KR102074668B1 - 기판 처리 장치, 석영 반응관, 클리닝 방법 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

개선된 배기성을 가지는 이중 관 반응관을 이용한 기판 처리 장치가 개시된다.
반응관은 외관과 내관 사이의 배기 공간에 연통하는 배기 출구; 내관에 설치되고 처리 가스를 배출하는 제1 배기구(4E); 배기 공간과 매니폴드의 내측의 공간을 연통하는 복수의 제2 배기구(4H.4J); 및 단열 어셈블리와 대면하는 개소의 내관에 개구된 복수의 제3 배기구(4G);를 포함한다. 제2 배기구는 제1 배기구로부터 먼 배기 공간에 체류하는 가스의 배기를 촉진한다.

Description

기판 처리 장치, 석영 반응관, 클리닝 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, QUARTZ REACTION TUBE, CLEANING METHOD AND PROGRAM}
본 발명은 기판 처리 장치, 석영 반응관, 클리닝 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정에서의 기판(웨이퍼)의 열처리에서는 예컨대 종형(縱型) 기판 처리 장치가 사용되고 있다. 종형 기판 처리 장치에서는 기판 보지구에 의해 복수의 기판을 수직 방향으로 배열하여 보지(保持)하고, 기판 보지구를 처리실 내에 반입한다. 그 후, 처리실 외에 설치된 히터에 의해 기판을 가열한 상태에서 처리실 내에 처리 가스를 도입하고, 기판에 대하여 박막 형성 처리 등이 수행된다. 또한 처리실 내에 부착된 막이 박리되기 전에 그것을 제거하는 드라이 크리닝 등이 수행된다. 종래, 이중 관을 사용한 종형 기판 처리 장치에서 클리닝을 수행하는 기술이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 및 2 참조). 또한 배기를 개선하기 위해서 반응관 등의 일부에 개구(開口)를 설치하는 기술이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 3 및 5 참조).
1. 일본 특개 2016-119343호 공보 2. 일본 특개 2014-209572호 공보 3. 일본 특개 2001-196364호 공보 4. 일본 특개 평 07-193012호 공보 5. 미국 특개 제2013/0175650호 명세서
처리실의 클리닝에서는 처리실 등에 대한 손상을 억제하면서 대상이 되는 막을 효과적으로 제거할 수 있도록 막의 종류에 따른 다양한 가스나 온도 조건이 적용된다. 예컨대 막을 제거하기 쉽도록 개질(산화)하는 제1 가스에 폭로한 후, 개질된 막을 제거하는 제2 가스에 폭로하는 과정을 반복하는 방법이 있다. 또한 제거 반응에 따른 부생성물 등이 처리실을 부식하는 경우, 그것들을 신속하게 배출하기 위해서 불활성 가스에 의한 퍼지가 이용되는 경우가 있다.
하지만 석영 반응관을 이중 구조로 한 경우, 외관과 내관의 틈새에 가스가 체류하기 쉽다. 그러한 장소에서는 클리닝 가스의 공급이 적고 배기도 늦다. 그 결과, 클리닝이 불완전해지거나, 클리닝에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있었다. 또한 이중 관 구조는 기판으로의 성막 시에 원료 가스가 기판 상을 흐르기 쉽게 하고, 또한 기판 상을 흐르는 가스의 유속을 빠르게 하는 것에 기여하는 한편, 내관 내의 기판 처리 위치보다 하측의 단열 공간을 퍼지하는 불활성 가스가 기판 처리 공간에 유입되기 쉬워진다. 그 결과, 기판이 배치되는 상하 위치에 따라 막 두께가 달라지는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 클리닝 시간을 단축하는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에서 기판 처리 장치는 일단(一端)이 각각 폐색(閉塞)된 외관과 내관을 포함하는 반응관; 상기 반응관의 개구단(開口端)측에 접속되는 원통 형상의 매니폴드; 상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속되는 단과는 반대의 단을 폐색하는 덮개; 상기 덮개를 관통하여 회전을 전달하는 회전 기구; 및 매니폴드의 내측의 공간을 퍼지하는 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급관;을 구비한다. 상기 반응관은 외관과 내관 사이의 배기 공간에 연통하는 배기 출구; 내관에 설치되고 처리 가스를 배출하는 제1 배기구; 및 상기 배기 공간과 상기 매니폴드의 내측의 공간을 연통시키는 복수의 제2 배기구;를 포함하고, 상기 제2 배기구 중 적어도 1개는 상기 제1 배기구로부터 먼 배기 공간에 체류하는 가스의 배기를 촉진한다.
본 발명에 따르면, 이중 관 틈새에서의 가스의 체류가 개선되고, 클리닝 시간을 단축하는 것과 함께 기판 간의 막 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 모식도.
도 2는 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 단열 어셈블리의 종단면도(縱斷面圖).
도 3은 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면을 포함하는 사시도.
도 4는 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 단면도.
도 5는 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 반응관의 저면도(底面圖).
도 6은 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 축 퍼지 가스의 흐름을 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 컨트롤러의 구성도.
도 8은 본 실시 형태의 클리닝 처리에서의 압력과 온도를 도시하는 도면.
도 9는 모델화된 반응관 내의 배기 경로를 도시하는 도면.
도 10은 본 변형예에 따른 기판 처리 장치의 반응관의 저면도.
이하, 본 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태의 기판 처리 장치(1)는 반도체 집적 회로의 제조에서의 열처리 공정을 실시하는 종형 열처리 장치로서 구성되고, 처리로(2)를 구비한다. 처리로(2)는 처리로(2)를 균일하게 가열하기 위해서 복수의 히터 유닛으로 이루어지는 히터(3)를 포함한다. 히터(3)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 기판 처리 장치(1)의 설치 바닥에 대하여 수직으로 설치된다. 히터(3)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(3)의 내측에 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(4)이 배설(配設)된다. 반응관(4)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(4)은 하단의 플랜지부(4C)에서 서로 결합된 외관(4A)과 내관(4B)을 포함하는 이중 관 구조를 가진다. 외관(4A)과 내관(4B)의 상단은 닫히고, 내관(4B)의 하단은 개구된다. 플랜지부(4C)는 외관(4A)보다 큰 바깥지름을 가지고, 외측에 돌출된다. 반응관(4)의 하단 부근에는 외관(4A) 내와 연통하는 배기 출구(4D)가 설치된다. 이들을 포함하는 반응관(4) 전체는 단일 재료로 일체적으로 형성된다. 외관(4A)은 내측을 진공으로 했을 때의 압력 차이를 견딜 수 있도록 비교적 두껍게 구성된다.
매니폴드(5)는 원통 또는 원추대 형상으로 금속제 또는 석영제이며, 반응관(4)의 하단을 지지하도록 설치된다. 매니폴드(5)의 안지름은 반응관(4)의 안지름[플랜지부(4C)의 안지름]보다 크게 형성된다. 이에 의해 반응관(4)의 하단[플랜지부(4C)]과 후술하는 덮개(19) 사이에 후술하는 원환 형상[圓環狀]의 공간이 형성된다. 이 공간 또는 그 주변의 부재를 노구부(爐口部)라고 총칭한다.
내관(4B)은 배기 출구(4D)보다 반응관의 안쪽에서, 그 측면에서 내측과 외측을 연통하는 주 배기구(4E)를 포함하고, 또한 주 배기구(4E)와 반대 위치에서 공급 슬릿(4F)을 포함한다. 주 배기구(4E)는 웨이퍼(7)가 배치되는 영역에 대하여 개구되는 단일의 세로로 긴 개구다. 공급 슬릿(4F)은 원주 방향으로 연장된 슬릿이며, 각 웨이퍼(7)에 대응하도록 수직 방향에 배열되어 설치된다.
내관(4B)에는 배기 출구(4D)보다 반응관(4)의 안쪽 그리고 주 배기구(4E)보다 개구측의 위치에 처리실(6)과 배기 공간(S)을 연통하는 복수의 부 배기구(4G)가 더 설치된다. 또한 플랜지부(4C)에도 처리실(6)과 배기 공간(S) 하단을 연통하는 복수의 바닥 배기구(4H, 4J) 및 노즐 도입공(4K)이 형성된다. 바꿔 말하면, 배기 공간(S)의 하단은 플랜지부(4C)에 의해 바닥 배기구(4H, 4J) 등을 제외하고 폐색된다. 부 배기구(4G, 4H)는 주로 후술하는 축 퍼지 가스를 배기하도록 기능한다.
