JP2015503247A - 処理ユニットを含む基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例によると，基板に対する処理が行われる基板処理装置は，上部が開放され，一側に前記基板が出入する通路が形成される下部チャンバと，前記下部チャンバの開放された上部を閉鎖し，前記処理が行われる処理空間を提供する外部反応チューブと，一つ以上の前記基板が上下方向に積載され，前記基板ホルダの内に前記基板が積載される積載位置及び前記基板に対する前記処理が行われる処理位置に転換可能な基板ホルダと，前記処理空間に向かって反応ガスを供給するガス供給ユニットと，前記外部反応チューブの外側に設置されて前記反応ガスを活性化して前記基板に対する処理を行う処理ユニットと，を含む。【選択図】図４

Description

本発明は基板処理装置に関するものであり，より詳しくは，反応ガスを活性化する処理ユニットを含む基板処理装置に関するものである。
通常の選択的エピタキシープロセス（selective epitaxy process）は，蒸着反応及びエッチング反応を伴う。蒸着及びエッチング反応は多結晶層及びエピタキシャル層に対して僅かに相違する反応速度で同時に発生する。蒸着プロセス中に，少なくとも一つの第２層の上に従来の多結晶層及び／又は非結晶層が蒸着される間，エピタキシャル層は単結晶の表面上に形成される。しかし，蒸着された多結晶層は一般にエピタキシャル層より速い速度でエッチングされる。よって，腐食ガスの濃度を変化させることでネット選択的プロセス（net selective process）がエピタキシー材料の蒸着，及び制限された又は制限されていない多結晶材料の蒸着をもたらす。例えば，選択的エピタキシープロセスは，蒸着物をスペーサー上に残すことなく，単結晶シリコンの表面上にシリコン含有材料のエピ層（epilayer）の形成をもたらす。
選択的エピタキシープロセスは一般にいくつかの短所を有する。このようなエピタキシープロセス中での選択性を維持するためには前駆体の化学的濃度及び反応温度が蒸着プロセスにおいて調節及び調整されるべきである。不十分なシリコン前駆体が供給されると，エッチング反応が活性化されて全体プロセスが遅くなる。また，エッチングにより基板の機能が損なわれる恐れがある。不十分な腐食液前駆体が供給されると，蒸着反応は基板表面において単結晶及び多結晶材料を形成する選択性（selectivity）が減少する。また，通常の選択的エピタキシープロセスは約８００℃，約１，０００℃又はそれより高い温度のような高い反応温度を一般的に要求する。このような高い温度は基板表面に対する制御できない窒化反応及び熱収支（thermal budge）の理由から製造プロセスの中において好ましくない。
本発明の目的は，反応ガスを活性化して基板に対する処理を行う基板処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は，後述する発明の概要と添付した図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施例によると，基板に対する処理を行う基板処理装置は，上部が開放され，一側に前記基板が出入する通路が形成された下部チャンバと，前記下部チャンバの開放された上部を閉鎖し，前記処理が行われる処理空間を提供する外部反応チューブと，一つ以上の前記基板が上下方向に積載され，前記基板が積載される積載位置及び前記基板に対する前記処理が行われる処理位置に移動可能な基板ホルダと，前記処理空間に向かって反応ガスを供給するガス供給ユニットと，前記外部反応チューブの外側に設置されて前記反応ガスを活性化して前記基板に対する処理を行う処理ユニットと，を含む。
前記処理ユニットは，前記外部反応チューブの側部及び上部のうちいずれか一方に設置され，前記処理空間を加熱して前記基板に対するエピタキシャル蒸着処理を行うヒータと，前記外部反応チューブの側部及び上部のうちの他方に設置され，前記反応ガスからプラズマを生成して前記基板に対する洗浄処理を行うプラズマ生成部材と，を含む。
前記処理ユニットは前記外部反応チューブの外側に設置され，前記処理空間を加熱して前記基板に対するエピタキシャル蒸着処理を行うヒータを含む。
前記処理ユニットは，前記外部反応チューブの外側に設置され，前記反応ガスからプラズマを生成して前記基板に対する洗浄処理を行うプラズマ生成部材を含む。
前記プラズマ生成部材はＩＣＰアンテナである。
前記基板処理装置は，前記外部反応チューブの内部に設置され，前記処理位置に置かれた前記基板ホルダの周りに配置されて前記基板に対する反応領域を区画する内部反応チューブを更に含む。
前記基板処理装置は，前記基板ホルダの下部に設置され，前記基板ホルダが前記処理位置にある際に前記内部反応チューブの開放された下部を閉鎖する熱遮断プレートを更に含む。
前記基板処理装置は，前記外部反応チューブの周りに設置されて前記外部反応チューブの側部及び上部を囲み，内部に前記処理ユニットが実装されるカバーと，前記外部反応チューブを囲む作動位置と，前記カバーが前記外部反応チューブから除去される解除位置に前記カバーを移動するカバームービングユニットと，を更に含む。
前記カバームービングユニットは，前記カバーの一側に起立した状態で設置され，外周面にねじ山が形成される昇降ロードと，前記カバーに連結されて前記昇降ロードの回転によって前記昇降ロードに沿って移動する支持フレームと，前記昇降ロードを駆動する駆動モータと，を具備する。
前記ガス供給ユニットは前記外部反応チューブの内部に設置され，上下方向に沿って互いに異なる位相差を有する前記反応ガスの流動を形成する。
前記ガス供給ユニットは前記外部反応チューブの内壁に沿って配置され，互いに異なる高さにそれぞれ配置されて前記反応ガスを吐出する複数の供給ノズルと，前記供給ノズルにそれぞれ連結されて前記供給ノズルにそれぞれ前記反応ガスを供給する複数の供給管と，前記外部反応チューブの内壁に沿って配置され，互いに異なる高さにそれぞれ配置されて前記処理空間内の未反応ガス及び反応副産物を吸入する複数の排気ノズルと，前記排気ノズルにそれぞれ連結されて前記排気ノズルを介してそれぞれ吸入された前記未反応ガス及び前記反応副産物が通過する複数の排気管と，を具備する。
前記基板処理装置は前記排気ノズルに連結されて前記排気ノズルを介して吸入した前記未反応ガス及び前記反応副産物を排出する後方排気ラインを含み，前記下部チャンバは前記排気ノズルと前記後方排気ラインを連結する排気ポート及び前記下部チャンバの内部に形成された積載空間を前記後方排気ラインに連結する補助排気ポートを有する。
前記積載空間の圧力は前記処理空間の圧力より高い。
前記下部チャンバは前記下部チャンバの内部に形成された積載空間に連通される補助ガス供給ポートを有する。
本発明の一実施例によると，反応ガスを活性化して基板に対する処理を行うことができる。
本発明の一実施例による半導体製造設備を概略的に示す図である。 本発明の一実施例によって処理された基板を示す図である。 本発明の一実施例によってエピタキシャル層を形成する方法を示すフローチャートである。 図１に示したエピタキシャル装置を概略的に示す図である。 図１に示した下部チャンバ及び基板ホルダを示す図である。 図５に示した拡散板を概略的に示す斜視図である。 図６に示した拡散板のI−I線断面図である。 図６に示した拡散板の背面図である。 図１に示した外部反応チューブ及び内部反応チューブと供給ノズル及び排気ノズルを概略的に示す図である。 図１に示した側部ヒータ及び上部ヒータが除去された様子を示す断面図である。 図１に示した供給ノズルの配置と熱電対の配置を示す断面図である。 図１に示した排気ノズルの配置と熱電対の配置を示す断面図である。 図１に示した供給ノズルにそれぞれ連結される供給ラインを示す図である。 図１に示した内部反応チューブの中での反応ガスの流動を示す図である。 図１に示した基板ホルダが処理位置に移動した様子を示す図である。 図１に示した基板ホルダが処理位置に移動した様子を示す図である。 本発明の一実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。 本発明の他の実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。 本発明の更に別の実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。 排気ポート及び補助排気ポートを利用した排気過程を示す図である。 排気ポート及び補助排気ポートを利用した排気過程を示す図である。 排気ポート及び補助排気ポートを利用した排気過程を示す図である。 図６に示した供給ノズルに関する変形された実施例を概略的に示す斜視図である。 図２３に示した供給ノズルを示す斜視図である。 図２３に示した供給ノズルを示す断面図である。 図２３に示した供給ノズル及び排気ノズルを介した反応ガスの流動を示す図である。 図２４に示した供給ノズルに関する変形された実施例を概略的に示す斜視図である。 図２７に示した供給ノズルを示す断面図である。
