JP2015517210A - 選択的エピタキシャル成長のための装置およびクラスター設備 - Google Patents

選択的エピタキシャル成長のための装置およびクラスター設備 Download PDF

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Abstract

本発明は選択的エピタキシャル成長装置を提供する。本発明の選択的エピタキシャル成長装置は、複数の基板が収納される基板積載ユニットが収容されるインナーチューブと前記インナーチューブを囲むアウターチューブとを有する工程チューブと、工程チューブを囲むように設置されるヒーターアセンブリと、工程チューブの内側に垂直に設置されるサイドノズル部と、を含み、サイドノズル部は、選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスと蒸着ガスとを各々噴射する第１サイドノズル及び第２サイドノズルを含む。【選択図】図２

Description

本発明は基板にエピタキシャル膜（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｆｉｌｍ）を選択的に成長させる選択的エピタキシャル成長（Ｓｅｌｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；ＳＥＧ）装置及びクラスター設備に関する。
エピタキシャル（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長は、半導体基板上に半導体基板のような結晶構造の薄膜を成長させる工程である。
また、半導体基板の所定領域に酸化膜、窒化膜等の絶縁膜を形成して半導体基板の所定領域を露出させ、露出された半導体基板上のみにそれと結晶構造が同一である同種又は異種の半導体膜を成長させる工程を選択的エピタキシャル成長（Ｓｅｌｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；ＳＥＧ）と称する。選択的エピタキシャル成長を利用すれば、既存の平板技術では製作が難しい３次元構造を有する半導体素子の製作が容易になるという長所がある。このような選択的エピタキシャル成長（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ：ＳＥＧ）を含む工程において、基板の上のガス供給及びガス分布は非常に重要である。
しかし、従来のバッチタイプの選択的単結晶成長装置では、サイドノズルから噴出された反応ガスがインナーチューブの上端、下端等の排気流路が形成されたところを流れるため、基板上部において反応ガスが均一に流れないので、成膜の後の膜の均一性が低下するという問題がある。特に、インナーチューブ内側と基板の外径との間隙が存在しているため、基板に噴射されるガスの大部分が基板上での充分な反応無しで側面の間隙に流れてしまい、成膜時間が長く掛かり、膜質の平坦度にもまた悪影響を与える。
本発明の実施形態は選択的エピタキシャル成長の均一な成膜のための選択的エピタキシャル成長装置及びクラスター設備を提供しようとする。
本発明の実施形態は基板上での均一なガス流れを提供できる選択的エピタキシャル成長装置及びクラスター設備を提供しようとする。
本発明の実施形態は生産性を高くすることができる選択的エピタキシャル成長装置及びクラスター設備を提供しようとする。
本発明が解決しようとする課題はここに制限されなく、言及されないその他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解される。
本発明の一側面によれば、複数の基板が収納される基板積載ユニットが収容されるインナーチューブと前記インナーチューブを囲むアウターチューブとを有する工程チューブと、前記工程チューブを囲むように設置されるヒーターアセンブリと、前記工程チューブの内側に垂直に設置されるサイドノズル部と、を含み、前記サイドノズル部は、選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスと蒸着ガスとを各々噴射する第１サイドノズル及び第２サイドノズルを含む選択的エピタキシャル成長装置を提供しようとする。
また、前記サイドノズル部は、前記第１サイドノズルを介して両側に並べて配置され、前記第１サイドノズルから噴射される第１工程ガスの直進性を向上させるために不活性ガスを噴射するサイドカーテンノズルをさらに含むことができる。
また、選択的エピタキシャル成長装置は、前記基板積載ユニットを回転させるボート回転部をさらに含むことができる。
また、前記サイドノズル部は、前記インナーチューブ内部の事前コーティングのためのプリ蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏ）ノズルをさらに含むことができる。
また、前記サイドノズル部は、前記インナーチューブの内部を洗浄する時、前記インナーチューブの下端部を洗浄するための下部洗浄ノズルをさらに含むことができる。
また、前記下部洗浄ノズルは、他のサイドノズルに比べて相対的にその長さが短い。
また、前記第１サイドノズルと第２サイドノズルのうちの少なくとも１つは、前記基板積載ユニットの長さ方向に対して少なくとも２つ以上の区間別にガスを噴射する区間ノズルを含むことができる。