외관(4A)과 내관(4B) 사이의 공간[이후, 배기 공간(S)이라고 부른다.]에는 공급 슬릿(4F)의 위치에 대응시켜서 원료 가스 등의 처리 가스를 공급하는 1개 이상의 노즐(8)이 설치된다. 노즐(8)에는 처리 가스(원료 가스)를 공급하는 가스 공급관(9)이 매니폴드(5)를 관통하여 각각 접속된다.
각각의 가스 공급관(9)의 유로 상에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기인 매스 플로우 컨트롤러(10)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(11)가 설치된다. 밸브(11)보다 하류측에서는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(12)이 가스 공급관(9)에 접속된다. 가스 공급관(12)에는 상류 방향으로부터 순서대로 MFC(13) 및 밸브(14)가 설치된다. 주로 가스 공급관(9), MFC(10), 밸브(11)에 의해 처리 가스 공급계인 처리 가스 공급부가 구성된다. 그것들에 또한 MFC(13) 및 밸브(14)를 포함시켜서 가스 공급계라고 부른다.
노즐(8)은 노즐실(42) 내에 반응관(4)의 하부로부터 곧바로 상승[立上]하도록 설치된다. 노즐(8)의 측면이나 상단에는 가스를 공급하는 1개 내지 복수의 노즐공(8H)이 설치된다. 복수의 노즐공(8H)은 공급 슬릿(4F) 각각의 개구에 대응시켜서 반응관(4)의 중심을 향하도록 개구하는 것에 의해 내관(4B)을 관통하여 웨이퍼(7)를 향하여 가스를 분사할 수 있다.
배기 출구(4D)에는 처리실(6) 내의 분위기를 배기하는 배기관(15)이 접속된다. 배기관(15)에는 처리실(6) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력계)로서의 압력 센서(16) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Automatic Pressure Controller)밸브(17)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(18)가 접속된다. APC 밸브(17)는 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(6) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있다. 또한 진공 펌프(18)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(16)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(6) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(15), APC 밸브(17), 압력 센서(16)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(18)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(5)의 하방(下方)에는 매니폴드(5)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 덮개(19)가 설치된다. 덮개(19)는 예컨대 스텐레스나 니켈기(基) 합금 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성된다. 덮개(19)의 상면에는 매니폴드(5)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링(19A)이 설치된다.
또한 덮개(19) 상면에는 매니폴드(5)의 하단 내주보다 내측의 부분에 대하여 덮개(19)를 보호하는 커버 플레이트(20)가 설치된다. 커버 플레이트(20)는 예컨대 석영, 사파이어, 또는 SiC 등의 내열 내식성 재료로 이루어지고, 원반 형상으로 형성된다. 커버 플레이트(20)는 기계적 강도가 요구되지 않기 때문에 얇은 두께로 형성될 수 있다. 커버 플레이트(20)는 덮개부(19)와 독립해서 준비되는 부품에 한정되지 않고, 덮개부(19)의 내면에 코팅된 또는 내면이 개질된 질화물 등의 박막 또는 층이어도 좋다. 커버 플레이트(20)는 원주의 가장자리로부터 매니폴드(5)의 내면을 따라 상승하는 벽을 더 포함해도 좋다.
기판 보지구로서의 보트(21)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(7)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 수직 방향에 정렬시켜서 다단으로 지지한다. 거기서 웨이퍼(7)는 일정한 간격을 두고 배열된다. 보트(21)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 반응관(4)은 보트(21)를 안전히 반입반출 가능한 최소한의 안지름을 가지는 것이 바람직한 경우가 있다.
보트(21)의 하부에는 후술하는 단열 어셈블리(22)가 배설된다. 단열 어셈블리(22)는 상하 방향의 열의 전도 또는 전달이 작아지는 듯한 구조를 가지고, 통상적으로 내부에 공동(空洞)을 포함한다. 내부는 축 퍼지 가스에 의해 퍼지될 수 있다. 반응관(4)에서 보트(21)가 배치되는 상 부분을 기판 처리 영역 A, 단열 어셈블리(22)가 배치되는 아랫부분을 단열 영역 B라고 부른다.
덮개(19)의 처리실(6)과 반대측에는 보트(21)를 회전시키는 회전 기구(23)가 설치된다. 회전 기구(23)에는 축 퍼지 가스의 가스 공급관(24)이 접속된다. 가스 공급관(9c)에는 상류 방향부터 순서대로 MFC(25) 및 밸브(26)가 설치된다. 이 퍼지 가스의 목적 중 하나는 회전 기구(23)의 내부(예컨대 축받이)를 처리실(6) 내에서 이용되는 부식성 가스 등으로부터 보호하는 것이다. 퍼지 가스는 회전 기구(23)로부터 축을 따라 배출되고, 단열 어셈블리(22) 내에 인도된다.
보트 엘리베이터(27)는 반응관(4)의 외부 하방에 수직으로 구비되고, 덮개(19)를 승강시키는 승강 기구(반송 기구)로서 동작한다. 이에 의해 덮개(19)에 지지된 보트(21) 및 웨이퍼(7)가 처리실(6) 내외로 반입출된다. 또한 덮개(19)가 최하 위치에 내려가는 동안, 덮개(19) 대신에 반응관(4)의 하단 개구를 폐색하는 셔터(미도시)가 설치될 수 있다.
외관(4A)의 외벽에는 온도 검출기(28)가 설치된다. 온도 검출기(28)는 상하에 나란히 배열된 복수의 열전대에 의해 구성될 수 있다. 온도 검출기(28)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(3)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(6) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다.
컨트롤러(29)는 기판 처리 장치(1) 전체를 제어하는 컴퓨터이며, MFC(10, 13), 밸브(11, 14), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 히터(3), 캡 히터(34), 온도 검출기(28), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등과 전기적으로 접속되고, 그것들로부터 신호를 수취하거나 그것들을 제어한다.
도 2에 단열 어셈블리(22)의 단면이 도시된다. 단열 어셈블리(22)는 회전대(37), 단열체 보지구(38), 원통부(39) 및 단열체(40)에 의해 구성되고, 회전대(37)는 저판(底板)(받침대)을 구성한다.
회전대(37)는 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 관통공이 중심에 형성된 원반 형상을 가지고, 회전축(36)의 상단부에 재치되고 커버 플레이트(20)와 소정의 간격(h1)을 두고 고정된다. 회전대(37)에는 지름(h2)(폭)의 배기공(37A)이 가장자리 부근에 회전 대칭으로 복수 형성된다. 회전대(37)의 상면에는 단열체(40)를 보지하는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)가 동심(同心)으로 재치되고, 나사 등에 의해 고정된다.
단열체 보지구(38)는 중심에 서브 히터 지주(33)를 관통시키는 공동을 포함하는 원통 형상으로 구성된다. 단열체 보지구(38)의 내주와 서브 히터 지주(33) 사이에 단열 어셈블리(22) 내의 상방(上方)에 축 퍼지 가스를 공급하는 원환 형상의 단면을 포함하는 유로가 형성된다. 단열체 보지구(38)의 하단에는 회전대(37)보다 작은 바깥지름의 외향 플랜지 형상의 다리(38C)를 포함한다. 한편, 단열체 보지구(38)의 상단은 거기서부터 서브 히터 지주(33)가 돌출되도록 확장되어 개구되는 퍼지 가스의 공급구(38B)를 구성한다.
단열체 보지구(38)의 기둥에는 단열체(40)로서 복수의 반사판(40A)과 단열판(40B)이 같은 축에 설치된다. 단열판(40B)은 부 배기구(4G)와 대응하는 높이 위치에 복수 설치되고, 그 상방에는 반사판(40A)도 단열판(40B)도 설치되지 않은 공동이 형성된다. 이에 의해 단열 어셈블리(22) 및 내관(4B) 등이 부 배기구(4G)를 경계로 위는 고온, 아래는 저온으로 유지되고, 이는 부 배기구(4G)보다 상방의 퍼지가 약한 간극(G)에서 내관(4B) 등에 부생성물이 부착되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 예컨대 부생성물의 일종인 염화암모니아는 200℃에서는 약 1,000Pa의 증기압을 가지지만, 그보다 저온이면 증기압이 저하되어 쉽게 응결하므로 200℃보다 고온으로 유지하거나 퍼지하거나, 어느 하나의 대처가 이루어지는 것이 바람직하다. 500℃ 이하의 중저온의 프로세스에서 부 배기구(4G)는 부 배기구(4G)의 높이에 우선적으로 배치되지만, 보다 고온의 프로세스에서는 단열체 보지구(38)의 기둥에 설치된 날밑(38A)에 단열판(40B)을 추가로 설치하여 단열 어셈블리(22) 전체에서 단열을 수행할 수 있다.