以下，本発明の好ましい実施例を添付した図１乃至図１６を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形に変形してもよく，本発明の範囲が後述する実施例に限られると解釈してはならない。本実施例は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されることがある。
図１は，本発明の一実施例による半導体製造設備１を概略的に示す図である。半導体製造設備１は処理設備２，設備前方端部モジュール（Equipment Front End Module：ＥＦＥＭ）３，そして境界壁（interface wall）４を含む。設備前方端部モジュール３は処理設備２の前方に装着され，基板Ｓが収容された容器（図示せず）と処理設備２との間でウェハＷを移送する。
設備前方端部モジュール３は，複数のロードポート（load ports）６０とフレーム（frame）５０を有する。フレーム５０は，ロードポート６０と処理設備２との間に位置する。基板Ｓを収容する容器は，オーバーヘッドトランスファー（overhead transfer），オーバーヘッドコンベヤー（overhead conveyor）又は自動案内車両（automatic guided vehicle）のような移送手段（図示せず）によってロードポート６０の上に配置される。
容器は前面開放一体式ポッド（Front Open Unified Pod：ＦＯＵＤ）のような密閉容器が使用される。フレーム５０内にはロードポート６０に配置された容器と処理設備２との間で基板Ｓを移送するフレームロボット７０が設置される。フレーム５０内には容器のドアを自動的に開閉するドアオープナー（図示せず）が設置される。また，フレーム５０には，清浄な空気がフレーム５０内の上部から下部に流れるように清浄な空気をフレーム５０内に供給するファンフィルターユニット（Fan Filter Unit：ＦＦＵ）（図示せず）が設けられる。
基板Ｓには，処理設備２内で所定の処理が行われる。処理設備２は，移送チャンバ（transfer chamber）１０２，ロードロックチャンバ（loadlock chamber）１０６，洗浄チャンバ（cleaning chamber）１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ（buffer chamber）１１０，及びエピタキシャルチャンバ（epitaxial chamber）（又はエピタキシャル装置）１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを含む。移送チャンバ１０２は上部から見ると大よそ多角形状を有し，ロードロックチャンバ１０６，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは移送チャンバ１０２の側面に設置される。
ロードロックチャンバ１０６は，移送チャンバ１０２の側部のうち設備前方端部モジュール３と隣接する側部に位置する。基板Ｓは，ロードロックチャンバ１０６内に一次的に留まってから処理設備２に装填されて処理が行われ，処理が完了した後，基板Ｓは処理設備２から排出されてロードロックチャンバ１０６内に一次的に留まる。移送チャンバ１０２，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは真空に維持され，ロードロックチャンバ１０６は真空と大気圧とで転換される。ロードロックチャンバ１０６は，外部の汚染物質が移送チャンバ１０２，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに流入することを防止する。また，基板Ｓが移送される間に基板Ｓが大気に露出されないため，基板Ｓ上で酸化膜が成長することを防止する。
ロードロックチャンバ１０６と移送チャンバ１０２との間，及びロードロックチャンバ１０６と設備前方端部モジュール３との間にはゲートバルブ（図示せず）が設置される。設備前方端部モジュール３とロードロックチャンバ１０６との間を基板Ｓが移動する場合，ロードロックチャンバ１０６と移送チャンバ１０２との間に設けられたゲートバルブが閉まり，ロードロックチャンバ１０６と移送チャンバ１０２との間を基板Ｓが移動する場合，ロードロックチャンバ１０６と設備前方端部モジュール３との間に設けられたゲートバルブが閉まる。
移送チャンバ１０２は基板ハンドラー１０４を具備する。基板ハンドラー１０４は，ロードロックチャンバ１０６，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ，バッファチャンバ１１０，及びエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ間で基板Ｓを移送する。移送チャンバ１０２は，基板Ｓが移動する際に真空を維持するように密封される。真空を維持するのは，基板Ｓが汚染物質（例えば，Ｏ２，粒子状物質など）に露出されることを防止するためである。
エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは，基板Ｓの上にエピタキシャル層を形成するために設けられる。本実施例では３つのエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。エピタキシャル処理（エピタキシャル蒸着処理）は洗浄処理に比べ多くの時間を要するため，複数のエピタキシャルチャンバを介して製造収率を向上させることができる。本実施例とは異なり，４つ以上や２つ以下のエピタキシャルチャンバを設けてもよい。
洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂは，エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内で基板Ｓに対するエピタキシャル処理が行われる前に基板Ｓを洗浄するために設けられている。エピタキシャル処理が正常に行われるためには，結晶性基板の上に存在する酸化物の量が最小化されるべきである。基板の表面酸素含有量が高すぎれば酸素原子がシード基板上の蒸着材料の結晶学的配置を妨害するため，エピタキシャル処理は有害な影響を受ける。例えば，シリコンエピタキシャル蒸着の際，結晶性基板の上の過度な酸素は原子単位の酸素原子クラスタによってシリコン原子をそのエピタキシャル位置から変位させる。このような局所的な原子変位は層がより厚く成長する際に後続原子配列に誤差を起こす恐れがある。このような現象はいわゆる積層欠陥又はヒロック（hillock defects）と称される。基板表面の酸素化（oxygenation）は，例えば基板が移送される際に大気に露出される場合に発生する。よって，基板Ｓの上に形成された自然酸化膜（native oxide）（又は表面酸化物）を除去する洗浄処理が洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で行われる。
洗浄処理とは，ラジカル状態の水素（Ｈ＊）とＮＦ３ガスを使用する乾式エッチング処理である。例えば，基板の表面に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする場合，チャンバ内に基板を配置してチャンバ内に真空雰囲気を形成した後，チャンバ内でシリコン酸化膜と反応する中間生成物を発生させる。
