JP6005262B2 - ノズルユニット及びそのノズルユニットを有する基板処理設備 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置に関し、さらに具体的にはノズルユニットとバッチ式の基板処理設備に関する。

ディバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）が段々高集積化されることによって不純物が少なく、優れたステップカバレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を有する薄膜蒸着が要求されている。薄膜の蒸着方法としては化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層蒸着法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の様々な方式があり、また多く使われている。
しかし、このような薄膜蒸着装置で、ノズルは石英材質から作られて基板を加熱させるヒーターからの輻射熱によって加熱され、ノズルを通じて基板に提供される反応ガスも加熱され、加熱された反応ガスは熱分解されて基板に供給される。
前記のような現象は一般的なＬＰ−ＣＶＤ方式では冷たい反応ガスが基板に供給される前にプリヒーティング（予備加熱）の効果がおいてガス化学反応に有効に作用する。しかし、薄膜工程の中でガスの分解を抑制して高温の基板領域で直接基板表面との反応が必要である薄膜ガスの場合、熱によって熱分解が発生すれば、基板に供給されるガスの濃度とライフタイムとが低下されて薄膜品質の低下をもたらすようになる。

本発明の実施形態はオゾンガス等の熱に脆弱なガスの安定的な供給が可能であるノズルユニット及び基板処理設備を提供することにある。
本発明の実施形態はノズルの温度上昇を防止できるノズルユニット及び基板処理設備を提供することにある。
本発明の目的はここに制限されなく、言及されなかったその他の目的は下の記載から当業者に明確に理解され得る。

本発明の一側面によれば、噴射口を有する第１管と、前記第１管の内部に伝達される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材と、を含むノズルユニットが提供される。
また、前記熱反射部材は、前記第１管の内側面と外側面との中で少なくとも一面に提供されるシリカ系コーティング膜を含む。
また、前記熱反射部材は、シリカ系素材からなされ、前記第１管の一部を囲むように提供されるカバープレートを含む。
また、前記ノズルユニットは、前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記第１管を囲む第２管と、前記第１管の噴射口と前記第２管の貫通口を連結して前記第１管へ供給されるガスを噴射する連結管と、をさらに含む。
また、前記第２管は、内側面と外側面との中で少なくとも一面に前記熱反射膜がコーティングされている。
本発明の他の一側面によれば、複数の基板が収納されるボートが収容される工程チューブと、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ーと、前記工程チューブの内に前記基板表面に薄膜を形成するための工程ガスを供給するノズルユニットと、を含み、前記ノズルユニットは、前記ヒーターアセンブリーから提供される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材を含む基板処理設備が提供される。
また、前記熱反射部材は、内側面と外側面との中で少なくとも一面に提供される熱反射膜を含む。

また、前記ノズルユニットは、噴射口を有し、工程ガスが供給される第１通路を提供する第１管と、シリカ系素材からなされ、前記第１管の一部を囲むように提供されるカバープレートと、を含む。
また、前記ノズルユニットは、噴射口を有し、工程ガスが供給される第１通路を提供する第１管と、前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記工程ガスの温度上昇を防止するために前記第１管を囲み、クーリングガスが流れる第２管と、前記第１管の噴射口と前記第２管の貫通口を連結して前記第１管へ供給される工程ガスを噴射する連結管と、を含む。
また、前記第１管及び前記第２管は、内側面と外側面との中で少なくとも一面に前記熱反射膜がコーティングされている。
また、前記熱反射膜はシリカ系コーティング膜である。

本発明によると、ヒーターアセンブリーから提供される輻射熱がノズルユニットにコーティングされた熱遮断膜又はカバープレートによって反射及び遮断されることによってノズルユニット内部の温度上昇を抑制できる格別な効果を有する。
また、本発明は第１管のみでなく、第２管にも熱遮断膜をコーティングして二重、三重に輻射熱を反射及び遮断することによって第１管を通じて噴射されるガスが基板に到達する前に熱分解されることを予防できる。

