KR101814478B1 - 지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

처리 가스를 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르도록 한 처리 용기 구조 내에서 처리해야 할 복수매의 웨이퍼(W)를 지지하는 지지체 구조에 있어서, 천판부(92)와, 저부(底部; 94)와, 천판부와 저부를 연결하고, 피처리체를 지지하는 복수의 지지부(100)가 그의 길이 방향을 따라서 소정의 피치로 형성됨과 함께 복수의 지지부 중의 최상단의 지지부와 천판부(92)와의 사이의 거리와, 복수의 지지부 중의 최하단의 지지부와 저부(94)와의 사이의 거리가 모두 지지부 간의 피치 이하의 길이로 설정되어 있는 복수의 지지 지주(96)를 구비한다. 이에 따라, 지지체 구조에 있어서의 상하의 양단부측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제한다.

Description

지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치{SUPPORT STRUCTURE, PROCESSING CONTAINER STRUCTURE AND PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체를 지지하는 지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리, 자연 산화막의 제거 처리 등의 각종의 처리가 행해진다. 이들 처리는, 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식(single wafer type)의 처리 장치나 복수매의 웨이퍼를 한번에 처리하는 배치식(batch type)의 처리 장치에서 행해진다. 예를 들면, 이들 처리를 특허문헌 1 등에 개시되에 있는 종형(vertical)의, 소위 배치식의 처리 장치에서 행하는 경우에는, 우선, 반도체 웨이퍼를 복수매, 예를 들면 25매 정도 수용할 수 있는 카세트로부터, 반도체 웨이퍼를 종형의 웨이퍼 보트에 이송 및 재치하여 이것에 다단으로 지지시킨다.
이 웨이퍼 보트는, 예를 들면 웨이퍼 사이즈에도 따르지만 30∼150매 정도의 웨이퍼를 올려놓을 수 있다. 상기 웨이퍼 보트는, 배기 가능한 처리 용기 내에 그의 하방으로부터 반입(로드)된 후, 처리 용기 내가 기밀하게 유지된다. 그리고, 처리 가스의 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 각종의 프로세스 조건을 제어하면서 소정의 열처리가 시행된다. 이 열처리로, 예를 들면 성막 처리를 예로 들면, 성막 처리의 방법으로서 CVD(Chemical Vapor Deposition)법(특허문헌 2)이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 알려져 있다.
그리고, 회로 소자의 특성의 향상을 목적으로 하여 반도체 집적 회로의 제조 공정에 있어서의 열 이력(heat history)도 저감화하는 것이 요구되고 있고, 이 때문에, 웨이퍼를 그다지 고온에 노출시키지 않아도 목적으로 하는 처리가 가능한 점에서, 원료 가스 등을 간헐적으로 공급하면서 원자 레벨로 1층∼수층씩, 혹은 분자 레벨로 1층∼수층씩 반복하여 성막하는 ALD법이 많이 이용되는 경향에 있다(특허문헌 3, 4 등).
일본공개특허공보 평6-275608호 일본공개특허공보 2004-006551호 일본공개특허공보 평6-45256호 일본공개특허공보 평11-87341호
본 발명은, 피처리체를 지지하는 지지체 구조에 있어서, 상하의 양단부측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제하여 형성되는 박막의 막두께의 면내(in-plane) 균일성 및 막질의 개선을 도모하는 것이 가능한 지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르는 처리 용기 구조 내에 배치되어, 복수매의 피처리체를 지지하는 지지체 구조에 있어서, 천판부와, 저부(底部)와, 천판부와 저부를 연결하는 복수의 지지 지주를 구비하고, 각 지지 지주에는, 피처리체를 지지하는 복수의 지지부가 길이 방향을 따라서 소정의 피치(pitch)로 형성되고, 복수의 지지부 중 최상단의 지지부와 천판부와의 사이의 거리와, 복수의 지지부 중 최하부의 지지부와 저부와의 사이의 거리가 지지부간의 피치 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 지지체 구조이다.
이러한 구조에 의해, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르고, 처리해야 할 복수매의 피처리체를 수납하는 처리 용기 구조에 있어서, 하단부가 개방되어, 복수매의 피처리체를 지지체 구조로 지지한 상태로 수납하는, 천정이 있는 석영제의 처리 용기와, 처리 용기의 일측에 길이 방향을 따라서 형성되어 가스 노즐을 수납하는 노즐 수납 에어리어와, 노즐 수납 에어리어에 대향시켜 처리 용기의 측벽에 길이 방향을 따라서 형성되어, 상단이 지지체 구조의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되고, 하단이 지지체 구조의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장된 슬릿 형상의 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 용기 구조이다.
이러한 구조에 의해, 지지체 구조에 지지된 피처리체간의 공간을 수평 방향으로 흐른 가스류(流)는 방향을 바꾸는 일 없이 그대로 슬릿 형상의 배기구로부터 배출되게 되기 때문에, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류의 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 복수매의 피처리체에 소정의 처리를 시행하기 위한 처리 장치에 있어서, 하단부가 개구되어 복수매의 피처리체를 수납하는 처리 용기 구조와, 처리 용기 구조의 하단부의 개구를 막는 덮개부와, 복수매의 피처리체를 지지함과 함께, 처리 용기 구조 내로 삽입 및 이탈 가능한 지지체 구조와, 처리 용기 구조 내로 가스를 도입하는 가스 노즐을 갖는 가스 도입 수단과, 처리 용기 구조 내의 분위기를 배기하는 배기 수단과, 피처리체를 가열하는 가열 수단을 구비하고, 처리 용기 구조는, 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르고, 하단부가 개방되어, 복수매의 피처리체를 지지체 구조로 지지한 상태로 수납하는 천정이 있는, 석영제의 처리 용기와, 처리 용기의 일측에 길이 방향을 따라서 형성되어 가스 노즐을 수납하는 노즐 수납 에어리어와, 노즐 수납 에어리어에 대향시켜 처리 용기의 측벽에 길이 방향을 따라서 형성되어, 상단이 지지체 구조의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되고, 하단이 지지체 구조의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장된 슬릿 형상의 배기구를 구비하고, 지지체 구조는, 천판부와, 저부와, 천판부와 저부를 연결하는 복수의 지지 지주를 구비하고, 각 지지 지주에는, 피처리체를 지지하는 복수의 지지부가 길이 방향을 따라서 소정의 피치로 형성되고, 복수의 지지부 중 최상단의 지지부와 천판부와의 사이의 거리와, 복수의 지지부 중 최하부의 지지부와 저부와의 사이의 거리가 지지부간의 피치 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 용기이다.
본 발명에 따른 지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치에 의하면, 다음과 같은 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 의하면, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 지지체 구조에 지지된 피처리체간의 공간을 수평 방향으로 흐른 가스류는 방향을 바꾸는 일 없이 그대로 슬릿 형상의 배기구로부터 배출되게 되기 때문에, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류의 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지지체 구조를 갖는 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면의 구성도이다.
도 2는 처리 장치의 처리 용기 구조의 부분을 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 처리 용기를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지지체 구조의 제1 실시예를 나타내는 정면도이다.
도 5는 지지체 구조에 설치되는 덮개 부재를 나타내는 사시도이다.