例えば，チャンバ内に水素ガスのラジカル（Ｈ＊）とフッ化物ガス（例えば，フッ化窒素（ＮＦ３））のような反応性ガスを供給すると，下記反応式（１）のように反応性ガスが還元されてＮＨｘＦｙ（ｘ，ｙは任意の整数）のような中間生成物が生成される。
Figure 2015503247
中間生成物はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）との反応性が高いため，中間生成物がシリコン基板の表面に到達するとシリコン酸化膜と選択的に反応して下記反応式（２）のように反応生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が生成される。
Figure 2015503247
次に，シリコン基板を１００℃以上に加熱すると下記反応式（３）のように反応生成物が熱分解されて熱分解ガスになって蒸発されるため，結果的に基板の表面からシリコン酸化膜が除去される。下記反応式（３）のように，熱分解ガスはＨＦガスやＳｉＦ４ガスのようにフッ素を含有するガスが含まれる。
Figure 2015503247
前記のように，洗浄処理は反応生成物を生成する反応工程及び反応生成物を熱分解するヒーティング工程を含み，反応工程及びヒーティング工程は洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で一緒に行われるか，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうちいずれか一つで反応工程を行い，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうち他の一つでヒーティング工程を行ってもよい。
バッファチャンバ１１０は，洗浄処理が完了した基板Ｓが積載される空間と，エピタキシャル処理が行われた基板Ｓが積載される空間を提供する。洗浄処理が完了すると，基板Ｓはエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに移送される前にバッファチャンバ１１０に移動されてバッファチャンバ１１０内に積載される。エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは複数の基板に対する単一の処理が行われるバッチ式（batch type）であってもよく，エピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内でエピタキシャル処理が完了するとエピタキシャル処理が行われた基板Ｓはバッファチャンバ１１０内に順次に積載され，洗浄処理が完了した基板Ｓはエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内に順次に積載される。この際，基板Ｓはバッファチャンバ１１０内に縦方向に積載される。
図２は，本発明の一実施例によって処理された基板を示す図である。上述したように，基板Ｓに対するエピタキシャル処理が行われる前に基板Ｓに対する洗浄処理が洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で行われ，洗浄処理を介して基板７０の表面に形成された酸化膜７２を除去する。酸化膜は，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で洗浄処理を介して除去される。洗浄工程を介して基板７０の表面上にエピタキシー表面７４が露出され，これによりエピタキシャル層の成長が助長される。
次に，基板Ｓに対しエピタキシャル処理がエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内で行われる。エピタキシャル処理は化学気相蒸着によって行われ，エピタキシー表面７４の上にエピタキシー層７６を形成する。基板７０のエピタキシー表面７４は，シリコンガス（例えば，ＳｉＣｌ４，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，Ｓｉ２Ｈ６又はＳｉＨ４）及びキャリアガス（例えば，Ｎ２及び／又はＨ２）を含む反応ガスに露出される。また，エピタキシー層７６がドーパントを含むことが要求される場合，シリコン含有ガスにはドーパント含有ガス（例えば，アルシン（ＡｓＨ３），ホスフィン（ＰＨ３）及び／又はジボラン（Ｂ２Ｈ６））を含む。
図３は，本発明の一実施例によってエピタキシャル層を形成する方法を示すフローチャートである。この方法はステップ１０から始まる。ステップ２０において，基板Ｓはエピタキシャル処理の前に洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂに移動し，基板ハンドラー１０４は基板Ｓを洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂに移送する。移送は真空に維持された移送チャンバ１０２を介して行われる。ステップ３０で基板Ｓに対する洗浄処理が行われる。上述したように，洗浄処理は反応生成物を生成する反応工程及び反応生成物を熱分解するヒーティング工程を含む。反応工程及びヒーティング工程は洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂ内で一緒に行われるか，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうちいずれか一方で反応工程を行い，洗浄チャンバ１０８ａ，１０８ｂのうちの他方でヒーティング工程を行ってもよい。
ステップ４０で，洗浄処理が完了した基板Ｓはバッファチャンバ１１０に移送されてバッファチャンバ１１０内に積載され，バッファチャンバ１１０内でエピタキシャルを待機する。ステップ５０で基板Ｓはエピタキシャルチャンバ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに移送され，移送は真空に維持された移送チャンバ１０２を介して行われる。ステップ６０で基板Ｓの上にエピタキシャル層が形成される。次に，基板Ｓはステップ７０で更にバッファチャンバ１１０に移送されてバッファチャンバ１１０内に積載され，ステップ８０で処理が終了する。
図４は図１に示したエピタキシャル装置を概略的に示す図であり，図５は図１に示した下部チャンバ及び基板ホルダを示す断面図である。エピタキシャル装置（すなわちエピタキシャルチャンバ）は上部が開放された形状を有する下部チャンバ３１２ｂを含み，下部チャンバ３１２ｂは移送チャンバ１０２に連結される。下部チャンバ３１２ｂは移送チャンバ１０２と連通する通路３１９を有し，基板Ｓは通路３１９を介して移送チャンバ１０２から下部チャンバ３１２ｂに装填される。ゲートバルブ（図示せず）は通路３１９の外側に設置され，通路３１９はゲートバルブによって開放及び閉鎖される。
エピタキシャル装置は複数の基板Ｓが積載される基板ホルダ３２８を具備し，基板Ｓは基板ホルダ３２８上に上下方向に積載される。例えば，基板ホルダ３２８は１５枚の基板Ｓを積載する。図５に示したように，基板ホルダ３２８が下部チャンバ３１２ｂの内部に形成された積載空間内（すなわち「積載位置」）に位置するとき，基板Ｓは基板ホルダ３２８内に積載される。後述するように基板ホルダ３２８は昇降可能であり，基板ホルダ３２８のスロット上に基板Ｓが積載されると基板ホルダ３２８が上昇して基板ホルダ３２８の次のスロット上に基板Ｓが積載される。基板ホルダ３２８上に基板が全て積載されると，基板ホルダ３２８は外部反応チューブ３１２ａの内部（すなわち「処理位置」）に移動し，外部反応チューブ３１２ａの内部でエピタキシャル処理が行われる。
