KR0133677B1 - Heat traeting apparatus - Google Patents
Heat traeting apparatusInfo
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- KR0133677B1 KR0133677B1 KR1019880015247A KR880015247A KR0133677B1 KR 0133677 B1 KR0133677 B1 KR 0133677B1 KR 1019880015247 A KR1019880015247 A KR 1019880015247A KR 880015247 A KR880015247 A KR 880015247A KR 0133677 B1 KR0133677 B1 KR 0133677B1
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Abstract
내용없음.None.
Description
제1도는 종래 열처리장치의 구성을 나타낸 설명도.1 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional heat treatment apparatus.
제2도는 종래 열처리장치에서 가스도입관내의 압력구배를 나타낸 설명도.2 is an explanatory diagram showing a pressure gradient in a gas introduction pipe in a conventional heat treatment apparatus.
제3도는 본 발명의 1실시예의 열처리장치의 구성을 나타낸 설명도.3 is an explanatory diagram showing a configuration of a heat treatment apparatus of an embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 가스도입관의 구성을 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas introduction pipe of the present invention.
제5도는 본 발명의 가스도입관의 다른 예를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing another example of the gas introduction pipe of the present invention.
제6도는 제5도에 나타낸 가스도입관의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도.6 is a cross-sectional view taken along line III-III of the gas introduction pipe shown in FIG.
제7도는 본 발명의 가스도입관과 안쪽 반응관에 형성된 흡인 배기구멍과의 위치관계를 나타낸 설명도로서,7 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the gas introduction pipe and the suction exhaust hole formed in the inner reaction tube of the present invention.
(a)는 가스흡인 배기구멍을 가스도입관에 대향하는 안쪽 반응관의 반쪽면에 어긋난 형태로 형성한 것을 나타내고,(a) shows that the gas suction exhaust hole is formed in a form misaligned with the half surface of the inner reaction tube facing the gas introduction tube,
(b)는 안쪽 반응관(13)의 전체면에 걸쳐 어긋난 형태로 가스흡인 배기구멍을 형성한 것을 나타내며,(b) shows that the gas suction exhaust hole was formed in the form shifted over the whole surface of the
(c)는 슬리트형태의 가스흡인 배기구멍을 안쪽 반응관의 반쪽면에 형성한 것을 나타내고,(c) shows that the slitting gas suction exhaust hole is formed in the half surface of the inner reaction tube,
(d)는 슬리트형태의 가스흡인 배기구멍을 안쪽 반응관의 전체면에 형성한 것을 나타내며,(d) shows that the slitting gas suction exhaust hole is formed on the entire surface of the inner reaction tube,
(e)는 안쪽 반응관의 열린각(θ)에 가스흡인 배기구멍을 형성한 것을 나타낸 도면이다.(e) is a figure which shows the gas suction exhaust hole formed in the open angle (theta) of an inner reaction tube.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 베이스 2 : 석영튜우브1: Base 2: Quartz tube
3 : 가스도입관 4 : 가스분출구멍3: gas introduction pipe 4: gas ejection hole
5 : 석영보우트 6 : 반도체 웨이퍼5: quartz boat 6: semiconductor wafer
7 : 히터코일 8 : 가스배출관7: heater coil 8: gas discharge pipe
9 : 모우터 10 : 압력구배9: motor 10: pressure gradient
11 : 바깥쪽 반응관 12 : 저항성 히터11: outer reaction tube 12: resistive heater
13 : 안쪽 반응관 14 : 베이스13: inner reaction tube 14: base
15 : 매니폴드 (manifold) 16 : 덮개체15
17 : 보온통 18 : 웨이퍼 보우트17: thermos 18: wafer boat
19 : 모우터 20 : 회전축19: motor 20: rotation axis
21, 21' : 가스도입관21, 21 ': gas introduction pipe
21a,21b,21c,21d,21e,21'a,21'b,21'c,21'd,21'e : 가스분출구멍21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21'a, 21'b, 21'c, 21'd, 21'e: gas ejection hole
22 : 가스흡인 배기구멍 23 : 배기노즐22: gas suction exhaust hole 23: exhaust nozzle
24,25,26,27,28 : 시일부재 29 : 시일수단24,25,26,27,28: sealing member 29: sealing means
W : 웨이퍼W: Wafer
본 발명은 확산처리, CVD(Chemical Vapor Deposition)처리, 산화처리등에 사용되는 열처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment apparatus used for diffusion treatment, chemical vapor deposition (CVD) treatment, oxidation treatment, and the like.