도 6은 보온대에 설치되는 공간 커버 부재를 나타내는 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명을 이용하여 행한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 지지체 구조의 제2 실시예를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 지지체 구조의 제3 실시예를 나타내는 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예의 처리 용기 구조를 나타내는 모식도이다.
도 12는 비교예의 배치식의 처리 장치의 일 예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 13은 웨이퍼 보트의 일 예를 나타내는 정면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명에 따른 지지체 구조, 처리 용기 구조 및 처리 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상술한다.
＜제1 실시예＞
도 1은 본 발명에 따른 지지체 구조를 갖는 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면의 구성도이고, 도 2는 처리 장치의 처리 용기 구조의 부분을 나타내는 횡단면도이고, 도 3은 처리 용기를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 지지체 구조의 제1 실시예를 나타내는 정면도이고, 도 5는 지지체 구조에 설치되는 덮개 부재를 나타내는 사시도이고, 도 6은 보온대에 설치되는 공간 커버 부재를 나타내는 사시도이다.
여기에서는 처리 장치로서 박막을 형성하는 성막 처리를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 처리 장치(32)는, 피처리체를 수용하는 처리 용기 구조(34)와, 이 처리 용기 구조(34)의 하단의 개구부측을 기밀하게 막는 덮개부(36)와, 피처리체인 복수매의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W)라고도 함)를 소정의 피치로 지지하여 상기 처리 용기 구조(34) 내로 삽입 및 이탈되는 지지체 구조(38)와, 처리 용기 구조(34) 내로 필요한 가스를 도입하는 가스 도입 수단(40)과, 처리 용기 구조(34) 내의 분위기를 배기하는 배기 수단(41)과, 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단(42)을 주로 갖고 있다.
구체적으로는, 상기 처리 용기 구조(34)는, 하단부가 개방된, 천정이 있는 원통체 형상의 처리 용기(44)와, 하단부가 개방되어 상기 처리 용기(44)의 외측을 덮는 천정이 있는 원통체 형상의 커버 용기(46)에 의해 주로 구성되어 있다. 상기 처리 용기(44)와 커버 용기(46)는 모두 내열성의 석영으로 이루어지며, 동축 형상으로 배치되어 이중관 구조로 이루어져 있다.
여기에서는 상기 처리 용기(44)의 천정부는 평탄하게 이루어져 있다. 상기 처리 용기(44)의 일측에는, 그의 길이 방향을 따라서 후술하는 가스 노즐을 수용하는 노즐 수용 에어리어(48)가 형성되어 있다. 여기에서는 도 2에도 나타내는 바와 같이, 처리 용기(44)의 측벽의 일부를 외측을 향하여 돌출시켜 볼록부(50)를 형성하고, 이 볼록부(50) 내를 상기 노즐 수용 에어리어(48)로서 형성하고 있다.
또한, 상기 노즐 수용 에어리어(48)에 대향시켜 상기 처리 용기(44)의 반대측의 측벽에는, 그의 길이 방향(상하 방향)을 따라서 일정한 폭(L1)(도 3 참조)의 슬릿 형상의 배기구(52)(도 3 참조)가 형성되어 있어, 처리 용기(44) 내의 분위기를 배기할 수 있게 되어 있다. 여기에서, 이 슬릿 형상의 배기구(52)의 길이는, 상기 지지체 구조(38)의 길이와 동일하거나, 이보다도 길게 상하 방향으로 각각 연장되도록 하여 형성되어 있고, 이 배기구(52)의 상단은, 지지체 구조(38)의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되어 위치되고, 배기구(52)의 하단은, 지지체 구조(38)의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장되어 위치되어 있다.
구체적으로는, 상기 지지체 구조(38)의 상단과 배기구(52)의 상단과의 사이의 높이 방향의 거리(L2)는 0∼5mm 정도의 범위 내이며, 상기 지지체 구조(38)의 하단과 배기구(52)의 하단과의 사이의 높이 방향의 거리(L3)는 0∼350mm 정도의 범위 내이다. 또한 상기 폭(L1)은, 1∼6mm 정도의 범위 내, 바람직하게는 2.5∼5.0mm 정도의 범위 내이다. 상기 처리 용기 구조(34)의 하단은, 예를 들면 스테인리스 스틸로 이루어지는 원통체 형상의 매니폴드(manifold; 54)에 의해 지지되어 있다.
이 매니폴드(54)의 상단부에는 플랜지부(flange portion; 56)가 형성되어 있고, 이 플랜지부(56) 상에 상기 커버 용기(46)의 하단부를 설치하여 지지하게 되어 있다. 그리고, 이 플랜지부(56)와 커버 용기(46)와의 하단부와의 사이에는 O링 등의 시일 부재(58)를 개재하여 커버 용기(46) 내를 기밀 상태로 하고 있다. 또한, 상기 매니폴드(54)의 상부의 내벽에는, 링 형상의 지지부(60)가 설치되어 있고, 이 지지부(60) 상에 상기 처리 용기(44)의 하단부를 설치하여 이것을 지지하게 되어 있다. 이 매니폴드(54)의 하단의 개구부에는, 상기 덮개부(36)가 O링 등의 시일 부재(62)를 개재하여 기밀하게 부착되어 있고, 상기 처리 용기 구조(34)의 하단의 개구부측, 즉 매니폴드(54)의 개구부를 기밀하게 막게 되어 있다. 이 덮개부(36)는, 예를 들면 스테인리스 스틸에 의해 형성된다.
이 덮개부(36)의 중앙부에는, 자성 유체 시일부(64)를 개재하여 회전축(66)이 관통되어 설치되어 있다. 이 회전축(66)의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강 수단(68)의 아암(68A)에 회전이 자유롭게 지지되어 있고, 도시하지 않은 모터에 의해 회전되게 되어 있다. 또한 회전축(66)의 상단에는 회전 플레이트(70)가 설치된다. 그리고, 이 회전 플레이트(70) 상에, 석영제의 보온대(72)를 개재하여 웨이퍼(W)를 보지(保持; holding)하는 상기 지지체 구조(38)가 올려놓여지게 되어 있다. 따라서, 상기 승강 수단(68)을 승강시킴으로써 덮개부(36)와 지지체 구조(38)는 일체적으로 상하 이동하고, 이 지지체 구조(38)를 처리 용기 구조(34) 내에 대하여 삽입 및 이탈할 수 있게 되어 있다.
상기 석영제의 보온대(72)는, 기대(75) 상에 기립시킨 4개의 지주(74)(도 1 및 도 4에서는 2개만 기재함)를 갖고 있고, 이 지주(74) 상에 상기 지지체 구조(38)를 설치하여 지지하게 되어 있다. 또한 상기 지주(74)의 길이 방향의 도중에는, 복수매의 보온 플레이트(73)가 적절한 간격으로 설치되어 있다.
한편, 상기 처리 용기(44) 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단(40)은, 상기 매니폴드(54)에 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 가스 도입 수단(40)은, 복수개, 도시예에서는 3개의 석영제의 가스 노즐(76, 78, 80)을 갖고 있다. 각 가스 노즐(76, 78, 80)은, 상기 처리 용기(44) 내에 그의 길이 방향을 따라서 설치됨과 함께, 그의 기단부(base end portion)가 L자 형상으로 굴곡되어 상기 매니폴드(54)를 관통하도록 하여 지지되어 있다.