また、前記区間ノズルは、ノズル内部でのガス停滞時間が同一になるように、前記区間ノズルの中で前記基板積載ユニットの下方区間を担当する区間ノズルは２重管構造に提供される。
また、前記区間ノズルは、ノズル内部でのガス停滞時間が同一になるように、前記区間ノズルの中で前記基板積載ユニットの下方区間を担当する区間ノズルにはガス流れを抑制する閉込め構造体が提供される。
また、前記インナーチューブは、上部が塞がれているドーム形態に提供され、一側面には前記第１サイドノズルと一直線上に提供される切開部をさらに含むことができる。
また、前記切開部は、下端から上端に行くほど、幅が広くなる逆三角形状、又は下端から上端に行くほど、幅が狭くなる三角形状又は上下対称にならない形状に提供される。
また、前記切開部は、前記第１サイドノズルの噴射ホールと各々対向される個別ホール形状に提供される。
また、前記ボート回転部の動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記サイドノズル部を通じて供給されるガス供給段階別時間にしたがって前記ボート回転部の回転速度を制御することができる。
本発明の他の側面によれば、基板が積載されたカセットが置かれるロードポートを有する設備前方端部モジュール（ＥＦＥＭ）と、前記設備前方端部モジュールとゲートバルブを通じて連結され、内部空間が大気圧と真空圧とに選択的に切り替え可能である第１ロードロックチャンバーと、前記第１ロードロックチャンバーとゲートバルブを通じて連結され、基板を搬送するための搬送装置が具備されたトランスファーチャンバーと、前記トランスファーチャンバーとはゲートバルブを通じて連結され、基板がバッチ式に積載される基板積載ユニットが具備された第２ロードロックチャンバーと、前記第２ロードロックチャンバーの各々の上部に配置され、前記基板積載ユニットに積載された基板を工程処理するプロセスチャンバーと、を含み、前記プロセスチャンバーは、前記基板積載ユニットが収容されるインナーチューブと前記インナーチューブを囲むアウターチューブとを有する工程チューブと、前記基板積載ユニットを回転させる回転部と、前記工程チューブを囲むように設置されるヒーターアセンブリと、前記工程チューブの内側に垂直に設置され、選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスと蒸着ガスとを各々噴射する第１サイドノズル及び第２サイドノズルと、を含むクラスター設備が提供される。
また、前記第１サイドノズルを介して両側に並べて配置され、前記第１サイドノズルから噴射される第１工程ガスの直進性を向上させるために不活性ガスを噴射するサイドカーテンノズルをさらに含むことができる。
また、前記工程チューブの内側と垂直に設置され、前記インナーチューブ内部の事前コーティングのためのプリ蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏ）ノズルと、前記インナーチューブの内部を洗浄する時に、前記インナーチューブの下端部を洗浄するための下部洗浄ノズルと、をさらに含むことができる。
また、前記インナーチューブは、前記第１サイドノズルと一直線上に提供される切開部をさらに含むことができる。
また、前記トランスファーチャンバーと、前記第２ロードロックチャンバーと、前記プロセスチャンバーとは、真空状態を維持することができる。
また、前記クラスター設備は、前記トランスファーチャンバーと前記第２ロードロックチャンバー、及び前記プロセスチャンバーの各々に連結される真空排気部をさらに含むことができる。
また、前記設備前方端部モジュールは、前記ロードポートと前記第１ロードロックチャンバーとの間に配置されて前記ロードポート上に置かれるカセットと前記第１ロードロックチャンバーとの間の基板を搬送するための搬送装置が具備されたインデックスチャンバーと、前記インデックスチャンバーの側面に提供され、ダミー基板が格納されているダミー基板格納モジュールと、をさらに含むことができる。
また、前記トランスファーチャンバーは、ダミー基板格納モジュールをさらに含むことができる。
本発明の実施形態によれば、生産性を高くすることができる。
また、本発明の実施形態によれば、クラスター設備でバッチ式に基板を処理することができるので、同一の生産量を基準にして、設備の占有面積を減らすることができる。
本発明の実施形態によれば、選択的エピタキシャル成長の均一な成膜を形成することができる。
本発明の実施形態によれば、基板上での均一なガスの流れが提供されるので、成膜品質を改善することができる。
本発明の一実施形態による選択的エピタキシャル成長工程のためのクラスター設備を示す平面図である。 本発明の一実施形態による基板処理のためのクラスター設備を示す側面図である。 プロセスチャンバーを示す図面である。 サイドノズル部を説明するための工程チューブの平面断面図である。 サイドノズル部を示す斜視図である。 切開部の多様な例を示す図面である。 基板上部の層流を示すシミュレーション結果である。 サイドノズル部の他の例を示す斜視図である。 図８に図示されたサイドノズル部が適用された工程チューブの平面断面図である。 図８に図示された区間ノズルの内部を示す図面である。 図８に図示された区間ノズルの内部を示す図面である。