원통부(39)는 내관(4B)과의 간극(G)이 소정의 값이 될 수 있는 바깥지름을 가진다. 간극(G)은 처리 가스나 축 퍼지 가스의 관통을 억제하기 위해서 좁게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 7.5mm 내지 15mm로 하는 것이 바람직하다. 원통부(39)의 상단은 평탄한 판으로 닫히고, 거기에 보트(21)가 설치된다.
회전 기구(23)의 케이싱(23A)(바디)은 덮개(19)의 하면에 기밀하게 고정된다. 케이싱(23A)의 내부에서는 내측으로부터 순서대로 원통 형상의 내축(23B)과, 내축(23B)의 지름보다 큰 지름의 원통 형상으로 형성된 외축(23C)이 같은 축으로 설치된다. 회전축(36)에 결합되는 외축(23C)은 케이싱(23A) 사이에 개설(介設)된 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하도록 지승(支承)되는 한편, 서브 히터 지주(33)에 결합되는 내축(23B)은 케이싱(23A)과 회전 불가능하도록 고정된다.
내축(23B)의 내측에는 서브 히터 지주(33)가 수직으로 삽입(揷通)된다. 서브 히터 지주(33)는 석영제의 파이프이며, 그 상단에서 캡 히터(34)를 동심으로 보지한다. 캡 히터(34)는 원관(圓管)이 원환 형상으로 형성되고 구성되고, 외부로부터 격리된 내부에는 전열선 코일(34B)을 수납한다. 전열선 코일(34B)이나 그에 부수되는 온도 센서의 도선(미도시)은 서브 히터 지주(33)를 통과하여 덮개(19)의 외측에 취출(取出)된다.
가스 공급관(24)에 의해 케이싱(23A) 내에 도입된 축 퍼지 가스는 회전축(36)의 내측 및 외측을 위로 흐른다. 회전축(36)의 내측에 유입된 퍼지 가스는 단열체 보지구(38)와 서브 히터 지주(33) 사이의 유로를 상향으로 흐르고, 공급공(38B)으로부터 나온 후는 단열체 보지구(38)와 원통부(39)의 내벽 사이의 공간을 하향으로 흐르고, 배기공(37A)으로부터 단열 어셈블리(22) 외로 배기된다. 회전축(36)의 외측에 유입된 퍼지 가스는 회전축(36)과 커버 플레이트(20) 사이를 반지름 방향으로 확산되어 흐르면서 배기공(37A)으로부터의 퍼지 가스와 합류한 후 노구부를 퍼지한다.
도 3에 수평하게 절단된 반응관(4)의 사시도가 도시된다. 내관(4B)에는 처리실(6) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급 슬릿(4F)이 세로 방향에 웨이퍼(7)와 같은 수, 가로 방향에 3개, 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 공급 슬릿(4F)의 가로 방향의 배열 사이나 양단의 위치에서 외관(4A)과 내관(4B) 사이의 배기 공간(S)을 구획하도록 세로 방향으로 연장된 칸막이 판(41)이 각각 설치된다. 복수의 칸막이 판(41)에 의해 주된 배기 공간(S)으로부터 분리된 구획은 노즐실(42)(노즐 버퍼)을 형성한다. 결과적으로 배기 공간(S)은 단면에서 C자형으로 형성된다. 처리 영역 A 부근에서 노즐실(42)과 내관(4B) 내를 직접 연결하는 개구는 공급 슬릿(4F)뿐이다.
칸막이 판(41)은 내관(4B)과는 연결되지만, 외관(4A)과 내관(4B)의 온도 차이에 기인하는 응력을 피하기 위해서 외관(4A)과는 연결하지 않고, 근소한 극간을 포함하도록 구성할 수 있다. 노즐실(42)은 배기 공간(S)으로부터 완전히 격리될 필요는 없고, 특히 상단이나 하단에서 배기 공간(S)과 통하는 개구 또는 극간을 포함할 수 있다. 노즐실(42)은 그 외주측이 외관(4A)에 의해 구획되는 것에 한정되지 않고, 외관(4A)의 내면을 따른 칸막이 판을 별도로 설치해도 좋다.
내관(4B)에는 단열 어셈블리(22)의 측면을 향하여 개구되는 위치에 3개의 부 배기구(4G)가 설치된다. 부 배기구(4G) 중 1개는 배기 출구(4D)와 같은 방향에 설치되고, 그 개구의 적어도 1부가 배기 출구(4D)의 관과 겹치는 듯한 높이에 배치된다. 또한 나머지 2개의 부 배기구(4G)는 노즐실(42)의 양측부 부근에 배치된다. 또는 3개의 부 배기구(4G)가 내관(4B)의 원주 상에서 180° 간격이 되는 듯한 위치에 배치될 수 있다.
도 4에 도시되는 바와 같이 3개의 노즐실(42)에는 노즐(8a 내지 8c)이 각각 설치된다. 노즐(8a 내지 8d)의 측면에는 반응관(4)의 중심 방향을 향하여 개구된 노즐공(8H)이 각각 설치된다. 노즐공(8H)으로부터 분출된 가스는 공급 슬릿(4F)으로부터 내관(4B) 내에 흐르도록 의도되지만, 일부의 가스는 직접 유입하지 않는다.
노즐(8a 내지 8c)에는 도 1에 도시되는 바와 같은 가스 공급관(9) 내지 밸브(14)로 이루어지는 가스 공급계가 각각 별개로 접속되고, 서로 다른 가스가 공급될 수 있다. 칸막이 판(41)에 의해 각 노즐(8a 내지 8c)은 각각 독립된 공간 내에 설치되기 때문에 각 노즐(8a 내지 8c)로부터 공급되는 처리 가스가 노즐실(42) 내에서 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 또한 노즐실(42)에 체류하는 가스는 노즐실(42)의 상단이나 하단으로부터 배기 공간에 배출될 수 있다. 이러한 구성에 의해 노즐실(42) 내에서 처리 가스가 혼합되어 박막이 형성되거나, 부생성물이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도 4에서만 노즐실(42) 인근의 배기 공간(S)에 반응관의 축 방향(상하 방향)을 따라 임의로 설치될 수 있는 퍼지 노즐(8d)이 도시된다. 이후, 퍼지 노즐(8d)은 존재하지 않는 것으로 가정하여 설명한다.
도 5에 반응관(4)의 저면도가 도시된다. 플랜지부(4C)에는 배기 공간(S)과 플랜지 하방을 접속하는 개구로서 바닥 배기구(4H, 4J) 및 노즐 도입공(4K)이 설치된다. 바닥 배기구(4H)는 배기 출구(4D)에 가장 가까운 장소에 설치된 긴 구멍이며, 바닥 배기구(4J)는 C자형의 배기 공간(S)을 따라 6개소(箇所)에 설치된 작은 구멍이다. 노즐 도입공(4K)은 그 개구로부터 노즐(8a 내지 8c)이 삽입되고, 통상적으로 석영제의 노즐 도입공 커버(8S)(도 1)에 의해 폐색된다. 바닥 배기구(4J)는 후술하는 바와 같이 개구가 지나치게 크면, 거기를 통과하는 축 퍼지 가스의 유속이 저하되어 배기 공간(S)으로부터 원료 가스 등이 확산에 의해 노구부에 침입된다. 그렇기 때문에 중앙부의 지름을 작게(오목하게) 한 구멍으로서 형성하는 경우가 있다.
도 6에 축 퍼지 가스의 배출 경로가 도시된다. 가스 공급관(24)으로부터의 축 퍼지 가스는 회전대(37)와 커버 플레이트(20) 사이의 극간(h1)을 확산 배리어를 형성하면서 반지름 방향으로 흐르고, 노구부에 방출된다. 거기서 퍼지 가스는 원료 가스의 노구부로의 유입을 억제하고, 노구부에 확산 등으로 침입한 원료 가스를 희석하고, 퍼지 가스의 흐름에 실어서 배출하는 것에 의해 노구부에 부생성물이 부착되거나 열화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 축 퍼지 가스의 배출 경로는 대략 다음과 같이 4개가 있다.