상기 가스 노즐(76, 78, 80)은, 도 2에도 나타내는 바와 같이 상기 처리 용기(44)의 노즐 수용 에어리어(48) 내에 둘레 방향을 따라서 일렬이 되도록 설치되어 있다. 상기 각 가스 노즐(76, 78, 80)에는, 그의 길이 방향을 따라서 소정의 피치로 복수의 가스공(76A, 78A, 80A)이 형성되어 있고, 각 가스공(76A, 78A, 80A)으로부터 수평 방향을 향하여 각 가스를 방출할 수 있게 되어 있다. 여기에서는, 상기 소정의 피치는, 지지체 구조(38)에 지지되는 웨이퍼(W)의 피치와 동일하게 되도록 설정되고, 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스공(76A, 78A, 80A)이 상하 방향으로 서로 이웃하는 웨이퍼(W) 간의 중간에 위치하도록 설정되어 있어, 각 가스를 웨이퍼(W) 간의 공간부에 효율적으로 공급할 수 있게 되어 있다.
여기에서는 이용하는 가스로서는, 원료 가스와 산화 가스와 퍼지 가스가 이용되며, 각 가스를 유량 제어하면서 필요에 따라서 상기 각 가스 노즐(76, 78, 80)을 통하여 공급할 수 있게 되어 있다. 여기에서는 원료 가스로서 지르코니아 테트라메틸을 이용하고, 산화 가스로서 오존을 이용하고, 퍼지 가스로서 N2 가스를 이용하여, ALD법에 의해 ZrOx막을 형성할 수 있게 되어 있다. 또한, 이용하는 가스 종류는 성막해야 할 막 종류에 따라 여러 가지 변경하는 것은 물론이다.
또한, 상기 매니폴드(54)의 상부의 측벽으로서, 상기 지지부(60)의 상방에는 가스 출구(82)가 형성되어 있고, 상기 처리 용기(44)와 커버 용기(46)와의 사이의 공간부(84)를 통하여 배기구(52)로부터 배출되는 처리 용기(44) 내의 분위기를 계외로 배기할 수 있게 되어 있다. 그리고, 이 가스 출구(82)에는, 상기 배기 수단(41)이 설치된다. 이 배기 수단(41)은, 상기 가스 출구(82)에 접속된 배기 통로(86)를 갖고 있고, 이 배기 통로(86)에는 압력 조정 밸브(88) 및 진공 펌프(90)가 순차로 개재 설치되어, 진공흡인할 수 있게 되어 있다. 여기에서, 상기 배기구(52)의 폭(L1)은 1∼6mm의 범위 내의 크기로 설정되어 있어, 효율적으로 처리 용기(44) 내의 분위기를 배기할 수 있게 되어 있다. 그리고, 상기 커버 용기(46)의 외주를 덮도록 하여 원통체 형상으로 이루어진 상기 가열 수단(42)이 설치되어 있어, 웨이퍼(W)를 가열하게 되어 있다.
＜지지체 구조의 설명＞
다음으로, 웨이퍼 보트로 이루어지는 상기 지지체 구조(38)에 대해서 설명한다. 이 지지체 구조(38)의 전체는, 전술한 바와 같이 내열성의 석영에 의해 형성되어 있다. 이 지지체 구조(38)는, 도 4에도 나타내는 바와 같이, 상단부에 위치하는 천판부(92)와, 하단부에 위치하는 저부(94)와, 이들 천판부(92)와 저부(94)를 연결함과 함께, 상기 복수매의 웨이퍼(W)를 다단으로 지지하는 복수의 지지 지주(96)를 갖고 있다. 여기에서는 지지 지주(96)로서 3개의 지지 지주(96A, 96B, 96C)(도 2 참조)를 갖고 있고, 이들 3개의 지지 지주(96A∼96C)는, 웨이퍼(W)의 거의 반원호의 궤적상을 따라서 등간격으로 배치되어 있다.
이들 지지 지주(96A∼96C)를 설치하지 않은 다른 반원호의 측으로부터 웨이퍼의 이송 및 재치가 행해진다. 또한, 상기 천판부(92)와 저부(94)와의 사이에는, 상기 3개의 지지 지주(96A∼96C) 간의 거의 중앙부에 위치시키도록 하여 판 형상의 석영제의 보강 지주(98)(도 2 참조)가 연결되어 있어, 이 웨이퍼 보트 자체의 강도를 보강하고 있다.
그리고, 상기 3개의 각 지지 지주(96A∼96C)의 내주측에는, 그의 길이 방향을 따라서 소정의 피치(P1)로 웨이퍼(W)를 지지하는 지지부(100)가 형성되어 있다. 여기에서는, 이 지지부(100)는, 각 지지 지주(96A∼96C)에 대하여 깎도록 하여 형성한 홈으로 이루어지는 지지홈(101)에 의해 구성되어 있다. 이 지지홈(101)에 웨이퍼(W)의 주연부가 올려놓여지게 함으로써 웨이퍼(W)를 다단으로 지지할 수 있게 되어 있다. 이 웨이퍼(W)의 직경은 예를 들면 300mm이며, 전체로 50∼150매 정도의 웨이퍼(W)를 지지할 수 있게 되어 있다. 상기 피치(P1)는 6∼16mm 정도의 범위 내이며, 여기에서는 6.5mm 정도로 설정되어 있다.
여기에서, 상기 천판부(92)는, 최상단의 판 형상의 주천판(main top plate; 92A)과, 이 하방에 설치된 1매 또는 복수매의 판 형상의 부천판(secondary top plate; 92B)에 의해 형성되어 있다. 도 4에 있어서는 2매의 부천판(92B)이 기재되어 있다. 그리고, 상기 주천판(92A) 및 각 부천판(92B) 상호간은 서로 소정의 피치(P2)만큼 이간시켜 용접 등에 의해 고정적으로 설치되어 있다. 또한 상기 지지부(100) 중의 최상단의 지지부(100A)(지지홈(101A))와 상기 천판부(92), 구체적으로는 최하단의 부천판(92B)과의 사이도 피치(P2)만큼 이간되어 있다.
그리고, 상기 최상단의 지지부(100A)와 상기 천판부(92)와의 사이의 거리는, 상기 지지부(100) 간의 피치 이하의 길이로 설정되어 있다. 구체적으로는, “피치(P2)≤피치(P1)”의 관계로 되어 있고, 이 웨이퍼 보트로 이루어지는 지지체 구조(38)의 상단부측에 가스의 난류가 발생하는 것을 억제하게 되어 있다.
또한, 가스의 난류 발생을 보다 효율적으로 방지하려면, 바람직하게는 상기 피치(P1)＝피치(P2)가 되도록 설정하는 것이 좋다. 또한, 상기 피치(P2)의 하한은 피치(P1)의 1/2이며, 이보다도 피치(P2)가 작아지면, 이 부분의 배기 컨덕턴스(conductance)가 작아져, 웨이퍼(W)와 처리 용기(44)와의 사이의 극간(space)으로 가스가 흐르기 쉬워지기 때문에, 이보다도 막두께의 면내 균일성이 악화되므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 피치(P2)는 모두 동일할 필요는 없고, 동일한 웨이퍼 보트에 있어서 피치(P2)로서 상기 범위 내에서 상이한 여러 가지의 수치를 채용하도록 해도 좋다.
