KR20230153248A - 가스 공급 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

가스 공급 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

처리실에 원료 가스를 상변화시키지 않고 공급하는 기술을 제공한다.
처리실로 기판의 처리에 기여하는 유체를 공급하는 유로를 개폐하기 위한 복수의 제1 밸브; 상기 복수의 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 영역; 상기 복수의 가열 영역에 설치되는 균열부; 및 상기 복수의 가열 영역 사이에 설치되고, 상기 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재를 포함하는 기술이 제공된다.

Description

가스 공급 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{GAS SUPPLY SYSTEM, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 개시(開示)는 가스 공급 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
처리용 가스를 기판(이하, 「웨이퍼」라고도 부른다)에 공급하여 소정의 처리 조건으로 처리하는 기판 처리 장치의 일례로서, 반도체 장치를 제조하는 반도체 제조 장치가 알려져 있다. 최근 이 장치에서는 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 제시하는 바와 같이, 상온에서 액체 또는 고체의 원료 가스 등 다양한 처리용 가스가 사용되는 경우가 있다. 이 경우, 원료 가스를 기체 상태로 유지하기 위해서 가스 공급 배관뿐만 아니라, 이 가스 공급 배관에 설치되는 밸브 등도 가열되는 경우가 있다.
1. 일본 특개 2020-038904호 공보 2. 국제공개 2017-130850호 공보
본 개시는 처리실에 원료 가스를 상변화(相變化)시키지 않고 공급시키는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 처리실로 기판의 처리에 기여하는 유체를 공급하는 유로를 개폐하는 복수의 제1 밸브; 복수의 상기 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 영역; 상기 복수의 가열 영역에 설치되는 균열부(均熱部); 및 상기 가열 영역 사이에 설치되고, 상기 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재를 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 상변화시키지 않고 원료 가스를 처리실에 공급할 수 있다.
도 1은 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 상면도.
도 2는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도(縱斷面圖).
도 3은 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 4는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 가스 공급계의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 5는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 최종 밸브 설치부의 일례를 개략적으로 도시하는 상면도.
도 6은 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 최종 밸브의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도이며, 도 5의 A 종단면도.
도 7a는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 가열 영역의 틈새에 설치되는 부재의 일례를 도시하는 도면.
도 7b는 도 7a의 가열 영역의 틈새에 설치되는 부재에 의한 열전도를 도시하는 일례.
도 8은 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 흐름도의 일례.
도 9는 실시 형태에서의 바람직하게 이용되는 최종 밸브 설치부의 변형예를 개략적으로 도시하는 상면도.
도 10은 실시 형태에서의 바람직하게 이용되는 최종 밸브의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도이며, 도 5의 B 종단면도.
도 11a는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 최종 밸브 설치부의 변형예를 개략적으로 도시하는 상면도.
도 11b는 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 최종 밸브 설치부의 변형예를 개략적으로 도시하는 상면도이며, 조정부 사이의 최종 밸브를 없앤(제거한) 구성이다.
이하, 본 개시의 일 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 이용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는 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.
전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 구성에 대해서는 동일 또는 대응하는 참조 부호를 첨부하여 중복 설명을 생략한다. 또한 후술하는 수납실(9)측을 정면측[전측(前側)], 후술하는 반송실(6A, 6B)측을 배면측(후측)로 한다. 또한 후술하는 처리 모듈(3A, 3B)의 경계선(인접면)을 향하는 측을 내측, 경계선으로부터 이격된 측을 외측으로 한다. 또한 본 실시 형태에서 기판 처리 장치(2)는 반도체 장치(디바이스)의 제조 방법에서의 제조 공정의 일 공정으로서 열처리 등의 기판 처리 공정을 실시하는 종형(縱型) 기판 처리 장치(이하, 처리 장치라고 부른다)(2)로서 구성된다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 처리 장치(2)는 인접하는 2개의 처리 모듈(3A, 3B)을 구비한다. 처리 모듈(3A)은 처리로(4A)와 반송실(6A)에 의해 구성된다. 처리 모듈(3B)은 처리로(4B)와 반송실(6B)에 의해 구성된다. 처리로(4A, 4B)의 하방(下方)에는 반송실(6A, 6B)이 각각 배치된다. 반송실(6A, 6B)의 정면측에 인접하여, 웨이퍼(W)를 이재하는 이재기(7)를 구비하는 이재실(8)이 배치된다. 이재실(8)의 정면측에는 웨이퍼(W)를 복수 매 수납하는 포드(후프)(5)를 수납하는 수납실(9)이 연결된다. 수납실(9)의 전면(前面)에는 I/O 포트(22)가 설치되고, I/O 포트(22)를 개재하여 처리 장치(2) 내외로 포드(5)가 반입출된다.
반송실(6A, 6B)과 이재실(8)의 경계벽(인접면)에는 게이트 밸브(90A, 90B)가 각각 설치된다. 이재실(8) 및 반송실(6A, 6B)에는 압력 검지기가 각각 설치되고, 이재실(8)의 압력은 반송실(6A, 6B)의 압력보다 낮아지도록 설정될 수 있다. 또한 이재실(8) 및 반송실(6A, 6B)에는 산소 농도 검지기가 각각 설치되고, 이재실(8A) 및 반송실(6A, 6B)의 산소 농도는 대기 중에서의 산소 농도보다 낮게 유지된다.
이재실(8)의 천장부에는 이재실(8)에 클린 에어를 공급하는 클린 유닛이 설치되고, 이재실(8)에 클린 에어로서 예컨대 불활성 가스를 순환시키도록 구성된다. 이재실(8)을 불활성 가스로 순환 퍼지하는 것에 의해 이재실(8)을 청정한 분위기로 할 수 있다. 이러한 구성에 의해 이재실(8)에 반송실(6A, 6B)의 파티클 등이 혼입되는 것을 억제할 수 있고, 이재실(8) 및 반송실(6A, 6B)에서 웨이퍼(W) 상에 자연 산화막이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
처리 모듈(3A) 및 처리 모듈(3B)은 동일한 구성을 구비하므로, 이하에서는 대표해서 처리 모듈(3A)에 대해서만 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 처리로(4A)는 원통 형상의 반응관(10A)과, 반응관(10A)의 외주에 설치된 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(12A)를 구비한다. 반응관(10A)은 예컨대 석영이나 SiC에 의해 형성된다. 반응관(10A)의 내부에는 기판으로서의 웨이퍼(W)를 처리하는 처리실(14A)이 형성된다. 반응관(10A)에는 온도 검출기로서의 온도 검출부(16A)가 설치된다. 온도 검출부(16A)는 반응관(10A)의 내벽을 따라 입설(立設)된다.
기판 처리에 사용되는 가스는 가스 공급계 또는 가스 공급 시스템으로서의 가스 공급 기구(34)에 의해 처리실(14A)에 공급된다. 가스 공급 기구(34)가 공급하는 가스는 성막되는 막의 종류에 따라 바꿀 수 있다. 여기서는 가스 공급 기구(34)는 원료 가스 공급부, 반응 가스 공급부 및 불활성 가스 공급부를 포함한다. 가스 공급 기구(34)는 후술하는 공급 박스(72)에 수납된다. 또한 공급 박스(72)는 처리 모듈(3A, 3B)에 대하여 공통으로 설치되므로, 공통 공급 박스로 간주된다.
제1 가스 공급부인 원료 가스 공급부는 가스 공급관(36a)을 구비하고, 가스 공급관(36a)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(38a) 및 개폐 밸브인 밸브(41a, 40a)가 설치된다. 가스 공급관(36a)은 매니폴드(18)의 측벽을 관통하는 노즐(44a)에 접속된다. 노즐(44a)은 반응관(10A) 내에 상하 방향을 따라 입설되고, 보트(26A)에 보지되는 웨이퍼(W)를 향하여 개구되는 복수의 공급공이 형성된다. 노즐(44a)의 공급공을 통해서 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스가 공급된다.