以下、添付された図面を参照して本発明の一実施形態による選択的エピタキシャル成長装置及びクラスター設備を詳細に説明する。本発明の説明において、関連された公知の構成又は機能に対する具体的な説明は、本発明の要旨を理解し難くすることがあり得ると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
本実施形態で基板は半導体ウェハである。しかし、これに限定されることはなく、基板はガラス基板等のように他の種類の基板であり得る。
図１及び図２は本発明の一実施形態による選択的エピタキシャル成長工程のためのクラスター設備を示す平面図及び側面図である。
図１及び図２を参照すれば、選択的エピタキシャル成長工程のためのクラスター設備１は、設備前方端部モジュール９００、第１ロードロックチャンバー２００、トランスファーチャンバー３００、及び工程処理モジュール４００を含む。
設備前方端部モジュール（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ；ＥＦＥＭ）９００は、クラスター設備１の前面に配置される。設備前方端部モジュール９００は、カセットＣがローディング及びアンローディングされるロードポート（ｌｏａｄ ｐｏｒｔ）９１０と、カセットＣから基板を引き出す基板移送ロボット９３０が具備されてカセットＣと第１ロードロックチャンバー２００との間に基板を移送するようにインターフェイスするインデックスチャンバー９２０と、を含む。ここで、基板移送ロボット９３０は、ＡＴＭ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）ロボットが使用される。
インデックスチャンバー９２０は、ロードポート９１０と第１ロードロックチャンバー２００との間に位置する。インデックスチャンバー９２０は、全面パネル９２２と後面パネル９２４、及び両側面パネル９２６を含む直六面体の形状を有し、その内部には基板を移送するための基板移送ロボット９３０が提供される。図示しないが、インデックスチャンバー９２０は、内部空間に粒子汚染物が入ってくることを防止するために、ベント（ｖｅｎｔｓ）、層流システム（ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ）のような制御可能な空気流動システムを含む。
インデックスチャンバー９２０は、ロードロックチャンバー２００と接する後面パネル９２４にロードロックチャンバー２００との間でウェハを移送するための通路が存在し、この通路はゲートバルブＧＶ１によって開閉される。
ロードポート９１０は、インデックスチャンバー９２０の全面パネル９２２上に一列に配置される。ロードポート２０４にはカセットＣがローディング及びアンローディングされる。カセットＣは、前方が開放された本体と本体の前方を開閉するドアを有する全面開放一体式ポッド（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）である。
インデックスチャンバー９２０の両側面パネル９２６にはダミー基板格納部９４０が提供される。ダミー基板格納部９４０は、ダミー基板ＤＷが積層保管されるダミー基板保管容器９４２を提供する。ダミー基板格納部９４０のダミー基板保管容器９４２に保管されるダミー基板ＤＷは、工程処理モジュール３００で基板が不足である場合に使用される。
図示しないが、ダミー基板保管容器９４２は、インデックスチャンバーの側面ではない他のチャンバーに変更して提供されてもよい。一例として、ダミー基板保管容器９４２は、トランスファーチャンバー３００に設置されてもよい。
第１ロードロックチャンバー２００は、ゲートバルブＧＶ１を通じて設備前方端部モジュール９００と連結される。第１ロードロックチャンバー２００は、設備前方端部モジュール９００とトランスファーチャンバー３００との間に配置される。設備前方端部モジュール９００とトランスファーチャンバー３００との間には３つの第１ロードロックチャンバー２００が提供される。第１ロードロックチャンバー２００は、内部空間が大気圧と真空圧とに選択的に切り替え可能である。第１ロードロックチャンバー２００には基板が積載される積載容器２１０が提供される。
トランスファーチャンバー３００は、ゲートバルブＧＶ２を通じて第１ロードロックチャンバー２００と連結される。トランスファーチャンバー３００は、第１ロードロックチャンバー２００と工程処理モジュール４００との間に配置される。トランスファーチャンバー３００は、直六面体のボックス形状を有し、その内部には基板を移送するための基板移送ロボット３３０が提供される。基板移送ロボット３３０は、第１ロードロックチャンバー２００と、工程処理モジュール４００の第２ロードロックチャンバー４１０に具備された基板積載ユニット４２０との間に基板を移送する。基板移送ロボット３３０は１枚の基板又は５枚の基板を搬送することができるエンドエフェクタ（Ｅｎｄ−ｅｆｆｅｃｔｏｒ）を含む。ここで、基板移送ロボット３３０は真空環境で基板を移送させる真空ロボットが使用される。
トランスファーチャンバー３００には複数の工程処理モジュール４００がゲートバルブＧＶ３を通じて連結される。一例として、トランスファーチャンバー３００には選択的エピタキシャル成長装置である３つの工程処理モジュール４００が連結されるが、その数は多様に提供されてもよい。