熱遮断プレート３１６が基板ホルダ３２８の下部に設置され，基板ホルダ３２８と一緒に昇降する。基板ホルダ３２８が処理位置に移動すると，図１１に示したように熱遮断プレート３１６は内部反応チューブ３１４の開放された下部を閉鎖する。熱遮断プレート３１６はセラミックやクオーツ（quartz）又はメタルにセラミックをコーティングした材質，ＡＩＮ，Ｎｉ，Ｉｎｃｏｎｅｌのうちいずれか一つであってもよく，処理進行の際に反応領域内の熱が積載空間に移動することを遮断する。反応領域内に供給された反応ガスのうち一部は内部反応チューブ３１４の開放された下部を介して積載空間に移動するが，この際，積載空間が一定温度以上であれば反応ガスのうち一部が積載空間の内壁に蒸着される。よって，熱遮断プレート３１６によって積載空間が加熱されることを防止する必要があり，それにより反応ガスが積載空間の内壁に蒸着されることを防止することができる。
また，内部反応チューブ３１４内の反応領域でエピタキシャル処理が正常に行われるためには外部からの妨害要因があってはならない。しかし，上述したように内部反応チューブ３１４の下部は開放された形状であるため反応領域内の熱が内部反応チューブ３１４の下部を介して損失される恐れがあり，熱損失はエピタキシャル処理にとって致命的となり得る。熱遮断プレート３１６は，内部反応チューブ３１４の開放された下部を閉鎖して熱を遮断すると共に熱損失を防止する。
下部チャンバ３１２ｂは排気ポート３４４及び補助排気ポート３２８ａ，そして補助ガス供給ポート３６２を有する。排気ポート３４４は「Ｌ」字形状であり，後述する排気ノズル３３４は排気ポート３４４を介して第１排気ライン３４２と連結される。また，補助排気ポート３２８ａは補助排気ライン３２８ｂに連結され，下部チャンバ３１２ｂ内部の積載空間は補助排気ポート３２８ａを介して排気可能である。
補助ガス供給ポート３６２は補助ガス供給ライン（図示せず）に連結され，補助ガス供給ラインを介して供給されたガスを積載空間内に供給する。例えば，不活性ガスが補助ガス供給ポート３６２を介して積載空間内に供給されてもよい。不活性ガスを積載空間内に供給することで処理空間内に供給された反応ガスが積載空間に移動することを防止する。
より詳しくは，不活性ガスを積載空間内に連続的に供給し，補助排気ポート３２８ａを介して排気することで処理空間内に供給された反応ガスが積載空間に移動することを防止する。この際，積載空間内の圧力が処理空間内の圧力より少し高くなるように設定してもよい。積載空間内の圧力が処理空間内の圧力より少し高い場合，処理空間内の反応ガスが積載空間に移動することができない。
図６は図５に示した拡散板を概略的に示す斜視図である。図７は図６に示した拡散板のI−I線断面図であり，図８は図６に示した拡散板の背面図である。図６乃至図８に示したように拡散板３７０は下部チャンバ３１２ｂの底面に設置され，補助ガス供給ポート３６２の吐出口の上に位置して補助ガス供給ポート３６２を介して吐出されたガスを拡散させる。
拡散板３７０は回転軸３１８に対し外周側に設置され，環状である。拡散板３７０は本体３７２及び本体３７２に形成された第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂを有する。第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂは拡散板３７０（又は回転軸３１８）の周方向に沿って形成される。図７に示したように，第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂは第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂの下部に形成されたバッファ空間３７３に連通される。
図８に示したように，バッファ空間３７３は本体３７２と対応する環状を有し，補助ガス供給ポート３６２に連通される。よって，補助ガス供給ポート３６２を介して吐出されたガスはバッファ空間３７３内で拡散され，次に第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂを介して積載空間に拡散される。
一方，拡散板３７０を介して拡散されたガスは積載空間内に均一に分布されず，補助ガス供給ポート３６２に近接するほどガスの濃度が高く，補助ガス供給ポート３６２から遠くなるほどガスの濃度が低い。即ち，補助ガス供給ポート３６２の位置に応じてガスの濃度に偏差が存在する。それを防止するために，第１及び第２拡散孔３７２ａ，３７２ｂの離隔距離（又は密度）を調節する必要がある。
図６に示したように，第１拡散孔３２７ａは第２拡散孔３７２ｂに比べて補助ガス供給ポート３６２から遠く位置し，第１拡散孔３７２ａの離隔距離は第２拡散孔３７２ｂの離隔距離より小さい。よって，同一面積に対して第１拡散孔３７２ａの密度が高い。それにより，積載空間内のガス分布を調節することができる。
図９は図１に示した外部反応チューブ及び内部反応チューブと供給ノズル及び排気ノズルを概略的に示す断面図である。外部反応チューブ３１２ａは上部が開放された下部チャンバ３１２ｂの上部を閉鎖し，エピタキシャル処理が行われる処理空間を提供する。支持フランジ４４２は下部チャンバ３１２ｂと外部反応チューブ３１２ａとの間に設置され，外部反応チューブ３１２は支持フランジ４４２の上部に設置される。下部チャンバ３１２ｂの積載空間と外部反応チューブ３１２ａの処理空間は支持フランジ４４２の中央に形成された開口を介して互いに連通され，上述したように基板ホルダ３２８の上に基板が全て積載されると基板ホルダ３２８は外部反応チューブ３１２ａの処理空間に移動する。
内部反応チューブ３１４は外部反応チューブ３１２ａの内部に設置され，内部反応チューブ３１４は基板Ｓに対する反応領域を提供する。外部反応チューブ３１２ａの内部は内部反応チューブ３１４によって反応領域と非反応領域に区画され，反応領域は内部反応チューブ３１４の内部に位置し，非反応領域は内部反応チューブ３１４の外部に位置する。基板ホルダ３２８は処理位置に移動した際に反応領域に配置され，反応領域は処理空間より小さい容積を有する。よって，反応領域内に供給する場合には反応ガスの使用量を最小化することができるだけでなく，反応ガスを基板ホルダ３２８内に積載された基板Ｓに集中させることができる。内部反応チューブ３１４は上部が閉鎖された状態で下部が開放され，基板ホルダ３２８は内部反応チューブ３１４の下部を介して反応領域に移動する。
図４に示したように，側部カバー３２４及び上部カバー３２６は外部反応チューブ３１２ａを囲むように配置され（「処理位置」），側部ヒータ３２４ａは側部カバー３２４内に設置される。側部ヒータ３２４ａは外部反応チューブ３１２ａ内部の処理空間を加熱し，それにより処理空間（又は反応領域）はエピタキシャル処理が可能な温度（処理温度）に到達する。
側部カバー３２４及び上部カバー３２６は支持フレーム３２７を介して上部昇降ロード３３７に連結され，昇降モータ３３８によって上部昇降ロード３３７が回転することで支持フレーム３２７が昇降する。図１０は，図１に示した側部カバー３２４及ぶ上部カバー３２６が除去された様子を示す図である。図１０に示したように，支持フレーム３２７の上昇によって側部カバー３２４及び上部カバー３２６を外部反応チューブ３１２ａから除去することができ（「解除位置」），作業者は側部ヒータ３２４ａの交換や外部反応チューブ３１２ａの内部又は下部チャンバ３１２ｂの内部に対するメンテナンスを容易に行うことができる。
エピタキシャル装置はガス供給ユニットを更に含み，ガス供給ユニットは供給ノズルユニット３３２及び排気ノズルユニット３３４を具備する。供給ノズルユニット３３２は複数の供給管３３２ａ及び複数の供給ノズル３３２ｂを具備し，供給ノズル３３２ｂは供給管３３２ａにそれぞれ連結される。それぞれの供給ノズル３３２ｂは円形の管状であり，供給口３３２ｃは供給ノズル３３２ｂの先端に位置して反応ガスは供給口３３２ｃを介して吐出される。供給口３３２ｃは円形の断面を有し，図９に示したように供給ノズル３３２ｂは供給口３３２ｃの高さがそれぞれ異なるように配置される。
供給管３３２ａ及び供給ノズル３３２ｂは外部反応チューブ３１２ａの内部に位置する。供給管３３２ａは上下に延長され，供給ノズル３３２ｂは前記供給管３３２ａに対してそれぞれほぼ垂直に配置される。供給口３３２ｃは内部反応チューブ３１４の内側に位置し，それによって供給口３３２ｃを介して吐出された反応ガスは内部反応チューブ３１４内部の反応領域に集中される。内部反応チューブ３１４は複数の貫通孔３７４を有し，供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃは貫通孔３７４を介してそれぞれ内部反応チューブ３１４の内側に配置される。