이하, 마찬가지의 구성으로 제2 가스 공급부인 반응 가스 공급부로부터는 공급관(36b), MFC(38b), 밸브(41b), 밸브(40b) 및 노즐(44b)을 개재하여 반응 가스가 웨이퍼(W)에 대하여 공급된다. 불활성 가스 공급부로부터는 공급관(36c, 36d), MFC(38c, 38d), 밸브(41c, 41d), 밸브(40c, 40d) 및 노즐(44a, 44b)을 개재하여 웨이퍼(W)에 대하여 불활성 가스가 공급된다. 노즐(44b)은 반응관(10A) 내에 상하 방향을 따라 입설되고, 보트(26A)에 보지(保持)되는 웨이퍼(W)를 향하여 개구(開口)되는 복수의 공급공이 형성된다. 노즐(44b)의 공급공을 통해서 웨이퍼(W)에 대하여 반응 가스가 공급된다. 또한 반응 가스로서는 예컨대 질소 함유 가스 또는 산소 함유 가스가 웨이퍼(W)에 대하여 공급된다.
또한 가스 공급 기구(34)에는 기판 처리에 기여하는 반응 가스, 원료 가스 또는 기판 처리에 기여하지 않는 불활성 가스나 클리닝 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 공급하기 위해서 제3 가스 공급부도 설치된다. 제3 가스 공급부로부터는 공급관(36e), MFC(38e), 밸브(41e), 밸브(40e) 및 노즐(44c)을 개재하여 반응 가스가 웨이퍼(W)에 대하여 공급된다. 불활성 가스 공급부로부터는 공급관(36f), MFC(38f), 밸브(41f), 밸브(40f) 및 노즐(44c)을 개재하여 웨이퍼(W)에 대하여 불활성 가스 또는 클리닝 가스가 공급된다. 노즐(44c)은 반응관(10A) 내에 상하 방향을 따라 입설되고, 보트(26A)에 보지되는 웨이퍼(W)를 향하여 개구되는 복수의 공급공이 형성된다. 노즐(44c)의 공급공을 통해서 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스가 공급된다. 또한 전술한 웨이퍼(W)에 대하여 클리닝 가스가 공급되는 예로서, 클리닝 가스를 에칭 가스로서 이용하여 웨이퍼(W)에 공급하는 것 또는 제품이 아닌 더미 웨이퍼(유사 기판)에 대하여 클리닝 가스를 공급하는 것 등이 포함된다.
반응관(10A) 내에는 3개의 노즐(44a, 44b, 44c)이 설치되고, 반응관(10A) 내에 3종류의 원료 가스를 소정의 순서 또는 소정의 주기로 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 반응관(10A) 내의 노즐(44a, 44b, 44c)에 접속되는 밸브(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 최종 밸브로 불리는 공급 밸브이며, 후술하는 최종 밸브 설치부(75A)에 설치된다. 이후, 최종 밸브 설치부(75A)에 설치되는 각 밸브(40)를 제1 밸브라고 부르는 경우가 있다. 마찬가지로 반응관(10B) 내에는 3개의 노즐(44a, 44b, 44c)이 설치되고, 반응관(10B) 내에 3종류의 원료 가스를 소정의 순서 또는 소정의 주기로 공급하는 것이 가능하도록 구성된다. 반응관(10B) 내의 노즐(44a, 44b, 44c)에 접속되는 밸브(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)는 공급 밸브이며, 후술하는 최종 밸브 설치부(75B)에 설치된다. 이후, 최종 밸브 설치부(75B)에 설치되는 각 밸브(40)를 제2 밸브라고 부르는 경우가 있다. 또한 상기 밸브(40)는 밸브(40a 내지 40f)의 총칭을 나타내는 표현이며, 다른 요소에 대해서도 이후 마찬가지의 표현을 하는 경우가 있다.
밸브(41a 내지 41f)의 출력측의 복수의 가스관(35)은 밸브(41a 내지 41f)와 밸브(40a 내지 40f) 사이에서 반응관(10A)의 밸브(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)의 각각에 접속되는 복수의 가스 분배관(35A)과, 반응관(10B)의 밸브(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)의 각각에 접속되는 복수의 가스 분배관(35B)으로 분기된다. 복수의 가스관(35)은 반응관(10A, 10B)에 대한 공통의 가스관으로 간주할 수 있다.
매니폴드(18A)에는 배기관(46A)이 설치된다. 배기관(46A)에는 처리실(14A)의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(48A) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(50A)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(52A)가 접속된다. 이러한 구성에 의해 처리실(14A)의 압력을 처리에 따른 처리 압력으로 할 수 있다. 주로 배기관(46A), APC 밸브(50A), 압력 센서(48A)에 의해 배기계A가 구성된다. 배기계A는 후술하는 배기 박스(74A)에 수납된다. 진공 펌프(52A)는 처리 모듈(3A)과 처리 모듈(3B)에 공통으로 1개 설치되어도 좋다.
처리실(14A)은 복수 매, 예컨대 25매 내지 150매의 웨이퍼(W)를 수직으로 선반 형상으로 지지하는 기판 보지구로서의 보트(26A)를 내부에 수납한다. 보트(26A)는 덮개부(22A) 및 단열부(24A)를 관통하는 회전축(28A)에 의해 단열부(24A)의 상방(上方)에 지지된다. 회전축(28A)은 덮개부(22A)의 하방에 설치된 회전 기구(30A)에 접속되고, 회전축(28A)은 반응관(10A)의 내부를 기밀하게 밀봉한 상태에서 회전 가능하도록 구성된다. 덮개부(22A)는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(32A)에 의해 상하 방향으로 구동(驅動)된다. 이에 의해 보트(26A) 및 덮개부(22A)가 일체적으로 승강되고, 반응관(10A)에 대하여 보트(26A)가 반입출된다.
보트(26A)로의 웨이퍼(W)의 이재는 반송실(6A)에서 수행된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 반송실(6A) 내의 일측면(一側面)[반송실(6A)의 외측 측면, 반송실(6B)에 면하는 측면과 반대측의 측면]에는 클린 유닛(60A)이 설치되고, 반송실(6A) 내에 클린 에어(예컨대 불활성 가스)를 순환시키도록 구성된다. 반송실(6A) 내에 공급된 불활성 가스는 보트(26A)를 개재하여 클린 유닛(60A)과 대면하는 측면[반송실(6B)에 면하는 측면]에 설치된 배기부(62A)에 의해 반송실(6A) 내로부터 배기되고, 클린 유닛(60A)으로부터 반송실(6A) 내에 재공급된다(순환 퍼지). 반송실(6A) 내의 압력은 이재실(8) 내의 압력보다 낮아지도록 설정될 수 있다. 또한 반송실(6A) 내의 산소 농도는 대기 중에서의 산소 농도보다 낮아지도록 설정된다. 이러한 구성에 의해 웨이퍼(W)의 반송 작업 중에 웨이퍼(W) 상에 자연 산화막이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
회전 기구(30A), 보트 엘리베이터(32A), 가스 공급 기구(34)의 MFC(38a 내지 38f) 및 밸브(41a 내지 41f, 40a 내지 40f), APC 밸브(50A)에는 이것들을 제어하는 컨트롤러(100)가 접속된다. 컨트롤러(100)는 예컨대 CPU를 구비한 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지고, 처리 장치(2)의 동작을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(100)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(102)가 접속된다. 컨트롤러(100)는 처리 모듈(3A)과 처리 모듈(3B)에서 각각 1개씩 설치되어도 좋고, 공통으로 1개 설치되어도 좋다.
다음으로 처리 장치(2)의 배면 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이 반송실(6A, 6B)의 배면측에는 메인터넌스구(口)(78A, 78B)가 각각 형성된다. 메인터넌스구(78A)는 반송실(6A)의 반송실(6B)측에 형성되고, 메인터넌스구(78B)는 반송실(6B)의 반송실(6A)측에 형성된다. 메인터넌스구(78A, 78B)는 메인터넌스 문(80A, 80B)에 의해 개폐된다. 메인터넌스 문(80A, 80B)은 힌지(82A, 82B)를 기축으로 하여 회동(回動) 가능하도록 구성된다. 힌지(82A)는 반송실(6A)의 반송실(6B)측에 설치되고, 힌지(82B)는 반송실(6B)의 반송실(6A)측에 설치된다. 메인터넌스 영역은 처리 모듈(3A) 배면에서의 처리 모듈(3B)측과 처리 모듈(3B) 배면에서의 처리 모듈(3A)측에 형성된다.
