JP2012186286A - Semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor manufacturing apparatus.
縦型反応炉を備えた半導体製造装置には、反応炉内で反応ガスと接する部分を全て石英で形成することで、腐食性の高いガスの使用、例えばハロゲン系のクリーニングガスによるチューブクリーニングを可能としている。この種の半導体製造装置においては、被処理基板であるシリコン基板を複数搭載するボートも石英を材料として形成される。これに対し、ボートを反応炉内で回転させるための回転モータの回転板は、ステンレスなどの金属材料を用いて構成される。成膜中、反応炉内は数百℃に加熱される。このため、石英製のボートとステンレス製の回転板との間に、両者の中間の熱膨張率を有するセラミックス部材を中間材として介在させて熱膨張量の差を緩和することで、熱膨張率の差によって石英製のボートが破損することを防止している。中間材としては、窒化シリコンの焼結体が用いられることが多い。 For semiconductor manufacturing equipment equipped with a vertical reactor, all parts of the reactor that come into contact with the reaction gas are made of quartz, which allows the use of highly corrosive gases, such as tube cleaning with halogen-based cleaning gases. It is said. In this type of semiconductor manufacturing apparatus, a boat on which a plurality of silicon substrates, which are substrates to be processed, are mounted is also formed from quartz. On the other hand, the rotating plate of the rotary motor for rotating the boat in the reaction furnace is configured using a metal material such as stainless steel. During the film formation, the inside of the reaction furnace is heated to several hundred degrees Celsius. Therefore, the thermal expansion coefficient is reduced by interposing a ceramic member having a thermal expansion coefficient between the quartz boat and the stainless steel rotating plate as an intermediate material between the quartz boat and the stainless steel rotating plate. This prevents the quartz boat from being damaged. As the intermediate material, a silicon nitride sintered body is often used.
縦型反応炉のアプリケーションのひとつに、シリコン窒化膜の成膜工程があり、その際のチューブクリーニングとして、ハロゲン系のガスを用いることで、シリコン窒化膜を反応炉壁から除去する。しかし、このクリーニングガスは、シリコン窒化膜を除去することができるが、窒化シリコンの焼結体で形成された中間材をもエッチングして、焼結体である部材が落剥することで、半導体装置の不良を誘発するような、粉末状の粒子を発生する発塵源となる。 One of the applications of the vertical reactor is a silicon nitride film forming process, in which the silicon nitride film is removed from the reactor wall by using a halogen-based gas as tube cleaning. However, this cleaning gas can remove the silicon nitride film, but also etches the intermediate material formed of the sintered body of silicon nitride, and the member that is the sintered body peels off, so that the semiconductor It becomes a source of dust generation that generates powdery particles that can cause device failure.
一つの実施形態は、クリーニングガスを用いて縦型反応炉内をクリーニングする際あるいは成膜中に粉末状の粒子が発生することを防止する半導体製造装置を提供することを目的とする。 An object of one embodiment is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that prevents powder particles from being generated when the inside of a vertical reactor is cleaned using a cleaning gas or during film formation.
一つの実施形態によれば、モータの回転軸に固定される下部接続部と、下部接続部上に固定される上部接続部と、上部接続部上に固定されて被処理基板を支持するボートとを有する上下移動可能な回転構造と、回転構造を収容する反応室を形成する反応室形成部と、を備え、上部接続部を下部接続部の熱膨張率とボートの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で構成する半導体製造装置である。上部接続部は、反応室で使用するクリーニングガスおよび反応ガスに対し耐腐食性を有するコーティング膜によってコーティングされている。 According to one embodiment, a lower connecting portion fixed to the rotating shaft of the motor, an upper connecting portion fixed on the lower connecting portion, and a boat fixed on the upper connecting portion and supporting the substrate to be processed. And a reaction chamber forming portion that forms a reaction chamber that accommodates the rotation structure, and the upper connection portion is intermediate between the thermal expansion coefficient of the lower connection portion and the thermal expansion coefficient of the boat. This is a semiconductor manufacturing apparatus composed of a material having a coefficient of thermal expansion. The upper connection portion is coated with a cleaning gas used in the reaction chamber and a coating film having corrosion resistance against the reaction gas.