図２を参照すれば、クラスター設備１は、真空排気部５００と不活性ガス供給部６００とを含む。真空排気部５００は、第１ロードロックチャンバー２００、トランスファーチャンバー３００、第２ロードロックチャンバー４１０、及びプロセスチャンバー１００の各々に連結されており、各チャンバーに真空圧を提供する真空ライン５１０を含む。不活性ガス供給部６００は、第１ロードロックチャンバー２００、トランスファーチャンバー３００、第２ロードロックチャンバー４１０、及びプロセスチャンバー１００の間の差圧を形成するために各々のチャンバーに不活性ガスを供給するガス供給ライン６１０を含む。
また、インデックスチャンバー１１０と第１ロードロックチャンバー２００と、第１ロードロックチャンバー２００とトランスファーチャンバー３００と、そしてトランスファーチャンバー３００と第２ロードロックチャンバー４１０とは、ゲートバルブＧＶ１、ＧＶ２、ＧＶ３を通じて連結されて、各々のチャンバー圧力を独立して制御することができる。
図３は、プロセスチャンバーを示す図面である。
図１乃至図３を参照すれば、選択的エピタキシャル成長装置である工程処理モジュール４００は、第２ロードロックチャンバー４１０とプロセスチャンバー１００とを含む。
第２ロードロックチャンバー４１０は、ゲートバルブＧＶ３を通じてトランスファーチャンバー３００と連結される。第２ロードロックチャンバー４１０には、基板がバッチ式に積載される基板積載ユニット１３０をプロセスチャンバー１００の工程チューブ１１０の内部空間にローディング／アンローディングさせるための昇降部材４３０が提供される。一例として、基板積載ユニット１３０は基板が２５枚、５０枚ずつ積載されるようにスロットを具備するボートを含む。第２ロードロックチャンバー４１０の上部にはプロセスチャンバー１００が配置される。
プロセスチャンバー１００は選択的エピタキシャル成長（Ｓｅｌｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；ＳＥＧ）のための装置構成を含む。一例として、プロセスチャンバー１００は、工程チューブ１１０、ヒーターアセンブリ１２０、基板積載ユニット１３０、サイドノズル部１４０、ボート回転部１６０、制御部１７０、及び供給部１９０を含む。
工程チューブ１１０は、基板積載ユニット１３０が収容されるインナーチューブ１１２と、インナーチューブ１１２を囲むアウターチューブ１１４とを含む。工程チューブ１１０は、基板が積載された基板積載ユニット１３０がローディングされて基板上に選択的エピタキシャル成長工程が進行される内部空間を提供する。工程チューブ１１０は、高い温度で耐えられる材質、例えば石英で製作される。インナーチューブ１１２とアウターチューブ１１４は、上部が塞がっている円筒管状に形成されている。特に、インナーチューブ１１２は、一側に横方向（垂直となる方向）に沿って切開部１１３が形成される。切開部１１３は、スロット形態に提供される。切開部１１３は、第１サイドノズル１４２と一直線上に形成される。
図６は、切開部の多様な例を示す図面である。
図６に示したように、切開部１１３は左側第１番目の図と左側第２番目の図のように、下端から上端に行くほど、幅が広くなる逆三角形状、下端から上端に行くほど、幅が狭くなる三角形状のように上下対称にならない形状に提供されてもよい。また、切開部１１３は、左側第３番目の図のように第１サイドノズル１４２の噴射ホールに対向されるように個別ホール形状に提供されてもよい。また、切開部１１３は、右側第１番目の図のように同一の幅に提供されてもよい。
再び図１〜図３を参照すれば、工程チューブ１１０は、フランジ１１８の一側において内部を減圧させるために内部空気を強制吸入して排気するための排気ポート１１９と、排気ポート１１９の反対側において工程チューブ１１０の内部に工程ガスを注入するためのサイドノズル部１４０を装着するためのノズルポート１１８が提供される。排気ポート１１９は工程の時、工程チューブ１１０内の空気を外部へ排出させるために提供される。排気ポート１１９には真空排気装置（図示せず）が連結され、排気ポート１１９を通じて工程チューブ１１０に供給される工程ガスの排気及び内部減圧が行われる。ヒーターアセンブリ１２０は、工程チューブ１１０を囲むように設置される。
基板積載ユニット１３０は、複数（一例として５０枚）の基板が挿入されるスロットを具備する。基板積載ユニット１３０は、シールキャップ１８０上に装着され、シールキャップ１８０は、エレベーター装置である昇降部材４３０によって工程チューブ１１０内にローディングされるか、又は工程チューブ１１０の外へアンローディングされる。基板積載ユニット１３０が工程チューブ１１０にローディングされると、シールキャップ１８０は、工程チューブ１１０のフランジ１１１と結合される。一方、工程チューブ１１０のフランジ１１１とシールキャップ１８０とが接触する部分にはシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）のためのＯ−リング（Ｏ−ｒｉｎｇ）のような密閉部材を提供して、工程ガスが工程チューブ１１０とシールキャップ１８０との間から出されないようにする。