상상선(想像線), 즉 점선으로 도시하는 바와 같이, 메인터넌스 문(80A, 80B)이 힌지(82A, 82B)를 중심으로 하여 반송실(6A, 6B)의 배면측 후방에 수평하게 회동되는 것에 의해 배면 메인터넌스구(78A, 78B)가 열린다. 메인터넌스 문(80A)은 반송실(6A)을 향하여 왼쪽으로 180°까지 개방 가능하도록 구성된다. 메인터넌스 문(80B)은 반송실(6B)을 향하여 오른쪽으로 180°까지 개방 가능하도록 구성된다. 또한 메인터넌스 문(80A, 80B)은 제거 가능하도록 구성되고, 제거하여 메인터넌스를 수행해도 좋다.
반송실(6A, 6B)의 배면 근방에는 유틸리티계(70)가 설치된다. 유틸리티계(70)는 메인터넌스 영역A, 메인터넌스 영역B 사이에 배치된다. 유틸리티계(70)는 밸브 어셈블리로서의 공급 밸브 박스인 최종 밸브 설치부(75A, 75B), 배기 박스(74A, 74B), 공급 박스(72), 컨트롤러 박스(76A, 76B)를 포함한다. 유틸리티계(70)는 처리 장치(2)의 광체측(筐體側)[반송실(6A, 6B)측]부터 순서대로 배기 박스(74A, 74B), 공급 박스(72), 컨트롤러 박스(76A, 76B)로 구성된다.
최종 밸브 설치부(75A, 75B)는 배기 박스(74A, 74B)의 상방에 설치된다. 유틸리티계(70)의 각 박스의 메인터넌스구는 각각 메인터넌스 영역A, 메인터넌스 영역B측에 형성된다. 공급 박스(72)는 배기 박스(74A)의 반송실(6A)에 인접하는 측과 반대측 및 배기 박스(74B)의 반송실(6B)에 인접하는 측에 인접해서 배치된다.
예컨대 처리 모듈(3A)에서 가스 공급 기구(34)의 제1 밸브[가스 공급계의 최하류에 위치하는 밸브(40a, 40b, 40c)]가 설치되는 최종 밸브 설치부(75A)는 배기 박스(74A)의 상방에 배치된다. 이와 같이 구성하면, 제1 밸브로부터 처리실로의 배관 길이를 짧게 할 수 있기 때문에 성막의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 도시되지 않지만, 밸브(40a, 40b, 40c) 외에 밸브(40d, 40e, 40f)도 최종 밸브 설치부(75A)에 배치된다. 설명은 생략하지만, 처리 모듈(3B)에서도 마찬가지의 구성이다.
도 4를 이용하여 불활성 가스로서의 질소(N2) 가스, 반응 가스, 원료 가스,및 클리닝 가스(GCL)를 공급하는 가스 공급계(34)에 대해서 설명한다. 또한 최종 밸브 설치부(75A)의 구성과 최종 밸브 설치부(75B)의 구성은 같으며, 최종 밸브 설치부(75B)의 구성의 기재는 생략한다.
원료 가스는 밸브(42a), MFC(38a), 밸브(41a), 처리실(14A, 14B)의 근방에 설치되는 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40a)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44a)에 공급 가능하도록 이루어진다.
반응 가스는 밸브(42b), MFC(38b), 밸브(41b), 처리실(14A, 14B)의 근방에 설치되는 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40b)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44b)에 공급 가능하도록 이루어진다. 반응 가스는 또한 밸브(41b2), 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40f)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44c)에도 공급 가능하도록 이루어진다.
불활성 가스로서의 N2 가스는 밸브(42d), MFC(38c), 밸브(41c), 처리실(14A, 14B)의 근방에 설치되는 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40c)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44a)에 공급 가능하도록 이루어진다. 또한 N2 가스는 밸브(42d), MFC(38d), 밸브(41d), 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40d)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44b)에도 공급 가능하도록 이루어진다. 또한 N2 가스는 밸브(42d), MFC(38f), 밸브(41f), 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40f)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 노즐(44c)에도 공급 가능하도록 이루어진다.
클리닝 가스(GCL)는 밸브(42g), MFC(38g), 밸브(41g), 최종 밸브 설치부(75A, 75B)의 밸브(40g, 40g2, 40g3)를 개재하여 반응관(10A, 10B)의 모든 노즐(44a, 44b, 44c)에 공급 가능하도록 이루어진다.
또한 MFC(38a)의 하류의 밸브(41a2), MFC(38b)의 하류의 밸브(41b3), MFC(38g)의 하류의 밸브(41g2)는 배기계(ES)에 접속된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 가스 공급계(34)의 하류측의 분배 배관인 복수의 가스관(35)은 최종 밸브 설치부(75A)에 접속되는 복수의 가스 분배관(35A)과, 최종 밸브 설치부(75B)에 접속되는 복수의 가스관(35B)으로 분기된다. 분기 후의 복수의 가스 분배관(35A)과 복수의 가스관(35B)은 서로 같은 길이를 가진다. 복수의 가스관(35)에는 적절히 히터, 필터, 체크 밸브[역지(逆止) 밸브], 버퍼 탱크 등이 설치된다.
처리 모듈(3A)의 제1 밸브 군(群)인 밸브(40a 내지, 40d, 40f, 40g, 40g2, 40g3)는 처리 모듈(3A)의 반응관(10A)이 포함하는 3개의 노즐(인젝터라고도 부른다)(44a, 44b, 44c) 바로 앞에 설치되고, 인젝터로의 가스 공급을 컨트롤러(100)에 의해 직접적으로 조작하는 것이 가능하다. 도 4의 제1 밸브 군[밸브(40a 내지, 40d, 40f, 40g, 40g2, 40g3)]은 1개의 인젝터(44a, 44b, 44c)에 대하여 복수의 가스를 동시에(즉 혼합해서) 공급할 수 있다. 또한 1개의 분배 배관으로부터의 클리닝 가스(GCL)는 모든 인젝터(44a, 44b, 44c)에 공급할 수 있도록 구성된다. 처리 모듈(3B)의 제1 밸브 군인 밸브(40a 내지, 40d, 40f, 40g, 40g2, 40g3)는 처리 모듈(3A)의 제1 밸브 군[밸브(40a 내지, 40d, 40f, 40g, 40g2, 40g3)]과 동일한 구성을 포함한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 처리에 기여하는 유체도 웨이퍼(W)의 처리에 기여하지 않는 유체도 모두 이 최종 밸브 설치부(75A, 75B)를 통과해서 처리실(14A, 14B)에 공급되도록 구성된다. 여기서 웨이퍼(W)의 처리에 기여하는 유체는 원료 가스, 반응 가스, 개질 가스, 에칭 가스 등을 포함하는 처리 가스 또는 그것들이 조합된 혼합 가스 또는 처리 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 포함한다. 또한 웨이퍼(W)의 처리에 기여하지 않는 유체는 불활성 가스다. 또한 본 실시 형태에서는 웨이퍼(W)의 처리에 기여하지 않는 유체로서 클리닝 가스도 포함한다.
다음으로 도 5를 이용하여 본 개시의 일 실시 형태에서의 최종 밸브(40)가 배치되는 최종 밸브 설치부(75)에 대해서 설명한다. 또한 도 4와 구성이 같지 않지만, 도 5는 설명을 위한 도면이며 도 4와 같은 구성일 필요는 없다. 최종 밸브 설치부(75B)는 최종 밸브 설치부(75A)와 마찬가지의 구성이므로 여기서는 설명을 생략하고, 최종 밸브 설치부(75A)와 관련해서 이하에 설명한다.