図１１は，図１に示した供給ノズルの配置と熱電対の配置を示す断面図である。図１１に示したように，供給ノズル３３２ｂは円形の断面である供給口３３２ｃをそれぞれ有する。供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃは内部反応チューブ３１４の内壁に沿って円周方向に配置され，それぞれ互いに異なる高さに位置する。基板ホルダ３２８が処理位置に移動すると，供給ノズル３３２ｂは基板ホルダ３２８の上に置かれた基板Ｓに向かってそれぞれ反応ガスを噴射する。この際，供給口３３２ｃの高さはそれぞれの基板Ｓの高さとほぼ一致する。図９に示したように，供給ノズル３３２ｂは支持フランジ４４２に形成された供給ライン３４２を介してそれぞれ反応ガスソース（図示せず）と連結される。
反応ガスソースは蒸着用ガス（及びキャリアガス）又はエッチング用ガス（及びキャリアガス）を供給する。蒸着用ガスはシラン，ハロゲン化シランを含む。シランはシラン（ＳｉＨ４），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）のように，実験式ＳｉｘＨ（２Ｘ＋２）を有する高級（Higher）シランなどを含む。ハロゲン化シランはヘキサクロロシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６），テトラクロロジシラン（ＳｉＣｌ４），ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２）及びトリクロロシラン（Ｃｌ３ＳｉＨ）のように，実験式Ｘ’ｙＳｉｘＨ（２Ｘ＋２―ｙ）を有する化合物を有し，ここでＸ’＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ又はＩである。エッチング用ガスは塩素（Ｃｌ２），塩化水素（ＨＣｌ），三塩化ホウ素（ＢＣｌ３），四塩化炭素（ＣＣｌ４），三フッ化塩素（ＣｌＦ３）及びそれらの組み合わせを含む。キャリアガスは窒素（Ｎ２），水素（Ｈ２），アルゴン，ヘリウム及びそれらの組み合わせを含む。選択的エピタキシープロセス（selective epitaxy process）は蒸着反応及びエッチング反応を伴う。本実施例では図示していないが，エピタキシー層がドーパントを含むことが要求される場合，ドーパント含有ガス（例えば，アルシン（ＡｓＨ３），ホスフィン（ＰＨ３）及び／又はジボラン（Ｂ２Ｈ６））が供給される。
図９に示したように，排気ノズルユニット３３４は複数の排気管３３４ａ及び複数の排気ノズル３３４ｂを具備し，排気ノズル３３４ｂは排気管３３４ａにそれぞれ連結される。排気口３３４ｃは排気ノズル３３４ｂの先端に位置して未反応ガス及び反応副産物を吸入する。排気口３３４ｃはスロット状の断面を有し，図９に示したように排気ノズル３３４ｂは排気口３３４ｃの高さがそれぞれ異なるように配置される。
排気管３３４ａ及び排気ノズル３３４ｂは外部反応チューブ３１２ａの内部に位置する。排気管３３４ａは上下に延長され，排気ノズル３３４ｂは排気管３３４ａに対してそれぞれほぼ垂直に配置される。排気口３３４ｃは内部反応チューブ３１４の内側に位置し，それによって排気口３３４ｃを介して内部反応チューブ３１４内部の反応領域から未反応ガス及び反応副産物を効果的に吸入する。内部反応チューブ３１４は複数の貫通孔３７６を有し，排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃは貫通孔３７６を介してそれぞれ内部反応チューブ３１４の内側に配置される。
図１２は，図１に示した排気ノズルの配置と熱電対の配置を示す断面図である。図１２に示したように，排気ノズル３３４ｂはスロット状の断面である排気口３３４ｃをそれぞれ有する。排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃは内部反応チューブ３１４の内壁に沿って円周方向に配置され，それぞれ異なる高さに位置する。基板ホルダ３２８が処理位置に移動すると，供給ノズル３３２ｂは基板ホルダ３２８上に置かれた基板Ｓに向かってそれぞれ反応ガスを噴射し，この際，内部反応チューブ３１４内には未反応ガス及び副産物が発生する。排気ノズル３３４ｂは未反応ガス及び反応副産物を吸入して外部に排出する。排気口３３４ｃの高さはそれぞれの基板Ｓの高さとほぼ一致する。図４に示したように，排気ノズル３３４ｂは下部チャンバ３１２ｂに形成された排気ポート３３４を介して第１排気ライン３４２と連結され，未反応ガス及び反応副産物は第１排気ライン３４２を介して排出される。開閉バルブ３４６は第１排気ライン３４２上に設置されて第１排気ライン３４２を開閉し，ターボポンプ３４８は第１排気ライン３４２上に設置されて第１排気ライン３４２を介して未反応ガス及び反応副産物を強制排出する。第１排気ライン３４２は第２排気ライン３５２に連結され，第１排気ライン３４２に沿って移動した未反応ガス及び反応副産物は第２排気ライン３５２を介して排出される。
一方，補助排気ポート３２８ａは下部チャンバ３１２ｂに形成され，補助排気ライン３２８ｂが補助排気ポート３２８ａに連結される。補助排気ライン３２８ｂは第２排気ライン３５２に連結され，第１及び第２補助バルブ３２８ｃ，３２８ｄは補助排気ライン３２８ｂ上に設置されて補助排気ライン３２８ｂを開閉する。補助排気ライン３２８ｂは連結ライン３４３を介して第１排気ライン３４２に連結され，連結バルブ３４３ａは連結ライン３４３上に設置されて連結ライン３４３を開閉する。
図１１及び図１２に示したように，熱電対（thermocouples）３８２，３８４は外部反応チューブ３１２ａと内部反応チューブ３１４との間に設置され，熱電対３８２，３８４は上下方向に配置されて高さに応じた温度を測定する。よって，作業者は処理空間内の温度を高さに応じて把握することができ，温度分布が処理に及ぼす影響を事前に点検することができる。
図１３は図１に示した供給ノズルにそれぞれ連結される供給ラインを示す図である。図１３に示したように，供給ノズル３３２はそれぞれ別途の供給ライン３４２を介して反応ガスソース（図示せず）と連結される。よって，複数の供給ノズル３３２を介して均一な流量の反応ガスを内部反応チューブ３１４の反応領域に供給することができる。仮に，一つの供給ライン３４２が複数の供給ノズル３３２に連結される場合，供給ノズル３３２によってそれぞれ異なる流量の反応ガスを供給することができ，それによって基板ホルダ３２８の上の位置に応じて異なる工程率が示される。
図１４は，図１に示した内部反応チューブ内での反応ガスの流動を示す図である。上述したように，供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃは内部反応チューブ３１４の内壁に沿って円周方向に配置され，それぞれ異なる高さに位置する。また，排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃは内部反応チューブ３１４の内壁に沿って円周方向に配置され，それぞれ異なる高さに位置する。この際，同じ高さを基準に供給口３３２ｃの中心と排気口３３４ｃの中心は対称を成す。即ち，基板ホルダ３２８に積載された基板Ｓの中心を基準に供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃと排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃは互いに反対側に位置する。よって，供給ノズル３３２ｂから噴射された反応ガスは反対側に位置する排気ノズル３３４ｂに向かって流れ（矢印で表示），それにより反応ガスと基板Ｓの表面が反応する十分な時間を確保することができる。この際，処理の途中で発生した未反応ガス及び反応副産物は排気ノズル３３４ｂを介して吸入されて排出される。