一方、ボート回転部１６０は、基板積載ユニット１３０を回転させるための回転力を提供する。ボート回転部１６０としてはモーターが使用されてもよい。ボート回転部１６０は、シールキャップ１８０上に設置される。ボート回転部１６０には、基板積載ユニット１３０の回転速度を感知するためのセンサーが具備される。センサーで感知された基板積載ユニット１３０の回転速度は、制御部１７０に提供される。
制御部１７０は、ボート回転部１６０の動作を制御する。制御部１７０は、サイドノズル部１４０のノズルを通じて供給されるガス供給段階別の時間にしたがってボート回転部１６０の回転速度を制御する。
図４は、サイドノズル部を説明するための工程チューブの平面断面図であり、図５は、サイドノズル部を示す斜視図である。
図３〜図５を参照すれば、サイドノズル部１４０は、工程チューブ１１０の内側と垂直に提供される。サイドノズル部１４０は、工程チューブ１１０で基板表面に選択的エピタキシャル成長に寄与するガスを供給する複数のノズルを含む。一例として、サイドノズル部１４０は、第１サイドノズル１４２、第２サイドノズル１４４、一対のサイドカーテンノズル１５２、プリ蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏ）ノズル１５４、及び下部洗浄ノズル１５６を含む。
サイドノズル部１４０には、供給部１９０を通じて基板表面に選択的エピタキシャル成長に寄与するガスが供給される。供給部１９０は、蒸着ガス、エッチングガス、洗浄用ガス、及び不活性ガス（ファジーガス）を選択的にサイドノズル部１４０へ提供する。一例として、蒸着ガスとしては、ＤＣＳ、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等のガスが使用され、エッチングガスとしてはＣｌ２、ＨＣＬ等のガスが使用され、不純物ドーピングを目的とする場合にはＢ２Ｈ６、ＰＨ３等のようなドーピングガスが使用される。
第１サイドノズル１４２は選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスを噴射するノズルであって、インナーチューブ１１２に提供される切開部１１３と対向するように一直線上に配置される。一対のサイドカーテンノズル１５２は、第１サイドノズル１４２を介して両側に並べて配置される。サイドカーテンノズル１５２は、第１サイドノズル１４２から噴射されるエッチングガスがインナーチューブ１１２の切開部１１３を向かって直進するように不活性ガスを噴射する。一例として、不活性ガスにはＮ２ガス、Ａｒガス、Ｈ２ガスを含む。
図７は、基板上部の層流を示すシミュレーションである。図７のシミュレーションの結果で第１サイドノズルとサイドカーテンノズルとを除外した残りのノズルは省略されている。
図７を参照すれば、本発明では第１サイドノズル１４２から噴射されるエッチングガスがサイドカーテンノズル１５２から噴射される不活性ガスによって直進性が向上されて、基板の上部に水平な方向に層流を形成することによって基板の均一度をさらに向上させることができる。
第２サイドノズル１４４は、選択的エピタキシャル成長のための蒸着ガスを噴射するノズルであって、サイドカーテンノズル１５２の一側に提供される。第２サイドノズル１４４は、排気ポート１１３と一定の角度にずれるように配置される。
プリ蒸着ノズル１５４は、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーン（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｃｌｅａｎ）の後、工程チューブ１１０内部の事前コーティングのための目的に蒸着ガスを噴射し、事前に工程チューブ１１０の内部環境を、基板成膜を遂行できる条件にするために提供される。もちろん、第２サイドノズル１４４を使用してプリコーティングを実施してもよいが、プリ蒸着ノズル１５４を別に設置して運営することによって、第２サイドノズル１４４の使用頻度を減らして第２サイドノズル１４４の寿命及びノズル内部の薄膜形成を減少させて、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーン周期を長く延長できる格別な効果を期待することできる。
下部洗浄ノズル１５６は、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーン工程の時、インナーチューブ１１２の下端部を洗浄するために提供される。下部洗浄ノズル１５６は、図３及び図５のように他のノズルに比べてその長さが短く、基板積載ユニット１３０とシールキャップ１８０との間のボート下敷き部１３８の周辺に洗浄のためのガス（一例として、ＣｌＦ３、Ｆ２）を噴射する。参考として、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーン工程の時、洗浄のためのガスは、第２サイドノズル１４４でも噴射され、下部洗浄ノズル１５６は、第２サイドノズル１４４の噴射範囲から外れた脆弱範囲であるボート下敷き部１３８の付近への洗浄のためのガス噴射を担当する。下部洗浄ノズル１５６によってｉｎ−ｓｉｔｕクリーン時間を短縮することができる。
前記のプロセスチャンバー１００を利用して実施する選択的エピタキシャル成長方法を簡単に説明すれば、次の通りである。