또한, 지지체 구조(38)의 저부(94)는, 중심에 구멍(104)이 형성된 링 형상의 석영제의 주저판(main bottom plate; 94A)과, 이 구멍(104)을 막도록 설치된 석영제의 덮개 부재(94B)에 의해 주로 구성되어 있다. 상기 주저판(94A)은 전술한 바와 같이 중심부에 구멍(104)이 형성된 링 형상으로 형성되어 있고, 이 구멍(104)의 내주측에 보온대(72)의 지주(74) 상단의 볼록부(74A)를 계합(係合)시켜, 이 지지체 구조(38)의 전체를 보지하게 되어 있다. 또한 상기 덮개 부재(94B)는 도 5에 나타내는 바와 같이 형성되어 있고, 이 덮개 부재(94B)를 설치함으로써, 주저판(94A)의 구멍(104) 내를 통과하여 가스가 아래 방향으로 빠지는 것을 방지하고 있다.
그리고, 상기 복수의 지지부(100) 중의 최하단의 지지부(100B)와 상기 덮개 부재(94B)의 상단과의 사이는, 피치(P3)에 상당하는 거리만큼 이간시켜 설치되어 있다. 그리고, 상기 최하단의 지지부(100B)와 상기 저부(94)와의 사이의 거리는, 상기 지지부(100) 간의 피치 이하의 길이로 설정되어 있다. 구체적으로는, “피치(P3)≤피치(P1)”의 관계로 되어 있어, 이 웨이퍼 보트로 이루어지는 지지체 구조(38)의 하단부측에 가스의 난류가 발생하는 것을 억제하게 되어 있다. 이 피치(P3)의 하한은, 피치(P1)의 1/2이며, 이보다도 피치(P3)가 작아지면, 이 부분의 배기 컨덕턴스가 작아져, 웨이퍼(W)와 처리 용기(44)와의 사이의 극간으로 가스가 흐르기 쉬워지기 때문에, 이보다도 막두께의 면내 균일성이 악화되므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 피치(P3)는 모두 동일할 필요는 없고, 동일한 웨이퍼 보트에 있어서, 피치(P3)로서 상기 범위 내에서 상이한 여러 가지의 수치를 채용하도록 해도 좋다.
또한, 상기 보온대(72)의 최상단의 보온 플레이트(73) 상에는, 도 6에도 나타내는 바와 같은 석영제의 커버 부재(110)가 설치되어 있어, 주저판(94A)의 바로 아래의 공간을 막도록 되어 있다. 이 커버 부재(110)에는, 상기 지주(74)를 삽입통과시키기 위한 4개의 지주공(112)(도 6 중은 2개만 기재함)이 형성되어 있다. 또한, 이 커버 부재(110)의 상단의 주변부에는, 수평 방향으로 연재된 링 형상의 플랜지부(114)가 형성되어 있고, 이 플랜지부(114)의 외주단과 처리 용기(44)의 내주와의 사이를 될 수 있는 한 좁게 하여, 상기 지지체 구조(38)의 저부(94)보다도 하방의 공간으로 흐르는 가스를 될 수 있는 한 억제하여 가스의 난류가 발생하는 것을 방지하도록 하고 있다.
또한, 여기에서는 상기 지지체 구조(38)의 외주와 처리 용기(44)의 내주(노즐 수용 에어리어(48)를 제외함)와의 사이의 공간부의 거리(L4)(도 2 참조)는 매우 좁게 설정되어 있어, 이 공간부를 흐르는 가스 유량을 억제하도록 하고 있다. 이 거리(L4)의 길이는, 예를 들면 5∼20mm의 범위 내이며, 여기에서는 예를 들면 18mm 정도로 설정되어 있다.
도 1로 되돌아가, 이와 같이 형성된 처리 장치(32)의 전체의 동작은, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 수단(210)에 의해 제어되게 되어 있고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 기억 매체(212)에 기억되어 있다. 이 기억 매체(212)는, 예를 들면 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등으로 이루어진다.
또한, 상기 처리 장치에서는, 처리 용기(44)의 배기구(52)의 상하단을 길게 설정한 구성과, 웨이퍼 보트인 지지체 구조(38)의 상하단측이 큰 공간부를 없애도록 한 구성의 양자를 모두 채용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 상기 양(兩) 구성 중의 어느 한쪽의 구성만을 도 12 및 도 13에서 설명한 종래의 처리 장치에 채용하도록 하여 구성해도 좋다.
＜동작 설명＞
다음으로, 이상과 같이 구성된 처리 장치(32)를 이용하여 행해지는 성막 방법에 대해서 설명한다. 여기에서는 원료 가스, 예를 들면 지르코니아 테트라메틸과 산화 가스, 예를 들면 오존을 각각 일정한 공급 기간으로, 펄스 형상으로 공급하는 1사이클을 복수회 반복 실행하여 박막, 예를 들면 ZrOx막을 ALD법으로 형성하도록 한 것이다. 또한 퍼지 가스로서 예를 들면 N2 가스가 이용된다.
우선, 상온의 다수매, 예를 들면 50∼150매의 300mm사이즈의 웨이퍼(W)가 올려놓여진 상태의 웨이퍼 보트로 이루어지는 지지체 구조(38)를 미리 소정의 온도로 된 처리 용기 구조(34)의 처리 용기(44) 내에 그의 하방으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(36)로 매니폴드(54)의 하단 개구부를 닫음으로써 용기 내를 밀폐한다.
그리고 처리 용기(44) 내를 연속적으로 진공흡인하여 소정의 프로세스 압력으로 유지함과 함께, 가열 수단(42)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 프로세스 온도를 유지한다. 상기 원료 가스를 가스 도입 수단(40)의 가스 노즐(76)로부터 공급하고, 오존 가스를 가스 노즐(78)로부터 공급하고, 또한, 퍼지 가스를 가스 노즐(80)로부터 공급한다. 구체적으로는, 원료 가스는 가스 노즐(76)의 각 가스공(76A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, 또한, 오존 가스는 가스 노즐(78)의 각 가스공(78A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, 또한 퍼지 가스는 퍼지 가스 노즐(80)의 각 가스공(80A)으로부터 수평 방향으로 분사된다. 이에 따라, 원료 가스와 오존 가스가 반응하여 회전하고 있는 지지체 구조(38)에 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 표면에 ZrOx 박막을 형성한다.
이 경우, 전술한 바와 같이 원료 가스와 산화 가스는 교대로 펄스 형상으로 반복하여 공급되고, 또한 상기 양 가스의 공급 기간의 사이에 퍼지 기간이 형성되어 잔류 가스가 그때마다 배출되고 있다. 상기 퍼지 기간일 때에, 퍼지 가스가 흘려져 잔류 가스의 배출이 촉진되게 된다. 각 가스 노즐(76, 78, 80)의 각 가스공(76A, 78A, 80A)으로부터 분사된 각 가스는 다단으로 지지된 각 웨이퍼(W) 간을 수평 방향으로 흘러 반대측에 위치하는 슬릿 형상의 배기구(52)를 향하고, 이 배기구(52)를 통하여 처리 용기(44)와 커버 용기(46)와의 사이의 공간부(84)에 흘러들어가고, 이로부터 가스 출구(82)를 통하여 처리 용기 구조(34)의 외측으로 배출되어 가게 된다.
