JP4086242B2 - 半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板の薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板を多量に工程処理する半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板の薄膜形成方法に関し、例えば、比較的高温で半導体基板に膜を形成する工程を行う配置式の工程用半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板薄膜形成方法に関する。
一般に、半導体基板を工程処理する半導体製造装置は、工程時間を減少させて一枚ずつ工程を行う枚葉式と、工程処理能力の向上のために、内部に半導体基板を多量でローディングする基板ローディング用ボートを含む配置式とがある（例えば、特許文献１参照）。
図１（ａ）は従来の配置式の半導体製造装置の概略断面図で、図１（ｂ）は上部から見た横断面図及び図１（ａ）のＡ部分を拡大した断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）を参照すれば、従来の配置式の半導体製造装置は、内部に受容空間を形成するように下部が開放された開口部を持つ管状の反応チューブ１１０と、この反応チューブ１１０内に受容されて複数の半導体基板１００をローディングできるスロット１２０ａが上下方向に一定間隔で積層されるように形成された基板ローディング用ボート１２０と、反応チューブ１１０を囲んで反応チューブ１１０の内部空間を加熱させる加熱ヒーター１５０と、基板ローディング用ボート１２０を下部で支持し、反応チューブ１１０の開口部を開閉できるように作動するボートギャップ１４０とを有する。このとき、基板ローディング用ボート１２０は複数の支持ロット（図１（ｂ）の１２１）からなり、この支持ロット１２１に沿って一定間隔でスロット１２０ａが形成される。ここで、１６０、１７０は各々固定ガスを注入するガス噴射部と工程ガスを外部に排出するガス排出部である。
このような構成を持つ従来の配置式の半導体製造装置は、図１（ｂ）のように工程を行う時、スロットが半導体基板１００の端部（Ｐ）を局部的に支持しているため、例えば、膜形成を行うＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程用装置の場合、半導体基板１００の両面及び半導体基板の下部を支持するローディング用ボートとスロットにも半導体工程での膜が形成される。
したがって、ＣＶＤ工程の完了後、基板のバックサイド（下面）には比較的多くのパーティクル（不純物粒子）が発生する。又、半導体基板のバックサイドの膜均一性も上面の膜均一性に比べて顕著に減少するため、後続工程、特にフォトリソグラフィ工程（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）に多くの工程上の問題を発生させる。半導体基板が大口径化になり（例えば２００ｍｍ及び３００ｍｍ）、形状サイズがより微細になる（例えば０．１５ミクロン以下）ことにより、半導体基板のバックサイド蒸着膜は後続工程であるフォトリソグラフィ工程等に深刻な工程不良を招くことになる。
また、一般的に、半導体基板の上面に形成された膜は次のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程でも必要な一部分を除いて殆どエッチングされるのに対して、バックサイドに形成された膜は別途の後面膜除去工程を行わなければ、次の工程でも半導体基板のバックサイドに蒸着された状態で工程が行われる。このとき、後続の高温熱処理工程で半導体基板のバックサイドの膜により膜応力が発生し、結果的に全体の半導体基板の反り現象が発生して不良処理される。また、半導体基板のバックサイドに形成された膜は、半導体後面の放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）によって温度を測定する高温急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）工程でも、放射率の変化を招いて正確な温度測定が不可能になって工程不良を誘発するという問題があった。
そこで、本発明は上記従来の半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板の薄膜形成方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、大口径の半導体基板で例えば化学気相蒸着工程等で半導体基板の上面のみに膜を形成させ、バックサイドに膜を形成させず全体の半導体製造工程の生産性を大幅向上させる半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板の薄膜形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体製造装置は、半導体基板に対し工程を進行できるように密閉空間を提供する反応チューブと、前記反応チューブ内の密閉空間内に装着され、少なくとも一つ以上の半導体基板をローディングでき、前記半導体基板のバックサイドに半導体膜が蒸着されないようにする基板ホルダを支持する第１基板ローディング用ボートと、前記第１基板ローディング用ボートの内側又は外側に隣接して前記第１基板ローディング用ボートに対して微細に上下移動するように構成され、前記半導体基板の端部を独立的に支持する第２基板支持台を含む第２基板ローディング用ボートとからなる基板ローディング用デュアルボートと、前記基板ローディング用デュアルボートの下部に設置され、前記第１基板ローディング用ボート及び前記第２基板ローディング用ボートの下部を各々独立的に支持しながら、前記第１基板ローディング用ボートと前記第２基板ローディング用ボートの少なくとも一つ以上を上下に昇降させて前記半導体基板の支持状態を相対的に調節する間隔調節装置と、前記反応チャンバ内に工程に必要な少なくとも一つ以上の工程ガスを供給するガス供給装置とを有し、前記第１基板ローディング用ボートは、実質的に一側壁が開放された円柱形の内部空間を形成するように平行に配置された第１支持ロットと、前記第１支持ロットを上下で一つの面で支持する第１上部結合部及び第１下部結合部とを有し、前記第１支持ロットには長さ方向に沿って前記基板ホルダの端部を部分的に支持するようにホルダ支持部が形成され、前記第２基板ローディング用ボートは、実質的に一側壁が開放された円柱形の内部空間を形成するように平行に配置された第２支持ロットと、前記第２支持ロットを上下で一つの面で支持する第２上部結合部及び第２下部結合部とを含み、前記第２支持ロットには長さ方向に沿って前記半導体基板の端部を支持できるように基板支持部が形成され、前記基板ホルダは、円板状のホルダ本体と、前記ホルダ本体の板面に形成され、前記半導体基板の側部を工程ガスが通過しないように遮断する基板側ガード部と、前記ホルダ本体の板面に形成され、前記第２基板支持部が通過できるように第２基板支持部に対応して形成された開放部とを有することを特徴とする。
前記第１支持ロットは、その断面が中央が陥没した凹型で形成され、その凹型の空間に前記第２支持ロットの少なくとも一部分が受容されることを特徴とする。
前記第１支持ロットは、その断面が“コ”字形であることを特徴とする。
前記第１支持ロットは、その断面が一側が開放された円筒形であることを特徴とする。
前記第２支持ロットは、その断面が多角形の多角形ロッド型であることを特徴とする。
前記第２支持ロットは、その断面が円形である円柱形ロッド型であることを特徴とする。
前記第１支持ロットは、その断面が“コ”字形であることを特徴とする。
前記第１支持ロットは、その断面が一側が開放された円筒形であることを特徴とする。
前記第２支持ロットは、その断面が多角形の多角形ロッド型であることを特徴とする。
前記第２支持ロットは、その断面が円形である円柱形ロッド型であることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の板面を所定深さに陥没させて形成したポケット型であることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の上面に突出形成され、前記半導体基板の円周部に沿ってその厚さだけ突出形成されたリング型であることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部に形成されることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部から所定距離内側に離隔されて形成されることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の板面から一定角度で傾斜させ半導体基板の端部が接触するテーパ状であることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の上面に突出形成され、前記半導体基板の円周部に沿ってその厚さだけ突出形成されたリング型であることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部に形成されることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部から所定距離内側に離隔されて形成されることを特徴とする。
前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の板面から一定角度で傾斜させ半導体基板の端部が接触するテーパ状であることを特徴とする。
又、前記間隔調節装置は、前記半導体基板を自転させることができるように、前記第１基板ローディング用ボートと前記第２基板ローディング用ボートの何れか一つと連結して回転駆動させる回転駆動部をさらに有することを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体基板の薄膜形成方法は、基板ホルダを支持するホルダ支持部が上下長さ方向に所定の間隔をおいて一定間隔に形成された第１基板ローディング用ボートと、前記基板ホルダ上に載置される半導体基板を支持する基板支持部が長さ方向に一定間隔に形成された第２基板ローディング用ボートとからなるデュアルボートで前記基板ホルダ上に半導体基板をローディングする（ａ）段階と、前記デュアルボートを反応チューブ内に引入して薄膜形成工程実行空間を密閉させ、薄膜形成工程ガスを供給して薄膜形成工程を行う（ｂ）段階と、所定の時間の経過後、少なくとも１回以上、間欠的に前記半導体基板を前記基板ホルダ上から所定高さで所定時間、離隔させる（ｃ）段階と、薄膜形成工程完了後、前記デュアルボートを引出して半導体基板をアンローディングする（ｄ）段階とを有することを特徴とする。
