222) 내의 압력보다 높은 상태를 유지하도록 게이트 밸브(149)를 닫은 상태에서 불활성 가스 공급부(271)와 배기부(280)를 제어한다. 이와 같이 하는 것에 의해 처리 중에 개체(247)가 움직이는 것을 억제할 수 있다. 그렇기 때문에 내측 반응관(222) 내의 분위기가 이재실(270)로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
본 공정에서는 예컨대 다음과 같은 조건으로 처리한다.
제1 가스: HCDS
제1 가스의 가스 공급량 5sccm 내지 5,000sccm
제2 가스: NH3
제2 가스의 가스 공급량 10sccm 내지 10,000sccm
처리실의 압력: 133Pa 내지 13,332Pa
처리 온도: 300℃ 내지 500℃
소정 시간이 경과하면, 제1 가스 공급부(224), 제2 가스 공급부(225)를 정지한다. 또한 불활성 가스 공급부(226)로부터 불활성 가스를 공급하여 처리실(222c) 내의 분위기를 배기한다.
[기판 반출 공정(S208)]
기판 반출 공정(S208)을 설명한다. 소정 시간이 경과한 후, 승강부(241)는 기판 지지구(240)를 하강시킨다. 이때 개체(247)도 하강되어 개체(247)는 노구부(222b)로부터 이간된다. 하강 방법의 구체적인 내용에 대해서는 후술한다. 기판 지지구(240)가 하강되면, 기판(S)을 반입한 것과 반대의 방법으로 기판을 반출한다. 이때 기판 지지구(240)가 정지된 상태에서 게이트 밸브(149)를 여는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 기판 지지구(240)가 움직이는 것에 의한 이재실(270) 내의 분위기의 난류가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 각 방의 압력 관계는 '내측 반응관(222) 내의 압력 > 이재실(270) 내의 압력 < 진공 반송실(140) 내의 압력'으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해 내측 반응관(222) 내의 분위기가 진공 반송실(140)에 흐르는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 진공 반송실(140) 내의 오염을 억제할 수 있다. 그렇기 때문에 내측 반응관(222) 내에서 사용한 가스가 리액터(300) 내에 침입되는 것이 억제되고, 리액터(300)에서의 예기치 않는 반응, 예컨대 용기 내벽에서의 막의 생성 등을 억제할 수 있다.
[기판 이동 공정(S210)]
계속해서 기판 이동 공정(S210)을 설명한다. 리액터(200)로부터 반출된 기판(S)을 탑재한 반송 로봇(180)은 기판(S)을 리액터(300)에 반입할 수 있도록 기판(S)을 이동한다.
[기판 반입 공정(S212)]
기판 반입 공정(S212)을 설명한다. 여기서는 리액터(300) 중에 기판(S)이 반입된다. 이때 기판 재치대(312)를 기판(S)의 반송 위치까지 하강시켜 기판 재치대(312)의 관통공(314)에 리프트 핀(307)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(307)이 기판 재치대(312) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 이러한 동작과 병행하여 제4 가스 공급부로부터의 불활성 가스의 공급과, 반송실(306)의 분위기의 배기 등을 수행하여, 인접하는 진공 반송실(140)과 같은 압력 이하로 한다.
계속해서 게이트 밸브(149)를 열고 반송실(306)을 인접 진공 반송실(140)과 연통시킨다. 그리고 반송 로봇(180)이 기판(S)을 진공 반송실(140)로부터 반송실(306)에 반입하고, 리프트 핀(307) 상에 재치한다. 리프트 핀(307) 상에 기판(S)이 재치되면, 기판 재치대(312)를 상승시키고, 기판 재치면(311) 상에 기판(S)을 재치한다. 그 후, 도 5에 도시하는 바와 같이 기판 재치대(312)를 기판 처리 포지션까지 상승시킨다. 기판(S)을 기판 재치면(311)에 재치할 때는 히터(313)에 전력을 공급해서 기판(S)의 표면이 소정의 온도가 되도록 히터(313)를 제어한다.