종래로부터, 반도체 웨이퍼의 표면에 기상(氣相)성장에 의한 얇은 막을 형성하기 위하여, 제1도에 나타낸 바와 같은 종형의 열처리장치가 사용되고 있다.Conventionally, in order to form a thin film by vapor phase growth on the surface of a semiconductor wafer, the vertical heat treatment apparatus as shown in FIG. 1 is used.
제1도에서 (1)은 베이스이고, 이 베이스(1)위에는 석영튜우브(2)로 이루어지는 벨자아(bell jar)가 수직으로 배치되어 있다. 석영튜우브(2)의 내부에는 원료가스를 도입하는 가스도입관(3)이 베이스(1)에 끼워져서 착설되어 있다.In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a base, and a bell jar made of a
가스도입관(3)에는 축방향을 따라 일정 간격으로 복수개의 가스분출구멍(4)이 형성되어 있고, 석영튜우브(2)의 내부에는 석영보우트(5)가 수용되어 있다. 석영보우트(5)에는 다수매의 반도체 웨이퍼(6)가 수직방향을 따라 소정 간격으로 얹어 실어져 있다.The
상기 석영보우트(5)는 반도체 웨이퍼(6)를 얹어 실은 상태에서 모우터(9)에 의해 일정한 속도로 회전하도록 되어 있고, 석영튜우브(2)의 바깥둘레에는 히터코일(7)이 감겨져 있다. 이 히터코일(7)은 반도체 웨이퍼(6) 및 원료가스를 가열하여 반도체 웨이퍼(6)의 표면에 소정의 얇은 막을 형성하도록 되어 있다.The
그리고, 베이스(1)에는 반응이 완료된 가스를 배출하는 가스배출관(8)이 형성되어 있다.The base 1 is provided with a
그러나, 이와 같은 열처리장치는 다음과 같은 결점이 있다.However, such a heat treatment apparatus has the following drawbacks.
즉, 가스도입관(3)에는 제2도에 나타낸 바와같이, 가스분출구멍(4)이 축방향을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있다. 이로 인하여 막 형성시의 가스도입관(3)내의 압력구배(10)는 제2도에 나타낸 바와 같이 가스도입관(3)의 앞끝단부쪽에서는 작은 값을 나타내고, 근원부쪽에서는 큰 값을 나타낸다.That is, in the
즉, 원료가스의 분출량이 가스도입관(3)의 앞끝단쪽으로 갈수록 적어짐에 따라, 반도체 웨이퍼(6)의 표면에 균일한 막두께를 갖는 얇은 막을 형성할 수 없는 결점이 있었다.That is, as the ejection amount of the source gas decreases toward the front end of the
이로 인하여, 열처리장치는 형성되는 얇은 막의 막두께가 반도체 웨이퍼(6) 표면의 내부 및 각 반도체 웨이퍼(6) 사이에서 균일한 것이 요구된다. 또한 얇은 막의 형성지에, 반도체 웨이퍼(6)에 열적 번형이나 먼지의 부착 등에 기인하는 결정(結晶)의 결함이 발생하지는 않지만, 열처리장치에는 요구된다. 또 1배치(batch)처리 마다의 반도체 웨이퍼(6)의 처리 매수가 많은 것도 열처리장치에 요구된다.For this reason, the heat treatment apparatus requires that the film thickness of the thin film formed is uniform within the surface of the
이러한 관점에서 일본국 특개소 61-191015호 공보나 특개소 61-271818호 공보에 개시된 바와 같은 열처리장치도 개발되어 있다.In view of this, a heat treatment apparatus as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-191015 or Japanese Patent Laid-Open No. 61-271818 is also developed.
그러나, 이들의 열처리장치는, 반도체 웨이퍼(6)사이를 통과한 반응가스를 반응관 내에 형성된 배기노즐로서 흡인하여 배기하고 있다. 이에 따라 반응관의 직경이 커지는 문제가 있고, 또 배기노즐에 반응 생성물질이나 먼지가 쌓이기 쉽다. 따라서 배기노즐을 정기적으로 교환할 필요가 있고, 그 결과 장치의 가동률이 저하된다.However, these heat treatment apparatus suck and exhaust the reaction gas which passed between the semiconductor wafers 6 as the exhaust nozzle formed in the reaction tube. As a result, there is a problem that the diameter of the reaction tube becomes large, and reaction products and dust easily accumulate in the exhaust nozzle. Therefore, it is necessary to replace the exhaust nozzles regularly, and as a result, the operation rate of the apparatus is reduced.