また，図１４に示したように，基板ホルダ３２８に積載された基板Ｓの高さに応じて反応ガスの流動は互いに異なるものとして現れ，基板Ｓの高さに応じて反応ガスの流動は位相差を有する。即ち，供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃの位置と排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃの位置が基板Ｓの高さに応じて位相差を有するため，同様に反応ガスの位相も基板Ｓの高さに応じて位相差を有する。図１３を参照すると，丸数字の１は最上端に位置する供給ノズル３３２ｂから排気ノズル３３４ｂに向かう反応ガスの流動を示し，丸数字の２は最下端に位置する供給ノズル３３２ｂから排気ノズル３３４ｂに向かう反応ガスの流動を示す。丸数字の１と丸数字の２との間には一定角度の位相差がある。よって，供給口から噴射された反応ガスは異なる高さにある供給口から噴射された反応ガスによって拡散される効果を示す。即ち，位相差を有する反応ガスの流動の間で干渉が発生し得ることで反応ガスは干渉によって拡散された状態で排気ノズル３３４ｂに向かって移動する。
また，供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃは円形である一方，排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃはスロット状である。よって，供給ノズル３３２ｂの供給口３３２ｃから噴射された反応ガスは排気口３３４ｃの形状に応じて一定の幅を有するように拡散され（図１４に図示），それにより反応ガスが基板Ｓの表面と接触する面積を増加させることができる。また，十分な反応を誘導することで未反応ガスの発生を抑制することができる。反応ガスは供給口３３２ｃから排気口３３４ｃに至るまで基板Ｓ上で層流（laminar flow）を形成する。
エピタキシャル処理は基板Ｓを含む処理空間（又は反応領域）を予定された温度及び圧力に調節することで始まる。一般に，処理空間はエピタキシャル処理中一定温度に維持されるが，可変温度で行われてもよい。処理空間は側部ヒータ３２４ａを介して約２５０℃乃至１０００℃，好ましくは約５００℃乃至８００℃，より好ましくは約５５０℃乃至約７５０℃範囲の温度に維持される。エピタキシャル処理を行うのに適合した処理温度は蒸着及び／又はエッチングするために使用される反応ガスに応じて左右される。
上述したように，エピタキシー層は化学気相蒸着によって行われる。基板は処理温度下で反応ガス（蒸着用ガス）に露出され，反応ガスは処理温度下で活性化されて基板の上にエピタキシー層を形成する。蒸着ステップは基板Ｓの非晶質及び／又は多結晶性表面の上に多結晶性層を形成しながら基板の単結晶性表面の上にエピタキシャル層を形成する。また，基板Ｓが反応ガス（エッチング用ガス）に露出されることで基板Ｓの表面がエッチングされる。エッチングステップはエピタキシャル層の縁部分のみを残しながら多結晶性層を最小化するか又は完全に除去する。
一方，図４に示したように基板ホルダ３２８は回転軸３１８に連結され，回転軸３１８は下部チャンバ３１２ｂを貫通して昇降モータ３１９ａ及び回転モータ３１９ｂに連結される。回転モータ３１９ｂはモータハウジング３１９ｃ上に設置され，回転モータ３１９ｂはエピタキシャル処理が行われる間に回転軸３１８を駆動して回転軸３１８と共に基板ホルダ３２８（及び基板Ｓ）を回転させる。これは，反応ガスが供給口３３２ｃから排気口３３４ｃに向かって流れ，基板Ｓに対する蒸着が供給口３３２ｃ側から排気口３３４ｃ側に進行することで反応ガスの濃度が減少する傾向があるためである。このような結果を防止し，基板Ｓの表面で均一な蒸着が行われるように基板Ｓが回転する。
モータハウジング３１９ｃはブラケット３１９ｄに固定され，ブラケット３１９ｃは下部チャンバ３１２ｂの下部に連結された下部ガイド３１９ｅ上に連結されて昇降ロード３１９ｅに沿って昇降する。ブラケット３１９ｄは下部ロード４１９にねじ締結され，下部ロード４１９は昇降モータ３１９ａによって回転する。即ち，昇降モータ３１９ａの回転によって下部ロード４１９が回転し，それによってブラケット３１９ｄとモータハウジング３１９ｃが共に昇降する。よって，回転軸３１８と基板ホルダ３２８は共に昇降する。基板ホルダ３２８は昇降モータ３１９ａによって積載位置と処理位置を移動する。ベローズ３１８ａは下部チャンバ３１２ｂとモータハウジング３１９ｃを互いに連結し，それにより下部チャンバ３１２ｂ内部の気密を維持する。図１５及び図１６は，図１に示した基板ホルダが処理位置に移動した様子を示す図である。
図１５及び図１６に示したように熱遮断プレート３１６は基板ホルダ３２８の下部に設置され，回転軸３１８が昇降することで基板ホルダ３２８と共に昇降する。熱遮断プレート３１６は内部反応チューブ３１４の開放された下部を閉鎖して内部反応チューブ３１４内部の熱が下部チャンバ３１２ｂ内の積載空間に移動することを防止する。
本発明を実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる他の実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は実施例に限られない。
以下，本発明の好ましい実施例を添付した図１７乃至図２８を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形に変形してもよく，本発明の範囲が後述する実施例に限られると解釈してはならない。本実施例は，該当する発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。以下では上述した実施例とは異なる内容に対してのみ説明し，以下で省略された説明は上述した内容に代替される。
図１７は，本発明の一実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。以下では上述した実施例と異なる構成に対してのみ説明し，以下で省略された説明は上述した内容に代替される。
エピタキシャル装置は上部アンテナ３２９を更に含み，上部アンテナ３２９は上部カバー３２６内に設置される。上部アンテナ３２９は高周波電源（図示せず）に接続され，ＩＣＰ方式で反応領域内にラジカルを生成する。上部アンテナ３２９は側部ヒータ３２４ａと共に洗浄処理を行い，エピタキシャル装置はエピタキシャル処理と共に基板Ｓに対する洗浄処理をイン・サイチュ（in-situ）方式で行う。この場合，基板Ｓに対する洗浄処理とエピタキシャル処理が内部反応チューブ３１４内で順次に行われるため，基板Ｓの移送の間に基板Ｓが大気に露出されず，基板Ｓが汚染物（例えば，Ｏ２，粒子状物質など）に露出されることを防止する。
反応ガスソースはラジカル生成ガス（例えば，Ｈ２又はＮＨ３）が充填されたガス容器（図示せず）とキャリアガス（Ｎ２）が充填されたガス容器（図示せず）を含み，ラジカル生成ガスとキャリアガスは供給ノズル３３２を介して内部反応チューブ３１４の反応領域に供給される。この際，上部アンテナ３２９はＩＣＰ方式を介して反応領域内に電界を生成し，ラジカル生成ガスはプラズマ化されてラジカルが生成される。
また，反応ガスソースは反応性ガス（例えば，ＮＦ３のようなフッ化物ガス）が充填された容器を含み，反応性ガスは供給ノズル３３２を介して内部反応チューブ３１４の反応領域に供給される。よって，ラジカル（例えば，水素ラジカル）は反応性ガスと混合されて反応する。この場合，反応式は以下のようである。
Figure 2015503247
即ち，基板Ｓの表面に予め吸着した反応性ガスとラジカルが反応して中間生成物（ＮＨｘＦｙ）が生成され，中間生成物（ＮＨｘＦｙ）と基板Ｓ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２）が反応して反応生成物（（ＮＨ４Ｆ）ＳｉＦ６）が形成される。一方，基板Ｓは基板ホルダ３２８に置かれ，基板ホルダ３２８は反応工程の間に基板Ｓを回転させて均一な反応が行われることを助長する。
排気ノズル３３４ｂは下部チャンバ３１２ｂに形成された排気ポート３３４を介して第１排気ライン３４２と連結され，反応領域内部のラジカルと反応性ガス，未反応ラジカル生成ガス，プラズマ化する際の副生成物，キャリアガスなどは排気ノズル３３４ｂによって吸入されて第１排気ライン３４２を介して排出される。