도 5는 최종 밸브 설치부(75)의 상면도의 예시(일례)이며, 상상선(점선)으로서 가늘고 긴 직사각형(사각형)은 가열부(또는 가열 수단)로서의 히터(HT)를 도시하고, 실선으로 동그라미는 가열 영역(H)을 도시한다. 히터(HT1 내지 HT3)와 미도시의 온도 센서로서의 열전대(TC1 내지 TC3)에 대하여 가열 영역(H1 내지 H3)이 각각 설치되고, 각 가열 영역(H)의 틈새에 열전도를 조정하기 위한 부재로서의 연결 시트가 배치된다. 가열 수단인 히터(HT1 내지 HT3)마다 가열 영역(H1 내지 H3)이 형성된다. 또한 도 5에서 연결 시트는 가열 영역(H) 사이에 실선으로 도시된다. 히터(HT)는 외관으로는 보이지 않지만, 가열 영역(H)의 설명의 편의상 상상선(점선)으로 도시한다. 여기서 가열 영역(H)은 가열 영역(H1 내지 H3)의 총칭이며, 가열 영역(H)이라고 부르는 경우, 가열 영역(H1 내지 H3) 전체 또는 가열 영역(H1 내지 H3) 중 어느 하나를 나타낸다.
각 히터(HT)에 의해 가열하는 것에 의해, 최종 밸브 설치부(75A)는 소정의 온도 이상이 되도록 온도가 제어된다. 특히 상온으로 액체 또는 고체의 원료가 사용될 때, 이들의 원료의 기화 온도(또는 승화 온도) 이상이 되도록 온도가 제어된다. 또한 각 히터(HT)는 개별로 제어 가능하도록 구성된다. 여기서 균열부로서의 균열판이 있기 때문에, 가열 영역(H) 내는 균등하게 가열할 수 있었다고 해도, 가열 영역(H)이 복수 존재할 때 가열 영역(H) 사이(균열판 사이)가 공기층이 되어 방열되기 쉽고, 온도 불균일이 발생하기 쉬워진다는 우려가 있다. 단, 도 5에서는 균열부 사이에 전도열을 조정하는 부재로서의 연결 시트를 각 가열 영역(H) 사이에 배치하기 때문에 온도 불균일을 억제할 수 있다. 상세는 후술한다.
다음으로 도 6 및 도 10을 이용하여 본 개시의 일 실시 형태에서의 제1 밸브 군으로서의 제1 밸브(40) 군의 구성 및 동작에 대해서 설명한다. 최종 밸브 설치부(75A, 75B) 내의 제1(제2) 밸브(40)는, 처리실(14A, 14B)에 연통하는 배관에 설치되는 밸브 중 가장 처리실(14A, 14B)과 가까운 개소(箇所)(하류측)에 설치되는 밸브다. 여기서 최종 밸브 설치부(75A, 75B)는 제1 밸브 군으로서의 최종 밸브 군인 복수의 밸브(40)를 포함하고, 상하 방향에서 가장 하측부터 순서대로, 토대부와, 균열부로서의 균열판과, 웨이퍼(W)의 처리에 기여하는 유체, 웨이퍼(W)의 처리에 기여하지 않는 유체가 각각 흐르는 유로를 포함하는 블록부와, 미도시의 밸브를 구동(상하)시켜서 유로를 개폐하는 밸브부와, 블록부와 밸브부 사이에 설치되는 플랜지부를 적어도 포함하는 구성으로 이루어진다. 또한 제1 밸브로서의 제1 밸브(40)는 전술한 플랜지부와, 전술한 밸브부를 포함하는 구성으로 이루어진다. 균열판의 틈새에는 후술하는 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재(이후, 연결 시트라고 부르는 경우가 있다)가 설치된다. 균열판의 재질은 합금이며, 후술한다. 또한 도 6 및 도 10에 기재된 유로는 일례다. 도 6 및 도 10에서 제1 밸브(40)간의 배관이나 블록부 내의 유로의 상세는 생략하지만, 이 블록부의 다양한 형상의 조합에 의해 내부에 다양한 유로가 구성되도록 이루어진다. 블록부 내에는 유체가 흐르는 개구가 설치된다. 이 블록부의 개구에 가스가 흐르는 것에 의해 분기, 합류 등의 유로가 형성된다. 또한 도 5에서 2열과 3열로 나뉜 것은 한정된 공간에 최종 밸브 설치부(75A)를 수납하기 위해서이며, 공간 효율을 고려해서 제1 밸브(40)의 배치를 수행하기 위해서다.
토대부는 도 6에 도시되듯이 제1 밸브(40)에 공통으로 설치된다. 범용 밸브의 조합을 수행하면 이음새에서 밸브를 접속하기 때문에 소요 공간이 커지지만, 이 토대부를 이용하는 것에 의해 공간 절약의 밸브 집적화 구조를 실현한다. 구체적으로는 토대부 상에 균열부 및 블록부를 인접해서 배치하는 것이 가능하며, 도 5에서의 제1 밸브(40) 군을 구성할 수 있다. 그리고 블록부를 개재하여 제1 밸브(40)와 인접하는 다른 제1 밸브(40)를 조합시킬 수 있고, 각 블록부 내에 다양한 유로를 형성할 수 있도록 이루어진다.
균열부는 가열 영역(H)마다 분할되고, 도 6에 도시하는 바와 같이 카트리지 히터로서의 가열부(HT)가 내부에 설치된다. 균열부는 알루미늄 합금으로 구성되는 알루미늄 블록으로 구성되고, 내부에 가열부(HT)를 설치하기 위한 구멍이 형성된다. 이때 알루미늄에 대하여 통과 구멍의 가공을 수행하기 때문에 어느 정도 크기에 한계가 있다. 그러므로 최종 밸브 설치부(75A)가 커지면 복수의 가열부(HT)가 설치되고, 가열 영역(H)이 형성된다. 이에 의해 균열부가 가열 영역(H)마다 분할된다. 여기서 각 가열 영역(H) 사이[가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 경계]에 연결 시트가 삽입되고, 가열 영역의 경계에서의 열의 누설을 억제하는 것에 의해 가열 영역(H) 사이에서의 콜드 스팟의 발생을 억제한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 온도 센서가 블록부 또는 플랜지부 내에 형성되는 가스 흐름로에 인접하는 리크 포트에 설치된다. 이에 의해 유로 직근(直近)에 온도 센서를 배치할 수 있기 때문에 실제 가스 온도와 가까운 온도를 검출할 수 있다. 또한 리크 포트란 가스의 리크(누설)을 체크하기 위해서 체크용 치구를 장착하기 위한 포트다. 또한 플랜지부 내의 가스 흐름로와 블록부 내의 가스 흐름로가 연결되는 부분의 주위는 씰부에 의해 유로를 외부와 차단하기 위해서 밀폐되는 것과 함께, 플랜지부와 블록부가 고정된다. 또한 일례로서 플랜지부 및 블록부는 SUS(Stainless Used Steel)다. 또한 도시되지 않지만, 본 실시 형태에서 복수의 온도 센서와 서모스위치(과온 스위치)가 세트로 설치된다.
도 6 및 도 10에서는 미도시의 밸브부에 설치되는 밸브(예컨대 다이어프램 밸브)를 동작시켜서 가스 유로를 개폐하는 것에 의해 가스의 공급 및 정지가 가능하도록 구성된다. 그리고 도 10에 도시하는 바와 같이, 블록부의 입력측 또는 출력측에는 미도시의 다른 제1 밸브(40)(의 플랜지부)와 접속 가능하도록 구성된다. 또한 블록부의 입력단 및 출력단의 유로가 크게 이루어진 것은, 씰부에 의한 플랜지부와 접속 시에 플랜지부에 설치되는 리크 포트와 씰부가 연통되기 때문이다. 이러한 구성에 의해 이 씰부로부터의 리크를 체크할 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 밸브(40) 군의 구성에 따르면, 최근의 디바이스의 미세화, 번잡화에 따라 다종다양한 원료가 사용되는 것과 함께 가스 공급계(34)의 구조도 복잡해지고 있어, 이에 따라, 밸브가 집적화된 구조로 이루어진 최종 밸브 설치부(75A)를 소정의 온도로 균등하게 가열할 수 있다. 이에 의해 재액화 등의 상변화를 시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리에 기여하는 유체를 처리실(14A)에 안정적으로 공급할 수 있다. 또한 연결 시트의 구성에 대해서는 후술한다.