[제2 막 처리 공정(S214)]
제2 막 처리 공정(S214)을 설명한다. 여기서는 예컨대 배기부(391)와 제4 가스 공급부(340)를 동작시킨다. 원하는 압력이 되면 제4 가스 공급부(340)를 제어하여 처리실(301)에 제3 가스를 공급하고, 기판(S) 상의 막을 처리한다. 막의 처리란 예컨대 제1 막 처리 공정(S206)에서 형성된 막을 제3 가스로 개질하는 처리를 말한다. 또한 본 공정에서는 레시피에 따라서 플라즈마 생성부(349)를 가동시켜도 좋다. 본 실시 형태에서는 제1 막 처리 공정(S206)에서 형성한 SiN막에 대하여 H2 가스를 공급하여 SiN막을 개질한다.
본 공정에서는 예컨대 다음과 같은 조건으로 처리한다.
제3 가스: H2
제3 가스의 가스 공급량: 10sccm 내지 500sccm
처리실의 압력: 133Pa 내지 6,666Pa
처리 온도: 100℃ 내지 600℃
소정 시간이 경과하면, 제4 가스 공급부(340)로부터의 제3 가스의 공급을 정지한다. 다음으로 제4 가스 공급부(340)로부터 불활성 가스를 공급하고 처리실(301) 내의 분위기를 배기한다.
[기판 반출 공정(S216)]
기판 반출 공정(S216)을 설명한다. 기판(S) 상에 원하는 처리가 이루어지면, 기판 반입 공정(S212)과 반대의 순서로 처리실(301)로부터 기판(S)을 반출한다. 이때 기판(S)은 반송 로봇(180)에 지지된 상태다.
[기판 이동 공정(S218)]
기판 이동 공정(S218)을 설명한다. 반송 로봇(180)은 기판(S)을 리액터(300)로부터 반출하고, 또한 로드록 실(130)에 이동시킨다. 이상과 같이 해서 기판(S)을 처리한다.
<기판 반출 공정(S208)에서의 하강 방법의 상세>
계속해서 기판 반출 공정(S208)에서의 기판 지지구(240)의 하강 방법의 상세에 대해서 설명한다. 전술한 바와 같이, 기판 반출 공정(S208) 전의 제1 막 처리 공정(S206)에서는 이재실(270) 내의 압력을 내측 반응관(222) 내의 압력보다 높게 하도록 제어된다. 이러한 제어에 의해 개체(247)가 노구부(222b)에 압부되기 때문에 내측 반응관(222) 내의 분위기의 누설을 억제할 수 있다. 따라서 내측 반응관(222) 내의 분위기를 안정적으로 제어할 수 있다.
그런데 이러한 상황 속에서 본 개시자는 다음과 같은 과제를 발견했다. 여기서는 개체(247)가 노구부(222b)에 압부되기 때문에 개체(247)가 노구부(222b) 사이에 배치된 O링(248)은 압박되어 변형한다. 노구부(222b)에 O링(248)이 고정되는 경우, O링(248)은 개체(247)에 변형된 상태로서 부착된다. 또한 O링(248)의 부착은 고온 상태가 될수록 강고해진다. O링(248)은 히터(211)나 히터(247b)의 영향을 받기 때문에 강고하게 부착되는 경우가 있다. 가령 O링(248)이 개체(247)에 부착된 상태에서 개체(247)를 하강시켰을 경우, 부착력이 강함으로 인해 O링(248)이 파손될 우려가 있으며, 그렇게 되면 파티클의 발생이 염려된다. 본 형태에서는 O링(248)의 파손을 억제하면서 개체(247)를 하강시키는 것을 목적 중 하나로 한다.
다음으로 도 9를 이용하여 보다 구체적인 내용을 설명한다.
[압력 조정 공정(S302)]
본 공정은 기판 지지구(240)를 하강하기 전, 즉 내측 반응관(222) 내와 이재실(270) 내를 연통시키기 전에 수행하는 공정이다. 제1 막 처리 공정(S206)에서 기판(S)을 내측 반응관(222) 내에서 처리하면, 내측 반응관(222) 내로의 처리 가스의 공급을 정지한다. 그 후, 내측 반응관(222)과 이재실(270)을 연통시키기 전에 내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높게 하도록 제어한다. 여기서는 불활성 가스 공급부(226), 배기부(230), 불활성 가스 공급부(271), 배기부(280)를 제어해서 조정한다. 이때 압력 검출부(234)나 압력 검출부(284)를 사용해서 압력을 조정해도 좋다.
내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높게 하도록 제어하는 것에 의해, 내측 반응관(222) 내의 분위기가 개체(247)를 부드럽게 압출하는 것이 가능해진다. 이때의 내측 반응관(222) 내와 이재실(270) 내의 압력 차이는 O링(248)이 파손되지 않는 정도로 한다. 구체적으로는 압력 차이는 0Pa보다 높고, 3.0kPa 미만의 범위로 한다. 따라서 개체(247)에 대하여 부착된 O링(248)의 파손을 억제하면서 O링(248)의 형상을 되돌릴 수 있다. 또한 이때 O링(248)은 개체(247)와 괴리하지 하지 않고, 내측 반응관(222)의 분위기를 봉지한 상태로 한다.
압력 차이를 조정할 때는 내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270)의 압력보다 서서히 높게 해도 좋다. 이와 같이 하면, 변형 상태의 O링(248)에 급격한 힘이 부여되지 않고, O링(248)의 파손을 확실하게 억제하면서 O링(248)의 형상을 복귀시킬 수 있다.
압력 차이를 조정하기 전 또는 조정할 때는 히터(211)를 오프로 하거나 또는 파워를 작게 하거나 하여 기판(S)을 처리할 때의 온도인 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 해서 O링(248)의 온도를 저하시켜도 좋다. 온도를 저하시키면 O링(248)의 부착 상태를 부드럽게 할 수 있기 때문에 O링(248)을 개체(247)로부터 보다 쉽게 박리할 수 있다. 여기서는 히터(211)를 예로서 기재했지만, 히터(247b)를 구비하는 경우에는 히터(247b)를 오프로 하거나 또는 파워를 작게 해도 좋다.
또한 제2 온도는 반송 로봇(180)의 내열성 온도 이하인 것이 바람직하다. 전술과 같이, 이재실(270) 내나 진공 반송실(140)은 진공 레벨의 압력으로 설정되기 때문에 기판(S)으로부터의 열의 누설 효율이 낮다. 즉 기판(S)의 온도가 떨어지기 어렵다. 히터(211)나 히터(247b)가 고온을 유지한 상태에서는 이재실(270) 내에서 기판(S)의 온도 저하를 기다릴 필요가 있으며, 그렇다면 반송 스루풋이 현저하게 저하된다. 본 형태와 같이 기판(S)이 적층된 경우, 기판(S) 간에서 열 영향에 의해 보다 기판 온도가 저하되기 어렵다. 그래서 반송 로봇(180)의 내열성 온도 이하로 하는 것에 의해 반송 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 제2 온도는 샤프트(243)에 구비한 온도 센서(250)에 악영향을 미치지 않을 정도의 온도로 하는 것이 바람직하다. 또한 온도 센서(250)는 승강부(241)에 설치되어도 좋다.
또한 제2 온도는 예컨대 실온(25℃ 정도) 이상 100℃ 이하로 한다. 이러한 범위로 하는 것에 의해 O링(248)을 개체(247)로부터 용이하게 박리시키는 것이 가능해진다. 또한 반송 로봇(180)의 내열성 온도 이하이므로 반송 효율을 높게 할 수 있다. 또한 온도 센서(250)에 악영향을 미치지 않을 정도의 온도이므로, 온도 센서(250)의 고장이나 그에 따른 처리 스루풋의 저하 등을 회피할 수 있다.