이때, 상기 슬릿 형상의 배기구(52)의 단면적은, 상기 진공 펌프(90)가 설치된 배기 통로(86)의 단면적의 1∼2배의 범위 내로 설정되어 있기 때문에, 처리 용기(44) 내에 가스를 체류시키는 일 없이 원활히 배기시킬 수 있다. 그리고, 각 가스공(76A, 78A, 80A)은, 웨이퍼(W) 간의 공간부에 대응시켜, 그의 수평 방향의 동일 레벨상에 배치되어 있기 때문에, 각 가스는 웨이퍼(W) 간의 공간부에 난류를 발생시키는 일 없이, 거의 층류 상태로 되어 흘러 가게 된다.
이때, 종래의 웨이퍼 보트에 있어서는, 앞서 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 웨이퍼 보트의 상하단부측에 웨이퍼끼리의 피치(P1) 간보다도 넓고 큰 공간부(30A, 30B)(도 13 참조)가 있었기 때문에, 이 공간부(30A, 30B)의 가스 유속이 빨라져 난류를 발생시키는 원인이 되고 있었지만, 본 발명에 있어서는, 이 큰 공간부(30A, 30B)를 없앴기 때문에, 가스의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
구체적으로는, 지지체 구조(38)의 상단부측에서는, 주천판(92A)과 부천판(92B)으로 이루어지는 천판부(92)를 설치하고 있고, 또한, 상하로 서로 이웃하는 주천판(92A)과 부천판(92B)과의 사이나 부천판(92B)끼리간의 피치(P2)를 웨이퍼(W) 간의 피치(P1) 이하가 되도록 설정하고 있기 때문에, 이 주천판(92A)과 부천판(92B) 간이나 부천판(92B)과의 사이에 흐르는 가스 유속이 웨이퍼(W) 간을 흐르는 가스 유속과 거의 동등해져, 이 부분에 가스류의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 피치(P1)＝피치(P2)가 되는 것이 바람직하지만, 일반적으로는, 최상단의 지지부(100A)의 지지홈(101A) 측에는 더미(dummy) 웨이퍼를 올려놓기 때문에, 상기 피치(P2)는 피치(P1)보다도 작아도 좋다. 이와 같이, 지지체 구조(38)의 상단부측에 가스류의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이 부분에 있어서의 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 박막의 막두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이 막질도 향상시킬 수 있다.
또한, 지지체 구조(38)의 하단부측에서는, 저부(94)의 일부를 구성하는 링 형상의 주저판(94A)의 중앙의 구멍(104)을 덮개 부재(94B)에 의해 닫고 있고, 또한 이 덮개 부재(94B)의 상단과 최하단의 지지부(100B)의 지지홈(101B)과의 사이의 거리인 피치(P3)를 웨이퍼(W) 간의 피치(P1) 이하가 되도록 설정하고 있기 때문에, 이 저부(94)의 하방의 공간으로 흘러드는 가스가 큰 폭으로 감소하여 덮개 부재(94B)와 최하단의 웨이퍼(W)와의 사이에 흐르는 가스 유속이 웨이퍼(W) 간을 흐르는 가스 유속과 거의 동등해져, 이 부분에 가스류의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 피치(P1)＝피치(P3)가 되는 것이 바람직하지만, 일반적으로는, 최하단의 지지부(100B)의 지지홈(101B)측에는 더미 웨이퍼를 올려놓기 때문에, 상기 피치(P3)는 피치(P1)보다도 작아도 좋다. 이와 같이, 지지체 구조(38)의 하단부측에 가스류의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이 부분에 있어서의 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 박막의 막두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이 막질도 향상시킬 수 있다.
또한, 특히 이 지지체 구조(38)의 하단부측에 있어서는, 보온대(72)의 최상단의 보온 플레이트(73) 상에, 이 부분의 공간을 점유하도록 하여 커버 부재(110)를 설치하고, 또한 이 커버 부재(110)의 상단의 주변부에 링 형상의 플랜지부(114)를 설치하여, 이 플랜지부(114)보다도 하방으로 흐르는 가스류를 억제하도록 했기 때문에, 이 영역에 있어서 가스류의 난류가 발생하는 것을 한층 억제할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 하여 지지체 구조(38)의 사이에서 웨이퍼(W) 간이나 천판부(92)나 저부(94)를 수평 방향으로, 층류 상태로 흐른 각 가스는, 처리 용기(44)의 상하 방향으로 웨이퍼 보트의 상하단보다도 길게 뻗어 있는 슬릿 형상의 배기구(52)로부터 가스류의 방향을 바꾸는 일 없이 그대로 원활히 배출되게 된다. 따라서, 이 배기구(52)의 부분에 가스류의 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 지지체 구조(38)의 상하단측에 가스류의 난류가 발생하는 것을 한층 억제할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시예에 있어서는, 도 13에 있어서 설명한 웨이퍼 보트에 대하여, 부천판(92B)이나 덮개 부재(94B)나 커버 부재(110)를 설치하는 것만으로 끝나기 때문에, 장치 구조의 대폭적인 설계 변경을 행하는 일 없이 본 발명의 구조를 채용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 지지체 구조에 지지된 피처리체 간의 공간을 수평 방향으로 흐른 가스류는 방향을 바꾸는 일 없이 그대로 슬릿 형상의 배기구로부터 배출되게 되기 때문에, 처리 용기 구조의 상단측과 하단측에 있어서의 가스의 난류 발생을 억제할 수 있고, 이 결과, 막두께의 면내 균일성의 저하를 방지함과 함께, 막질의 저하를 방지할 수 있다.
＜실험 결과의 설명＞
다음으로, 전술과 같이 구성한 본 발명을 이용하여 성막 실험을 행했기 때문에, 그 실험의 평가 결과에 대해서 설명한다. 도 7a 내지 도 7c는 본 발명을 이용하여 행한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
우선, 앞서 설명한 지지체 구조(웨이퍼 보트)(38)를 이용한 처리 장치에 대해서 실험을 행했다. 즉, 이 처리 장치에서는, 도 4에 있어서 설명한 바와 같은 부천판(92B)이나 덮개 부재(94B)나 커버 부재(110) 등을 설치하여, 웨이퍼 보트의 상하 단부가 큰 공간부를 없앤 지지체 구조(38)를 이용하고, 처리 용기(44)에 대해서는 슬릿 형상의 배기구를 상하로 연장시키지 않은 도 12에서 설명한 바와 같은 배기구(16)가 형성된 처리 용기를 이용했다. 이때의 막두께의 면내 균일성의 결과를 도 7a에 나타낸다. 도 7a에 있어서, 횡축은 웨이퍼 위치를 나타내고, 톱(top)측은 지지체 구조의 상부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고, 보텀(bottom)측은 하부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고 있다. 좌측의 종축은 막두께의 평균치를 나타내고, 우측의 종축은 막두께의 면내 균일성을 나타내고 있다. 또한 비교 실험으로서 도 12 및 도 13에 나타내는 종래의 처리 장치에 대해서도 동일한 실험을 행했기 때문에, 그들의 결과에 대해서도 병기한다.