기억부(104)는 컨트롤러(100)에 내장된 기억 장치(하드 디스크나 플래시 메모리)이어도 좋고, 가반성(可搬性)의 외부 기록 장치[자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]이어도 좋다. 또한 컨트롤러(100)를 구성하는 컴퓨터로의 프로그램(예컨대 처리 장치(2)의 동작을 제어하는 제어 프로그램)의 제공은 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다. 프로그램은 필요에 따라, 입출력 장치(102)로부터의 지시 등으로 기억부(104)로부터 판독되고, 판독된 레시피를 따른 처리를 컨트롤러(100)가 실행하는 것에 의해 처리 장치(2)는 컨트롤러(100)의 제어 하에서 원하는 처리를 실행한다. 컨트롤러(100)는 컨트롤러 박스[76(76A, 76B)]에 수납된다. 컨트롤러(100)가 처리 모듈(3A)과 처리 모듈(3B)에서 각각에 1개씩 설치되는 경우, 컨트롤러 박스(76A)에 처리 모듈(3A)을 제어하는 컨트롤러[100(A)]이 설치되고, 컨트롤러 박스(76B)에 처리 모듈(3B)을 제어하는 컨트롤러[100(B)]가 설치된다.
다음으로 전술한 처리 장치(2)를 이용하여 기판 상에 막을 형성하는 처리(성막 처리)에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다. 여기서는 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스로서 제1 처리 가스와, 반응 가스로서 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 처리 장치(2)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(100)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서의 성막 처리에서는 처리실(14A)의 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실(14A)로부터 원료 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정과, 처리실(14A)의 웨이퍼(W)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정과, 처리실(14A)로부터 반응 가스(잔류 가스)를 제거하는 공정을 소정 횟수(1회 이상) 반복하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 막을 형성한다.
[기판 반입: S1(웨이퍼 차지 및 보트 로드)]
게이트 밸브(90A)를 열고 보트(26A)에 대하여 웨이퍼(W)를 반송한다. 복수 매의 웨이퍼(W)가 보트(26A)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 게이트 밸브(90A)가 닫힌다. 보트(26A)는 보트 엘리베이터(32A)에 의해 처리실(14)에 반입(보트 로드)되고, 반응관(10A)의 하부 개구는 덮개부(22A)에 의해 기밀하게 폐색(씰)된 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정: S2)
처리실(14A)이 소정의 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(52A)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 처리실(14A)의 압력은 압력 센서(48A)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(50A)가 피드백 제어된다. 또한 처리실(14A)의 웨이퍼(W)가 소정의 온도가 되도록 히터(12A)에 의해 가열된다. 이때 처리실(14A)이 소정의 온도 분포가 되도록 온도 검출부(16A)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(12A)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한 회전 기구(30A)에 의한 보트(26A) 및 웨이퍼(W)의 회전을 시작한다.
(성막 처리)
[원료 가스 공급 공정; S3]
처리실(14A)의 온도가 미리 설정된 처리 온도로 안정되면, 처리실(14A)의 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스를 공급한다. 원료 가스는 MFC(38a)로 원하는 유량이 되도록 제어되고, 가스 공급관(36a), 밸브(41a, 40a) 및 노즐(44a)을 개재하여 처리실(14A)에 공급된다.
[원료 가스 배기 공정: S4]
다음으로 원료 가스의 공급을 정지하고, 진공 펌프(52A)에 의해 처리실(14A)을 진공 배기한다. 이때 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 처리실(14A)에 공급해도 좋다(불활성 가스 퍼지).
[반응 가스 공급 공정: S5]
다음으로 처리실(14A)의 웨이퍼(W)에 대하여 반응 가스를 공급한다. 반응 가스는 MFC(38b)로 원하는 유량이 되도록 제어되고, 가스 공급관(36b), 밸브(41b, 40b) 및 노즐(44b)을 개재하여 처리실(14A)에 공급된다.
[반응 가스 배기 공정: S6]
다음으로 반응 가스의 공급을 정지하고, 진공 펌프(52A)에 의해 처리실(14A)을 진공 배기한다. 이때 불활성 가스 공급부로부터 N2 가스를 처리실(14A)에 공급해도 좋다(불활성 가스 퍼지).
[소정 횟수 실시: S7]
전술한 4개의 공정을 수행하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 원하는 막을 형성할 수 있다.
막을 형성한 후, 불활성 가스 공급부로부터 N2 가스가 공급되고, 처리실(14A) 내가 N2 가스로 치환되는 것과 함께, 처리실(14A)의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀: S8). 그 후, 보트 엘리베이터(32A)에 의해 덮개부(22A)가 강하되어 보트(26A)가 반응관(10A)으로부터 반출(보트 언로드: S9)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(W)는 보트(26A)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지: S10).
그 후, 웨이퍼(W)는 포드(5)에 수납되어 처리 장치(2)외에 반출되어도 좋고, 처리로(4B)에 반송되어 예컨대 어닐링 등의 기판 처리가 연속해서 수행되어도 좋다. 처리로(4A)에서의 웨이퍼(W)의 처리 후에 연속해서 처리로(4B)에서 웨이퍼(W)의 처리를 수행하는 경우, 게이트 밸브(90A 및 90B)를 열림으로 하여 보트(26A)로부터 보트(26B)에 웨이퍼(W)가 직접 반송된다. 그 후의 처리로(4B) 내로의 웨이퍼(W)의 반입출은 전술한 처리로(4A)에 의한 기판 처리와 마찬가지의 순서로 수행된다. 또한 처리로(4B) 내에서의 기판 처리는 예컨대 전술한 처리로(4A)에 의한 기판 처리와 마찬가지의 순서로 수행된다.
다음으로 도 7a 및 도 7b를 이용하여, 예컨대 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 경계(경계부)에 설치되는 부재에 대해서 설명한다. 도 7a에 도시하는 부재로서의 연결 시트는 시트 형상이지만 이 형태에 한정할 필요는 없다. 또한 재질로서는 균열판(알루미늄 합금)의 열전도율보다 작고, 공기보다 열전도율이 높으면 좋고, 예컨대 알루미나, SUS 등으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한 도 7a에 도시하는 바와 같이, 연결 시트의 상측에 큰 공(孔), 하측에 작은 공을 설치하는 것에 의해, 상하의 열전도율에 차이를 두도록 구성된다. 이 연결 시트의 상하 열전도 차이에 의해 균열판의 하측이 적극적으로 승온되고, 하측의 균열이 이루어진 후, 차근차근 상측에 열이 전달되도록 균열판의 균열화를 돕는 작용이 있다.
구체적으로는 도 7b에 도시하는 바와 같이, 온도 센서로부터 원방(遠方)(균열판의 하부)은 연결 시트를 개재하여 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 접촉 면적을 크게 하는 것에 의해 열전도를 촉진시키고(화살표 표시), 가열 영역(H) 사이의 틈새의 가열을 촉진시키고, 온도 센서로부터 근방(近方)(상부)은 연결 시트를 개재하여 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 접촉 면적을 작게 하는 것에 의해 열전도를 억제하여(화살표 표시), 열 간섭에 의한 영향을 저감할 수 있다.
또한 도 7b에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서의 연결 시트를 이용하여 균열부 간의 상부와 하부의 상하 방향에서 열전도도를 다르게 하지만, 이 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 상부, 중부, 하부의 3단계로 상하 방향의 열전도도를 다르게 해도 좋다. 또한 상하 방향으로 서서히 열전도도가 달라지는 연결 시트를 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2) 사이에 설치해도 좋다.