내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높게 한 상태에서 소정 시간 경과하면, 기판 지지구 하강 공정(S304)으로 이행한다. 여기서 말하는 소정 시간이란 예컨대 변형된 O링(248)의 형상이 복귀될 때까지의 시간이다. 또한 여기서는 내측 반응관(222) 내와 이재실(270) 내의 각각의 압력을 계측하고, 계측한 결과가 소정값이 되면 기판 지지구 하강 공정(S304)으로 이행해도 좋다.
[기판 지지구 하강 공정(S304)]
압력 조정 공정(S302)에서 내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높은 상태로 하고, 소정 시간 경과하면, 본 공정에서 압력의 제어를 유지한 상태에서 승강부(241)는 기판 지지구(240)를 하강시킨다. 전술과 같이 소정 시간이란 예컨대 변형된 O링(248)의 형상이 복귀할 때까지의 시간이다. 그렇기 때문에 기판 지지구(240)를 하강시키는 단계에서는 O링(248)의 파손을 억제하면서 O링(248)을 개체(247)로부터 용이하게 박리할 수 있다. 따라서 소정 시간 경과 후에 기판 지지구(240)를 하강시키는 것에 의해 O링(248)의 파손에 따른 파티클의 발생을 억제하면서 기판 지지구(240)를 하강시킬 수 있다.
여기서는 불활성 가스 공급부(226), 배기부(230), 배기부(280)의 제어는 상기 압력 관계로 한 제어를 유지해도 좋다. 각 제어를 유지한 경우, 내측 반응관(222) 내와 이재실(270) 내의 분위기가 완만하게 같은 압력이 되기 때문에서 급격하게 변화되지 않는다. 따라서 급격한 압력 변화에 따른 분위기의 난류를 방지하고, 그 결과 난류에 따른 파티클의 권상(卷上)에 따른 기판 지지구(240)의 기판(S)으로의 파티클 부착이나, 내측 반응관(222) 내로의 파티클 침입을 억제할 수 있다. 또한 이러한 관계로 하는 것에 의해 이재실(270) 내의 분위기가 배기관(281)에 흐르도록 제어할 수 있다. 따라서 이재실(270) 내의 분위기가 내측 반응관(222) 내에 역류하거나, 진공 반송실(140) 내에 유입되는 것을 억제할 수 있다.
또한 이재실(270) 내의 압력이 감소하도록 제어해도 좋다. 즉 내측 반응관(222) 내의 압력이 이재실(270) 내의 압력보다 높아지도록 제어해도 좋다. 이 경우, 예컨대 불활성 가스 공급부(226), 불활성 가스 공급부(271), 배기부(230)에서의 제어를 유지하고, 밸브(282)의 개도를 제어해서 배기부(280)에서의 배기량을 높게 한다. 불활성 가스 공급부(226), 불활성 가스 공급부(271), 배기부(230)의 제어를 유지하는 것에 의해 내측 반응관(222) 내 분위기의 급격한 변화를 억제할 수 있다.
또한 내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높게 하는 것에 의해 내측 반응관(222) 내부로부터 이재실(270) 내로의 가스 흐름이 생기기 때문에, 이재실(270) 중의 분위기가 내측 반응관(222) 내에 진입하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 내측 반응관(222) 내, 이재실(270) 내의 분위기를 깨끗하게 유지할 수 있다. 또한 배기부(230)의 제어를 유지하면서 배기부(280)의 제어를 변경하기 때문에, 내측 반응관(222) 내에 난류를 만들지 않고 분위기를 배기할 수 있다. 따라서 내측 반응관(222) 내에서 파티클의 확산을 억제할 수 있다. 또한 밸브(282)의 개도를 서서히 좁히는 것에 의해 이재실(270) 내의 난류를 만들지 않고 분위기를 배기할 수 있다. 급격한 압력 변화에 따른 분위기의 난류를 방지하고, 그 결과 난류에 따른 파티클의 권상에 따른 기판 지지구(240)의 기판(S)으로의 파티클 부착이나, 내측 반응관(222) 내로의 파티클 침입을 억제할 수 있다.