先ず、複数枚の基板が基板積載ユニット１３０に積載されれば、基板積載ユニット１３０は、昇降装置４３０の昇降動作によって工程チューブ１１０の内部に搬入される。この時、シールキャップ１８０によって工程チューブ１１０の下端が密封される。次に、工程チューブ１１０の内部が望む圧力（真空度）になるように真空排気装置（図示せず）がフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）制御される。また、工程チューブ１１０の内部は、選択的エピタキシャル成長に適合する所望の温度になるようにヒーターアセンブリ１２０によって加熱される。工程チューブ１１０の内部がヒーターアセンブリ１２０によって加熱される時、工程チューブ１１０の内部が望む温度分布になるように温度センサーが検出した温度情報に基づいてヒーターアセンブリ１２０に対する通電状態がフィードバック制御される。続いて、ボート回転部１６０によって、基板積載ユニット１３０が回転されることによって基板が回転される。
サイドノズル部１４０の各ノズルは、供給部を通じて蒸着ガス、エッチングガス、不活性ガス等の工程ガスを定められた時間の間に提供して、噴射する。インナーチューブに噴射されたガスは、基板を通過してインナーチューブの切開部に排気される。
一方、サイドノズル部の各ノズルは、多様な方式にガスを噴射してもよい。第１番目に、蒸着ガスとエッチングガスとを同時に供給する方法。第２番目に、蒸着ガスとエッチングガスとを共に供給して成膜の後（一例として、２０ｍｉｎ）−＞エッチングガスのみを供給して不純物を追加除去（３ｍｉｎ）、再び一定の時間に蒸着ガスを供給（１５ｍｉｎ）−＞エッチングガスのみを供給して不純物を除去する過程を反複して進行する方法。そして、第３番目に、蒸着のみを供給（４０ｓｅｃ）−＞残留物除去のためのファジーガス供給（３０ｓｅｃ）−＞エッチングガス供給（１５ｓｅｃ）−＞残留物を除去するためのファジーガス供給（４０ｓｅｃ）過程を反複して進行する方法等がある。このような過程を通じて基板上により高品質の選択エピタキシャル膜を形成することができる。
一方、ファジーガスは、基板上にエピタキシャル層を成長させる一つの工程毎に蒸着ガス及びエッチングガスと同時に供給されてもよく、蒸着ガス又はエッチングガスの供給の以前又は以後に供給されてもよく、蒸着ガス又はエッチングガスの供給の以前に供給されて、これらのガスの供給の間に続いて供給してもよい。
上述したように、本発明の一実施形態によるプロセスチャンバー１００は、サイドノズル部１４０がインナーチューブと垂直方向に提供されて工程ガスを水平に供給することができ、特に第１サイドノズル１４２は、左右にサイドカーテンノズル１５２が配置されてエッチングガスの直進性を向上させることによって基板上でのガスの流れを改善して成膜品質を向上させることができる。
図８はサイドノズル部の他の例を示す斜視図であり、図９は図８に図示されたサイドノズル部が適用された工程チューブの平面断面図である。
図８及び図９を参照すれば、第１サイドノズル１４２は、基板積載ユニット１３０の長さ方向に対して複数の区間別にガスを噴射する区間ノズルを含む。一例として、第１サイドノズル１４２０は、２つの区間別にガスを噴射する第１、２区間ノズル１４２−１、１４２−２を含む。第１区間ノズル１４２−１は、基板積載ユニット１３０の上部区間にガスを噴射し、第２区間ノズル１４２−２は、基板積載ユニット１３０の下部区間にガスを噴射する。第１区間ノズル１４２−１と第２区間ノズル１４２−２は、互いに隣接するように位置され、インナーチューブ１１２に提供される切開部１１３と対向するように一直線上に位置される。
第２サイドノズル１４４は、基板積載ユニット１３０の長さ方向に対して複数の区間別にガスを噴射する区間ノズルを含む。一例として、第２サイドノズル１４４は、第１、２区間ノズル１４４−１、１４４−２を含む。第１区間ノズル１４４−１は、基板積載ユニット１３０の上部区間にガスを噴射し、第２区間ノズル１４４−２は、基板積載ユニット１３０の下部区間にガスを噴射する。
第１区間ノズル１４２−１、１４４−１と第２区間ノズル１４２−２、１４４−２とは、その長さが異なるので、ガス噴射の時、ノズル内部のガス停滞時間（ガス滞留時間）が異なる。一例として、第２区間ノズル１４２−２でのガス噴射が第１区間ノズル１４２−１でのガス噴射よりも速い。これによって基板積載ユニット１３０の上部に位置する基板の薄膜厚さと、基板積載ユニット１３０の下部に位置する基板の薄膜厚さとの差異を誘発させることができる。
図１０及び図１１は、図８に図示された第２区間ノズルの内部を示す図面である。
図１０を参照すると、一例によれば、第２区間ノズル１４２−２は第１区間ノズル１４２−１とガス停滞時間（ガス滞留時間）とが同一になるように、２重管構造に提供される。即ち、第２区間ノズル１４２−２は、外部管１０と内部管２０とを含み、外部管１０と内部管２０とに各々噴射口１２、２２を形成し、内部管の噴射口２２と外部管の噴射口１２とはその噴射方向が異なるように提供される。したがって、第２区間ノズル１４２−２でのガス停滞時間が延長される。
