JP6262769B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は基板処理装置に関するものであり，予備室の内部を排気する下部排気ポー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相対的に異なる反応速度で同時に発生する。蒸着プロセス中，少なくとも一つの第２層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表面上に形成される。よって，腐食ガスの濃度を変化することで，ネット選択的プロセス（net selective process）がエピタキシ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，選択的エピタキシプロセスは，蒸着物をスペーサ上に残すことなく単結晶シリコン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プロセス中の選択性を維持させるために，前駆体の化学的濃度及び反応温度が蒸着プロセス中に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のプロセスが遅くなる。また，害のある基板輪郭の過剰なエッチングが生じる恐れがある。不十分な腐食液前駆体が供給されると，蒸着反応は基板の表面にわたっ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プロセスは約８００℃，約１０００℃又はそれより高い温度のような高い反応温度を一般に要求する。このような高い温度は基板表面に対する可能な統制されていない窒化反応及び熱収支（thermal budge）のため製造プロセス中には好ましくない。
本発明の目的は，予備室を効果的に排気する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，予備室の内部で基板の汚染を最小化することができる基板処理装置を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は，後述する説明と図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施形態によると，基板処理装置は，基板に対する処理が行われる処理室と，前記処理室と連結され，前記基板が出入りする通路を有する予備室と，前記予備室の内部をホルダ領域及び移送領域に区画する遮断板と，一つ以上の前記基板が積載され，前記ホルダ領域の内部に位置する積載位置及び前記処理室内部の処理位置に転換可能な基板ホルダと，前記基板ホルダを前記積載位置及び前記処理位置に移送し，前記基板ホルダに連結された移送アーム及び前記移送領域の内部に設置されて前記移送アームを駆動する駆動部を具備する基板移送ユニットと，前記遮断板に対向する前記ホルダ領域の下側に不活性ガスを供給するガス供給ポートと，前記移送領域に連結されて前記ガス供給ポートの上部に設置され，前記予備室の内部を排気する下部排気ポートと，を含み，前記遮断板は，前記基板ホルダが前記積載位置に置かれた状態で，前記基板ホルダより高く位置する上部排気孔及び前記基板ホルダより低く位置する下部排気孔を有し， 前記ホルダ領域及び前記移送領域は前記上部排気孔及び前記下部排気孔を介して連通され，前記上部排気孔及び前記下部排気孔のみを排気用の孔としていると共に，前記下部排気ポートは前記予備室の上部面より下部面に近接して配置される。
前記ガス供給ポートは，前記基板ホルダが前記積載位置に置かれた状態で，前記基板ホルダより低く位置する。
前記基板処理装置は，前記処理室に連結されて前記処理室の内部を排気する上部排気ポートと，前記上部排気ポート及び前記下部排気ポートに連結されるメイン排気ラインを更に含む。
本発明の一実施形態によると予備室を効果的に排気することができ，予備室内部で基板の汚染を最小化することができる。
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図３を参照して，より詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形に変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態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本発明を，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，図面に示す各要素の形状はより明確な発明を強調するために誇張されている可能性がある。
一方，以下ではエピタキシプロセスを例に挙げて説明しているが，以下の内容はエピタキシプロセス以外の半導体製造プロセスに応用されてもよい。