ここで、前記（ｂ）段階において、前記薄膜形成工程ガスはシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン及びエピシリコンの内の何れか一つの膜を形成するための薄膜形成工程ガスであることを特徴とする。
前記（ｃ）段階において、前記半導体基板をホルダ本体から離隔させる高さは、前記基板支持部間の間隔より小さいことを特徴とする。
前記（ｃ）段階において、前記半導体基板をホルダ本体から離隔させる間には不活性ガスが供給されることを特徴とする。
前記（ｃ）段階において、前記薄膜形成工程が進行される間、半導体基板が基板ホルダから離隔される回数は形成される半導体膜厚さによって決定されることを特徴とする。
前記（ｃ）段階において、前記半導体基板をホルダ本体から離隔させる間には不活性ガスが供給されることを特徴とする。
前記（ｃ）段階において、前記薄膜形成工程が進行される間、半導体基板が基板ホルダから離隔される回数は形成される半導体膜厚さによって決定されることを特徴とする。
又、前記（ｃ）段階において、前記薄膜形成工程が進行される間、半導体基板を回転させる段階をさらに有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体基板の薄膜形成方法は、半導体基板を膜を形成する工程の途中に所定の時間、基板ホルダから隔離させる段階は、間隔調節装置が第１及び第２基板ローディング用ボートの何れか一つを、上下に基板支持部のピッチ以下の微細な距離で移動させて、第２基板ローディング用ボートの基板支持部を上昇させ、半導体基板を基板ホルダから所定高さ持ち上げ離隔する（ａ）段階と、所定の時間が経過後、前期間隔調節装置が第１及び第２基板ローディング用ボートの何れか一つを微細に上下移動させることにより、第２基板ローディング用ボートの基板支持部が下降し、半導体基板を基板ホルダ上に載置する（ｂ）段階を有することを特徴とする。
発明による半導体製造装置によれば、半導体基板を基板ホルダ上に載置するが、工程ガスが半導体基板の下部に通過しないように基板側ガード部を形成し、又、基板側ガード部が一定の角度を維持するテーパ状にして半導体基板を基板側ガード部に接触させることにより、半導体基板の後面には膜形成が殆ど行われないので、半導体基板の後面に形成される膜厚さの不均一によって後続のフォトエッチング工程でミスアラインメントによる工程不良が発生する確率を大きく減少できるという効果がある。
そして、本発明による半導体薄膜形成工程は、膜を形成する途中に半導体基板を１回以上基板ホルダから離隔させることで、半導体基板と基板ホルダがＣＶＤ膜形成工程中に、相互にくっつく接触現象を根本的に防止できる。よって、厚い膜を形成する時に半導体基板の端部と基板ホルダとの間がくっついてこれをローディング（アンローディング）するときに発生するバックサイドのパーティクルソースを抑制でき、工程安定度を大きく向上できるという効果がある。
次に、本発明に係る半導体製造装置及びそれを用いた半導体基板の薄膜形成方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図２は本発明による半導体製造装置を示す概略断面図である。
図２を参照すると、本発明の半導体製造装置は、工程を進行するための所定の密閉空間を提供する反応チューブ３０と、反応チューブ３０内に引入及び引出を行いながら複数の半導体基板１００をローディングできるように、半導体基板１００が載置される基板ホルダ２５を支持する第１基板ローディング用ボート１０と、基板ホルダ２５上の半導体基板１００を独立的に支持するように基板支持部２６ａが形成された第２基板ローディング用ボート２０からなる基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）と、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の下部に配置され、第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０を下部で独立的に支持する間隔調節装置（又はボート駆動装置）７０とを有する。
図２を参照すると、本発明の半導体製造装置は、工程を進行するための所定の密閉空間を提供する反応チューブ３０と、反応チューブ３０内に引入及び引出を行いながら複数の半導体基板１００をローディングできるように、半導体基板１００が載置される基板ホルダ２５を支持する第１基板ローディング用ボート１０と、基板ホルダ２５上の半導体基板１００を独立的に支持するように基板支持部２６ａが形成された第２基板ローディング用ボート２０からなる基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）と、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の下部に配置され、第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０を下部で独立的に支持する間隔調節装置（又はボート駆動装置）７０とを有する。
そして、反応チューブ３０の外周を囲んで配置されて反応チューブ３０の内部を所定の工程温度で加熱させる加熱装置６０と、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）を下部で支持しながら上下移動して反応チューブ３０内に引入または引出を行うドアプレート５０とを有する。