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a semiconductor manufacturing apparatus will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。半導体製造装置は、反応管1、ボート2、ボートキャップ3、上部接続部4、下部接続部5、モータ6、エレベータ7及びヒータ8を含む縦型反応炉を備えている。縦型反応炉は、ボート2に載置された複数の被処理基板10を円筒状の反応管1に収容し、反応管1の内部に反応ガスを供給して成膜処理を施す装置である。反応管1およびボートキャップ3によって反応室を形成する反応室形成部が構成されている。反応管1、ボート2及びボートキャップ3は、反応ガスやクリーニングガスに腐食されない(換言すると、反応ガスやクリーニングガスとの反応性が低い)材料で形成されている。例えば、反応管1、ボート2及びボートキャップ3は、反応ガスがジクロロシランやシラン等のシラン系ガス、クリーニングガスがハロゲン系のガスである場合には、例えば、石英を材料として形成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment. The semiconductor manufacturing apparatus includes a vertical reaction furnace including a
ボート2は、基台部2aおよび支持柱部2bを有し、支持柱部2bに被処理基板10がセットされる。ボート2の基台部2aは、モータ6の軸に接続された下部接続部5に上部接続部4を介して連結されており、モータ6の駆動によって反応管1内で回転する。これにより、反応炉内部での円周方向の温度不均一性やガス濃度の不均一性を緩和し、膜厚や品質が回転方向に関して均一になるようにしている。モータ6の回転軸に固定される下部接続部5は、モータ6の回転軸と同様、ステンレスなどの金属で構成され、金属製の下部接続部5と石英製のボート2とを連結固定するための上部接続部4は、両者の中間の熱膨張率を有する窒化シリコンの焼結体であるセラミックス部材で構成する。
The
図2は、エレベータ7を下降させた状態の半導体製造装置を示す図である。図2に示すように、モータ6はエレベータ7の支持腕によって上下移動可能となっており、エレベータ7の上下動によって、モータ6、ボートキャップ3、下部接続部5、上部接続部4およびボート2が上下移動される。
FIG. 2 is a view showing the semiconductor manufacturing apparatus with the
被処理基板10は、エレベータ7を下降させた状態で室温環境下でボート2に載置された後、エレベータ7の上昇に伴って反応管1内に搬入される(図1参照)。成膜処理中、反応炉内はヒータ8によって200〜1000℃程度に加熱される。成膜処理後にはエレベータ7が下降することによって被処理基板10が反応管1から搬出され、成膜済みの被処理基板10は室温環境下でボート2から降ろされる。このため、ボート2、上部接続部4及び下部接続部5には、各々の熱膨張率の差に応じて応力が作用する。しかしながら、石英製のボート2と、金属(ステンレス)製の下部接続部5との間に配される上部接続部4を、石英とステンレスの中間の熱膨張率を有する窒化シリコン焼結体で構成しているので、熱応力は緩和される。なお、各材料の一般的な線膨張係数は、石英が0.6程度、ステンレスが18程度、窒化シリコンが3.5程度である。
The
なお、ボートキャップ3は成膜処理中には冷却されるようになっており、下部接続部5の熱はボートキャップ3に吸熱される。このため、成膜処理中は、下部接続部5はボート2よりも低温となる。熱膨張率の大きい下部接続部5がボート2よりも低温となることにより、膨張量の差が緩和される。
The boat cap 3 is cooled during the film forming process, and the heat of the
図3は、縦型反応炉の回転軸構造を示す図である。モータ6の回転軸61は磁気シール9を介して下部接続部5に接続されており、モータ6の回転軸61がボートキャップ3を貫通する部分での気密性が保たれている。
FIG. 3 is a view showing a rotating shaft structure of a vertical reactor. The rotating
ボートキャップ3の下部には、パージガス入口31が設けられており、縦型反応炉の外部に設けられたパージガス供給装置11から供給されるパージガス(例えばN2ガス)を炉内に放出する。炉内に放出されたパージガスは、図3中に破線矢印で示すように反応管1に向かって流れる。これにより、成膜処理中やクリーニング中に反応ガスやクリーニングガスが上部接続部4や下部接続部5の近傍に入り込みにくくなっている。
A
上部接続部4は、上下の端部にフランジ41、42を備えた柱状である。上部接続部4の下端のフランジ42にはねじ穴43が設けられている。一方、上部接続部4の上端のフランジ41には、ねじ穴44が設けられている。上部接続部4は、上側のフランジ41でボート2の基台部2aと複数箇所でねじ21またはピンで連結固定されている。上部接続部4と基台部2aとを連結する固定ねじ21は例えばアルミナで形成されている。
The upper connecting
また、上部接続部4と下部接続部5とは複数箇所で調整ねじ51で連結固定されており、調整ねじ51を調整することで、上部接続部4と下部接続部5との間隔、基台部2aとボートキャップ3との間隔(反応室へのパージガスの通過間隔)を調整することができる。調整ねじ51は、例えばステンレスで形成されている。
Further, the upper connecting
このように、上部接続部4は、調整ねじ51を介して下部接続部5に固定され、かつ固定ねじ21を介してボート2に固定されることで、下部接続部5とボート2との間に介在して、モータ6の回転力をボート2に伝達する。
As described above, the upper connecting
本縦型反応炉のアプリケーションのひとつに、シリコン窒化膜の成膜工程があり、その際のチューブクリーニングとして、ハロゲン系のガスを用いることで、シリコン窒化膜を反応炉壁から除去する。しかし、このクリーニングガスは、シリコン窒化膜を除去することができるが、窒化シリコンの焼結体で形成された上部接続部4もエッチングして、焼結体である部材が落剥する。このため、窒化シリコンの焼結体で形成された上部接続部4は、製造される半導体装置の不良を誘発するような、粉末状の粒子を発生する発塵源となる。なお、ハロゲン系のガスは、単体であってもハロゲン系ガスを混ぜた混合ガスであっても構わない。
One of the applications of the vertical reactor is a silicon nitride film forming process, in which the silicon nitride film is removed from the reactor wall by using a halogen-based gas as tube cleaning. However, this cleaning gas can remove the silicon nitride film, but also etches the
そこで、本第1の実施形態においては、上部接続部4は、その本体を構成する窒化シリコンの焼結体の全外面と、ねじ21、調整ねじ51が挿入されるねじ孔に対し、反応ガスあるいはクリーニングガスに対し耐腐食性を有する酸化シリコンのコーティング膜70を形成している。CVD法によって上部接続部4に酸化シリコンをコーティングすることにより、焼結体よりも緻密でかつ欠陥の少ないシリコン酸化膜を形成できる。焼結体表面には物理的な凹凸が存在するが、段差被覆率の高いCVD法を用いることで、焼結体の表面を隙間無くコーティング膜で覆うことができる。これにより、クリーニングガスによる窒化シリコン焼結体へのエッチングを抑制し、粉塵の発生を防止できる。ただし、CVD法に限らず、PVD法などによって上部接続部4の表面にコーティングを施すことも可能である。