図１は本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図であり，図２は図１に示す基板ホルダが処理位置に転換された状態を示す図である。図１に示すように，基板処理装置は上部が開放された形状を有する下部チャンバー２０を含み，下部チャンバー２０は基板が移送される通路２１を有する。基板は通路２１を介して下部チャンバー２０の内部にローディングされる。ゲートバルブ（図示せず）は通路２１の外側に設置され，通路２１はゲートバルブによって開放及び閉鎖される。
基板ホルダ５０は複数の基板を収容し，基板は基板ホルダ５０の上に上下方向に積載される。図１に示すように，基板ホルダ５０が下部チャンバー２０の予備室２３，２９に位置する間（又は「積載位置」），基板は基板ホルダ５０内に積載される。後述するように，基板ホルダ５０は昇降可能であり，基板ホルダ５０のスロット上に基板が積載されると基板ホルダ５０は上昇し，基板ホルダ５０の次のスロット上に基板が積載される。基板ホルダ５０上に基板が全て積載されると，図２に示すように基板ホルダ５０は処理室３５に移動し（又は「処理位置」），処理室３５内部でエピタキシプロセスが行われる。
ベース４５は基板ホルダ５０の下部に設置され，基板ホルダ５０と共に昇降する。基板ホルダ５０が処理位置に転換されると，図２に示すように，ベース４５はフランジ２６の下部面に密着されて処理室３５を外部から遮断する。ベース４５はセラミック又はクオーツ（quartz）又はメタルにセラミックをコーティングした材質であり，処理進行の際に処理室３５内の熱が予備室２３，２９に移動することを遮断する。
遮断板４２は予備室２３，２９内に起立設置され，予備室２３，２９をホルダ領域２３及び移送領域２９に区画する。遮断板４２はホルダ領域２３と移送領域２９を連通する上部排気孔４２ａ及び下部排気孔４２ｂを有し，上部排気孔４２ａは積載位置に置かれた基板ホルダ５０の上部に形成され，下部排気孔４２ｂは積載位置に置かれた基板ホルダ５０の下部に設置される。
基板ホルダ５０はホルダ領域２３内に設置され，基板ホルダ５０を昇降する駆動部は移送領域２９に設置される。移送アーム４１はベース４５に連結された状態で遮断板４２に形成された細長い形状の移動スロット（図示せず）を介して駆動部に連結される。駆動部は昇降スクリュー４４及びブラケット４６，そして駆動モータ４８を具備する。ブラケット４６は昇降スクリュー４４に設置されて昇降スクリュー４４の回転によって昇降し，駆動モータ４８は昇降スクリュー４４を回転する。
下部チャンバー２０は下部排気ポート７１を有し，下部排気ポート７１は予備室２３，２９の上部面より下部面に近接して配置される。下部排気ポート７１は移送領域２９に設置されて排気ライン８１に連結され，予備室２３，２９の内部は下部排気ポート７１及び排気ライン８１を介して排気される。
ガス供給ポート６１，６２は予備室２３，２９に連結され，予備室２３，２９の内部に不活性ガスを供給する。ガス供給ポート６１はホルダ領域２３の内部に不活性ガス（例えば，窒素のような）を供給し，ガス供給ポート６２は移送領域２９の内部に不活性ガスを供給する。
内部反応チューブ３４及び外部反応チューブ３２はフランジ２６の上部に設置され，フランジ２６は下部チャンバー２０の上部に設置される。内部反応チューブ３４の内部に形成された処理室３５と下部チャンバー２０の内部に形成された予備室２３，２９はフランジ２６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５０の上に基板が全て積載されると，基板ホルダ５０は開口を介して処理室３５に移動する。
内部反応チューブ３４は外部反応チューブ３２の内部に設置され，処理室３５内で基板に対するエピタキシプロセスが行われる。内部反応チューブ３４は外部反応チューブ３２より小さくて基板ホルダ５０より大きく，基板に対する最小限の反応空間を提供することで反応ガスの使用量を最小化するだけではなく，反応ガスを基板に集中させる。
供給ノズル３８は処理室３５の一側に設置され，互いに異なる高さを有する。供給ノズル３８は反応ガスソース（図示せず）と連結され，反応ガスソースは蒸着用ガス（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））を供給するかエッチング用ガスを供給する。選択的エピタキシプロセスは蒸着反応及びエッチング反応を伴う。本実施形態では図示していないが，エピタキシ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。
同じく，排気ノズル３７は処理室３５の他側に設置され，互いに異なる高さを有する。排気ノズル３７は上部排気ポート３６に連結され，上部排気ポート３６は排気ライン８１に連結される。処理室３５の内部は上部排気ポート３６及び排気ライン８１を介して排気される。