図１１を参照すると、その他の例によれば、第２区間ノズル１４２−２は、第１区間ノズル１４２−１とガス停滞時間とが同一になるようにガス流れを抑制する閉込め（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）構造体４０が提供される。閉込め構造体４０は多数の遮断板４２を含み、遮断板４２によってガス流れが遅くなることによって、第２区間ノズル１４２−２でのガス停滞時間（ガス滞留時間）が延長される。
このような区間ノズルを有するサイドノズル部は、エピタキシャル成長工程のみならず、他の蒸着工程のための熱処理装置にも適用される。
以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないので、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特徴を逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定することではなく単なる説明するためのことであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲は限定されない。本発明の保護範囲は、下記の請求の範囲によって解釈しなければならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれることとして解釈するべきである。

Claims (25)

  1. 選択的エピタキシャル成長装置において、
    複数の基板が収納される基板積載ユニットが収容されるインナーチューブと前記インナーチューブを囲むアウターチューブとを有する工程チューブと、
    前記工程チューブを囲むように設置されるヒーターアセンブリと、
    前記工程チューブの内側に垂直に設置されるサイドノズル部と、を含み、
    前記サイドノズル部は、
    選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスと蒸着ガスとを各々噴射する第１サイドノズル及び第２サイドノズルを含むことを特徴とする選択的エピタキシャル成長装置。
  2. 前記サイドノズル部は、
    前記第１サイドノズルを介して両側に並べて配置され、前記第１サイドノズルから噴射される第１工程ガスの直進性を向上させるために不活性ガスを噴射するサイドカーテンノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  3. 前記基板積載ユニットを回転させるボート回転部をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  4. 前記サイドノズル部は、
    前記インナーチューブ内部の事前コーティングのためのプリ蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏ）ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  5. 前記サイドノズル部は、
    前記インナーチューブの内部を洗浄する時に、前記インナーチューブの下端部を洗浄するための下部洗浄ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  6. 前記下部洗浄ノズルは、
    他のサイドノズルに比べて相対的にその長さが短いことを特徴とする請求項５に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  7. 前記第１サイドノズルと第２サイドノズルのうちの少なくとも１つは、
    前記基板積載ユニットの長さ方向に対して少なくとも２つ以上の区間別にガスを噴射する区間ノズルを含む特徴とする請求項１に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  8. 前記区間ノズルは、
    ノズル内部でのガス停滞時間が同一になるように、前記区間ノズルの中で前記基板積載ユニットの下方区間を担当する区間ノズルは２重管構造に提供されることを特徴とする請求項７に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  9. 前記区間ノズルは、
    ノズル内部でのガス停滞時間が同一になるように、前記区間ノズルの中で前記基板積載ユニットの下方区間を担当する区間ノズルにはガス流れを抑制する閉込め構造体が提供されることを特徴とする請求項７に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  10. 前記インナーチューブは、
    上部が塞がれているドーム形態に提供され、一側面には前記第１サイドノズルと一直線上に提供される切開部をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  11. 前記切開部は、下端から上端に行くほど、幅が広くなる逆三角形状、又は下端から上端に行くほど、幅が狭くなる三角形状又は上下対称にならない形状又は前記第１サイドノズルの噴射ホールと各々対向される個別ホール形状に提供されることを特徴とする請求項１０に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  12. 前記ボート回転部の動作を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、