本発明の一実施形態によるノズルユニットを示す図面である。 熱反射膜の形態に提供される熱反射部材を示す図面である。 熱反射膜の形態に提供される熱反射部材を示す図面である。 熱反射膜によって熱エネルギーが遮断及び反射されることを示す図面である。 カバープレートの形態に提供される熱反射部材を示す図面である。 本発明の一実施形態による基板処理設備の概略的な構成を示す断面図である。 図６に表示されたノズルユニットの斜視図である。 ノズルユニットの要部拡大断面図である。 図７に図示されたノズルユニットの平断面図である。

本明細書で使用される用語と添付された図面は本発明を容易に説明するためのものであるので、本発明が用語と図面とによって限定されることではない。
本発明に利用される技術の中で本発明の思想と密接な関連がない公知の技術に関する詳細な説明は省略する。
本明細書に記載される実施形態は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明を明確に説明するためのものであるので、本発明が本明細書に記載された実施形態に限定されることではなく、本発明の範囲は本発明の思想を逸脱しない修正例又は変形形態を含むことと解釈されなければならない。
以下では本発明によるノズルユニット及び基板処理設備の一実施形態に関して説明する。

図１は本発明の一実施形態によるノズルユニットを示す斜視図である。
図１を参照すれば、ノズルユニット３００は噴射口３０２を有するノズル管３０４を含む。ノズル管３０４は石英材質から作られる。ノズル管３０４には熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材が提供される。熱反射部材はノズル管にコーティング膜の形態に提供されるか、又はノズル管を囲むプレートの形態に提供される。

図２及び図３に示したように、熱反射部材はノズル管３０４の内側面と外側面とに熱反射膜３９０の形態に提供される。図４に示したように、熱反射膜３９０は外部から提供される熱エネルギーを遮断し、反射するための目的として提供される。熱反射膜３９０はシリカ系コーティング膜からなされる。熱反射膜３９０がコーティングされたノズルユニット３００は薄膜工程の中でゾンガス等の熱に脆弱なガスの安定的な供給が要求される基板処理設備で非常に有用に使用される。

図５に示したように、熱反射部材は噴射口３０２を有するノズル管３０４を囲む多様な形態のカバープレート３９０ａとして提供される。カバープレート３９０ａは内側にノズル管３０４が位置される空間Ｅを有する。カバープレート３９０ａはシリカ系素材からなされ、カバープレート３９０ａは外部から提供される熱エネルギーからノズル管３０４を保護する。

図６は本発明の実施形態による基板処理設備の概略的な構成を示す断面図である。
図６を参照すれば、本発明による基板処理設備１０は複数の基板ｗが積載されるボート２００、ボート１２０が収容される内側チューブ１０２と外側チューブ１０４とを有する工程チューブ１００、工程チューブ１００を囲むヒーターアセンブリー１１０、ボート２００を支持し、工程チューブ１００のフランジ１２０に結合されるシールキャップ２１０、及び工程チューブ１００へ基板表面に薄膜蒸着に寄与するガスを供給するノズルユニット３００ａを含む。

＜工程チューブ＞
工程チューブ１００はドーム形状の円通管状からなされている。工程チューブ１００はウエハーｗが積載されたボート２００がローディングされて基板が上に薄膜蒸着工程が進行される内部空間を提供する。工程チューブ１００は高い温度で耐えられる材質、例えば石英で製作される。
工程チューブ１００のフランジ１２０一側には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１２２が設けられ、その排気口１２２の反対側には工程チューブ１００の内部に工程ガスを注入するためのノズルユニット３００ａが設置されている。排気ポート１２２は工程の時、工程チューブ１００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１２２は排気ライン（図示せず）と連結され、排気ポート１２２を通じて工程チューブ１００に供給される工程ガスの排気及び内部減圧が行われる。

＜ボート＞
ボート２００は５０枚（又はその以上）のウエハーが挿入されるスロットを具備する。ボート２００はシールキャップ上に装着され、シールキャップ２１０はエレベーター装置である駆動部２３０によって工程チューブ１００の内へローディングされるか、又は工程チューブ１００の外へアンローディングされる。ボート２００が工程チューブ１００へローディングされれば、シールキャップ２１０は工程チューブ１００のフランジ１２０と結合される。一方、工程チューブ１００のフランジ１２０とシールキャップ２１０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）のような密閉部材が提供されて工程ガスが工程チューブ１００とシールキャップ２１０との間から出されないようにする。
図７は図６に図示されたノズルユニットの斜視図である。図８はノズルユニットの要部拡大断面図である。図９はノズルユニットの平断面図である。