경로(P1): 바닥 배기구(4H 또는 4J)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
경로(P2): 내관(4B)과 단열 어셈블리(22) 사이의 간극(G)을 지나서 부 배기구(4G)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
경로(P3): 내관(4B)과 단열 어셈블리(22) 사이의 간극(G)을 지나서 처리 영역 A에 들어가고, 주 배기구(4E)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
경로(P4): 노즐 도입공(4K)으로부터 노즐실(42)에 들어가고, 처리 영역 A를 횡단하여 주 배기구(4E)로부터 배기 공간(S)에 들어가 배기 출구(4D)에 이른다.
퍼지 가스가 처리 영역 A에 유입되는 경로(P3, P4)는 처리 영역 A의 하방에서 처리 가스의 농도가 저하되고, 기판 간 균일성을 잃기 때문에 기판에 대한 처리로에서는 바람직하지 않다. 특히 본 실시예의 반응관(4)은 주 배기구(4E)의 압력손실이 작다는 특징이 있기 때문에 경로(P3, P4)에 퍼지 가스가 끌어 들여지기 쉽다. 만약 노즐 도입공 커버(8S)와 바닥 배기구(4J)를 양쪽 모두 설치하지 않은 경우, 퍼지 가스는 오로지 경로(P4)에 흐른다. 그렇기 때문에 본 실시예에서는 부 배기구(4G)의 개구를 크게 하는 것과 함께 간극(G)을 작게 하여 경로(P3)보다 경로(P2)에 흐르기 쉽게 한다. 또한 노즐 도입공(4K)은 노즐 도입공 커버(8S)에 의해 폐색하는 등 하여 실질적인 개구를 충분히 작게 하여 경로(P4)에 흐르기 어렵게 한다. 부 배기구(4G)에 의해 처리 가스 및 축 퍼지 가스를 흘릴 때의 원통부(39)의 측면에는 처리 영역 A측 및 노구부측의 압력이 높고, 부 배기구(4G) 부근이 가장 압력이 낮아지는 듯한 바람직한 압력 구배(勾配)가 형성된다. 이 압력 구배에서는 경로(P3)에 의한 축 퍼지 가스의 처리 영역으로의 유입 및 처리 가스의 노구부로의 유입(확산)의 양방이 억제된다. 또한 축 퍼지 가스의 공급이 과잉이면 경로(P1)나 경로(P2)의 압력 손실이 증가하여 이 압력 구배가 악화될 수 있다.
한편 C자형의 배기 공간(S)의 가장 안쪽은 노즐실(42)에 돌출하여 막혀 있기 때문에 클리닝 가스 등의 처리 가스가 체류하기 쉽다. 이때 바닥 배기구(4J)에 의해 배기 공간(S)과 노구부가 유통 가능해지면, 축 퍼지 가스가 많을 때(노구부측의 압력이 높을 때)는 P3의 경로에서 축 퍼지 가스가 배기 공간(S)에 유입되어 체류를 해소하고, 축 퍼지 가스가 적을 때는 반대로 처리 가스가 배기 공간(S)에 유입되거나 확산하여 바닥 배기구(4G)로부터 배출되므로, 어느 쪽에서도 체류 가스의 배기에 기여한다. 또한 체류 가스는 미량이면 노구부에 침입해도 충분히 희석되기 때문에 문제없다.
하지만 바닥 배기구(4J)를 크게 하고, P1의 경로의 컨덕턴스를 지나치게 크게 하면, P1을 포함하는 모든 경로에서 축 퍼지 가스의 최대 유속이 저하되고, 흐름에 거스르는 방향의 확산에 의해 처리 가스가 노구부에 침입되기 쉬워진다.
이상 정리하면, 경로(P4) 및 경로(P3)의 컨덕턴스를 경로(P1) 및 경로(P2)중 어느 하나보다 작게 하는 것 및 경로(P1) 및 경로(P2)의 컨덕턴스는 노구부로의 처리 가스의 침입이 허용량 이하가 되도록 상한이 설정되는 것이 바람직하다.
도 7에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(29)는 MFC(10, 13, 25), 밸브(11, 14, 26), 압력 센서(16), APC 밸브(17), 진공 펌프(18), 히터(3), 캡 히터(34), 온도 검출기(28), 회전 기구(23), 보트 엘리베이터(27) 등의 각 구성과 전기적으로 접속되어, 그것들을 자동 제어한다. 컨트롤러(29)는 CPU(212)(Central Processing Unit), RAM(214)(Random Access Memory), 기억 장치(216), I/O 포트(218)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(214), 기억 장치(216), I/O 포트(218)는 내부 버스(220)를 개재하여 CPU(212)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. I/O 포트(218)는 전술한 각 구성에 접속된다. 컨트롤러(29)에는 예컨대 터치패널 등과의 입출력 장치(222)가 접속된다.
기억 장치(216)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(216) 내에는 기판 처리 장치(1)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 기판 처리 장치(1)의 각 구성에 성막 처리 등을 실행시키기 위한 프로그램(프로세스 레시피나 클리닝 레시피 등의 레시피)이 판독 가능하도록 격납된다. RAM(214)은 CPU(212)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
CPU(212)은 기억 장치(216)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(216)로부터 레시피를 판독하고 레시피를 따르도록 각 구성을 제어한다.
컨트롤러(29)는 외부 기억 장치(224)[예컨대 USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, HDD]에 지속적으로 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(216)나 외부 기억 장치(224)는 컴퓨터 판독 가능한 유체(有體)의 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(224)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
다음으로 전술한 기판 처리 장치(1)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리(이하, 성막 처리라고도 부른다.)의 시퀀스예에 대해서 설명한다.
여기서는 노즐(8)을 2개 이상 설치하고, 노즐(8A)로부터 제1 처리 가스(원료 가스)로서 헥사클로로디실란(HCDS) 가스를 공급하고, 노즐(8B)로부터 제2 처리 가스(반응 가스)로서 암모니아(NH3) 가스를 각각 공급하여 웨이퍼(7) 상에 실리콘질화(SiN)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(1)의 각 구성의 동작은 컨트롤러(29)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 공정; 처리실(6) 내로부터 HCDS 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정; 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 공정; 및 처리실(6) 내로부터 NH3 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정;을 소정 횟수(1회 이상) 반복하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 SiN막을 형성한다. 본 명세서에서는 이 성막 시퀀스를 편의상 다음과 같이 표기한다.
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(7)가 보트(21)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 보트(21)는 보트 엘리베이터(27)에 의해 처리실(6) 내에 반입(보트 로드)된다. 이때 덮개(19)는 O링(19A)을 개재하여 매니폴드(5)의 하단을 기밀하게 폐색(밀봉)한 상태가 된다. 웨이퍼 차지하기 전의 스탠바이 상태에서 밸브(14)를 열고 원통부(39) 내에 소량의 퍼지 가스가 공급될 수 있다.
(압력 조정)
처리실(6) 내, 즉 웨이퍼(7)가 존재하는 공간이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(18)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때 처리실(6) 내의 압력은 압력 센서(52)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(17)가 피드백 제어된다. 원통부(39) 내로의 퍼지 가스 공급 및 진공 펌프(18)의 작동은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지 동안은 유지한다.
(승온)
처리실(6) 내로부터 산소 등이 충분히 배기된 후, 처리실(6) 내의 승온이 시작된다. 처리실(6)이 성막에 바람직한 소정의 온도 분포가 되도록 온도 검출기(28)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(34), 캡 히터(34)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(34) 등에 의한 처리실(6) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리(성막)가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 캡 히터(34)로의 통전 기간은 히터(34)에 의한 가열 기간과 일치시킬 필요는 없다. 성막이 시작되기 직전에서 캡 히터(34)의 온도는 성막 온도와 같은 온도에 도달하고, 매니폴드(5)의 내면 온도는 180℃ 이상(예컨대 260℃)에 도달하는 것이 바람직하다.