또한 상기에서는 내측 반응관(222) 내의 압력을 이재실(270) 내의 압력보다 높게 한 뒤, 소정 시간 경과 후 승강부(241)가 기판 지지구(240)를 하강시키는 것을 기재했지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 압력 검출부(234), 압력 검출부(284)에서의 검출 결과를 바탕으로 샤프트(243)의 하강을 시작해도 좋다. 예컨대 압력 검출부(234)와 압력 검출부(284)에서의 압력 차이가 소정의 압력 차이가 되면 샤프트(243)를 하강시킨다. 이 소정의 압력 차이란 O링(248)이 파손되지 않을 정도의 압력이며, 예컨대 0kPa보다 높고 3.0kPa 미만으로 한다.
(그 외의 실시 형태)
또한 기판 처리 장치(100)로서 리액터(200)와 리액터(300)는 총 4개 이용한 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 5개 이상, 예컨대 총 8개 또는 그 이상의 리액터(200, 300)를 이용하는 기판 처리 장치이어도 좋다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 성막 처리에서 제1 원소 함유 가스(제1 가스)로서 HCDS 가스를 이용하고, 제2 원소 함유 가스(제2 가스)로서 NH3 가스를 이용하여 기판(S) 상에 SiN막을 형성하는 경우를 예로 들었지만, 본 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리에 이용하는 처리 가스는 HCDS 가스나 NH3 가스 등에 한정되지 않고, 다른 종류의 가스를 이용하여 다른 종류의 박막을 형성해도 상관없다. 또한 3종류 이상의 처리 가스를 이용하는 경우이어도 좋다. 또한 제1 원소로서는 Si가 아니라 예컨대 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등 다양한 원소이어도 좋다. 또한 제2 원소로서는 질소(N)가 아니라 예컨대 산소(O) 등이어도 좋다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 개질 처리로서 H 함유 가스(제3 가스)를 이용하여 처리하는 것을 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H) 중 어느 하나 또는 그것들의 조합을 포함하는 가스를 사용해도 좋다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 성막 처리 후에 개질 처리를 수행하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 개질 처리를 수행한 후, 성막 처리를 수행해도 좋다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 처리로서 성막 처리와 개질 처리를 예로 들었지만, 본 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉 본 형태는 각 실시 형태에서 예로 든 성막 처리나 개질 처리 외에 각 실시 형태에서 예시한 박막 이외의 성막 처리, 개질 처리에도 적용할 수 있다. 또한 기판 처리의 구체적인 내용은 불문이며, 성막 처리, 개질 처리뿐만 아니라 어닐링 처리, 확산 처리, 산화 처리, 질화 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리를 수행하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한 본 형태는 다른 기판 처리 장치, 예컨대 어닐링 처리 장치, 에칭 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 노광 장치, 도포 장치, 건조 장치, 가열 장치, 플라즈마를 이용한 처리 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한 어떤 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 100: 기판 처리 장치
200: 리액터 300: 리액터
400: 컨트롤러

Claims (18)

  1. 기판을 반입출 가능한 반입출구를 구성하는 반입출부와, 상기 기판을 수납하는 처리실을 구비한 제1 용기;
    상기 제1 용기에 인접하고, 상기 반입출구를 개재하여 상기 제1 용기와 연통 가능한 제2 용기;
    상기 반입출구를 폐색(閉塞) 가능한 개체(蓋體);
    상기 반입출부와 개체 사이에 배치되는 봉지 부재; 및
    상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 개체가 상기 반입출구를 폐색한 상태에서 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 낮게 하고, 상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하도록 제어 가능한 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용기와 다른 처리가 가능한 제3 용기; 및
    상기 제2 용기와 상기 제3 용기 사이에 설치되고, 상기 기판을 반송 가능한 진공 반송실
    을 더 포함하고,
    상기 제2 용기는, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트와, 상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 샤프트의 이동을 정지한 후, 상기 제2 용기와 상기 진공 반송실 사이에 설치된 게이트 밸브를 개방하도록 제어 가능한 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내를 가열 가능한 히터를 더 포함하고,
    상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 히터는 상기 봉지 부재가 변형되는 제1 온도가 되도록 제어되고,
    상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 히터는 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도가 되도록 제어되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터는 연직 방향으로 연신(延伸)된 상기 처리실의 벽을 따라 상기 벽으로부터 격리되어 배치된 벽측 히터를 포함하고,