基板ホルダ５０が処理位置に転換された状態で，それぞれの供給ノズル３８及び排気ノズル３７は基板ホルダ５０に積載された各基板の高さと概ね一致する。供給ノズル３８は基板ホルダ５０上に積載された基板に向かってそれぞれ反応ガスを噴射し，それによって処理室３５内に未反応ガス及び反応副産物が発生する。排気ノズル３７は未反応ガス及び反応副産物を吸入し，排気ライン８１を介して外部に排出される。ヒーティングユニット３０は外部反応チューブ３２を囲むように配置され，処理室３５はヒーティングユニット３０によって加熱されてエピタキシプロセスが可能な温度に到達する。
図３は，図１に示す予備室内部のガスの流れを示す図である。以下，図３を参照して予備室内部のガスの流れを説明すると以下のようである。
上述したように，基板は基板ホルダ５０上に積層され，積載が完了するとゲートバルブを介して通路２１が閉鎖される。次に，ガス供給ポート６１，６２を介して予備室２３，２９の内部に不活性ガスが供給され，下部排気ポート７１を介して予備室２３，２９の内部が排気されて予備室２３，２９内部の空気が不活性ガスによってパージ（purge）される。次に，基板ホルダ５０は積載位置である予備室２３，２９から処理位置である処理室３５に移動し，ベース４５がフランジ２６の下部面に密着されて処理室３５と予備室２３，２９は隔離され，基板ホルダ５０に積載された基板は処理室３５の内部でエピタキシプロセスが行われる。
前記過程でガス供給ポート６１を介して供給された不活性ガスは上部排気孔４２ａ及び下部排気孔４２ｂに向かう流れを形成し，ホルダ領域２３から移送領域２９に向かうガスの流れが形成されて移送領域２９内部の異物（昇降スクリュー４４やブラケット４６から発生した）によりホルダ領域２３内部の基板が汚染されることを遮断する。上部排気孔４２ａ及び下部排気孔４２ｂを介して移送領域２９に流入された不活性ガスは下部排気ポート７１を介して排出される。
また，下部排気ポート７１が移送領域２９の上部面（又は上部排気孔４２ａ）よりも下部面（又は，下部排気孔４２ｂ）に近接して配置され，大部分のガスの流れは下部排気孔４２ｂに向かって形成される。この際，ガスの流れはホルダ領域２３の下部に沈殿された異物と共に移送領域２９に移動してから下部排気ポート７１に排出され，ガスの流れが基板ホルダ５０の下部に形成されるため，ガスの流れによって異物が飛散して基板ホルダ５０に積載された基板が汚染されることを遮断する。
一方，上部排気孔４２ａに向かって形成されたガスの流れはホルダ領域２３の内部をパージするだけでなく，処理室３５内部の熱が基板ホルダ５０に伝達されることを遮断するエアカーテン（air curtain）の役割をする。即ち，処理室３５からホルダ領域２３に向かって移動した熱は上部排気孔４２ａに向かって移動するガスによって吸収されて上部排気孔４２ａを介して移送領域２９に移動し，下部排気ポート７１を介して外部に排出される。
好ましい実施形態を介して本発明を詳細に説明したが，それとは異なる形態の実施形態も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施形態に限定されない。
本発明は多様な形態の半導体製造設備に応用される。
Claims (3)
- 基板に対する処理が行われる処理室と，
前記処理室と連結され，前記基板が出入りする通路を有する予備室と，
前記予備室の内部をホルダ領域及び移送領域に区画する遮断板と，
一つ以上の前記基板が積載され，前記ホルダ領域の内部に位置する積載位置及び前記処理室内部に位置する処理位置に転換可能な基板ホルダと，
前記基板ホルダを前記積載位置及び前記処理位置に移送し，前記基板ホルダに連結された移送アーム及び前記移送領域の内部に設置されて前記移送アームを駆動する駆動部を具備する基板移送ユニットと，
前記遮断板に対向する前記ホルダ領域の下側に不活性ガスを供給するガス供給ポートと，
前記移送領域に連結されて前記ガス供給ポートの上部に設置され，前記予備室の内部を排気する下部排気ポートと，を含み，
前記遮断板は，前記基板ホルダが前記積載位置に置かれた状態で，前記基板ホルダより高く位置する上部排気孔及び前記基板ホルダより低く位置する下部排気孔を有し，
前記ホルダ領域及び前記移送領域は前記上部排気孔及び前記下部排気孔を介して連通され，前記上部排気孔及び前記下部排気孔のみを排気用の孔としていると共に，
前記下部排気ポートは前記予備室の上部面より下部面に近接して配置される基板処理装置。 - 前記ガス供給ポートは，前記基板ホルダが前記積載位置に置かれた状態で，前記基板ホルダより低く位置する請求項１記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置は，前記処理室に連結されて前記処理室の内部を排気する上部排気ポートと，前記上部排気ポート及び前記下部排気ポートに連結されるメイン排気ラインを更に含む請求項１記載の基板処理装置。
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