도 7a에 나타내는 바와 같이, 막두께의 평균치에 대해서는 본 발명의 처리 장치와 종래의 처리 장치는 모두 거의 동일한 값을 나타내고 있다. 이에 대하여, 막두께의 면내 균일성은, 웨이퍼 위치 5∼110 정도에서는 종래의 처리 장치와 본 발명의 처리 장치에서 거의 동일했지만, 웨이퍼 위치 1∼4 정도까지의 톱측과 웨이퍼 위치 111∼118 정도까지의 보텀측에서는 본 발명의 처리 장치 쪽이 향상되어 있고, 특히 보텀측의 개선의 정도가 커, 본 발명의 처리 장치가 양호한 결과를 나타내고 있는 것이 판명되었다.
다음으로, 앞서 설명한 상하 방향의 길이를 연장한 배기구(52)를 이용한 처리 장치에 대해서 실험을 행했다. 즉, 이 처리 장치에서는, 도 3에 있어서 설명한 바와 같이 슬릿 형상의 배기구(52)의 상하 방향의 길이를 길게 설정한 배기구를 이용하고, 웨이퍼 보트에 대해서는 도 12에서 설명한 바와 같은 상하 단부에 큰 공간부를 갖는 웨이퍼 보트를 이용했다. 이때의 막두께의 면내 균일성의 결과를 도 7b에 나타낸다. 도 7b에 있어서, 횡축은 웨이퍼 위치를 나타내고, 톱측은 지지체 구조의 상부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고, 보텀측은 하부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고 있다. 좌측의 종축은 막두께의 평균치를 나타내고, 우측의 종축은 막두께의 면내 균일성을 나타내고 있다. 또한 비교 실험으로서 도 12 및 도 13에 나타내는 종래의 처리 장치에 대해서도 동일한 실험을 행했기 때문에, 그의 결과에 대해서도 병기한다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 막두께의 평균치에 대해서는 본 발명의 처리 장치와 종래의 처리 장치는 모두 거의 동일한 값을 나타내고 있다. 이에 대하여, 막두께의 면내 균일성은, 웨이퍼 위치 20∼90 정도에서는 종래의 처리 장치와 본 발명의 처리 장치에서 거의 동일했지만, 웨이퍼 위치 5∼19 정도까지의 톱측과 웨이퍼 위치 91∼110 정도까지의 보텀측에서는 본 발명의 처리 장치 쪽이 모두 상당한 비율로 향상되어 있고, 특히 보텀측의 개선의 정도가 커, 본 발명의 처리 장치가 양호한 결과를 나타내고 있는 것이 판명되었다.
다음으로, 앞서 설명한 지지체 구조(웨이퍼 보트)(38)와 상하 방향의 길이를 연장한 배기구(52)의 쌍방의 구조를 이용한 처리 장치에 대해서 실험을 행했다. 즉, 이 처리 장치에서는, 도 4에 있어서 설명한 바와 같은 부천판(92B)이나 덮개 부재(94B)나 커버 부재(110) 등을 설치하여 웨이퍼 보트의 상하 단부의 큰 공간부를 없앤 지지체 구조(38)와 도 3에 나타낸 바와 같이 상하 방향의 길이를 길게 한 슬릿 형상의 배기구(52)의 쌍방을 이용했다. 이때의 막두께의 면내 균일성의 결과를 도 7c에 나타낸다. 도 7c에 있어서, 톱은 지지체 구조의 상부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고, 센터는 중앙부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고, 보텀은 하부에 올려놓은 웨이퍼를 나타내고 있다. 또한 비교 실험으로서 도 12 및 도 13에 나타내는 종래의 처리 장치에 대해서도 동일한 실험을 행했기 때문에, 그의 결과에 대해서도 병기한다.
도 7c에 나타내는 바와 같이, 막두께의 면내 균일성은, 종래의 처리 장치에 대하여 본 발명의 처리 장치에서는 전체적으로 개선이 보이지만, 특히 센터에서부터 톱에 걸쳐서는 개선의 정도가 점차 커지고 있고, 톱에서는 큰 폭으로 향상되고 있어, 본 발명의 처리 장치가 양호한 결과를 나타내고 있는 것이 판명되었다.
＜슬릿 형상의 배기구의 개구 면적과 배기 통로의 단면적과의 관계 및 배기구의 폭의 평가＞
다음으로 슬릿 형상의 배기구(52)의 개구 면적과 진공 펌프(90)가 개재·설치되어 있는 배기 통로(86)의 단면적과의 관계 및 슬릿 형상의 배기구의 폭에 대한 가스 유속에 대해서 실험을 행했기 때문에, 그의 평가 결과에 대해서 설명한다. 여기에서는, 시뮬레이션에 의해 배기구(52)의 개구 면적과 배기 통로(86)의 단면적과의 비[(배기구의 개구 면적)/(배기 통로의 단면적)]를 여러 가지 변경하여, 그때의 막두께의 면내 균일성을 구했다. 또한, 슬릿 형상의 배기구의 폭은 2.5, 5.0, 10.0mm로 변화시켰다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 평가 결과를 나타내는 그래프로, 도 8a는 배기구의 개구 면적과 배기 통로의 단면적의 비와, 막두께의 면내 균일성과의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 8b는 배기구의 폭에 대한 배기구의 길이 방향에 있어서의 가스 유속을 나타내는 그래프이다. 도 8a에 나타내는 바와 같이, 배기구의 폭이 넓어져 상기 면적비가 커질수록, 처리 용기(44) 내의 압력은 저하되어 거의 1Torr에 접근해 있고, 이 경우에는 그래프 중에 나타내고 있지 않지만 막두께의 면내 균일성이 개선되는 방향에 있다. 도 8a 중에는 참고를 위해 처리 용기(44)를 설치하지 않고, 커버 용기(46)만을 설치했을 때의 내부 압력을 나타내고 있다. 처리 압력은 1.5Torr 정도라도 좋기 때문에, 상기 면적비는 0.5 이상인 것이 바람직하지만, 처리 압력의 저하가 포화되어 오는 1 이상인 것이 더욱 바람직한 것을 알았다.
또한 슬릿 형상의 배기구(52)의 폭(L1)은, 전술한 바와 같이 1∼6mm의 범위 내가 바람직하고, 예를 들면 도 8b에 나타내는 바와 같이, 배기구의 폭이 10.0mm의 경우에는, 배기구의 하부에 있어서의 가스 유속이 과도하게 커져, 막두께의 면내 균일성이 열화되어 버린다. 이에 대하여, 배기구의 폭이 5.0mm 및 2.5mm의 경우에는 배기구의 하부의 가스 유속이 상당히 억제되어 있고, 게다가 배기구의 길이 방향에 있어서의 각 부의 가스 유속은 거의 균일화되어 막두께의 면내 균일성이 개선되게 된다. 따라서, 배기구의 폭이 2.5∼5.0mm의 경우에는 보다 바람직한 것을 알았다.
＜제2 실시예＞
다음으로 본 발명에 따른 지지체 구조의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 지지체 구조의 제2 실시예를 나타내는 정면도이다. 또한, 도 4에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여, 그의 설명을 생략한다.