또한, 반응관 내에 고주파 유도가열이나 적외선 가열에 의해 발열하는 흑연(graphite)제의 균등하게 열이 가해지는 관을 형성한 열처리장치는, 다음과 같은 결점을 가지고 있다.In addition, a heat treatment apparatus in which a tube in which a graphite is uniformly applied to heat generated by high frequency induction heating or infrared heating in a reaction tube has the following drawbacks.
즉, 얇은 막 형성시에 고온 감압상태로 설정하면, 반응관 내에 산소, 질소, 물 등의 가스가 발생한다. 이와 같이 발생된 가스는 불순물로 되어 반도체 웨이퍼 중으로 열확산에 의해 들어가기 때문에, 반도체 웨이퍼에 결정 결함이 발생하기 쉬워진다.That is, when it is set to the high temperature pressure reduction state at the time of thin film formation, gas, such as oxygen, nitrogen, water, will generate | occur | produce in a reaction tube. The gas thus generated becomes impurities and enters into the semiconductor wafer by thermal diffusion, so that crystal defects are likely to occur in the semiconductor wafer.
본 발명의 목적은, 피처리체의 표면에 고품질의 얇은 막을 균일한 막두께로서 또한 높은 생산성 하에서 제조할 수 있는 열처리장치를 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of producing a high quality thin film on the surface of a workpiece as a uniform film thickness and under high productivity.
상기의 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 기재된 본 발명의 열처리장치는, 바깥쪽 반응관 내에 설치된 안쪽 반응관 내에 다수매의 피처리체를 소정 간격으로 보우트에 탑재하여 수용하고, 바깥쪽 반응관의 주위에 설치된 가열수단에 의해 상기 피처리체를 가열한 상태에서, 상기 안쪽 반응관 내에 길이방향으로 끼워 넣어진 가스도입관의 관벽에 형성된 다수의 가스분출구멍으로부터 상기 피처리체의 표면과 평행하게 반응가스를 공급함과 동시에, 상기 안쪽 반응관의 관벽에 형성된 다수의 배기구멍으로부터 안쪽 반응관과 바깥쪽 반응관의 간극을 통하여 그 한끝단에서 배기수단에 의해 배기하는 열처리장치에 있어서, 상기 가스도입관의 관벽에 형성된 가스분출구멍의 개구면적이 가스도입관의 길이방향을 따라 가스분출량의 분포가 일정해지도록 가스도입관의 근원부쪽에서 앞끝단쪽으로 향하여 점차로 커지도록 설정되어 있는 동시에, 상기 안쪽 반응관의 관벽에 형성된 배기구멍의 개구면적이 안쪽 반응관의 길이방향을 따라 가스배기량의 분포가 일정해지도록 배기수단 쪽의 한끝단에서 다른끝단을 향하여 점차로 커지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.In order to achieve the above object, the heat treatment apparatus of the present invention according to claim 1 mounts a plurality of objects to be processed on a boat at predetermined intervals in an inner reaction tube provided in an outer reaction tube, and surrounds the outer reaction tube. In the state where the object to be heated is heated by means of a heating means, the reaction gas is discharged in parallel with the surface of the object from a plurality of gas ejection holes formed in the pipe wall of the gas inlet tube inserted in the inner reaction tube in the longitudinal direction. A heat treatment apparatus for supplying and exhausting a plurality of exhaust holes formed in the tube wall of the inner reaction tube by an exhaust means at one end thereof through a gap between the inner reaction tube and the outer reaction tube, wherein the tube wall of the gas introduction tube is provided. The opening area of the gas ejection hole formed in the gas distribution may be constant along the longitudinal direction of the gas introduction pipe. The opening area of the exhaust hole formed in the tube wall of the inner reaction tube is set to increase gradually from the source side of the gas introduction tube toward the front end, and the exhaust gas is made to be uniform in the distribution of the gas exhaust amount along the longitudinal direction of the inner reaction tube. It is characterized in that it is set to gradually increase from one end of the means toward the other end.