    前記サイドノズル部を通じて供給されるガス供給段階別時間にしたがって前記ボート回転部の回転速度を制御する請求項３に記載の選択的エピタキシャル成長装置。
  13. 基板を処理するクラスター設備であって、
    基板が積載されたカセットが置かれるロードポートを有する設備前方端部モジュール（ＥＦＥＭ）と、
    前記設備前方端部モジュールとゲートバルブを通じて連結され、内部空間が大気圧と真空圧とに選択的に切り替え可能である第１ロードロックチャンバーと、
    前記第１ロードロックチャンバーとゲートバルブを通じて連結され、基板を搬送するための搬送装置が具備されたトランスファーチャンバーと、
    前記トランスファーチャンバーとゲートバルブを通じて連結され、基板がバッチ式に積載される基板積載ユニットが具備された第２ロードロックチャンバーと、
    前記第２ロードロックチャンバーの各々の上部に配置され、前記基板積載ユニットに積載された基板を工程処理するプロセスチャンバーと、を含むクラスター設備。
  14. 前記プロセスチャンバーは、
    前記基板積載ユニットが収容されるインナーチューブと前記インナーチューブを囲むアウターチューブとを有する工程チューブと、
    前記基板積載ユニットを回転させる回転部と、
    前記工程チューブを囲むように設置されるヒーターアセンブリと、
    前記工程チューブの内側に垂直に設置され、選択的エピタキシャル成長のためのエッチングガスと蒸着ガスとを各々噴射する第１サイドノズル及び第２サイドノズルと、を含む請求項１３に記載のクラスター設備。
  15. 前記第１サイドノズルを介して両側に並べて配置され、前記第１サイドノズルから噴射される第１工程ガスの直進性を向上させるために不活性ガスを噴射するサイドカーテンノズルをさらに含む請求項１４に記載のクラスター設備。
  16. 前記工程チューブの内側と垂直に設置され、前記インナーチューブ内部の事前コーティングのためのプリ蒸着（ｐｒｅ−ｄｅｐｏ）ノズルと、
    前記インナーチューブを内部洗浄する時に、前記インナーチューブの下端部を洗浄するための下部洗浄ノズルと、をさらに含む請求項１５に記載のクラスター設備。
  17. 前記インナーチューブは、
    前記第１サイドノズルと一直線上に提供される切開部をさらに含む請求項１５に記載のクラスター設備。
  18. 前記トランスファーチャンバーと、前記第２ロードロックチャンバーと、前記プロセスチャンバーとは、真空状態を維持することを特徴とする請求項１５に記載のクラスター設備。
  19. 前記クラスター設備は、
    前記トランスファーチャンバーと前記第２ロードロックチャンバー、及び前記プロセスチャンバーの各々に連結される真空排気部をさらに含む請求項１８に記載のクラスター設備。
  20. 前記設備前方端部モジュールは、
    前記ロードポートと前記第１ロードロックチャンバーとの間に配置されて前記ロードポート上に置かれるカセットと前記第１ロードロックチャンバーとの間の基板を搬送するための搬送装置が具備されたインデックスチャンバーと、
    前記インデックスチャンバーの側面に提供され、ダミー基板が格納されているダミー基板格納モジュールと、をさらに含む請求項１５に記載のクラスター設備。
  21. 前記クラスター設備は、
    前記トランスファーチャンバーにダミー基板が格納されているダミー基板格納モジュールをさらに含む請求項１５に記載のクラスター設備。
  22. 前記インデックスチャンバーと前記第１ロードロックチャンバーと、前記第１ロードロックチャンバーと前記トランスファーチャンバーと、前記トランスファーチャンバーと前記第２ロードロックチャンバーとは、ゲートバルブを通じて連結されて、各々のチャンバー圧力を独立的に制御できることを特徴とする請求項２０に記載のクラスター設備。
  23. 前記クラスター設備は、
    前記第１ロードロックチャンバー、前記トランスファーチャンバー、前記第２ロードロックチャンバー、及び前記プロセスチャンバーの各々に連結される真空排気部と、
    前記第１ロードロックチャンバー、前記トランスファーチャンバー、前記第２ロードロックチャンバー、及び前記プロセスチャンバーの間の差圧を形成するために各々のチャンバーに不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、をさらに含む請求項２０に記載のクラスター設備。
  24. 前記クラスター設備は、
    前記トランスファーチャンバーと前記第２ロードロックチャンバーと、前記プロセスチャンバーとの間の交差汚染を防止するための差圧形成部材をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のクラスター設備。
  25. 前記差圧形成部材は、
    前記トランスファーチャンバーと、前記第２ロードロックチャンバーと、前記プロセスチャンバーとの各々に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を含む請求項２４に記載のクラスター設備。
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