이 제2 실시예에서는, 지지체 구조(38)의 천판부(92)측은 도 4에 있어서 설명한 구조와 동일한 구조를 이용하고 있고, 저부(94)측은, 상기 천판부(92)의 구조와 동일한 구조, 즉 천판부(92)의 구조를 상하 거꾸로 한 바와 같은 구조를 채용하고 있다. 구체적으로는, 저부(94)의 주저판으로서는, 중앙에 구멍(104)(도 4 참조)을 형성하지 않은 판 형상의 주저판(94C)을 이용하고 있고, 그의 이면측에 지주(74)의 돌부(raised portion; 74A)가 계합되는 오목부(120)를 형성하고 있다. 따라서, 상기 구멍(104)이 없어졌기 때문에, 덮개 부재(94B)(도 4 참조)가 설치되어 있지 않고, 이 대신에, 앞서 부천판(92B)과 동일한 구조의 1매, 혹은 복수매의 부저판(94D)을 소정의 피치(P3)로 설치하고 있다. 이 피치(P3)에 대해서는, 앞의 천판(92B)에 있어서 설명한 피치(P2)의 내용과 동일해지도록 설정되어 있다. 이 제2 실시예의 경우에도, 앞서 설명한 제1 실시예의 경우와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
＜제3 실시예＞
다음으로 본 발명에 따른 지지체 구조의 제3 실시예에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 지지체 구조의 제3 실시예를 나타내는 정면도이다. 또한, 도 4 및 도 9에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여, 그의 설명을 생략한다.
앞의 제2 실시예에서는, 지지체 구조(38)의 천판부(92)측은 부천판(92B)을 이용하고, 저부(94)측은 부저판(94D)을 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 부천판(92B)이나 부저판(94D)을 설치한 부분에 지지부(100)로서 지지홈(101A, 101B)을 각각 형성하고, 여기에 웨이퍼(W)를 올려놓을 수 있는 구조로 해도 좋다. 이 경우에는, 천판부(92)로서는 주천판(92A)만으로 구성되고, 또한 저부(94)로서는 주저판(94C)만으로 구성되게 된다. 그리고, 상기 주천판(92A)과 최상단의 웨이퍼(W)와의 사이가 피치(P2)가 되고, 상기 주저판(94C)과 최하단의 웨이퍼(W)와의 사이가 피치(P3)가 되도록 설정된다. 이 제3 실시예의 경우에도, 앞서 설명한 제1 및 제2 실시예의 경우와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
＜제4 실시예＞
앞의 각 실시예에 있어서는, 처리 용기 구조로서 내측의 처리 용기(44)와, 이 외측을 둘러싸는 커버 용기(46)와의 이중관 구조를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 일본공개특허공보 2008-227460호에 나타내는 바와 같이, 처리 용기 구조를 단관 구조로 하여, 이 단관 구조에 본 발명을 적용하도록 해도 좋다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예의 처리 용기 구조를 나타내는 모식도이다. 도 11에 있어서는 처리 용기 구조만을 기재하고, 다른 부분의 기재는 생략한다. 여기에서는 처리 용기 구조로서 단관 구조로 되어 있는 처리 용기(44)의 일측에 상하 방향으로 연장되는 개구(122)와 이것을 덮는 구획벽(124)을 설치하여 노즐 수용 에어리어(48)를 형성하고 있다. 또한, 상기 노즐 수용 에어리어(48)에 대향하는 반대측의 용기 측벽에 슬릿 형상의 배기구(52)를 형성하고, 추가로 이 배기구(52)를 덮도록 하여 배기 커버 부재(126)를 설치하고 있다. 그리고, 이 배기 커버 부재(126)의 상방에 형성한 가스 출구(82)로부터 가스를 계외로 배출하도록 하고 있다.
여기에서, 단관 구조의 처리 용기 구조의 경우에는, 매니폴드(54)를 이용하지 않고 전체를 석영제의 처리 용기로 구성한 형상의 것도 이용할 수 있다. 이와 같이 구성한 처리 용기 구조에, 앞서 설명한 본 발명을 적용해도, 전술한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 이상 설명한 각 실시예에서는, ZrOx막의 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 성막해야 할 막 종류에 관계없이 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상기 각 실시예에서는, ALD법을 이용하여 성막하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 원료 가스와 이것에 반응하는 가스 등을 동시에 흘려 CVD법에 의해 성막하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 플라즈마를 이용하지 않는 성막 처리에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용한 성막 처리를 행하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 예를 들면 노즐 수용 에어리어(48)를 구획하는 볼록부(50)의 구획벽의 외측에, 그의 길이 방향을 따라서 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 인가하는 전극판을 설치하여 플라즈마를 발생시키도록 한다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한 이들 기판으로 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
다음으로 비교예로서의 처리 장치에 대해서 설명한다.
여기에서 비교예의 배치식의 처리 장치의 일 예에 대해서 설명한다. 도 12는 비교예의 배치식의 처리 장치의 일 예를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 13은 웨이퍼 보트의 일 예를 나타내는 정면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 이 배치식의 처리 장치는, 천정이 있는 석영제의 처리 용기(2)와, 이 주위를 동심 형상으로 덮는 천정이 있는 석영제의 커버 용기(4)로 이루어지는 처리 용기 구조(6)를 갖고 있다. 이 처리 용기 구조(6)의 하단의 개구부는, 덮개부(8)에 의해 기밀하게 개폐 가능하게 이루어져 있다. 상기 처리 용기(2) 내에는, 석영제의 웨이퍼 보트(10)에 다단으로 지지된 웨이퍼(W)가, 처리 용기 구조(6)의 하방으로부터 삽입 및 이탈 가능하게 수용되어 있다. 또한 상기 처리 용기(2) 내에는, 그의 하방으로부터 가스 노즐(12, 14)이 삽입되어 있고, 각 가스 노즐(12, 14)에, 그의 길이 방향을 따라서 설치한 다수의 가스공(12A, 14A)으로부터 필요한 가스를 유량 제어하면서 수평 방향을 향하여 공급할 수 있게 되어 있다.
상기 가스 노즐(12, 14)에 대향하는 처리 용기(2)의 측벽에는, 상하 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 배기구(16)가 형성되어 있고, 이 배기구(16)로부터 배출한 가스를 커버 용기(4)의 하부 측벽에 형성한 가스 출구(18)로부터 계외로 배기할 수 있게 되어 있다. 또한 처리 용기 구조(6)의 외주측에는, 통체 형상의 가열 히터(19)가 설치되어 있어, 웨이퍼 보트(10)에 지지된 웨이퍼(W)를 가열하게 되어 있다. 상기 웨이퍼 보트(10)는, 복수개, 예를 들면 4개(도시예에서는 2개만 기재함)의 석영제의 지주(20A)로 이루어지는 보온대(20) 상에 올려놓여져 있다.
여기에서 도 13에 나타내는 바와 같이, 상기 웨이퍼 보트(10)는, 천판부(22)와, 저부(24)와, 이 천판부(22)와 저부(24)를 연결하는 복수개, 예를 들면 3개(도 13에서는 2개만 기재함)의 지지 지주(26)를 갖고 있다. 상기 3개의 지지 지주(26)는, 웨이퍼(W)의 거의 반원호의 궤적 상을 따라서 등간격으로 배치된다.