또한, 청구항 2에 기재된 열처리장치는, 상기 가스도입관이 석영유리로 이루어지고, 그 관벽에 형성된 상기 가스분출구멍의 내주면에는 SiC막으로 이루어진 보호막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.The heat treatment apparatus of
청구항 1에 기재된 열처리장치에 의하면, 가스도입관의 관벽에 형성된 가스분출구멍의 개구면적이 가스도 입관의 길이방향을 따라 가스분출량의 분포가 일정하도록 가스도입관의 근원부쪽에서 앞끝단부로 향하여 점차 커지도록 설정되어 있는 동시에, 안쪽 반응관의 관벽에 형성된 배기구멍의 개구면적이 안쪽 반응관의 길이방향을 따라 가스배기량의 분포가 일정하도록 배기수단쪽의 한끝단에서 다른끝단을 향하여 점차 커지도록 설정되어 있기 때문에, 다수매의 피처리체의 각 표면에 평행하고 또 균일한 반응가스의 흐름을 형성하는 것이 가능하게 되며, 피처리체의 표면에 균일한 고품의 얇은 막을 형성할 수 있게 된다.According to the heat treatment apparatus according to claim 1, the opening area of the gas ejection hole formed in the pipe wall of the gas introducing pipe is directed from the base of the gas introducing pipe to the front end so that the distribution of the gas ejection amount is constant along the longitudinal direction of the gas introducing pipe. While the opening area of the exhaust hole formed in the tube wall of the inner reaction tube is gradually increased, and gradually increases from one end to the other end of the exhaust means side so that the distribution of the gas exhaust amount is constant along the longitudinal direction of the inner reaction tube. Since it is set, it becomes possible to form the flow of reaction gas parallel and uniform to each surface of a several to-be-processed object, and to form a uniform high quality thin film on the surface of a to-be-processed object.
또한, 청구항 2의 열처리장치에 의하면, 상기 가스도입관이 석영유리로 이루어지고, 그 관벽에 형성된 상기 가스분출구멍의 안쪽 둘레면에는 SiC막으로 이루어진 보호막이 형성되어 있으므로, 가스도입관에 부착된 이물을 에칭에 의해 제거하거나 혹은 세정할 때에, 얇은 부분인 가스분출구멍의 안쪽 둘레가 에칭에 의해 깍여서는 커지는 것을 방지할 수 있어, 내구성의 향상과 막 형성조건(가스분출량)의 불변 고정화가 도모된다.Further, according to the heat treatment apparatus of
[실시예]EXAMPLE
다음에, 본 발명의 1실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명의 1실시예인 열처리장치의 구성을 나타낸 설명도이다.3 is an explanatory view showing the configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도면중(11)은 아래 끝단이 개구된 석영제의 바깥쪽 반응관이다. 바깥쪽 반응관(11)의 주위에는 가열수단으로서 원통형상의 저항성 히터(12)가 배열 설치되어 있다. 히터(12)는 다음에 설명하는 피처리체 및 반응가스를 가열하도록 되어 있다.11 is a quartz outer reaction tube which opened the lower end. Around the
바깥쪽 반응관(11) 및 안쪽 반응관(13)은, 각각 베이스(14)에 고정된 매니폴드(manifold)(15)위에 설치되어, 종형로(縱型爐)를 구성하고 있다.The
또한, 도면에서 (16)은 안쪽 반응관(13)의 아래 끝단 개구부를 막는 덮개체이다. 이 덮개체(16)의 윗면 중앙에는 보온통(17)이 설치되어 있다.In the drawing,
이 보온통(17) 위에는 내열성을 갖는 석영제의 웨이퍼 보우트(18)가 얹어 놓여지고, 이 웨이퍼 보우트(18)로서 다수매의 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 약칭함)(W)를 수평으로 또한 일정 간격으로 지지하도록 되어 있다.On this
또한, 웨이퍼 보우트(18)가 얹어 놓여져 있는 보온통(17)에는, 덮개체(16)에 착설된 모우터(19)의 회전축(20)이 연결되어 있으며, 이 회전축(20)과 보온통(17)이 일체로 회전하도록 되어 있다.In addition, the
이 회전을 안쪽 반응관(13)의 내부로 도입하는 부분에는, 통상의 시일수단(29)으로서 자성유체시일이나 자기 결합형의 축커플링이 사용되고 있다. 이로 인하여 안쪽 반응관(13) 내부로 바깥 공기의 리이크(leak)가 일어나지 않는 구조로 되어 있다.A magnetic fluid seal or a magnetic coupling type shaft coupling is used as a normal sealing means 29 as a part for introducing this rotation into the
한편, 결정의 결함이 없는 얇은 막을 웨이퍼의 전체면에 걸쳐서 균일하게 성장시키기 위하여는, 각각 웨이퍼(W)에 균일하게 신선한 반응가스가 공급됨과 동시에, 한쪽에서는 폐기가스가 신속하게 대류없이 배출되도록 하는 것이 아주 중요하다.On the other hand, in order to grow a thin film without crystal defects uniformly over the entire surface of the wafer, the fresh reactant gas is uniformly supplied to the wafers W, respectively, and the waste gas is quickly discharged without convection on one side. Is very important.