間隔調節装置７０は、第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０を同時にかつ各々独立的に支持し、これらは相互に微細に上下移動できるように構成される。従って、間隔調節装置７０を利用して半導体基板１００を基板ホルダ２５にローディング及びアンローディングでき、基板ホルダ２５上で半導体基板１００の接触状態を任意に調節できるように構成されている。そして、必要によって半導体基板１００を回転（自転）できるように、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）を回転させる回転駆動部（図示せず）をさらに有することができる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の半導体製造装置の基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）にローディングされた基板ホルダを示す概略断面図及び上部から見た平面図である。
図３を参照すれば、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）は、基板ホルダ２５を支持する第１基板ローディング用ボート１０が外側に配置され、半導体基板１００の端部を部分的に支持する第２基板ローディング用ボート２０が内側に配置される。
図３を参照すれば、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）は、基板ホルダ２５を支持する第１基板ローディング用ボート１０が外側に配置され、半導体基板１００の端部を部分的に支持する第２基板ローディング用ボート２０が内側に配置される。
第１基板ローディング用ボート１０は少なくとも３個の第１支持ロット１５で形成され、これらは内部が円柱形で側壁が開放された空間を形成するように並べて配置される。第１支持ロット１５の上段部と下段部には、各々第１支持ロット１５を同一平面上に支持固定できるように形成された第１上部結合部１１及び第１下部結合部１３（図２参照）を有する。そして、第１支持ロット１５の内側には基板ホルダ２５を端部で支持できるようにホルダ支持部１５ａが形成される。ホルダ支持部１５ａは第１支持ロット１５に沿って長さ方向に一定の間隔で多数個形成される。ホルダ支持部１５ａはスロットで形成することもでき、又、図に示すように突出型支持部で形成することもできる。
図２の基板ローディング用ボート２０は、第１基板ローディング用ボート１０と類似に、少なくとも３個の第２支持ロット２６で形成され、これらは内部が円柱形で側壁が開放された空間を形成するように並べて配置される。第２支持ロット２６の上段部と下段部には、各々第２支持ロット２６を同一平面上に支持固定できるように形成された第２上部結合部２１及び第２下部結合部２３を有する。そして、第２支持ロット２６の内側には基板ホルダ２５上に載置された半導体基板１００の端部を部分的に支持できるように基板支持部２６ａが形成される。基板支持部２６ａはホルダ支持部１５ａの位置に対応して第２支持ロット２６に沿って長さ方向に一定の間隔で形成される。基板支持部２６ａはスロットで形成することもでき、又、突出型支持部で形成することもできる。
一方、第１及び第２支持ロット１５、２６は幾何学的に同一の平面上で同一の円周上に存在することなく相互他の位置で配置されることが望ましい。これは、後述する基板ホルダ２５のホルダ支持部１５ａと基板支持部２６ａ部分が重複すれば、基板ホルダ２５上のホルダ支持部１５ａの支持点がなくなるためである。
図３（ｂ）を参照すると、これは基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の一実施例を上部から見た平面図であって、第１支持ロット１５の断面が中央が陥没した凹型に形成して内側に配置され、その凹型空間内部に多角形ロッド型の第２支持ロット２６を形成して結合すれば、同一の地点に第１及び第２支持ロット１５、２６が配置されても、基板支持部２６ａとホルダ支持部１５ａが支持点が重複することなく配置される。このとき、第２支持ロット２６はその端面が三角形、四角形及び六角形などの多角形を始め、円柱形で形成され、第２支持ロット２６の長さ方向に沿って基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の内部領域に突出形成された基板支持部２６ａが形成される。また、第１支持ロット１５はその断面が中央が陥没した凹型で形成されるが、又、“コ”字形にすることもでき、これが変形されて一側が開放された円筒形にすることもできる。
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の半導体製造装置に係る基板ホルダの第１の実施例を示す図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。
図４を参照すると、基板ホルダ２５は、実質的に円板状のホルダ本体２５−１と、基板支持部２６ａとの重畳部分を所定の形状で切開して形成した開部２５ａと、ホルダ本体２５−１の板面上に形成し、半導体基板１００の側端部と殆ど密着して工程ガスが通過しないように形成された基板側ガード部２５−２とを有する。ここで、基板側ガード部２５−２は、半導体基板１００の端部に沿ってホルダ本体２５の板面から半導体基板１００の厚さだけ突出形成される一種のリング型で形成する。