또한 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전을 시작한다. 회전 기구(23)에 의해 회전축(66), 회전대(37), 원통부(39)를 개재하여 보트(21)가 회전되는 것에 의해 서브 히터(64)는 회전시키지 않고 웨이퍼(7)를 회전시킨다. 이에 의해 가열의 불균등이 저감된다. 회전 기구(23)에 의한 보트(21) 및 웨이퍼(7)의 회전은 적어도 웨이퍼(7)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(성막)
처리실(6) 내의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 스텝 1 내지 스텝 4를 반복하여 실행한다. 또한 스텝 1을 시작하기 전에 밸브(26)를 열고 퍼지 가스의 공급을 증가해도 좋다.
[스텝 1: 원료 가스 공급 공정]
스텝 1에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 밸브(11A)를 여는 것과 함께 밸브(14b)를 열고 가스 공급관(9a) 내에 HCDS 가스를 흘리고, 가스 공급관(9b) 내에 N2 가스를 흘린다. HCDS 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고, 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(7)의 최표면(最表面) 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수 원자층의 두께의 실리콘(Si) 함유막이 형성된다.
[스텝 2: 원료 가스 배기 공정]
제1층이 형성된 후, 밸브(11A)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(17)는 연 상태로 하여 진공 펌프(18)에 의해 처리실(6) 내를 진공 배기하여 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(6) 내로부터 배출한다. 또한 밸브(14A)나 밸브(26)를 연 상태로 하고, 공급된 N2 가스는 가스 공급관(9)이나 반응관(4) 내 노구부를 퍼지한다.
[스텝 3: 반응 가스 공급 공정]
스텝 3에서는 처리실(6) 내의 웨이퍼(7)에 대하여 NH3 가스를 공급한다. 밸브(11B, 14B)의 개폐 제어를 스텝 1에서의 밸브(11A, 14A)의 개폐 제어와 마찬가지의 순서로 수행한다. NH3 가스 및 N2 가스는 각각 MFC(10, 13)에 의해 유량 조정되고, 노즐(42)을 개재하여 처리실(6) 내에 공급되고, 배기관(15)으로부터 배기된다. 웨이퍼(7)에 대하여 공급된 NH3 가스는 스텝 1에서 웨이퍼(7) 상에 형성된 제1층, 즉 Si함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되고, Si 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화(개질)된다.
[스텝 4: 반응 가스 배기 공정]
제2층이 형성된 후, 밸브(11)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝 1과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(6) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(6) 내로부터 배출한다.
이상의 4개의 스텝을 비동시에, 즉 오버랩시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(7) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다.
전술한 시퀀스의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도(웨이퍼 온도): 250℃ 내지 700℃
처리 압력(처리실 내 압력): 10Pa 내지 4,000Pa
HCDS 가스 공급 유량: 1sccm 내지 2,000sccm
NH3 가스 공급 유량: 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(노즐): 100sccm 내지 10,000sccm
N2 가스 공급 유량(회전축): 100sccm 내지 500sccm
각각의 처리 조건을 각각의 범위 내에 있는 값으로 설정하는 것에 의해 성막 처리를 적절하게 진행시키는 것이 가능해진다.
HCDS 등의 열분해성 가스는 석영보다 금속의 표면에서 부생성물의 막을 형성하기 쉬운 경우가 있다. HCDS(및 암모니아)에 노출된 표면은 특히 260℃ 이하일 때 SiO, SiON 등이 부착되기 쉽다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
성막 처리가 완료된 후, 밸브(14A, 14B)를 열고 가스 공급관(12A, 12B)으로부터 N2 가스를 처리실(6) 내에 공급하고, 배기관(15)으로부터 배기한다. 이에 의해 처리실(6) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 잔류하는 원료나 부생성물이 처리실(6) 내로부터 제거(퍼지)된다. 그 후 APC 밸브(17)가 닫히고, 처리실(6) 내의 압력이 상압이 될 때까지 N2 가스가 충전된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(27)에 의해 덮개(19)가 하강되어 매니폴드(5)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(7)가 보트(21)에 지지된 상태에서 매니폴드(5)의 하단으로부터 반응관(36)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 처리 완료된 웨이퍼(7)는 보트(21)로부터 취출(取出)된다.
전술한 성막 처리를 수행하면, 가열되어 있었던 반응관(4) 내의 부재의 표면, 예컨대 외관(4A)의 내벽, 노즐(8a)의 표면, 내관(4B)의 표면, 보트(21)의 표면 등에 질소를 포함하는 SiN막 등이 퇴적하여 박막을 형성할 수 있다. 그래서 이들의 퇴적물의 양, 즉 누적 막 두께가 퇴적물에 박리나 낙하가 발생하기 전의 소정의 양(두께)에 달한 시점에서 클리닝 처리가 수행된다.
클리닝 처리는 반응관(4) 내에 불소계 가스로서 예컨대 F2 가스를 공급하는 것에 의해 수행된다. 이하, 본 실시 형태에서의 클리닝 처리의 일례를 도 8을 참조하면서 설명한다. 여기서는 노즐(8a)의 가스 공급관(9a)에 F2 가스원이 접속되는 것으로 한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(29)에 의해 제어된다.
(보트 반입 스텝)
셔터가 이동되고, 매니폴드(5)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 빈 보트(21), 즉 웨이퍼(7)를 장전하지 않은 보트(21)가 보트 엘리베이터(27)에 의해 들어 올려져 반응관(4) 내에 반입(보트 로드)된다.
(압력·온도 조정 스텝)
반응관(4) 내가 원하는 압력이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 진공 펌프(246)는 적어도 클리닝 처리가 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 반응관(4) 내가 원하는 온도(제2 온도)가 되도록 히터(3)에 의해 가열된다. 제2 온도는 예컨대 에칭 반응에 따른 배기 가스 온도의 과도한 상승을 막는목적으로 성막 스텝에서의 웨이퍼(7)의 온도(제1 온도)보다 낮게 할 수 있다. 또한 회전 기구(23)에 의한 보트(21)의 회전을 시작한다. 보트(21)의 회전은 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속될 수 있다.
(가스 클리닝 스텝)
이 스텝에서는 밸브(10a, 13a, 13b)의 개폐 제어를 성막 처리의 스텝 1에서의 그것들의 개폐 제어와 마찬가지의 순서로 수행한다. F2 가스는 MFC(10a)에 의해 유량 조정되고, 가스 공급관(9a), 노즐(8a)을 개재하여 반응관(4) 내에 공급된다. 가스 공급관(12a)으로부터 N2 가스를 흘리는 것에 의해 F2 가스를 희석하고, 반응관(4) 내에 공급하는 F2 가스의 농도를 제어할 수 있다. 이때 가스 공급관(12b, 24)으로부터 N2 가스를 소량 흘려서 노즐(8b)이나 축 및 노구부를 퍼지해도 좋다. 또한 F2 가스에 불화수소(HF) 가스, 수소(H2) 가스, 일산화질소(NO) 가스 등을 첨가해도 좋다.
이 스텝 동안, APC 밸브(17)를 적절히 조정하여 반응관(4) 내의 압력을 예컨대 1,330Pa 내지 101,300Pa, 바람직하게는 13,300Pa 내지 53,320Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(10a)로 제어하는 F2 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm의 내지 3,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(13a)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. F2 가스를 반응관(4) 내에 공급하는 시간은 예컨대 60초 내지 1,800초, 바람직하게는 120초 내지 1,200초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(3)의 온도는 반응관(4) 내의 온도가 예컨대 200℃ 내지 450℃, 바람직하게는 200℃ 내지 400℃의 범위 내의 온도(제2 온도)가 되도록 설정한다.
반응관(4) 내의 온도가 200℃ 미만이 되면, 퇴적물의 에칭 반응이 진행되기 어려워지는 경우가 있다. 한편, 반응관(4) 내의 온도가 450℃를 넘으면 에칭 반응이 심해져 반응관(4) 내의 부재가 손상되는 경우가 있다.
반응관(4) 내로의 F2 가스의 공급은 연속적으로 수행해도 좋고, 간헐적으로 수행해도 좋다. 반응관(4) 내로의 F2 가스의 공급을 간헐적으로 수행하는 경우에는 반응관(4) 내에 F2 가스를 봉입해도 좋다. 반응관(4) 내로의 F2 가스의 공급을 간헐적으로 수행하는 것에 의해 반응관(4) 내에 압력 변동을 발생하여 노즐실(42)의 각 구획을 포함하는 반응관(4) 내의 구석구석에 F2 가스를 확산시킨다. 또한 반응관(4) 내에서의 불화암모늄(NH4F)이나 테트라플루오로실란(SiF4) 등의 부생성물의 양(입자 사이즈)을 제어하여 에칭 반응이 진행되기 쉬운 환경을 갖출 수 있고, 결과적으로 F2 가스의 사용량을 억제하여 클리닝 처리 비용을 저감하는 것이 가능해진다. 도 5는 반응관(4) 내로의 F2 가스의 공급을 간헐적으로 수행하여 반응관(4) 내에 압력 변동을 발생시키는 예를 도시한다.