前記反応工程が完了すると，側部ヒータ３２４ａは基板Ｓを所定温度（１００℃以上の所定温度，例えば，１３０℃）に加熱し，それによって反応性生物が熱分解して基板Ｓの表面からＨＦやＳｉＦ４のような熱分解ガスが離脱されて真空排気されることで基板Ｓの表面からシリコン酸化物の薄膜が除去される。
Figure 2015503247
同じく，反応領域内部の反応副産物（例えば，ＮＨ３，ＨＦ，ＳｉＦ４）は排気ノズル３３４ｂによって吸入されて第１排気ライン３４２を介して排出される。
図１８は，本発明の他の実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。以下では上述した実施例と異なる構成に対してのみ説明し，以下で省略された説明は上述した内容に代替される。
図１８に示したように，前記上部ヒータ３２６ａは上部カバー３２６内に設置される。上部ヒータ３２６ａは外部反応チューブ３１２ａ内部の処理空間を加熱し，それにより処理空間（又は反応領域）はエピタキシャル処理可能な温度（処理温度）に到達する。処理空間は上部ヒータ３２６ａを介して約２５０℃乃至１０００℃，好ましくは約５００℃乃至８００℃，より好ましくは約５５０℃乃至約７５０℃範囲の温度に維持される。
また，図１８に示したように側部アンテナ３２５は側部カバー３２４内に設置され，高周波電源（図示せず）に接続されてＩＣＰ方式で反応領域内にラジカルを生成する。側部アンテナ３２５は上部ヒータ３２６ａと共に洗浄処理を行い，エピタキシャル装置はエピタキシャル処理と共に基板Ｓに対する洗浄処理をイン・サイチュ（in-situ）方式で行う。この場合，基板Ｓに対する洗浄処理とエピタキシャル処理が内部反応チューブ３１４内で順次に行われるため，基板Ｓが移動される間に基板Ｓが大気に露出されず，基板Ｓが汚染物（例えば，Ｏ２，粒子状物質など）に露出されることを防止する。
図１９は，本発明の更に別の実施例によるエピタキシャル装置を概略的に示す図である。以下では上述した実施例と異なる構成に対してのみ説明し，以下で省略された説明は上述した内容に代替される。
図１９に示したように側部アンテナ３２５は側部カバー３２４内に設置され，上部アンテナ３２９は上部カバー３２６内に設置される。側部アンテナ３２５及び上部アンテナ３２９は高周波電源（図示せず）に接続され，エピタキシャル処理と共に基板Ｓに対する洗浄処理をイン・サイチュ方式で行う。この場合，基板Ｓに対する洗浄処理とエピタキシャル処理が内部反応チューブ３１４内で順次に行われるため，基板Ｓが移動される間に基板Ｓが大気に露出されず，基板Ｓが汚染物（例えば，Ｏ２，粒子状物質など）に露出されることを防止する。
側部アンテナ３２５及び上部アンテナ３２９はＩＣＰ方式を介して反応領域内に電界を生成し，ラジカル生成ガスからラジカルを生成する。ラジカル（例えば，水素ラジカル）は反応性ガスと混合されて反応し，基板Ｓの表面に予め吸着した反応性ガスとラジカルが反応して中間生成物（ＮＨｘＦｙ）が生成され，中間生成物（ＮＨｘＦｙ）と基板Ｓ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２）が反応して反応生成物（（ＮＨ４Ｆ）ＳｉＦ６）が形成される。
基板Ｓは前記プロセスで発生した反応熱によって所定温度（１００℃以上の所定温度，例えば，１３０℃）に加熱され，それによって反応性生物が熱分解して基板Ｓの表面からＨＦやＳiＦ４のような熱分解ガスが離脱されて真空排気されることで基板Ｓの表面からシリコン酸化物の薄膜が除去される。
一方，上述した実施例とは異なりエピタキシー層はプラズマを利用した化学気相蒸着によって行われてもよく，処理空間に対する加熱処理を省略してもよい。基板Ｓが反応ガス（蒸着用ガス）に露出された状態で側部アンテナ３２５及び上部アンテナ３２９を介して電界を生成して反応ガスを活性化させ，それにより基板上にエピタキシー層を形成する。また，基板Ｓが反応ガス（エッチング用ガス）に露出された状態で側部アンテナ３２５及び上部アンテナ３２９を介して電界を生成して反応ガスを活性化させ，それにより基板Ｓの表面をエッチングする。
図２０乃至図２２は，排気ポート及び補助排気ポートを利用した排気過程を示す図である。図４に示したように排気ノズル３３４は下部チャンバ３１２ｂに形成された排気ポート３３４を介して第１排気ライン３４２と連結され，未反応ガス及び反応副産物は第１排気ライン３４２を介して排出される。開閉バルブ３４６は第１排気ライン３４２の上に設置されて第１排気ライン３４２を開閉し，ターボポンプ３４８は第１排気ライン３４２の上に設置されて第１排気ライン３４２を介して未反応ガス及び反応副産物を強制的に排出する。第１排気ライン３４２は第２排気ライン３５２に連結され，第１排気ライン３４２に沿って移動した未反応ガス及び反応副産物は第２排気ライン３５２を介して排出される。
補助排気ポート３２８ａは下部チャンバ３１２ｂに形成され，補助排気ライン３２８ｂが補助排気ポート３２８ａに連結される。補助排気ライン３２８ｂは第２排気ライン３５２に連結され，第１及び第２補助バルブ３２８ｃ，３２８ｄは補助排気ライン３２８ｂ上に設置されて補助排気ライン３２８ｂを開閉する。補助排気ライン３２８ｂは連結ライン３４３を介して第１排気ライン３４２に連結され，連結バルブ３４３ａは連結ライン３４３上に設置されて連結ライン３４３を開閉する。
補助排気ポート３２８ａに関しより詳しく説明すると以下のようである。まず，処理を行う前に下部チャンバ３１２ｂの内部及び外部反応チューブ３１２ａ（又は内部反応チューブ３１４）の内部には真空が形成されるべきである。この際，作業者は補助排気ポート３２８ａを利用して下部チャンバ３１２ｂ及び外部反応チューブ３１２ａ（又は内部反応チューブ３１４）の内部に真空を形成する。作業者は第１及び第２補助バルブ３２８ｃ，３２８ｄを開放した状態で連結バルブ３４３ａ及びメイン排気バルブ３４６を閉鎖してもよいし，この場合，補助排気ライン３２８ｂ及び第２排気ライン３５２を介して排気が行われる（図２０を参照）。
次に，一定時間の間に補助排気ライン３２８ｂ及び第２排気ライン３５２を介して排気が行われると，作業者は第１補助バルブ３２８ｃ及び連結バルブ３４３ａ，そしてメイン排気バルブ３４６を開放した状態で第２補助バルブ３２８ｄを閉鎖してもよいが，この場合，補助排気ライン３２８ｂ及び連結ライン３４３，第１排気ライン３４２，そして第２排気ライン３５２を介して排気が行われる。この際，ターボポンプ３４８を介して排気が可能であり，ターボポンプ３４８を利用して下部チャンバ３１２ｂ及び外部反応チューブ３１２ａ（又は内部反応チューブ３１４）の内部の圧力を処理圧力に調節する（図２１を参照）。
前記のように２つのステップに分けて下部チャンバ３１２ｂ及び外部反応チューブ３１２ａ（又は内部反応チューブ３１４）の内部の真空を形成する場合，高真空を形成する高性能のターボポンプ３４８によって下部チャンバ３１２ｂ及び外部反応チューブ３１２ｂ（又は内部反応チューブ３１４）に過度な圧力が加えられることを防止する。また，下部チャンバ３１２ｂに直接連結された補助排気ポート３２８ａを利用して真空を形成する場合，排気ノズル３３４に連結された排気ポート３４４を利用する場合に比べ効果的に真空を形成することができる。
一方，処理の進行中，作業者は第１及び第２補助バルブ３２８ｃ，３２８ｄ，メイン排気バルブ３４６を開放した状態で連結バルブ３４３ａを閉鎖してもよいが，この場合，排気ノズル３３４を利用して吸入した未反応ガス及び反応副産物が第１及び第２排気ライン３４２，３５２を介して排出される。また，補助ガス供給ポート３６２を介して下部チャンバ３１２ｂの積載空間内に不活性ガスを供給してもよく，同時に補助排気ライン３２８ｂを介して下部チャンバ３１２ｂの積載空間の内部の不活性ガスを外部に排出してもよい。このような方法を介して積載空間内の圧力が処理空間内の圧力より少し高くなるように設定することができ，処理空間内の反応ガスが積載空間に移動することを防止することができる（図２２を参照）。