図４を参照すると、基板ホルダ２５は、実質的に円板状のホルダ本体２５−１と、基板支持部２６ａとの重畳部分を所定の形状で切開して形成した開部２５ａと、ホルダ本体２５−１の板面上に形成し、半導体基板１００の側端部と殆ど密着して工程ガスが通過しないように形成された基板側ガード部２５−２とを有する。ここで、基板側ガード部２５−２は、半導体基板１００の端部に沿ってホルダ本体２５の板面から半導体基板１００の厚さだけ突出形成される一種のリング型で形成する。
この基板側ガード部２５−２リング内部に半導体基板１００を受容する。すると、半導体基板１００の側部が工程ガスに直接曝されず、また、工程ガスが基板ホルダ２５と接触された半導体基板１００の下部面に流入しないように防止する役割を果たす。よって、工程進行時、半導体基板１００の上面は工程ガスに完全に曝されて膜が形成され、半導体基板１００の下面は基板側ガード部２５−２のため半導体膜が蒸着されない。なお、部分拡大図のように、半導体基板１００の側面と基板側ガード部２５−２との間に発生する隙間（ｄ）は工程ガスの供給速度によって決定される。すなわち、工程ガスが隙間（ｄ）に流入して半導体基板１００の下面に流れ込まないようにその隙間（ｄ）の大きさをガスの流速に対応して調節する。半導体基板１００をローディングするにはある程度の隙間（ｄ）の確保が必要であり、所定隙間以下ではたとえ工程ガスがこの部分に流れても、流体力学的に半導体基板１００の下部に侵入しない流体のフロー特性を利用する。
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の半導体製造装置に係る基板ホルダの第２の実施例を示す図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線での断面図である。
図５を参照すると、半導体基板１００の側部を遮断する基板側ガード部２５−２が、図４（ａ）、（ｂ）の場合とは異なりポケット型で形成される。すなわち、ホルダ本体２５−１の板面を半導体基板１００の形態に合うように陥没形成された陥没部を形成し、その陥没部に半導体基板１００が載置される。したがって、ホルダ本体２５−１の板面の高さが半導体基板１００の高さと同一又は高くなることが望ましい。
図５を参照すると、半導体基板１００の側部を遮断する基板側ガード部２５−２が、図４（ａ）、（ｂ）の場合とは異なりポケット型で形成される。すなわち、ホルダ本体２５−１の板面を半導体基板１００の形態に合うように陥没形成された陥没部を形成し、その陥没部に半導体基板１００が載置される。したがって、ホルダ本体２５−１の板面の高さが半導体基板１００の高さと同一又は高くなることが望ましい。
この時、図５（ａ）、（ｂ）の第２の実施例及び図６（ａ）、（ｂ）の第３の実施例では、半導体基板１００が載置される基板側ガード部２５−２の位置がホルダ本体２５−１の大きさよりも大きな差異があるように形成することが望ましい。すなわち、上述のリング型やポケット型の基板側ガード部２５−２の直径は、実際に工程ガスが基板ホルダ２５に噴射される時、基板の膜形成領域に対し均一なガス濃度になることが望ましい。よって、実際に半導体基板１００が載置される基板側ガード部２５−２の直径は基板ホルダ２５の直径よりも非常に小さな数値の直径を持つようにすることによって、半導体基板１００の膜均一性を大きく向上させることができる。
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の半導体製造装置に係る基板ホルダの第３の実施例を示す図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。
図６を参照すると、基板ホルダ２５は、実質的に円板状のホルダ本体２５−１と、実質的にホルダ本体２５−１の端部に沿って板面に対し上向き突出された基板側ガード部２５−２とを有する。そして、ホルダ本体２５−１の板面には第２基板ローディング用ボート２０及び基板支持部２６ａが上下で通過できるように切開して形成した開部２５ａが形成される。
図６を参照すると、基板ホルダ２５は、実質的に円板状のホルダ本体２５−１と、実質的にホルダ本体２５−１の端部に沿って板面に対し上向き突出された基板側ガード部２５−２とを有する。そして、ホルダ本体２５−１の板面には第２基板ローディング用ボート２０及び基板支持部２６ａが上下で通過できるように切開して形成した開部２５ａが形成される。
このような形態の基板ホルダ２５は、半導体基板１００の大きさと近似な大きさで基板ホルダ２５を製造できるため、基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の大きさをコンパクトに製造できるという長所がある。
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の半導体製造装置に係る基板ホルダの第４の実施例を示す図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。
図７を参照すると、他の構成要素は上述の実施例のものと類似しているが、基板側ガード部２５−２の形態が半導体基板１００と接する部分が傾斜してテーパ状をなす。よって、半導体基板１００が載置されれば、半導体基板１００のエッジが基板側ガード部２５−２の側壁と接触して工程ガスが半導体基板１００の後面に流れるのをより効果的に防止することができる。