    상기 봉지 부재는 상기 벽의 하방(下方)에 배치되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히터는 상기 개체에 설치된 덮개측 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 용기는, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트와, 상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부를 구비하고,
    상기 샤프트 또는 승강부에는 센서가 설치되고, 상기 제2 온도는 상기 센서에 악영향을 미치지 않는 온도인 기판 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 온도는 실온 이상 100℃ 이하인 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트;
    상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부; 및
    상기 제2 용기에 설치된 배기관
    을 더 구비하고,
    상기 샤프트를 하강시키는 것과 병행하여 상기 제2 용기 내의 분위기가 상기 제1 용기에 흐르지 않도록 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트;
    상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부; 및
    상기 제2 용기에 설치된 배기관
    을 더 구비하고,
    상기 샤프트를 하강시키는 것과 병행하여 상기 제2 용기 내의 분위기가 상기 배기관에 흐르도록 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배기관에는 밸브가 설치되고,
    상기 샤프트를 하강시키는 것과 병행하여 상기 밸브를 가동하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트를 하강시키는 것과 병행하여 상기 밸브의 개도(開度)를 서서히 좁히도록 제어하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트; 및
    상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부
    를 더 구비하고,
    상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하고, 상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 압력 차이가 소정값이 되면, 상기 샤프트의 하강을 시작하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소정값은 상기 봉지 부재가 파손되지 않는 값으로 설정되는 기판 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 소정값은 0kPa보다 높고 3.0kPa 미만인 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트; 및
    상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부
    를 더 구비하고,
    상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하도록 제어하고, 소정 시간이 경과한 후, 상기 제어를 유지한 상태에서 상기 샤프트를 하강시키도록 제어하는 기판 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부를 지지하는 샤프트;
    상기 기판 지지부를 승강 가능한 승강부;
    상기 제1 용기의 분위기를 제어 가능한 제1 분위기 제어부; 및
    상기 제2 용기의 분위기를 제어 가능한 제2 분위기 제어부
    를 더 구비하고,
    상기 제1 분위기 제어부와 상기 제2 분위기 제어부는, 상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하도록 제어하고, 그 후 상기 샤프트를 하강시키는 동안, 상기 제1 분위기 제어부에서의 제어를 유지하고, 상기 제2 분위기 제어부에서의 제어를 변경하는 기판 처리 장치.
  17. 기판을 반입출 가능한 반입출구를 구성하는 반입출부 및 상기 기판을 수납하는 처리실을 구비한 제1 용기와, 상기 제1 용기에 인접하고 상기 반입출구를 개재하여 상기 제1 용기와 연통 가능한 제2 용기와, 상기 반입출구를 폐색 가능한 개체와, 상기 반입출부와 개체 사이에 배치되는 봉지 부재를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 개체가 상기 반입출구를 폐색한 상태에서 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 낮게 하고,
    상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 기판을 반입출 가능한 반입출구를 구성하는 반입출부 및 상기 기판을 수납하는 처리실을 구비한 제1 용기와, 상기 제1 용기에 인접하고 상기 반입출구를 개재하여 상기 제1 용기와 연통 가능한 제2 용기와, 상기 반입출구를 폐색 가능한 개체와, 상기 반입출부와 개체 사이에 배치되는 봉지 부재를 포함하는 기판 처리 장치에서 실행되는 프로그램으로서,
    상기 기판을 상기 처리실에서 처리하는 동안, 상기 개체가 상기 반입출구를 폐색한 상태에서 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 낮게 하는 순서; 및
    상기 기판을 처리한 후이며 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연통시키기 전에 상기 제1 용기 내의 압력을 상기 제2 용기 내의 압력보다 높게 하는 순서
    를 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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