그리하여, 안쪽 반응관(13)의 내부에는 웨이퍼 보우트(18)에 일정간격으로 지지되어 각 웨이퍼(W) 사이로 반응가스를 웨이퍼(W)의 표면을 따라 평행하게 공급하는 1개 또는 복수개의 가스도입관(21)이 형성되어 있다.Thus, one or more gas introductions are supported in the
이 가스도입관(21)에는 복수개의 가스분출구멍이, 각 웨이퍼(W) 사이에 위치하도록 일정의 간격으로 형성되어 있다. 이 가스분출구멍으로부터 반응가스가 분출하도록 되어 있다.The
제4도는 가스도입관(21)의 구성을 나타낸 단면도이다. 이 석영제의 가스도입관(21)에는 복수개의 가스분출구멍(21a),(21b),(21c),(21d) 및 (21e)이 가스도입관(21)의 축방향을 따라서 일정 간격을 형성되어 있다. 가스분출구멍(21a)은 가스도입관(21)의 가장 앞끝단쪽에 형성되어 있으며, 다음의 가스분출구멍(21b),(21c),(21d),(21e)의 순서로 형성되어 있다.4 is a cross-sectional view showing the configuration of the
또한, 각 가스분출구멍(21a),(21b), 및 (21e)의 구멍의 직경 (d1),(d2),(d3),(d4) 및 (d5)은 d1d2d3d4d5(예컨대 앞끝단쪽으로부터 1.6mm, 1.4mm, 1.2mm, 1.0mm)로 되어 있다. 즉 가스도입관의 앞끝단으로 갈수록 구멍의 직경이 커지게 되어 있다.Further, the diameters d 1 , d 2 , d 3 , d 4 , and d 5 of the holes of the gas ejection holes 21 a, 21 b, and 21 e are d 1 d. 2 d 3 d 4 d 5 (e.g., 1.6 mm, 1.4 mm, 1.2 mm, 1.0 mm from the front end side). That is, the diameter of the hole becomes larger toward the front end of the gas introduction pipe.
이와 같이 가스도입관(21)의 축방향을 따라 일정의 간격으로 형성된 가스분출구멍(21b),(21c),(21d)및 (21e)의 구멍 직경(d1),(d2),(d3),(d4) 및 (d5)을 가스도입관의 앞끝단으로 갈수록 커지게 함으로써, 제4도에 나타낸 바와 같이 가스도입관(21)내의 압력(P)이 가스도입관의 축방향으로 거의 일정하게 된다. 이에 따라서 각 가스분출구멍(21b),(21c),(21d)및 (21e)에서 분출되는 원료가스의 분출량을 일정하게 할 수 있다.In this way, the hole diameters d 1 , d 2 , and (d 2 ) of the gas ejection holes 21 b, 21 c, 21 d, and 21 e formed at regular intervals along the axial direction of the
여기에서, 제5도에 나타낸 바와 같이, 각각의 가스분출구멍(21'a),(21'b),(21'c),(21'd)(21'e)의 구멍 직경을 일정하게 하고, 가스도입관(21')의 앞끝단쪽에 형성된 가스분출구멍[에컨대 가스분출구멍(21'a)]의 구멍수를 제6도에 나타낸 바와 같이 동일 평면에서 증가시켜도 좋다.Here, as shown in FIG. 5, the hole diameters of the respective gas ejection holes 21'a, 21'b, 21'c, 21'd and 21'e are made constant. The number of holes of the gas ejection hole (for example, the gas ejection hole 21'a) formed in the front end side of the gas introduction pipe 21 'may be increased in the same plane as shown in FIG.
또한, 본 실시예에서는 가스분출구멍을 일정한 간격으로 배치한 예에 대하여 설명하고 있다. 그러나 윗쪽 간격을 좁게 하고, 아래쪽의 간격을 넓게 하여도, 윗쪽과 아래쪽 웨이퍼(W)에 공급되는 원료가스를 평균화하면 좋다. 요는 가스분출구멍을 총합한 개구면적으로 균일화하면 좋다.In this embodiment, an example in which the gas ejection holes are arranged at regular intervals is described. However, even if the upper interval is narrowed and the lower interval is widened, the raw material gases supplied to the upper and lower wafers W may be averaged. In other words, the gas ejection holes may be made uniform in the total opening area.