図７を参照すると、他の構成要素は上述の実施例のものと類似しているが、基板側ガード部２５−２の形態が半導体基板１００と接する部分が傾斜してテーパ状をなす。よって、半導体基板１００が載置されれば、半導体基板１００のエッジが基板側ガード部２５−２の側壁と接触して工程ガスが半導体基板１００の後面に流れるのをより効果的に防止することができる。
図８は、本発明の半導体製造装置を利用して実行される半導体薄膜形成工程の工程流れ図である。
図８及び図２を参照すると、基板ホルダ２５上に半導体基板１００をローディングし（ステップＳ１）、工程処理空間を密閉後、工程ガスを反応チューブ３０内に引入して工程を開始する（ステップＳ２）。このとき、引入される工程ガスはＣＶＤ用工程ガスとしてシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン及びエピシリコンを形成するための工程ガスである。
図８及び図２を参照すると、基板ホルダ２５上に半導体基板１００をローディングし（ステップＳ１）、工程処理空間を密閉後、工程ガスを反応チューブ３０内に引入して工程を開始する（ステップＳ２）。このとき、引入される工程ガスはＣＶＤ用工程ガスとしてシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン及びエピシリコンを形成するための工程ガスである。
工程が開始されると、所定の工程時間の経過後、所定の時間間隔を持って少なくとも１回以上半導体基板１００を基板ホルダ２５から所定高さ離隔させる段階を少なくとも１回以上繰り返す（ステップＳ３）。このときの時間間隔と回数は膜形成工程で形成する膜厚によって決定される。すなわち、膜厚が厚ければ半導体基板１００が基板ホルダ２５から離隔される回数が増加し、膜厚が薄ければ１回程度で充分である。工程が完了すると、半導体基板１００を基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）の基板ホルダ２５からアンローディングする（ステップＳ４）。
半導体基板１００を基板ホルダから離隔させる段階は、まず、間隔調節装置７０が第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０の何れか一つを上下に基板支持部２６ａのピッチ以下の微細な距離で移動させると、第２基板ローディング用ボート２０の基板支持部２６ａが上昇して、半導体基板１００が基板ホルダ２５から所定高さ持ち上げられ離隔される。
所定の時間が経過後、さらに間隔調節装置７０を第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０の何れか一つを微細に上下移動させて半導体基板１００が基板ホルダ２５にローディングされるように作動させる。すると、第２基板ローディング用ボート２０の基板支持部２６ａが下降して半導体基板１００が基板ホルダ２６上に載置される。このとき、半導体基板１００が基板ホルダ２５から離脱される間は工程ガスの代わりに不活性ガスを供給することが望ましい。これは、半導体基板１００の下面が露出している間に工程ガスが供給されれば、半導体基板１００の下面に半導体膜が形成されるためである。
工程ガスが供給されて半導体薄膜の蒸着が行われる間、半導体薄膜が半導体基板１００上だけでなく、反応チューブ３０内に配置された部品、特に半導体基板１００を支持する基板ホルダ２５上にも少量の半導体膜が蒸着されるため、半導体基板１００と基板ホルダ２５が接触する部分にも膜蒸着されてくっつく傾向がある。このような現象を防止するために、半導体基板１００を基板ホルダ２５から離隔させるような工程を行う。すると、半導体基板１００が基板ホルダ２５にくっつくことによって発生するパーティクル問題や部品寿命の問題を解決することができる。
また、工程が開始される段階（ステップＳ２）では、間隔調節装置７０に付加された回転駆動部によって基板ローディング用デュアルボート（１０＋２０）を回転させることで、半導体基板１００を回転させることができる。よって、工程が進行している間に半導体基板が回転して半導体基板上に形成される半導体膜の均一度も大きく向上できる。ここで、半導体基板１００を回転させるために、間隔調節装置７０を利用して第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０の内少なくとも何れか一つを回転させて実行する。
また、本発明の半導体製造装置に装着される第１及び第２基板ローディング用ボート１０、２０と基板ホルダ２５は、高温でも耐えられるように、石英やシリコンカーバイドで形成されることが望ましい。特に、１２００℃以上の高温で工程を行う場合には、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）で形成された基板ホルダ２５を使用することが望ましい。