図２３は，図６に示した供給ノズルに関する変形された実施例を概略的に示す斜視図である。図２４は図２３に示した供給ノズルを示す斜視図であり，図２５は図２３に示した供給ノズルを示す断面図である。
図２３乃至図２５に示したように供給ノズル３３２ｂは吐出方向に沿って断面積が増加する内部空間を有し，供給管３３２ａを介して供給された反応ガスは供給ノズル３３２ｂの内部空間に沿って拡散される。供給ノズル３３２ｂは先端に形成された供給口３３２ｃを有し，供給口３３２ｃはスロット状の断面を有する。供給口３３２ｃの断面積は排出口３３４ｃの断面積と大体一致する。
図２６は，図２３に示した供給ノズル及び排気ノズルを介した反応ガスの流動を示す図である。図２６に示したように供給ノズル３３２ｂから噴射された反応ガスは反対側に位置する排気ノズル３３４ｂに向かって流れる（矢印で表示）。この際，反応ガスは供給ノズル３３２ｂの内部空間を介して拡散された状態で供給口３３２ｃを介して吐出されてから排気ノズル３３４ｂの排気口３３４ｃを介して吸入されるため，反応ガスは供給口３３２ｃから排気口３３４ｃに至るまで一定幅（供給口３３２ｃの断面積及び排気口３３４ｃの断面積と略一致する）を有する層流（laminar flow）を形成する。
また，上述していないが，図６及び図２３に示した排気ノズル３３４ｂは図２３乃至図２５に示した供給ノズル３３２ｂと同じ構造を有する。即ち，排気ノズル３３４ｂは吸入方向に沿って断面積が減少する内部空間を有し，排気口３３２ｃを介して吸入した未反応ガス及び反応副産物は排気ノズル３３４ｂの内部空間に沿って収斂されてから排気管３３２ａに移動する。
図２７は図２４に示した供給ノズルに関する変形された実施例を概略的に示す斜視図であり，図２８は図２７に示した供給ノズルを示す断面図である。図２７乃至図２８に示したように供給ノズル３３２ｂは噴射板３３２ｄを具備し，噴射板３３２ｄは供給口３３２ｃの上に設置される。噴射板３３２ｄは複数の噴射孔３３２ｅを有し，供給ノズル３３２ｂの内部空間に沿って拡散された反応ガスは噴射孔３３２ｅを介して噴射される。
本発明を実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる他の実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は実施例に限られない。
本発明は，多様な形態の半導体製造設備及び製造方法に応用される。

Claims (14)

  1. 基板に対する処理が行われる基板処理装置において，
    上部が開放され，一側に前記基板が出入する通路が形成された下部チャンバと，
    前記下部チャンバの開放された上部を閉鎖し，前記処理が行われる処理空間を提供する外部反応チューブと，
    一つ以上の前記基板が上下方向に積載され，前記基板が積載される積載位置及び前記基板に対する前記処理が行われる処理位置に移動可能な基板ホルダと，
    前記処理空間に向かって反応ガスを供給するガス供給ユニットと，
    前記外部反応チューブの外側に設置されて前記反応ガスを活性化して前記基板に対する処理を行う処理ユニットと，を含むことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記処理ユニットは，
    前記外部反応チューブの側部及び上部のうちいずれか一方に設置され，前記処理空間を加熱して前記基板に対するエピタキシャル蒸着処理を行うヒータと，
    前記外部反応チューブの側部及び上部のうちの他方に設置され，前記反応ガスからプラズマを生成して前記基板に対する洗浄処理を行うプラズマ生成部材と，を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記処理ユニットは，前記外部反応チューブの外側に設置され，前記処理空間を加熱して前記基板に対するエピタキシャル蒸着処理を行うヒータを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記処理ユニットは，前記外部反応チューブの外側に設置され，前記反応ガスからプラズマを生成して前記基板に対する洗浄処理を行うプラズマ生成部材を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記プラズマ生成部材はＩＣＰアンテナであることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  6. 前記基板処理装置は，前記外部反応チューブの内部に設置され，前記処理位置に置かれた前記基板ホルダの周りに配置されて前記基板に対する反応領域を区画する内部反応チューブを更に含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  7. 前記基板処理装置は，前記基板ホルダの下部に設置され，前記基板ホルダが前記処理位置にある際に前記内部反応チューブの開放された下部を閉鎖する熱遮断プレートを更に含むことを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
  8. 前記基板処理装置は，
    前記外部反応チューブの周りに設置されて前記外部反応チューブの側部及び上部を囲み，内部に前記処理ユニットが実装されるカバーと，
    前記外部反応チューブを囲む作動位置と，前記カバーが前記外部反応チューブから除去される解除位置に前記カバーを移動するカバームービングユニットと，を更に含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  9. 前記カバームービングユニットは，
    前記カバーの一側に起立した状態で設置されて外周面にねじ山が形成される昇降ロードと，
    前記カバーに連結されて前記昇降ロードの回転によって前記昇降ロードに沿って移動する支持フレームと，
    前記昇降ロードを駆動する駆動モータと，を具備することを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
  10. 前記ガス供給ユニットは，前記外部反応チューブの内部に設置され，上下方向に沿って互いに異なる位相差を有する前記反応ガスの流動を形成することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  11. 前記ガス供給ユニットは，
    前記外部反応チューブの内壁に沿って配置され，互いに異なる高さにそれぞれ配置されて前記反応ガスを吐出する複数の供給ノズルと，
    前記供給ノズルにそれぞれ連結されて前記供給ノズルにそれぞれ前記反応ガスを供給する複数の供給管と，
    前記外部反応チューブの内壁に沿って配置され，互いに異なる高さにそれぞれ配置されて前記処理空間内の未反応ガス及び反応副産物を吸入する複数の排気ノズルと，
    前記排気ノズルにそれぞれ連結されて前記排気ノズルを介してそれぞれ吸入された前記未反応ガス及び前記反応副産物が通過する複数の排気管と，を具備することを特徴とする請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 前記基板処理装置は前記排気ノズルに連結されて前記排気ノズルを介して吸入した前記未反応ガス及び前記反応副産物を排出する後方排気ラインを含み，
    前記下部チャンバは，前記排気ノズルと前記後方排気ラインを連結する排気ポート及び前記下部チャンバの内部に形成された積載空間を前記後方排気ラインに連結する補助排気ポートを有することを特徴とする請求項１１記載の基板処理装置。
  13. 前記積載空間の圧力は前記処理空間の圧力より高いことを特徴とする請求項１２記載の基板処理装置。
  14. 前記下部チャンバは前記下部チャンバの内部に形成された積載空間に連通される補助ガス供給ポートを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
JP2014548650A 2012-01-04 2012-11-23 処理ユニットを含む基板処理装置 Active JP5879447B2 (ja)

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