또, 본 실시예에서는 원료가스를 아래쪽으로 공급하여 아래쪽에서 배기하는 장치에 대하여 설명하고 있다. 그러나 원료가스의 유입은 윗쪽에서부터라도, 배기도 아래쪽에서 부터라도 본질적으로 균일성이 얻어지면 좋다.In addition, in the present embodiment, an apparatus for supplying the source gas downward and exhausting the exhaust gas from the bottom is explained. However, even if the inflow of the source gas is from the top and from the exhaust, the intrinsic uniformity should be obtained.
또한 가스도입관(21)과 대향한 안쪽 반응관(13)의 내면에는, 복수개의 가스흡인 배기구멍(22)…이 가스도입관(21)의 각 가스분출구멍(21a)~(21e)에 대응하여 일정간격으로 형성되어 있다.In addition, a plurality of gas suction exhaust holes 22 are formed on the inner surface of the
제7도는 가스도입관(21)과 안쪽 반응관(13)에 뚫려져서 형성된 가스흡인 배기구멍(22)과의 위치관계를 예로서 나타낸 것이다.7 shows the positional relationship between the
제7도의 (a)는 가스흡인 배기구멍(22)…을 가스도입관(21)에 대향하는 안쪽 반응관(13)의 반쪽면에 어긋난 형태로 뚫어 형성한 예이고, 제7도의 (b)는 안쪽 반응관(13)의 전체면에 걸쳐 어긋난 형태로 뚫어 형성한 예이다. 또한 제7도의 (c)는 슬리트 형태의 가스흡인 배기구멍을 안쪽 반응관(13)의 반쪽면에 뚫어 형성한 예이고, 제7도의 (d)는 마찬가지로 안쪽 반응관(13)의 전체면에 걸쳐 구멍을 뚫어서 형성한 예이다.7A shows a gas
여기에 예로서 나타낸 것은, 안쪽 반응관(13)의 반쪽면 또는 전체면에 가스흡인 배기구멍을 뚫어 형성한 것이다. 그러나 이것에만 한정되는 것은 아니고, 제7도의 (e)와 같이 열린각(θ)의 부분에만 구멍을 뚫어서 형성하여도 좋다.As shown here as an example, the gas suction exhaust hole was formed in the half surface or the whole surface of the
이들 가스흡인 배기구멍(22)…은 안쪽 및 바깥쪽 반응관(13),(11) 사이를 통하여 매니폴드(15)에 형성된 1개 또는 복수개의 배기노즐(23)에 연이어 통하고 있다.These gas suction exhaust holes 22. Is connected to one or
즉, 웨이퍼(W) 사이를 통과한 반응가스는 도시하지 아니한 흡인펌프에 의하여 가스흡인 배기구멍(22)…으로부터 흡인된다. 그리고 안쪽 반응관(13)과 바깥쪽 반응관(11)의 사이를 통하여 배기노즐(23)로 배기되도록 되어 있다.That is, the reaction gas passing between the wafers W is the gas
또한, 도면에서 (24),(25),(26),(27) 및 (28)은 로의 내부를 기밀상태로 유지하기 의한 시일부재이다.Incidentally, in the drawings, 24, 25, 26, 27, and 28 are seal members by keeping the inside of the furnace in an airtight state.
이와 같이 구성된 열처리장치에서 웨이퍼에 열처리를 실시하여, Si의 에피택셜 성장을 예로 들어 설명한다.In the heat treatment apparatus configured as described above, heat treatment is performed on the wafer to explain the epitaxial growth of Si as an example.
먼저, 도시하지 아니한 승강장치에 의해 덮개체(16)를 하강시켜 석영제의 웨이퍼 보우트(18)를 반응관의 밖으로 빼낸다. 이 보우트(18)에 다수매의 Si 단결정 웨이퍼(W)를 일정 간격, 예컨대 3/16피치로써 웨이퍼 보우트(18)로 옮겨 실어 유지한다.First, the
여기에서, 덮개체(16)를 상승시켜 안쪽 반응관(13)의 아래 끝단 개구부로 밀어 맞닿게 하여 시일부재(25)로 막는다.Here, the
다음에, 이와 같은 상태에서 히터(12)에 가열전류를 통전하여 안쪽 반응관(13)의 내부에 수납된 웨이퍼(W)를 소정 온도까지 상승시킨다.Next, in this state, a heating current is supplied to the
또한, 가스도입관(21)에서 질소가스 5~10ℓ/분을 흘려 배기노즐(23)에 접속된 흡인펌프에 의하여 반응관 내부를 10-2~10-3Torr로 될때까지 배기하여 공기를 치환한다.In addition, a 5 to 10 l / min flow of nitrogen gas flows from the
그후에 가스공급을 중지하고, 반응관내의 압력이 10-5~10-6Torr가 되도록 고진공상태로 치환을 행한다. 또한 수소가스를 5~10ℓ/분을 방출하여, 반응관 내의 압력이 1~2Torr로 되도록 하여 환원분위기로 한다. 여기서 수소가스중에 약 1~5%vo1.로 되도록 염화수소가스를 흔입시켜 웨이퍼의 표면을 에칭한다.Thereafter, the gas supply is stopped, and the replacement is carried out in a high vacuum state so that the pressure in the reaction tube is 10 -5 to 10 -6 Torr. In addition, 5-10 L / min of hydrogen gas is discharged to make the pressure in the reaction tube 1 to 2 Torr, thereby reducing the atmosphere. The hydrogen chloride gas is etched in hydrogen gas so as to be about 1 to 5% vo1. To etch the surface of the wafer.