＜ノズルユニット＞
図６乃至図９を参照すれば、ノズルユニット３００ａはオゾンガス等の熱に脆弱なガスの特性を維持するように第１管３１０、第２管３２０、及び排出管３３０を含む。
第１管３１０は第２管３２０の内部に位置される。第１管３１０は薄膜形成のための第１ガス（基板表面に前駆体膜を形成するためのガス）と第２ガス（前記前駆体膜を酸化させて金属酸化膜を形成するための酸化剤、主にオゾンが使われる）とを順次的にボート２００に積載された基板へ噴射する。第１管３１０は外部のガス供給部３１６を通じて第１ガスＸ１と第２ガスＸ２とが順次的に提供され、ガスは第１通路へ供給されて噴射管３１４を通じて基板に向かって噴射される。噴射管３１４は第１管３１０の噴射口３１９と第２管の貫通口３２９とを連結する。

第１管３１０は外周面にコーティングされた熱反射膜３９０を有する。熱反射膜３９０はヒーターアセンブリー１１０から提供される熱エネルギーを遮断し、反射する。熱反射膜３９０はシリカ系コーティング膜に提供される。図示せずが、熱反射膜３９０は第１管３１０の内周面にも提供されてもよい。例えば、第２ガスＸ２は酸素ラジカルを発生することができる活性化された酸化剤を含む１つ以上の酸化剤を含んでもよい。活性化された酸化剤はプラズマ生成器によって形成されたオゾン（Ｏ３）、プラズマＯ２、リモートプラズマＯ２及びプラズマＮ２Ｏを含んでもよい。追加に各種反応ガス（ＳｉＨ４、ＤＣＳ、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＴｉＣｌ４、ＴＳＡ等）、又は各種有機ソース（ＴＥＭＡＺｒ、ＴＥＭＡＨｆ、ＴＭＡ）を含んでもよい。

図面には第１管の噴射管３１４が基板の間隔より広く配置されているが、必要によっては第１管３１０の噴射管３１２はボート２００に置かれた複数の基板の間にガスを噴射できるように稠密に配置してもよく、この場合、基板の上の反応性を向上させ、ガスの使用量を最適化して不必要なガスの消耗量を減らすことができる。
第２管３２０は第１管３１０を囲むように形成され、図示せずが、製作を容易にするために第１本体と第２本体とに製作されて組合されてもよい。第２管３２０と第１管３１０との間には第２通路３２２が提供され、第２通路３２２には外部からクーリングガスが供給される。第２管３２０は外周面に熱反射膜３９０がコーティングされる。熱反射膜３９０はヒーターアセンブリー１１０から提供される熱エネルギーを遮断し、反射する。熱反射膜３９０はシリカ系コーティング膜から作られる。熱反射膜３９０は第２管３２０の内周面にも提供されてもよい。第２管３２０は第１管３１０がヒーターアセンブリー１１０から提供される輻射熱によって加熱されることを防止するためのことである。第２管３２０の外周面にコーティングされた熱反射膜３９０は輻射熱を反射及び遮断し、第２管３２０の第２通路３２２へ供給されるクーリングガスは輻射熱を吸収した後、別に設けられた排出管３３０を通じて工程チューブ１００の外へ放出される。ここで、クーリングガスは窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが使用される。
第１管３１０に流れるガスは第２管３２０の外周面にコーティングされた熱反射膜３９０と、第１管３１０の外周面にコーティングされた熱反射膜３９０と、第２管３２０の第２通路３２２へ供給されるクーリングガスとによって温度上昇を最小化することができる。第２管３２０の第２通路３２２へ供給されて温度が上がったクーリングガスは第２管３２０の上端に排出管３３０と連結された連結管３３２を通じて排出管３３０に供給されて外部へ排出される。