그리고, 이 지지 지주(26)에는, 지지홈(27)이 소정의 피치(P1)로 형성되어 있고, 이 지지홈(27)에 웨이퍼(W)의 주연부가 올려놓여지게 함으로써 웨이퍼(W)를 다단으로 지지할 수 있게 되어 있다. 또한 상기 천판부(22)와 저부(24)와의 사이는, 상기 지지 지주(26)에 더하여 석영제의 보강 지주(28)가 연결되어 있다. 그리고, 상기 저부(24)는, 중심부에 구멍(29)이 형성된 링 형상으로 형성되어 있고, 이 구멍(29)의 내주측에 보온대(20)의 지주(20A)의 상단의 볼록부(21)를 계합시켜, 웨이퍼 보트(10)의 전체를 보지하게 되어 있다.
이러한 처리 장치에 있어서, 상기 각 가스 노즐(12, 14)의 가스공(12A, 14A)으로부터 원료 가스와, 예를 들면 산화 가스를 교대로 반복하여 수평 방향으로 분사시킴으로써, 각 웨이퍼(W)의 표면에 박막을 ALD법에 의해 퇴적시키게 되어 있다. 그리고, 처리 용기(2) 내의 가스는 슬릿 형상의 배기구(16)로부터 배출되어, 최종적으로 커버 용기(4)의 하부 측벽에 형성한 가스 출구(18)로부터 계외로 배출되어 간다.
그런데, 상기 가스 노즐(12, 14)의 각 가스공(12A, 14A)은, 상하로 서로 이웃하는 웨이퍼(W) 간에 대응시켜 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼의 피치(P1)가 예를 들면 6.5mm 정도로 좁은 웨이퍼 간의 공간에 대해서도 효율적으로 각 가스를 수평 방향으로부터 공급할 수 있게 되어 있다.
그러나, 도 13에 나타내는 바와 같이, 최상단의 웨이퍼(W)와 천판부(22)와의 사이의 공간부(30A)나, 최하단의 웨이퍼(W)와 저부(24)와의 사이의 공간부(30B)의 상하 방향의 폭은, 상기 피치(P1)보다도 상당히 넓게 설정되어 있기 때문에, 이 공간부(30A, 30B)를 흐르는 가스의 유속(V1)과, 피치(P1)의 웨이퍼(W) 간의 공간부를 흐르는 가스의 유속(V2)과의 사이에 차이가 발생하고, 이 결과, 상기 공간부(30A, 30B)에 흐르는 가스류의 난류를 일으키는 원인이 되고 있었다.
특히, 저부(24)는 링 형상으로 형성되어 있는 점에서, 중앙의 구멍(29)을 통과하여 하방으로 흐르는 가스류(32)도 발생하고, 이 결과, 하부의 공간부(30B)에 보다 많은 난류가 발생하는 원인이 되고 있었다. 이와 같이 가스류의 난류가 발생하면, 웨이퍼 열(列)의 상단측이나 하단측에 위치하는 웨이퍼(W)에 있어서의 막두께의 면내 균일성의 저하를 일으키거나, 혹은 막질의 저하를 일으킨다는 문제가 있었다.
또한 종래의 처리 장치에서는, 처리 용기(2)의 측벽에 설치한 배기구(16)의 길이는, 웨이퍼 보트(10)의 길이보다도 짧게 설정되어 있다. 이 결과, 웨이퍼 보트(10)의 상단측 및 하단측을 수평 방향으로 흐른 가스는 배기를 위해 그 가스류의 흐름 방향을 하방으로, 혹은 상방으로 바꿀 수 있게 되기 때문에, 이때, 상기한 바와 같은 가스류의 난류가 발생하는 원인으로도 되어 있었다.
이에 대하여 본 발명에 의하면, 전술한 바와 같이 웨이퍼의 막두께의 면내 균일성 및 막질의 개선을 도모할 수 있다.

Claims (9)

  1. 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르는 처리 용기 구조 내에 배치되어, 복수매의 피(被)처리체를 지지하는 지지체 구조에 있어서,
    천판부와,
    중심에 구멍이 형성된 링 형상의 주저판(main bottom plate)과, 상기 구멍을 막도록 설치된 덮개 부재를 포함하는 저부(底部)와,
    상기 천판부와 상기 저부를 연결하는 복수의 지지 지주를 구비하고,
    각 지지 지주에는, 상기 피처리체를 지지하는 복수의 지지부가 길이 방향을 따라서 소정의 피치(pitch)로 형성되고,
    상기 복수의 지지부 중 최상단의 지지부와 상기 천판부와의 사이의 거리와, 상기 복수의 지지부 중 최하부의 지지부와 상기 저부와의 사이의 거리가, 지지부 간의 피치 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 지지체 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천판부는,
    최상단의 판 형상의 주천판(main top plate)과,
    상기 주천판의 하방에 설치된, 적어도 1매 이상의 판 형상의 부천판(secondary top plate)을 포함하고,
    상기 주천판과 상기 부천판과의 사이의 거리와 상기 부천판끼리 간의 거리 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두는, 상기 지지부 간의 피치 이하의 길이로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 지지체 구조.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 천판부와 상기 저부는, 보강 지주에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지지체 구조.
  6. 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르고, 처리해야 할 복수매의 피처리체를 수납하는 처리 용기 구조에 있어서,
    하단부가 개방되어, 상기 복수매의 피처리체를 제1항, 제2항, 및 제5항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 지지체 구조로 지지한 상태로 수납하는 천정이 있는 석영제의 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 일측에 길이 방향을 따라서 형성되어 가스 노즐을 수납하는 노즐 수용 에어리어와,
    상기 노즐 수용 에어리어에 대향시켜 상기 처리 용기의 측벽에 길이 방향을 따라서 형성되어, 상단이 상기 지지체 구조의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되고, 하단이 상기 지지체 구조의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장된 슬릿 형상의 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 처리 용기 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 노즐은, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라서 설치됨과 함께, 상기 길이 방향을 따라서, 소정의 피치로 복수의 가스공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 용기 구조.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 슬릿 형상의 배기구의 개구 면적은, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배출하기 위한 진공 펌프가 접속된 배기 통로의 단면적의 0.5배 이상이고, 또한 상기 슬릿 형상의 배기구의 폭은 6mm 이하인 것을 특징으로 하는 처리 용기 구조.
  9. 복수매의 피처리체에 소정의 처리를 시행하기 위한 처리 장치에 있어서,
    하단부가 개구되어 상기 복수매의 피처리체를 수납하는 처리 용기 구조와,
    상기 처리 용기 구조의 하단부의 개구를 막는 덮개부와,
    상기 복수매의 피처리체를 지지함과 함께, 상기 처리 용기 구조 내로 삽입 및 이탈 가능한 제1항, 제2항, 및 제5항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 지지체 구조와,
    상기 처리 용기 구조 내로 가스를 도입하는 가스 노즐을 갖는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 구조 내의 분위기를 배기하는 배기 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 구비하고,
    상기 처리 용기 구조는, 처리 가스가 일측으로부터 타측을 향하여 수평 방향으로 흐르고,
    하단부가 개방되어, 상기 복수매의 피처리체를 상기 지지체 구조로 지지한 상태로 수납하는 천정이 있는 석영제의 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 일측에 길이 방향을 따라서 형성되어 상기 가스 노즐을 수납하는 노즐 수용 에어리어와,
    상기 노즐 수용 에어리어에 대향시켜 상기 처리 용기의 측벽에 길이 방향을 따라서 형성되어, 상단이 상기 지지체 구조의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되고, 하단이 상기 지지체 구조의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장된 슬릿 형상의 배기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
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