ガス供給装置（図示せず）は、一般的に反応チャンバ１０内に引入されるガス供給部を通じて工程ガスを供給するために多数の工程ガス貯蔵庫（図示せず）を持つ。化学気相蒸着工程をする場合にはそれに合うように種々の工程ガスを注入することができる。例えば、化学気相蒸着用としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）などの膜形成のための工程ガスを供給する。特に、高温用化学気相蒸着（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程の一つであるエピ蒸着工程（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）では、シリコンソースガス（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）、工程ガス運搬ガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）及びパージ用ガス（ｐｕｒｇｅ ｇａｓ）を同時に連結して供給することができる。シリコンソースガスとしてはＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＴＣＳ（ＳｉＨＣｌ２）及びＳｉＣｌ４、ＳｉｘＨｙ系列のガスなどを使用することができ、キャリアガスとしては水素（Ｈ２）を使用する。又、パージ用ガスは勿論不活性ガスとして窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）及びヘリウム（Ｈｅ）などを使用する。
以上のように、本発明による半導体製造装置は、半導体基板の下面の膜が蒸着されないように基板側ガード部が形成されるため、半導体基板の下面には半導体膜が形成されない（すなわち、バックサイド蒸着を根本的に防止できる）。よって、半導体膜蒸着工程の完了後、半導体基板１００の下面に半導体膜が不均一に形成されて、後続工程であるフォト工程でミスアライン（ｍｉｓａｌｉｇｎ）による工程不良が発生することを根本的に防止できる。
そして、本発明の半導体薄膜形成工程は、工程が進行している間、第１基板ローディング用ボート１０や第２基板ローディング用ボート２０が間隔調節装置７０によって微細に上下で調節されて半導体基板１００と基板ホルダ２５との間を任意に離隔させることができるため、例えばＣＶＤ膜形成工程中に厚い膜が形成されて半導体基板と基板ホルダがくっつく工程事故は発生しない。
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１００ 半導体基板
１０ 第１基板ローディング用ボート
１１ 第１上部結合部
１３ 第１下部結合部
１５ 支持ロット
１５ａ ホルダ支持部
２０ 第２基板ローディング用ボート
２１ 第２上部結合部
２３ 第２下部結合部
２５ 基板ホルダ
２５−１ ホルダ本体
２５−２ 基板側ガード部
２５ａ 開放部
２６ 第２支持ロット
２６ａ 基板支持部
３０ 反応チューブ
５０ ドアプレート
６０ 加熱装置
７０ 間隔調節装置
１０ 第１基板ローディング用ボート
１１ 第１上部結合部
１３ 第１下部結合部
１５ 支持ロット
１５ａ ホルダ支持部
２０ 第２基板ローディング用ボート
２１ 第２上部結合部
２３ 第２下部結合部
２５ 基板ホルダ
２５−１ ホルダ本体
２５−２ 基板側ガード部
２５ａ 開放部
２６ 第２支持ロット
２６ａ 基板支持部
３０ 反応チューブ
５０ ドアプレート
６０ 加熱装置
７０ 間隔調節装置
Claims (19)
- 半導体基板に対し工程を進行できるように密閉空間を提供する反応チューブと、
前記反応チューブ内の密閉空間内に装着され、少なくとも一つ以上の半導体基板をローディングでき、前記半導体基板のバックサイドに半導体膜が蒸着されないようにする基板ホルダを支持する第１基板ローディング用ボートと、前記第１基板ローディング用ボートの内側又は外側に隣接して前記第１基板ローディング用ボートに対して微細に上下移動するように構成され、前記半導体基板の端部を独立的に支持する第２基板支持台を含む第２基板ローディング用ボートとからなる基板ローディング用デュアルボートと、
前記基板ローディング用デュアルボートの下部に設置され、前記第１基板ローディング用ボート及び前記第２基板ローディング用ボートの下部を各々独立的に支持しながら、前記第１基板ローディング用ボートと前記第２基板ローディング用ボートの少なくとも一つ以上を上下に昇降させて前記半導体基板の支持状態を相対的に調節する間隔調節装置と、
前記反応チャンバ内に工程に必要な少なくとも一つ以上の工程ガスを供給するガス供給装置とを有し、
前記第１基板ローディング用ボートは、実質的に一側壁が開放された円柱形の内部空間を形成するように平行に配置された第１支持ロットと、前記第１支持ロットを上下で一つの面で支持する第１上部結合部及び第１下部結合部とを有し、前記第１支持ロットには長さ方向に沿って前記基板ホルダの端部を部分的に支持するようにホルダ支持部が形成され、
前記第２基板ローディング用ボートは、実質的に一側壁が開放された円柱形の内部空間を形成するように平行に配置された第２支持ロットと、前記第２支持ロットを上下で一つの面で支持する第２上部結合部及び第２下部結合部とを含み、前記第２支持ロットには長さ方向に沿って前記半導体基板の端部を支持できるように基板支持部が形成され、
前記基板ホルダは、円板状のホルダ本体と、
前記ホルダ本体の板面に形成され、前記半導体基板の側部を工程ガスが通過しないように遮断する基板側ガード部と、
前記ホルダ本体の板面に形成され、前記第２基板支持部が通過できるように第２基板支持部に対応して形成された開放部とを有することを特徴とする半導体製造装置。 - 前記第１支持ロットは、その断面が中央が陥没した凹型で形成され、その凹型の空間に前記第２支持ロットの少なくとも一部分が受容されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記第１支持ロットは、その断面が“コ”字形であることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