클리닝 가스로서는 F2 가스 외에 불화염소(ClF3) 가스, 불화질소(NF3) 가스, HF 가스, F2 가스 + HF 가스, ClF3 가스 + HF 가스, NF3 가스 + HF 가스, F2 가스 + H2 가스, ClF3 가스 + H2 가스, NF3 가스 + H2가 스, F2 가스 + NO 가스, ClF3 가스 + NO 가스, NF3 가스 + NO 가스 등의 불소계 가스를 이용할 수 있다. 또한 불활성 가스로서는 N2 가스 외에 예컨대 아르곤 등의 희가스를 이용할 수 있다.
(승온 스텝)
가스 클리닝 스텝이 완료되면, 밸브(10a)를 닫고 반응관(4) 내로의 F2 가스의 공급을 정지한다. 그리고 반응관(4) 내가 원하는 온도(제3 온도)가 되도록 반응관(4) 내를 히터(3)에 의해 가열한다. 여기서는 제3 온도를 제2 온도보다 높은 온도로 하는 예, 즉 반응관(4) 내의 온도를 제2 온도로부터 제3 온도로 변경(승온)하는 예에 대하여 설명한다. 제3 온도에서의 가열은 후술하는 다단계 퍼지 스텝이 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
제3 온도를 제2 온도보다 높게 하는 것에 의해 반응관(4) 내의 부재의 표면으로부터의 파티클(이물) 원(源), 예컨대 퇴적물과 클리닝 가스의 반응에 의해 생성된 고체의 매우 작은(수Å 정도의) 화합물(이하, 잔류 화합물이라고도 부른다.) 등의 승화나, 클리닝 가스나 기타의 흡착 가스의 탈리를 촉진한다.
보다 바람직하게는 제3 온도는 성막 스텝에서의 웨이퍼(7)의 온도(제1 온도)보다 높게 한다. 단, 반응관(4) 내의 온도가 630℃를 초과하면 반응관(4) 내의 부재가 열에 의해 손상되는 경우도 있다.
히터(3)의 온도는 반응관(4) 내의 온도가 전술한 조건을 만족시키는 온도이며, 예컨대 400℃ 내지 630℃, 바람직하게는 550℃ 내지 620℃의 범위 내의 온도(제3 온도)가 될 수 있는 온도로 설정한다.
(다단계 퍼지 스텝)
반응관(4) 내의 온도를 제3 온도로 한 상태에서 다단계 퍼지 스텝(압력 스윙 퍼지)을 수행한다. 또한 전술한 승온 스텝의 시작과 함께 다단계 퍼지 스텝을 시작해도 좋다. 이 스텝에서는 이하에 나타내는 제1, 제2 퍼지 스텝을 순차 실시한다.
[제1 퍼지 스텝]
이 스텝에서는 반응관(4) 내의 압력을 후술하는 제1 압력 폭으로 주기적으로 변동시키면서 반응관(4) 내에 대하여 퍼지(제1 퍼지)를 수행한다. 구체적으로는 반응관(4) 내에 공급하는 퍼지 가스에 의해 반응관(4) 내의 압력을 상승시키는 스텝(제1 승압 스텝)과, 반응관(4) 내의 배기를 강하게 하여 반응관(4) 내를 강압하는 스텝(제1 강압 스텝)을 1사이클로 하여 이 사이클을 복수 회(2회 이상) 반복한다.
제1 승압 스텝에서는 APC 밸브(17)를 근소하게 연 상태에서 밸브(14a, 14b, 26)를 열고 반응관(4) 내에 N2 가스를 공급한다. MFC(13a, 13b, 25)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1,000sccm 내지 50,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응관(4) 내의 최대 압력은 예컨대 53,200Pa 내지 66,500Pa의 범위 내의 압력으로 한다.
제1 승압 스텝은 APC 밸브(17)를 전폐(全閉)(풀 클로즈)로 한 상태에서 수행하는 것에 의해 압력 스윙의 폭을 크게 할 수 있는 한편, 배기관(15)으로부터 반응관(4) 내에 잔류 화합물 등이 역류(확산)하기 쉬워진다는 단점도 있다.
다음 제1 강압 스텝에서는 APC 밸브(17)를 전개(풀 오픈)로 한다. 또한 밸브(14a, 14b, 26)가 열린 상태는 유지하지만, MFC(13a, 13b)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량을 줄이고, 예컨대 각각 50sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응관(4) 내의 최소 압력은 예컨대 300Pa 내지 665Pa의 범위 내의 압력으로 한다.
제1 퍼지 스텝에서의 압력 스윙의 폭, 즉 승압 스텝 1a의 최대 압력과 강압 스텝 2a의 최소 압력의 차압은 예컨대 52,535Pa 내지 66,101Pa의 범위 내의 크기가 된다. 이 차압에 의해 강압 스텝에서 N2 가스가 배출될 때 반응관(4) 내 전체에 가스의 이동이 발생하여 클리닝 가스나 승화한 잔류 화합물 등의 확산 및 배기가 촉진된다.
[제2 퍼지 스텝]
제1 퍼지 스텝이 종료되면 제2 퍼지 스텝을 실시한다. 이 스텝에서는 잔류하는 클리닝 가스 등의 농도가 낮아지기 때문에 반응관(4) 내의 압력을 제1 퍼지 스텝의 압력 스윙의 폭보다 작은 폭으로 주기적으로 변동시키면서 반응관(4) 내에 대하여 퍼지(제2 퍼지)를 수행한다. 압력 이외에 대해서는 제1 퍼지 스텝과 마찬가지이다.
(강온·대기압 복귀 스텝)
다단계 퍼지 스텝이 완료되면, 히터(3)의 출력을 조정하여 반응관(4) 내의 온도를 강온시킨다(강온). 즉 반응관(4) 내의 온도를 제3 온도로부터 제1 온도로 변경(강온)한다. 또한 밸브(14a, 14b, 26)를 연 상태로 하여 반응관(4) 내에 N2 가스를 흘린다. 이에 의해 반응관(4) 내가 N2 가스로 충만되어(가스 치환), 반응관(4) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 반출 스텝)
그 후, 보트 엘리베이터(27)에 의해 덮개(19)가 하강되고 매니폴드(5)의 하단이 개구되는 것과 함께, 빈 보트(21)가 매니폴드(5)의 하단으로부터 반응관(4)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 이들 일련의 클리닝 처리가 종료되면 전술한 성막 처리가 재개된다.
이상 설명한 클리닝 처리에서는 다단계 퍼지 스텝에서 가스 노즐(8a, 8b) 및 가스 공급관(24)으로부터 일정한 비율로 N2 가스를 공급하는 것으로 했지만, 비율을 주기적으로 변화시켜도 좋다. 예컨대 가스 공급관(24)으로부터의 유량을 줄이고 배기 공간(S)의 잔류 가스를 가스 노즐(8a, 8b)로부터의 퍼지 가스에 태워서 바닥 배기구(4J)로부터 노구부로 배출하는 동작과, 반대로 가스 공급관(24)으로부터의 유량을 늘리고 노구부의 잔류 가스를 축 퍼지 가스에 태워서 바닥 배기구(4J)나 부 배기구(4G)로부터 배기 공간(S)에 유입시켜 주 배기구(4E)에 압출(押出)하는 동작을 반복하여 가스를 교반(攪拌)시켜도 좋다.
도 9에 모델화된 반응관(4) 내의 배기 경로가 도시된다. 이 모델은 간략화 되어 있으며, 예컨대 주 배기구(4E)를 나온 처리 가스가 배기 공간(S)을 하강할 때의 저항은 주 배기구(4E)의 저항에 포함되고, 부 배기구(4G)나 바닥 배기구(4J)를 나온 퍼지 가스가 배기 공간(S)을 가로로 흐를 때의 저항은 그것들 부 배기구(4G)나 바닥 배기구(4J)의 저항에 포함된다. 도 9를 참조하면, 가스 공급관(24)으로부터의 축 퍼지 가스는 노구부의 전주(全周)에 거의 균등하게 공급된다. 또한 노즐(8)로부터의 처리 가스는 통상은 그 대부분이 공급 슬릿(4F), 주 배기구(4E)를 통과하여 배기 출구(4D)에 흡입된다. 주 배기구(4E), 부 배기구(4G), 바닥 배기구(4H, 4J)보다 배기 출구(4D) 부근이 배기 공간(S)에 대응한다.