그리고, 웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 자연산화막등을 제거한다. 이에 따라 웨이퍼(W)의 맑고 깨끗한 면을 노출시킨다. Si 소오스 가스로서 디클로르실란(SiH2Cl2)가스를 1~2ℓ/분, 수소가스 20ℓ/분, 수소가스 20ℓ/분 중에 혼입하여 에피택셜성장을 개시한다. 이때 염화수소는 적은량(0.1ℓ/분 정도)을 흘려 두어도 좋다. 그리고 가스도입관(21)으로부터 각 웨이퍼사이로 도입된 Si 소오스 가스등은 각 웨이퍼 사이를 통과한다.Then, the native oxide film or the like formed on the surface of the wafer is removed. As a result, the clear and clean side of the wafer W is exposed. As the Si source gas, dichlorsilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is mixed in 1 to 2 L / min, hydrogen gas 20 L / min and hydrogen gas 20 L / min to start epitaxial growth. At this time, hydrogen chloride may be flowed in a small amount (about 0.1 L / min). Then, the Si source gas or the like introduced into each wafer from the
이후에, Si 소오스 가스등은, 가스도입관(21)에 대치하여 형성된 안쪽 반응관(13)의 가스흡인 배기구멍(22)…으로부터 흡인 배기된다. 이때 보온통(71)을 모우터(19)에 의하여 정해진 속도로 회전시킨다. 이에 따라 웨이퍼(W)가 지지되어 있는 웨이퍼 보우트(18)가 회전한다.Subsequently, the Si source gas or the like is applied to the gas
그리하여, 웨이퍼 표면내에 성장되는 얇은 막의 두께의 균일성이 더욱 좋아진다. 또한, 이때 설정된 도전을, 즉 비저항으로 하기 위해 도우핑(doping)가스를 약간 첨가한다. 약 10분간의 성장으로 2~5μm의 에피택셜층을 형성한다.Thus, the uniformity of the thickness of the thin film grown in the wafer surface is further improved. In addition, a small amount of doping gas is added to make the set conductivity at this time, that is, the specific resistance. After about 10 minutes of growth, an epitaxial layer of 2-5 μm is formed.
그후에, Si 소오스 가스공급을 중지하고 반응관 내부를 수소가스로서 퍼지한다. 그리고 수분이 지난 후에 온도를 하강시킨다. 반응관의 내부가 600±200℃로 된 것을 확인하고 질소가스의 퍼지로 전환한다. 잠시동안 질소가스의 퍼지와 흡인펌프에 의한 배기를 실시한다.]Thereafter, the Si source gas supply is stopped and the inside of the reaction tube is purged with hydrogen gas. After a few minutes, the temperature is lowered. Confirm that the inside of the reaction tube is 600 ± 200 ℃, and switch to purge of nitrogen gas. For a while, purge the nitrogen gas and evacuate it with the suction pump.]