- 前記第１支持ロットは、その断面が一側が開放された円筒形であることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
- 前記第２支持ロットは、その断面が多角形の多角形ロッド型であることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
- 前記第２支持ロットは、その断面が円形である円柱形ロッド型であることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
- 前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の板面を所定深さに陥没させて形成したポケット型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の上面に突出形成され、前記半導体基板の円周部に沿ってその厚さだけ突出形成されたリング型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の端部から所定距離内側に離隔されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記基板側ガード部は、前記ホルダ本体の板面から一定角度で傾斜させ半導体基板の端部が接触するテーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記間隔調節装置は、前記半導体基板を自転させることができるように、前記第１基板ローディング用ボートと前記第２基板ローディング用ボートの何れか一つと連結して回転駆動させる回転駆動部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 基板ホルダを支持するホルダ支持部が上下長さ方向に所定の間隔をおいて一定間隔に形成された第１基板ローディング用ボートと、前記基板ホルダ上に載置される半導体基板を支持する基板支持部が長さ方向に一定間隔に形成された第２基板ローディング用ボートとからなるデュアルボートで前記基板ホルダ上に半導体基板をローディングする（ａ）段階と、
前記デュアルボートを反応チューブ内に引入して半導体薄膜形成工程実行空間を密閉させ、薄膜形成工程ガスを供給して薄膜形成工程を行う（ｂ）段階と、
所定の時間の経過後、少なくとも１回以上、間欠的に前記半導体基板を前記基板ホルダ上から所定高さで所定時間、離隔させる（ｃ）段階と、
薄膜形成工程完了後、前記デュアルボートを引出して半導体基板をアンローディングする（ｄ）段階とを有することを特徴とする半導体基板の薄膜形成方法。 - 前記（ｂ）段階において、前記薄膜形成工程ガスはシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン及びエピシリコンの内の何れか一つの膜を形成するための薄膜形成工程ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の薄膜形成方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記半導体基板をホルダ本体から離隔させる高さは、前記基板支持部間の間隔より小さいことを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の薄膜形成方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記半導体基板をホルダ本体から離隔させる間には不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の薄膜形成方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記薄膜形成工程が進行される間、半導体基板が基板ホルダから離隔される回数は形成される半導体膜厚さによって決定されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の薄膜形成方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記薄膜形成工程が進行される間、半導体基板を回転させる段階をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の薄膜形成方法。
- 半導体基板を膜を形成する工程の途中に所定の時間、基板ホルダから隔離させる段階は、
間隔調節装置が第１及び第２基板ローディング用ボートの何れか一つを、上下に基板支持部のピッチ以下の微細な距離で移動させて、第２基板ローディング用ボートの基板支持部を上昇させ、半導体基板を基板ホルダから所定高さ持ち上げ離隔する（ａ）段階と、
所定の時間が経過後、前期間隔調節装置が第１及び第２基板ローディング用ボートの何れか一つを微細に上下移動させることにより、第２基板ローディング用ボートの基板支持部が下降し、半導体基板を基板ホルダ上に載置する（ｂ）段階を有することを特徴とする半導体基板の薄膜形成方法。
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