Therefore, in the first embodiment, the upper connecting
コーティングの厚さは、一例として、0.1〜3μm程度である。酸化シリコンのコーティングが薄すぎるとクリーニングガスによる上部接続部4の腐食を防止する効果が不十分となる。一方、酸化シリコンのコーティングが厚すぎると、上部接続部4の熱膨張にコーティング膜が追従できずにコーティング膜にクラックが発生するなどして防食効果が低下する原因となる。ただし、上記のコーティング厚さはあくまでも一例であり、この範囲に限定されることはない。
The thickness of the coating is, for example, about 0.1 to 3 μm. If the coating of silicon oxide is too thin, the effect of preventing corrosion of the
本実施形態においては、上部接続部4に反応ガスあるいはクリーニングガスに対し耐腐食性を有する酸化シリコンのコーティングが施されているため、クリーニングガスによって上部接続部4が腐食されることはない。したがって、反応炉のクリーニング中に上部接続部4から発生した粉末状の粒子が成膜中に被処理基板に付着して成膜不良が発生することを防止できる。
In the present embodiment, since the upper connecting
(第2の実施形態)
第2の実施形態にかかる半導体製造装置は、第1の実施形態とほぼ同様の構成である。ただし、本実施形態においては、上部接続部にはアルミナ(Al2O3)コーティングが施されている。この他については、第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
The semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment. However, in this embodiment, the upper connection portion is coated with alumina (Al 2 O 3 ). Others are the same as in the first embodiment.
本実施形態においても、クリーニングガスあるいは反応ガスによって上部接続部が腐食されることはない。したがって、反応炉のクリーニング中あるいは成膜中に上部接続部から発生した粉末状の粒子が成膜中に被処理基板に付着して成膜不良が発生することを防止できる。 Also in this embodiment, the upper connection portion is not corroded by the cleaning gas or the reaction gas. Accordingly, it is possible to prevent the formation of defective film formation due to the powdery particles generated from the upper connection part during the cleaning of the reaction furnace or during film formation adhering to the substrate to be processed during film formation.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 反応管、2 ボート、3 ボートキャップ、4 上部接続部、5 下部接続部、6 モータ、10 被処理基板。 1 reaction tube, 2 boat, 3 boat cap, 4 upper connection part, 5 lower connection part, 6 motor, 10 substrate to be processed.
Claims (6)
前記回転構造を収容する反応室を形成する反応室形成部と、
を備え、前記上部接続部を前記下部接続部の熱膨張率と前記ボートの熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で構成する半導体製造装置であって、
前記上部接続部は、前記反応室で使用するクリーニングガスおよび反応ガスに対し耐腐食性を有するコーティング膜によってコーティングされていることを特徴とする半導体製造装置。 A vertically connecting portion having a lower connecting portion fixed to a rotating shaft of a motor, an upper connecting portion fixed on the lower connecting portion, and a boat fixed on the upper connecting portion and supporting a substrate to be processed. Rotating structure,
A reaction chamber forming section for forming a reaction chamber for housing the rotating structure;
Comprising a material having an intermediate thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the lower connection part and the thermal expansion coefficient of the boat,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the upper connecting portion is coated with a cleaning gas used in the reaction chamber and a coating film having corrosion resistance against the reaction gas.
前記下部接続部は、金属で構成され、
前記上部接続部は、窒化シリコンで構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の半導体製造装置。 The reaction chamber forming part and the boat are made of quartz,
The lower connection part is made of metal,
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the upper connection portion is made of silicon nitride.
前記反応ガスはシラン系ガスを含むガスであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の半導体製造装置。 The cleaning gas is a gas containing a halogen gas,
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the reaction gas is a gas containing a silane-based gas.
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