또한 균열부 간의 상하 방향에서 열전도도를 다르게 하면 되므로, 연결 시트의 상측에만 공을 설치할 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다. 또한 연결 시트의 형상은 공(원형)에 한정되지 않고, 다각형(삼각형 이상), 별형, 마름모형, 부채형이어도 좋다. 또한 도형뿐만 아니라 문자나 숫자 또는 그 조합이어도 좋다. 균열 간의 상측과 하측에서 형상을 바꿔도 좋고, 도형과 문자나 숫자의 조합이어도 좋다.
또한 균열부 간의 상하 방향에서 열전도도를 다르게 하면 되므로, 연결 시트의 상측과 하측에서 재질을 바꿔도 좋다. 상측의 재질의 열전도율이 하측의 열전도율보다 낮으면 된다. 같은 재료일 필요도 없고, 상측을 열전도율이 낮은 SUS로, 하측을 열전도율이 SUS보다 높은 알루미나로 구성해도 좋다.
이와 같이 본 실시 형태에서의 연결 시트를 이용하여 균열 간의 상하 방향에서 열전도도를 다르게 하는 것에 의해 최종 밸브 설치부(75A)의 균열성을 높일 수 있고, 블록부 또는 플랜지부 내의 유로 또는 배관을 흐르는 유체(예컨대 가스)의 재액화(또는 재고착화)를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
이상, 각 가열 영역(H)에서 같은 온도로 가열하는 경우에 대해서 설명했지만, 도 5에서 예컨대 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)에서 설정 온도가 다른 경우가 있다. 그래서 가열부(HT)는 가열 영역(H)마다 설정된 온도가 되도록 가열하는 것이 가능하도록 구성된다. 또한 가열부(HT)는 상기 가열 영역(H) 내에 설치되는 유로를 흐르는 소정의 가스에 따라, 미리 설정되는 온도가 되도록 가열하는 것이 가능하도록 구성된다. 구체적으로는 가열 영역(H)에 흐르는 가스종에 따라 최종 밸브 설치부(75A)의 가열 영역(H)마다 설정 온도가 다른 경우가 있다. 예컨대 성막에 기여하는 유체의 기화 온도에 따라, 가열 영역마다 다른 온도로 제어되는 경우가 있다.
예컨대 도 5에서 가열 영역(H1)에 기화 온도 A℃의 원료 가스A, 가열 영역(H2)에 기화 온도 B℃(B<A)의 원료 가스B가 흐르는 경우에, 각 가열 영역(H)을 기화 온도가 비교적 높은 원료 가스A의 기화 온도 A℃ 이상으로 균등하게 가열할 것으로 생각된다. 단, 가스종에 따라서는 기화 온도가 지나치게 높으면 과잉하게 반응해 배관 등의 부식 위험이 높아질 우려가 있다. 따라서 과잉하게 고온으로 하는 것이 아니라, 대략 기화 온도 근방(증기압 곡선의 근방)이 되도록 온도가 제어되는 것이 바람직하다. 일반적으로는 기화 온도가 A℃인 경우, 기화 온도보다 약간 높은(10% 이하가 일반적) 온도로 과온 스위치(서모스위치)가 설치되고, 기화 온도 근방의 적절한 온도로 제어되고 있는지 감시된다.
또한 가열 영역(H1)(설정 온도 A℃)과 가열 영역(H2)(설정 온도 B℃)에서 온도가 다른 것에 의해, 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 틈새에 콜드 스팟이 발생할 우려가 다소 있지만, 본 실시 형태에서는 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2)의 경계에 연결 시트를 설치하는 것에 의해 콜드 스팟의 발생을 억제하고, 균열부 간의 상하 방향에서 열전도도를 다르게 하는 것에 의해 각 가열 영역(H)에서 설정 온도 이상으로 가열되기 때문에 원료 가스A, 원료 가스B의 각각의 재액화를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한 이 경우, 가열 영역(H)마다 최종 밸브 설치부(75)를 분리시켜서 구성해도 좋음은 말할 필요도 없다.
(변형예 1)
도 9를 이용하여 변형예 1에 대해서 설명한다. 도 9와 도 5의 차이는 가열부가 없다는 점이다. 즉 도 9에 도시하는 최종 밸브 설치부(75C)는 제3 밸브 군으로서의 최종 밸브 군[복수의 제3 밸브(40)의 집합체]이 가열되지 않는다는 것 외에는 도 5와 같은 구성이다. 본 변형예는 최종 밸브 설치부(75A 또는 75B)와 최종 밸브 설치부(75C)의 2개를 설치하고, 상온에서 액체 또는 고체의 원료는 기화 상태 또는 승화 상태를 유지하기 위해서 기화 온도(또는 승화 온도) 이상으로 가열할 필요가 있으므로, 최종 밸브 설치부(75A 또는 75B)를 개재하여 처리실(14A)에 가스로서 공급되고, 상온에서 기체의 유체(가스)는 최종 밸브 설치부(75C)를 개재하여 처리실(14A)에 공급되도록 구성하는 것이다.
이러한 구성에 따르면, 도 5와 같이 처리실(14A)에 공급되는 모든 가스가 최종 밸브 설치부(75A 또는 75B)를 통과시켜 가열 필요가 없는 가스에까지 가열하는 경우와 비교하여, 최종 밸브 설치부(75A)를 간략화 할 수 있다. 또한 공간 절약화에 더해 소정의 온도로 균등하게 가열하는 데 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
또한 상온에서 기체의 유체(가스)는 최종 밸브 설치부(75C)를 개재하여 처리실(14A)에 공급되기 때문에 최종 밸브 설치부(75A)를 컴팩트화 할 수 있고, 사용하는 히터의 개수(맞추어 열전대의 개수)를 억제할 수 있다. 또한 사용하는 원료 가스에 따라서는 히터의 불필요한 출력을 억제할 수 있다.
예컨대 기판의 처리에 기여하는 가스, 예컨대 원료 가스, 반응 가스, 개질 가스 등 또는 이것들과 불활성 가스의 혼합 가스를 통과시키는 최종 밸브 설치부(75)와, 기판의 처리에 기여하지 않는 불활성 가스를 통과시키는 최종 밸브 설치부와, 기판의 처리에 기여하지 않는 클리닝 가스 또는 이 클리닝 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 통과시키는 최종 밸브 설치부에 각각 개별로 설치해도 좋다. 이와 같이 분산시키는 것에 의해 각각의 최종 밸브 설치부를 컴팩트화 할 수 있고, 사용하는 히터의 개수(또는 열전대 등의 개수)을 억제할 수 있다. 또한 사용하는 원료 가스에 따라서는 히터의 불필요한 출력을 억제할 수 있다. 기판의 처리에 기여하지 않는 불활성 가스를 통과시키는 최종 밸브나, 기판의 처리에 기여하지 않는 클리닝 가스 또는 이 클리닝 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 통과시키는 최종 밸브는 제2 밸브 또는 제2 밸브 군이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 도 9에 도시하는 본 변형예의 일례로서, 가열부가 있어도 가열되지 않는 것도 포함한다는 것은 말할 필요도 없다. 또한 열전대 등은 최종 밸브 설치부(75)의 온도를 감시하기 위해서 배치되는 것이 바람직하다.
(변형예 2)
다음으로 도 11a 및 11b에 기초하여 본 개시의 변형예에서의 제1 밸브(40) 군이 배치되는 최종 밸브 설치부(75)에 대해서 설명한다. 제1 밸브(40)의 구성 및 제1 밸브(40) 군을 구성하는 각 부에 대해서는 도 5에 도시하는 최종 밸브 설치부(75) 내에 배치되는 각 제1 밸브(40) 군과 같은 구성이므로 여기서는 설명을 생략하고, 도 5의 최종 밸브 설치부(75)의 구성과 다른 점에 대해서 주로 설명한다.