이때 부 배기구(4G)나 바닥 배기구(4H)는 처리 가스의 주된 배기 경로로부터 벗어나기 때문에 배기 출구(4D) 배열에 압력이 낮고 근방의 가스를 흡입한다. 따라서 부 배기구(4G)는 축 퍼지 가스가 간극(G)의 아랫부분을 상향으로 흐르는 흐름을 형성하고, 부 배기구(4H)는 노구부에서 잉여의 또는 처리 가스의 희석에 도움이 된 후의 축 퍼지 가스를 배출하는 드레인으로서 기능한다. 배기구(4G)는 축 퍼지 가스가 간극(G) 아랫부분을 상향으로 흐르는 흐름을 형성하고, 부 배기구(4H)는 노구부에서 잉여의 또는 처리 가스의 희석에 도움이 된 후의 축 퍼지 가스를 배출하는 드레인으로서 기능한다.
주 배기구(4E)의 내관(4B) 내측의 압력은 주 배기구(4E)의 내측의 압력과 거의 같거나 조금 낮아지도록 주 배기구(4E), 간극(G)의 컨덕턴스 및 축 퍼지 가스 유량이 설정될 수 있다. 간극(G) 위부분에서는 컨덕턴스 및 압력 차이(모든 압력)가 함께 작기 때문에 가스 분자의 이동은 억제된다. 즉 간극(G)에는 상하 방향에 농도 차이가 존재하지만, 단면적이 작고 거리가 길기 때문에 이류(移流) 및 확산의 양은 적다. 간극(G) 아랫부분에서는 퍼지 가스의 상승 흐름에 의해 확산 배리어가 형성되기 때문에 배기구(4G)까지 확산된 처리 가스는 퍼지 가스의 배기 출구(4D)를 향하는 흐름을 타서 배출된다.
바닥 배기구(4J)로부터 배기 공간(S)의 하단에 유입되는 경로는 그 이외에 저항성의 개소가 없기 때문에 비교적 작게 설정된 바닥 배기구(4J) 자체의 컨덕턴스에 의해 유량이 결정된다. 배기 공간(S)의 하단에 퍼지 가스가 분사되는 것에 의해 C자 형상의 단면의 배기 공간(S)의 폐색 부분에 가스의 이류나 교반이 발생하여 체류하는 처리 가스나 클리닝 가스를 효과적으로 퍼지할 수 있다. 만약 바닥 배기구(4J)가 없는 경우, 막힌 이 경로의 퍼지가 곤란해서 전술한 압력 스윙에 많은 횟수가 필요해질 것으로 생각된다.
노즐 도입공(4K)은 그 컨덕턴스를 실질적인 0보다 큰 유의미한 값으로 하면, 노즐실(42) 내에 상하 방향의 온화한 흐름을 발생시킨다. 특히 노즐실(42)의 상단도 작게 개구되면 처리 영역 A에서의 가스 분포에 대한 영향을 억제하면서 이 상하 방향의 흐름에 의해 노즐실(42)의 가스 치환성을 향상시킬 수 있다. 일반적으로는 노즐 도입공(4K)을 근소하게 상향으로 흐르도록 축 퍼지 가스의 유량이 설정되면 노구부로의 원료 가스의 침입 방지의 관점에서 바람직하다. 과대한 바닥 배기구(4H)나 바닥 배기구(4J)는 보다 많은 유량의 축 퍼지 가스를 필요로 한다.
원료 가스 이외의 가스를 공급하는 노즐(8)이라면 노즐 도입공(4K)의 컨덕턴스를 크게 하는 것은 용이하다. 예컨대 노즐(8)이 축 퍼지 가스와 마찬가지의 퍼지 가스(N2)를 공급하는 것이라면, 양(兩) 퍼지 가스의 유량(압력)을 제어하기 나름으로 노즐 도입공(4K)으로 퍼지 가스를 상향이든 하향이든 흘릴 수 있다. 통상적으로 축 퍼지 가스의 유량은 소정값을 밑돌지 않도록 설정되기 때문에 노즐(8)로부터의 퍼지 가스를 늘린 경우, 노즐실(42)로부터 넘친 퍼지 가스는 도 3에 굵은 화살표로 도시되는 바와 같이 노즐 도입공(4K)으로부터 노구부에 들어가고, 근방의 부 배기구(4G)나 바닥 배기구(4J)를 통과하여 배기 공간(S)에 유입되고, 거기서 체류 가스의 퍼지에 공헌할 수 있다.
본 실시 형태에서는 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 부 배기구(4G)를 설치한 것에 의해 내관(4B) 내에 흐른 퍼지 가스가 외관과 내관 사이의 배기 공간(S)에 적극적으로 흐르게 되어, 기판 처리 영역 A에 유입되는 퍼지 가스의 유량이 경감된다.
(b) 바닥 배기구(4H, 4J) 및 부 배기구(4G)를 설치한 것에 의해 배기 공간(S)에 대하여 클리닝 가스의 배기 효율이 향상된다.
또한 반응관(4)은 외관(4A)과 내관(4B)이 일체적으로 형성된 것에 한정되지 않고, 별개의 부재로서 형성되고, 각각 매니폴드(5)에 재치되어도 좋다. 그 경우, 외관(4A)과 내관(4B)의 개구단 부근에서 배기 공간과 노구부를 유통시키는 극간이 바닥 배기구(4H, 4J)에 상당한다. 또는 외관(4A), 내관(4B)과 매니폴드(5)가 모두 석영으로 일체적으로 형성되어도 좋다.
다음으로 상기 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 도 10에 변형된 실시 형태의 기판 처리 장치의 반응관(400)의 저면도가 도시된다. 본 변형예에서는 내관(4G)에 외측으로 고조된 팽창부(401)를 포함한다. 팽창부(401)는 그 내측에 추가의 노즐이나 센서류를 설치하는 공간을 제공하고, 그 팽창은 배기 공간(S)이 부분적으로 좁혀지므로 내관(4G)의 하단부터 상단까지 같은 형상을 유지한 상태로 계속된다.
팽창부(401)에 의해 배기 공간(S)이 국소적으로 좁혀진 것에 의해 그 상태로는 체류가 발생하기 쉽다. 본 변형예에서는 주 배기구(4E)로부터 가장 먼 팽창부(401)보다 한층 더 안쪽에서의 내관(4G)에 부 배기구(4G)와 바닥 배기구(4J)를 적어도 1개씩 설치하고, 또한 팽창부(401)에 의해 개재된 배기 공간(S)에 대해서도 바닥 배기구(4J)를 적어도 1개 설치한다. 팽창부(401)에 의한 배기 공간(S)의 협착의 간격은 간극(G)보다 넓은 것이 바람직하다.
전술한 실시 형태에서는 웨이퍼 상에 성막을 수행한 후에 반응관을 클리닝하는 예에 대해서 설명했다. 하지만 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 산화나 질화 등의 개질 처리, 확산 처리, 에칭 처리 등의 처리이어도 부생성물이 발생하거나, 반응관의 표면이 침범되거나, 또는 반응관을 보호하는 프리코트 막을 형성하는 경우에는 유용하다.