図示せずが、ノズルユニット３００ａは排出管を別に設けられなく、第２管３２０にクーリングガスの供給と排出が行われるように具現してもよい。
上述した構成を有するノズルユニット３００ａはヒーターアセンブリー１１０から提供される輻射熱による工程チューブ１００の内部の温度が高温がされても第２管３２０の外周面にコーティングされた熱反射膜３９０との第１管３１０の外周面にコーティングされた熱反射膜３９０が輻射熱を反射及び遮断し、第２通路３２２へ供給されるクーリングガスが第１管３１０へ提供される輻射熱を吸収することによって第１管３１０の温度上昇を防止することができる。
このように、熱反射膜３９０を有する第１管３１０と、第２管３２０と、第２管３２０へ供給されるクーリングガスとは第１管３１０の温度上昇を抑制して第１管３１０を通じて噴射される第２ガス（前記前駆体膜を酸化させて金属酸化膜を形成するための酸化剤、主にオゾンが使われる）が基板に到達する前に、熱分解されることを予防することによって基板に形成される酸化膜品質を向上させ、供給ガスの使用量を減少させて原価節減等の効果を有する。

図示せずが、熱反射膜は第１管及び第２管の外周面のみでなく、内周面にも提供されてもよい。
以上で、本発明によるファーネス型の基板処理設備の構成及び作用を上記した説明及び図面によって図示したが、これは例として説明したことに過ぎなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な変化及び変更が可能であることは勿論である。

Claims (8)

1. ノズルユニットにおいて、
   噴射口を有する第１管と、
   前記第１管の内部に伝達される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材と、
   前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記第１管を囲む第２管と、を含むことを特徴とし、
   前記熱反射部材は、
   前記第１管の内側面と外側面との中で少なくとも一面に提供されるシリカ系コーティング膜であることを特徴とするノズルユニット。
2. ノズルユニットにおいて、
   噴射口を有する第１管と、
   前記第１管の内部に伝達される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材と、
   前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記第１管を囲む第２管と、を含むことを特徴とし、
   前記熱反射部材は、
   シリカ系素材からなされ、前記第１管の一部を囲むように提供されるカバープレートを含むことを特徴とするノズルユニット。
3. 前記ノズルユニットは、
   前記第１管の噴射口と前記第２管の貫通口とを連結して前記第１管へ供給されるガスを噴射する連結管をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のノズルユニット。
4. 前記第２管は、
   内側面と外側面との中で少なくとも一面に前記熱反射膜がコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載のノズルユニット。
5. 基板処理設備において、
   複数の基板が収納されるボートが収容される工程チューブと、
   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ーと、
   前記工程チューブの内に前記基板表面に薄膜を形成するための工程ガスを供給するノズルユニットと、を含み、
   前記ノズルユニットは、
   噴射口を有し、工程ガスが供給される第１通路を提供する第１管と、
   前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記工程ガスの温度上昇を防止するために前記第１管を囲み、クーリングガスが流れる第２管と、
   前記ヒーターアセンブリーから提供される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材とを含むことを特徴とし、
   前記熱反射部材は、
   内側面と外側面との中で少なくとも一面に提供されるシリカ系コーティング膜を含むことを特徴とする基板処理設備。
6. 基板処理設備において、
   複数の基板が収納されるボートが収容される工程チューブと、
   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ーと、
   前記工程チューブの内に前記基板表面に薄膜を形成するための工程ガスを供給するノズルユニットと、を含み、
   前記ノズルユニットは、
   噴射口を有し、工程ガスが供給される第１通路を提供する第１管と、
   前記噴射口と同一線上に貫通口が形成され、前記工程ガスの温度上昇を防止するために前記第１管を囲み、クーリングガスが流れる第２管と、
   前記ヒーターアセンブリーから提供される熱エネルギーを遮断し、反射する熱反射部材とを含むことを特徴とし、
   前記熱反射部材は、
   シリカ系素材からなされ、前記第１管の一部を囲むように提供されるカバープレートと、を含むことを特徴とする基板処理設備。
7. 前記ノズルユニットは、
   前記第１管の噴射口と前記第２管の貫通口を連結して前記第１管へ供給される工程ガスを噴射する連結管と、を含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の基板処理設備。
8. 前記第１管及び前記第２管は、
   内側面と外側面との中で少なくとも一面に前記熱反射膜がコーティングされていることを特徴とする請求項７に記載の基板処理設備。
   

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