도 11a는 최종 밸브 설치부(75A) 내의 제1 밸브(40)의 수는 같으며, 히터(HT2) 대신에 히터(HT4)를 이용하고, 히터(HT1)를 제외한 구성으로 이루어진다. 여기서 히터(HT3), 히터(HT4)는 각각 가열 영역(H3), 가열 영역(H4)을 형성하도록 구성되고, 가열 영역(H3)과 가열 영역(H4)의 범위는 같다. 실제로는 히터(HT)에 대한 인가 전력의 차이 등 일률적으로는 말할 수 없지만, 이후, 히터(HT3), 히터(HT4)는 같은 가열 능력을 가진다는 전제로 설명한다. 도 11b도 히터(HT3), 히터(HT4)는 마찬가지지만, 각각의 가열 영역(H)은 생략한다. 도 11a 및 도 11b는 도 5에 비해 히터(HT)가 2개뿐이며, 에너지 절약 효과를 기대할 수 있다.
한편, 도 5에서는 최종 밸브 설치부(75A) 내에 설치되는 제1 밸브(40)에 대하여 히터(HT)에 의한 가열이 가능했지만, 도 11a에서는 2개의 연결 시트 사이에 있는 제1 밸브(40)에 대하여 히터(HT)에 의한 가열이 불충분해질 가능성이 높다. 따라서 도 11b에서는 2개의 연결 시트 사이에 제1 밸브(40)를 설치하지 않는 구성을 생각해볼 수 있다.
도 11b에 도시하는 바와 같이, 2개의 연결 시트 사이에는 제1 밸브(40)의 본체부(밸브부와 플랜지부)를 적어도 배치하지 않는 구성으로 이루어지고, 이에 의해 유체를 흘리지 않도록 구성한다. 이에 의해 가열 영역(H3)과 가열 영역(H4)을 분리할 수 있다.
또한 연결 시트를 설치하지 않는 구성으로 할 수 있지만, 가열하지 않는 부분과 가열하는 부분의 온도 차이가 지나치게 크면, 2개의 연결 시트 사이로의 열의 누설이 커질 우려가 있기 때문에, 연결 시트는 설치하는 것이 바람직하다. 또한 이때의 연결 시트는 단열재의 역할을 하게 되므로 도 7a 및 도 7b과 같은 칼집, 도려냄 등은 없는 쪽이 바람직하다.
(실시예)
다음으로 도 4, 도 5, 도 11a, 도 11b에 기초하여 최종 밸브 설치부(75A)에서의 제1 밸브(40) 군의 구성 및 제1 밸브 내에 흐르는 유체에 대해서 설명한다. 또한 여기서는 설명하지 않지만, 최종 밸브 설치부(75B)도 마찬가지다.
(실시예 1)
다음으로 도 5에서 각 히터(HT)의 가열에 의해 형성되는 각 가열 영역(H)의 전력 비율을 같게 한다. 예컨대 HT1:HT2:HT3을 1:3:3의 전력으로 가열한다. 도 5에서는 가열 영역(H2, H3)으로서 도시되는 바와 같이, HT2, HT3은 각각 6개의 제1 밸브(40) 분량의 블록을 가열 가능하도록 구성하고, HT1은 밸브(40) 군[2개의 제1 밸브(40)] 분량의 블록을 가열하도록 구성된다. 그리고 각각의 가열 영역의 틈새에(각각의 블록의 틈새)에 연결 시트를 설치한다. 이에 의해 최종 밸브 설치부(75A)에서의 처리 가스를 소정 온도 이상으로 가열할 수 있다. 따라서 예컨대 각 제1 밸브(40) 내를 흐르는 가스의 기화 온도(또는 승화 온도) 이상으로 가열할 수 있다.
도 5에서 히터(HT2, HT3)로 각각 형성되는 가열 영역(H2, H3)의 각각에 흐르는 유체의 종류를 다르게 하도록 구성해도 좋다. 예컨대 가열 영역(H2)을 구성하는 제1 밸브(40) 군에는 원료 가스를 흘리도록 미도시의 블록부를 조합시키고, 가열 영역(H3)에는 클리닝 가스를 흘리도록 미도시의 블록부를 조합시키도록 구성해도 좋다. 예컨대 가열 영역(H2)은 원료 가스의 기화 온도(또는 승화 온도A), 가열 영역(H3)은 클리닝 가스의 기화 온도(또는 승화 온도B)로 조정하는 것에 의해, 최종 밸브 설치부(75A) 내의 각 제1 밸브(40) 내를 흐르는 처리 가스의 기화 온도(또는 승화 온도) 이상으로 가열할 수 있다.
또한 도 5에서 연결 시트가 배치되는 가열 영역(H) 사이의 틈새는 히터(HT)로부터 이간되어 있어 온도 제어가 곤란한 개소다. 따라서 가열 영역(H2)과 가열 영역(H3) 사이에 배치되는 연결 시트를 따라 배치되는 제1 밸브(40) 내에는, 상온에서 기체로서 존재하는 가스, 예컨대 반응 가스 또는 불활성 가스가 흐르도록 미도시의 블록부를 조합시켜도 좋다. 이 가열 영역(H) 사이의 틈새에 설치되는 제1 밸브(40) 내를 흐르는 유체가 제1 밸브(40) 내에 히터(HT)에 의한 가열이 불필요한 유체로 하는 구성이 되므로, 이 연결 시트를 따라 배치되는 제1 밸브(40) 이외의 제1 밸브(40) 군을 처리 가스의 기화 온도(또는 승화 온도) 이상이 되도록 제어하면 좋다. 따라서 최종 밸브 설치부(75A) 내에 흐르는 처리 가스에 대하여 온도 제어성의 향상을 기대할 수 있다. 또한 가열 영역(H2)과 가열 영역(H3) 사이에 배치되는 연결 시트를 따르는 부분에는 제1 밸브(40)를 설치하지 않도록 하여 유체를 흘릴 수 없도록 해도 좋다. 이 경우에서도 마찬가지로 최종 밸브 설치부(75A) 내에 흐르는 처리 가스에 대하여 온도 제어성의 향상을 기대할 수 있다.
또한 도 5에서 가열 영역(H1)과 가열 영역(H2) 사이에 배치되는 연결 시트의 열전도율과, 가열 영역(H2)과 가열 영역(H3) 사이에 배치되는 연결 시트의 열전도율을 다르게 해도 좋다. 예컨대 히터(HT)와의 위치 관계에 따라 열전도율을 다르게 해도 좋고, 히터(HT)에 공급되는 전력에 따라 열전도율을 다르게 해도 좋다. 이에 의해 각 가열 영역(H) 내에 설치되는 제1 밸브(40) 내를 흐르는 유체를 소정의 온도 이상으로 제어할 수 있다.
(실시예 2)
다음으로 도 11a 및 도 11b에서도 마찬가지로 각 히터(HT)의 가열에 의해 형성되는 각 가열 영역(H)의 전력 비율을 같게 한다. 예컨대 HT3:HT4을 1:1의 전력으로 가열한다. 그리고 각 히터(HT)의 가열 영역(H)을 각각 H3, H4에 나타내고, 각 히터(HT)의 적절히 가열 가능한 가열 영역(H)을 최종 밸브 설치부(75A)에 배치되는 제1 밸브(40)의 6개 분량으로 한다는 전제로 이하에 설명한다.
도 11a에 도시하는 바와 같이 2개의 연결 시트에 개재되는 영역은 가열 영역(H3) 및 가열 영역(H4)으로부터 제외된 영역이기 때문에, 이 영역에 배치되는 제1 밸브(40)에는 처리 가스로서 원료를 흘리면 온도 제어가 원활하게 되지 않아 재고착화(또는 재액화)가 발생할 가능성이 높다. 따라서 이 영역에는 온도 제어(또는 온도 가열)를 필요로 하지 않는 유체(상온에서 기체상의 유체)라면 좋고, 예컨대 처리 가스로서의 리액턴트 가스 또는 불활성 가스를 흘리도록 구성된다.