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 장치 외에 가스 형상의 원료를 이용하는 성막 장치 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
2: 처리로 3: 히터
4: 반응관 4A: 외관
4B: 내관 4C: 플랜지부
4D: 배기 출구(Outlet) 4E: 주 배기구
4F: 공급 슬릿 4G: 부 배기구
4H, 4J: 바닥 배기구 4K: 노즐 도입공
5: 매니폴드 6: 처리실
7: 웨이퍼 8: 노즐
9: 가스 공급관 10, 13: MFC
11, 14, 26: 밸브 12: 가스 공급관
15: 배기관 16: 압력 센서
17: APC 밸브 18: 진공 펌프
19: 덮개 20: 커버 플레이트
21: 보트 22: 단열 어셈블리
23: 회전 기구 24: 가스 공급관
25: MFC 27: 보트 엘리베이터
28: 온도 검출기 29: 컨트롤러
33: 서브 히터 지주 34: 캡 히터
36: 회전축 37: 회전대
38: 단열체 보지구 39: 원통부
40: 단열체 41: 칸막이 판
42: 노즐실

Claims (13)

  1. 일단(一端)이 각각 폐색(閉塞)된 외관과 내관을 포함하고, 처리되어야 할 기판을 상기 내관 내에 삽입 가능하도록 구성된 반응관;
    상기 반응관의 개구단(開口端)측에 접속되는 원통 형상의 매니폴드;
    상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속되는 단과는 반대의 단을 폐색하는 덮개;
    상기 반응관 내에 클리닝 가스를 공급하는 가스 공급관; 및
    상기 매니폴드의 내측의 공간을 퍼지하는 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급관
    을 구비하고,
    상기 반응관은,
    상기 외관과 상기 내관 사이에 C자형의 단면을 포함하는 배기 공간을 형성하고, 상기 배기 공간에 연통하여 상기 외관에 설치되는 배기 출구;
    상기 기판에 면(面)하도록 상기 내관에 천설(穿設)되고 처리 가스를 배출하는 제1 배기구; 및
    상기 C자형의 단면을 포함하는 배기 공간에 따라 설치되고, 상기 배기 공간과 상기 매니폴드의 내측의 공간을 연통하는 복수의 제2 배기구
    를 포함하고,
    상기 제2 배기구 중 적어도 1개는 상기 제1 배기구로부터 먼 상기 배기 공간에 체류하는 가스의 배기를 촉진하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덮개를 관통하여 회전을 전달하는 회전 기구;
    상기 기판을 보지하면서 상기 회전 기구에 의해 회전되는 기판 보지구; 및
    상기 기판 보지구와 상기 덮개 사이를 단열하는 원통 형상의 외형의 단열 어셈블리
    를 더 구비하고,
    상기 제2 배기구 중 적어도 1개는 상기 매니폴드의 내측의 공간에 공급된 상기 퍼지 가스를 상기 배기 공간에 유입시키거나 또는 상기 체류하는 가스를 상기 매니폴드의 내측의 공간에 유입 또는 확산시키는 것에 의해 상기 체류하는 가스의 배기를 촉진하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외관과 상기 내관 사이에 설치되고, 상기 내관 내에 처리 가스를 공급하는 적어도 1개의 노즐; 및
    상기 내관 내와의 연통을 유지하면서 상기 노즐의 주위를 둘러싸는 노즐실
    을 더 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반응관은 개구단측에서 상기 배기 공간의 하단을 폐색하는 플랜지를 포함하고,
    상기 제2 배기구 중 1개는 상기 플랜지 상에 상기 배기 출구로부터 가장 가까운 상기 배기 공간과 연통하는 위치에 설치되고, 상기 제2 배기구 외의 적어도 2개는 상기 플랜지 상에 상기 제1 배기구로부터 가장 먼 상기 배기 공간과 연통하는 위치에 상기 1개의 상기 제2 배기구보다 작은 개구로서 설치되는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 노즐은 복수 구비되고,
    상기 노즐실은 복수의 상기 노즐을 서로 격리하는 칸막이 판을 포함하고,
    상기 칸막이 판에 의해 분할된 노즐실 각각은 상기 기판에 면하도록 개구된 1개 이상의 공급 슬릿만에 의해 상기 내관 내의 기판 처리 영역과 연통되고,
    상기 분할된 노즐실의 적어도 1개는 그 하단에서 상기 매니폴드의 내측의 공간과 소정의 컨덕턴스로 연통하는 노즐 도입공을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노즐 도입공을 포함하는 상기 노즐실 내의 상기 노즐에는 불활성 가스가 공급되는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 칸막이 판에 의해 분할된 노즐실 각각은 그 상단에서 상기 배기 공간과 연통하는 개구를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 퍼지 가스가 상기 제2 배기구로부터 상기 배기 공간에 들어가 배기되는 경로의 컨덕턴스는 상기 퍼지 가스가 상기 단열 어셈블리의 측면 또는 상기 노즐실을 지나서 상기 제1 배기구로부터 상기 배기 공간에 들어가 배기되는 경로의 컨덕턴스보다 크게 설정되고,
    상기 제2 배기구의 크기 및 퍼지 가스의 유량은 상기 매니폴드의 내측의 공간에 침입한 상기 처리 가스의 농도가 규정값 이하가 되도록 설정된 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 단열 어셈블리와 대면하는 개소의 상기 내관에 개구되어 설치되는 복수의 제3 배기구를 더 구비하고,
    상기 제3 배기구는 상기 가스 공급관으로부터의 퍼지 가스가 단열 어셈블리의 측면을 통과하여 상기 기판 보지구에 도달하는 것을 억제하는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내관은 외측으로 고조된 팽창부를 포함하고,
    상기 적어도 1개의 상기 제2 배기구는 제1 배기구로부터 보았을 때 상기 팽창부보다 안쪽에 설치되는 기판 처리 장치.
  11. 제2항에 기재된 기판 처리 장치의 클리닝 방법으로서,
    노즐로부터 상기 반응관 내에 클리닝 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 반응관 내에 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 처리실 내를 승압시키는 부(副) 공정과, 상기 처리실 내를 진공 배기하는 것에 의해 상기 처리실 내를 강압하는 부 공정을 포함하는 사이클을 복수 회 반복하는 것에 의해, 상기 반응관 내의 압력을 변동시키면서 퍼지하는 공정;
    을 포함하는 기판 처리 장치의 클리닝 방법.
  12. 일단이 각각 폐색된 외관과 내관을 포함하는 반응관;
    상기 반응관의 개구단측에 접속되는 원통 형상의 매니폴드;
    상기 매니폴드의 상기 반응관에 접속되는 단과는 반대의 단을 폐색하는 덮개;
    상기 덮개를 관통하여 회전을 전달하는 회전 기구; 및
    매니폴드의 내측의 공간을 퍼지하는 퍼지 가스를 공급하는 가스 공급관;
    을 구비하고,
    상기 반응관은 외관과 내관 사이의 배기 공간에 연통하는 배기 출구와, 내관에 설치되고 처리 가스를 배출하는 제1 배기구와, 상기 배기 공간과 상기 매니폴드의 내측의 공간을 연통하는 복수의 제2 배기구를 포함하는 기판 처리 장치를 제어하는 컴퓨터에,
    노즐로부터 상기 반응관 내에 클리닝 가스를 공급하는 순서와,
    상기 노즐과 상기 가스 공급관으로부터 교호(交互)적으로 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 처리실 내를 승압하는 부 공정과, 상기 처리실 내를 진공 배기하는 것에 의해 상기 처리실 내를 강압하는 부 공정을 포함하는 사이클을 복수 회 반복하는 것에 의해, 상기 반응관 내의 압력을 변동시키면서 퍼지하는 순서를 실행시키는 기록 매체에 저장된 프로그램.
  13. 일단이 각각 폐색된 외관 및 내관;
    상기 외관 및 상기 내관의 각각의 타단을 접속하는 플랜지;
    외관과 내관 사이의 배기 공간에 형성되는 C자형의 단면을 포함하는 배기 공간에 연통하는 배기 출구;
    내관에 설치되고 처리 가스를 배출하는 제1 배기구;
    상기 외관과 상기 내관 사이에, 또한 상기 제1 배기구와 대향하는 위치에서 처리 가스를 내관 내에 공급하는 공급 슬릿;
    상기 배기 공간의 상기 C자형에 따라 상기 플랜지에 설치되고, 상기 배기 공간의 내외를 연통하는 복수의 제2 배기구; 및
    상기 내관 내의 상기 플랜지 부근에 설치되는 단열 어셈블리에 대면하는 위치에서 상기 내관에 개구된 복수의 제3 배기구;
    를 구비하고,
    상기 제2 배기구 중 1개는 상기 플랜지 상에 상기 배기 출구로부터 가장 가까운 위치에서 상기 배기 공간과 연통하도록 설치되고, 상기 제2 배기구 외의 적어도 2개는 상기 플랜지 상에 상기 제1 배기구로부터 가장 먼 상기 배기 공간과 연통하는 위치에 상기 1개의 상기 제2 배기구보다 작은 개구로서 설치되고, 체류하는 가스의 배기를 촉진하는 석영 반응관.
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