이와 같이 가열 영역(H3), 가열 영역(H4)의 각각에 처리 가스를 흘리고, 2개의 연결 시트에 개재되는 영역에 배치되는 제1 밸브(40)에는 예컨대 처리 가스로서의 리액턴트 가스 또는 불활성 가스를 흘리도록 구성되기 때문에, 가열 영역(H3)과 가열 영역(H4)이 분리되어 있으므로 가열 영역(H3)에는 처리 가스로서 원료 가스를 공급하고, 가열 영역(H4)에는 처리 가스로서 클리닝 가스를 공급하는 것과 같은 가스종의 구분 사용이 가능해진다. 또한 같은 원료 가스이어도 승화 온도(기화 온도)가 다른 2종류의 원료 가스를 공급하는 것이 가능하도록 구성해도 좋다.
또한 도 7a에 도시하는 바와 같은 2개의 연결 시트에 개재되는 영역에는, 제1 밸브(40)를 배치하지 않도록 구성해도 좋다. 이에 의해 온도가 불안정해질 가능성이 높은 2개의 연결 시트에 개재되는 영역에는 유체를 흘리지 않고, 가열 영역(H3)과 가열 영역(H4)에 유체를 흘릴 수 있기 때문에 가열 영역(H3) 또는 가열 영역(H4)에 흘리는 유체의 온도 제어가 가능해지고, 예컨대 유체의 온도를 소정 온도이상으로 할 수 있으므로, 유체로서 고체 원료를 승화시킨 처리 가스 또는 액체 원료를 기화시킨 처리 가스를 공급할 수 있다. 또한 이러한 구성이어도 가열 영역(H3)과 가열 영역(H4)이 분리되어 있으므로, 가열 영역(H3)에 배치되는 제1 밸브(40)와 가열 영역(H4)에 배치되는 제1 밸브(40)에 각각 흐르는 처리 가스의 가스종의 구분 사용이 가능해진다. 또한 같은 원료 가스이어도 승화 온도(기화 온도)가 다른 2종류의 원료 가스를 공급하는 것이 가능하도록 구성해도 좋다.
(다른 실시 형태)
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 개시는 전술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예컨대 가스종에 따라 최종 밸브 설치부를 분산시켜서 설치하도록 해도 좋다. 구체적으로는 원료 가스, 반응 가스, 개질 가스 등의 기판의 처리에 기여하는 가스마다 최종 밸브 설치부를 분산시켜서 설치해도 좋다. 그리고 각각 다른 온도로 제어해도 좋다. 한편, 가스종과 상관없이 기화 온도(승화 온도)가 거의 같은 온도라면, 기판의 처리에 기여하는 가스 및 기판의 처리에 기여하지 않는 가스를 같은 최종 밸브 설치부를 개재하여 처리실에 공급해도 좋다.
예컨대 가열 영역마다 균열판(균열부)이 설치되지만, 가열 영역에 공유의 균열판(균열부)을 설치하고, 가열 영역 사이의 경계부에 칼집을 내고, 전열 면적을 작게 하도록 구성해도 좋다. 단, 이 경우 최종 밸브 설치부의 강도 문제가 있어, 경계부의 칼집 부분에 보강 재료를 넣는 등의 처치가 필요해진다. 또한 보강 재료는 단열 부재가 바람직하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 불활성 가스로서 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희(希)가스를 이용할 수 있고, 이것들 희가스 중 1개 이상을 이용할 수 있다. 단, 이 경우, 희가스원(源)을 준비할 필요가 있다.
질소 함유 가스로서는 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 암모니아(NH3) 가스 등 중 1개 이상을 이용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스 등 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
또한 반응 가스에 포함되는 리액턴트로서는 질소 함유 가스나 산소 함유 가스에 한정되지 않고, 소스와 반응해서 막 처리를 수행하는 가스를 이용하여 다른 종류의 박막을 형성해도 상관없다. 또한 3종류 이상의 반응 가스를 이용하여 성막 처리를 수행해도 좋다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 처리로서 반도체 장치에서의 성막 처리를 예로 들었지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리 외에 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리이어도 좋다. 또한 기판 처리의 구체적인 내용은 불문이며, 성막 처리뿐만 아니라, 어닐링 처리, 산화 처리, 질화 처리, 확산 처리, 리소그래피 처리 등의 다른 기판 처리에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 본 개시는 다른 기판 처리 장치, 예컨대 어닐링 처리 장치, 산화 처리 장치, 질화 처리 장치, 노광 장치, 도포 장치, 건조 장치, 가열 장치, 플라즈마를 이용한 처리 장치 등의 다른 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 본 개시는 이러한 장치가 혼재해도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 반도체 제조 프로세스에 대해서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 액정 디바이스의 제조 공정, 태양전지의 제조 공정, 발광 디바이스의 제조 공정, 유리 기판의 처리 공정, 세라믹 기판의 처리 공정, 도전성 기판의 처리 공정 등의 기판 처리에 대해서도 본 개시를 적용할 수 있다.
또한 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성에 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.
75: 최종 밸브 설치부 100: 제어부(컨트롤러)

Claims (17)

  1. 처리실로 기판의 처리에 기여하는 유체를 공급하는 유로를 개폐하는 복수의 제1 밸브;
    상기 복수의 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 영역;
    상기 복수의 가열 영역에 설치되는 균열부(均熱部); 및
    상기 복수의 가열 영역 사이에 설치되고, 상기 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재
    를 포함하는 가스 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부재는 상기 균열부의 상하 방향에서 열전도율을 다르게 하도록 구성되는 가스 공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 균열부는 상기 복수의 가열 영역마다 설치되는 가스 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 밸브는 상기 처리실의 근방에 설치되는 가스 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 제1 밸브는 상기 처리실에 연통되는 배관에 설치되는 밸브 중 상기 처리실과 가장 가까운 개소(箇所)에 설치되는 가스 공급 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 수단을 더 포함하고,
    상기 복수의 가열 수단은 상기 복수의 가열 영역에 대응하여 설치되는 가스 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은 상기 복수의 가열 영역을 개별로 가열하는 것이 가능하도록 구성되는 가스 공급 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은 상기 복수의 가열 영역마다 설정된 온도가 되도록 가열하는 것이 가능하도록 구성되는 가스 공급 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은 상기 복수의 가열 영역 내에 설치되는 유로를 흐르는 가스종에 따라 설정되는 온도가 되도록 가열하는 것이 가능하도록 구성되는 가스 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 가열 영역 내에 설치되는 유로를 흐르는 가스종에 따라 설정되는 온도가 다르도록 구성되는 가스 공급 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 처리에 기여하는 유체는 원료 가스, 반응 가스, 개질 가스 등을 포함하는 처리 가스 또는 그것들이 조합된 혼합 가스 또는 처리 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 포함하는 가스 공급 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유체가 흐르는 유로가 설치되는 블록부를 더 포함하고,
    상기 균열부는 상기 블록부의 하방(下方)에 설치되는 가스 공급 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체가 흐르는 유로를 개폐하는 밸브부가 설치되는 본체부를 더 포함하고,
    상기 본체부 내에는 상기 블록부 내에 설치되는 상기 유로와 상기 밸브부를 연통하는 유로가 설치되는 가스 공급 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    기판의 처리에 기여하지 않는 유체를 공급하기 위한 복수의 제2 밸브를 더 포함하는 가스 공급 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 처리에 기여하지 않는 유체는 불활성 가스인 가스 공급 시스템.
  16. 처리실로 기판의 처리에 기여하는 유체를 공급하는 유로를 개폐하는 복수의 제1 밸브;
    상기 복수의 상기 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 영역;
    상기 복수의 가열 영역에 설치되는 균열부; 및
    상기 복수의 가열 영역 사이에 설치되고, 상기 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재
    를 포함하는 가스 공급 시스템을 구비한 기판 처리 장치.
  17. 처리실로 기판의 처리에 기여하는 유체를 공급하는 유로를 개폐하는 복수의 제1 밸브; 상기 복수의 제1 밸브를 가열하는 복수의 가열 영역; 상기 복수의 가열 영역에 설치되는 균열부; 및 상기 복수의 가열 영역 사이에 설치되고, 상기 균열부 사이의 전도열을 조정하는 부재를 포함하는 가스 공급 시스템으로부터 상기 기판에 상기 유체를 공급하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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