그후에, 흡인펌프를 정지하고 반응관의 내부가 대기압으로 되돌아온 것을 확인한 후에 덮개체(16)를 하강시켜 웨이퍼(W)를 반응관의 밖으로 빼낸다. 이들의 일련의 조작으로 1회의 성장을 종료한다.Thereafter, the suction pump is stopped, and after confirming that the inside of the reaction tube has returned to atmospheric pressure, the
1회의 성장을 종료하고 다시 웨이퍼(W)를 얹어 놓지 아니한 웨이퍼 보우트 등을 덮개체(16)에 의해 승강장치로서 상승시켜 안쪽 반응관의 아래끝단 개구부를 막는다. 그리고 배기노즐(23)에 연결된 흡인펌프를 동작시킨다.After completion of one growth, the wafer boat or the like on which the wafer W is not placed again is lifted by the
또한, 가스도입관(21)을 이용하여 아르곤 가스베이스의 3불화 염소(ClF3) 1~20%vol.의 혼합가스를 반응관내로 도입하여 약 100~150Torr이던가 그 이상으로 유지한다. 이 경우에 온도는ㄴ 100~500℃로서 일정한 온도로 유지한다.In addition, the
이와 같은 수단에 의하여 석영지그 종류, 예컨대 웨이퍼 보우트(18)나 안쪽 반응관(13), 가스도입관(21)등에 부착된 Si를 드라이 에칭한다.By such means, dry etching is performed on the quartz jig, for example, Si attached to the
이 공정에 의해 가스도입관(21)의 분출구멍이나 안쪽 반응관(13)의 가스분출구멍에는 매회의 에피택셜 성장시에 일정한 가스흐름의 패턴이 형성된다.By this step, a pattern of a constant gas flow is formed in the ejection hole of the
이것에 의하여 배치 마다의 웨이퍼에 형성되는 막의 질과 막두께의 균일성이 확보된다. 단 아르곤 베이스 3불화염소에 의한 에칭공정은 매회마다 에피택셜 성장후에 실시하는 것이 바람직하다. 그러나 반응가스의 흐르는 량의 비율에 따라서는 여러 회수의 성장후에 1회 실시할 수도 있다.This ensures the quality of the film and the uniformity of the film thickness formed on the wafer for each batch. However, it is preferable to perform the etching process by argon-based chlorine trifluoride after epitaxial growth every time. However, depending on the ratio of the flow rate of the reaction gas, it may be carried out once after several times of growth.
또한, 상기한 실시예에서는 본 발명을 종형로에 적용한 것에 대하여만 설명하였으나, 횡형로에도 적용이 가능한 것은 물론이다.In addition, in the above-described embodiment, only the application of the present invention to the vertical furnace has been described, but it is a matter of course that the horizontal furnace is also applicable.
이상에서와 같이, 본 발명의 열처리장치에 의하면, 다음과 같은 우수한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the heat treatment apparatus of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(1) 청구항 1에 기재된 열처리장치에 의하면, 가스도입관의 관벽에 형성된 가스분출구멍의 개구면적이 가스도입관의 길이방향을 따라 가스분출량의 분포를 일정하게 하도록 가스도입관의 근원부쪽에서 앞끈단쪽으로 향하여 점차로 커지도록 설정되어 있는 동시에, 상기 안쪽 반응관의 관벽에 형성된 배기구멍의 개구면적이 안쪽 반응관의 길이방향을 따라 가스배기량의 분포를 일정하게 하도록 배기수단쪽의 한끝단에서 다른끝단을 향하여 점차로 커지도록 설정되어 있으므로, 다수매의 피처리체의 각 표면에 평행하고 또 균일한 반응가스의 흐름을 형성하는 것이 가능해지고, 피처리체의 표면에 균일한 고품질의 얇은 막을 형성하는 것이 가능해진다.(1) According to the heat treatment apparatus according to claim 1, the opening area of the gas ejection hole formed in the pipe wall of the gas introducing pipe is provided at the base side of the gas introducing pipe so that the distribution of the gas ejection amount is constant along the longitudinal direction of the gas introducing pipe. The opening area of the exhaust hole formed in the pipe wall of the inner reaction tube is set to increase gradually toward the front strap end, and at the other end of the exhaust means to make the distribution of the gas exhaust amount along the longitudinal direction of the inner reaction tube constant. Since it is set to increase gradually toward the end, it becomes possible to form a flow of reaction gas parallel and uniform to each surface of a plurality of workpieces, and to form a uniform, high quality thin film on the surface of the workpiece. Become.
(2) 청구항 2에 기재된 열처리장치에 의하면, 상기 가스도입관이 석영유리로 이루어지고, 그 관벽에 형성된 상기 가스분출구멍의 내주면에는 SiC막으로 이루어진 보호막이 형성되어 있으므로, 가스도입관에 부착된 이물을 에칭에 의해 제거하거나 혹은 세정할 때에, 얇은 부분인 가스분출구멍의 안쪽 둘레가 에칭에 의해 깍여서 커지는 것을 방지할 수 있어, 내구성의 향상과 막 형성조건9가스분출량)의 불변 고정화가 도모된다.(2) According to the heat treatment apparatus according to
Claims (2)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR20180111565A (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Vertical type heat treatment apparatus |
-
1988
- 1988-11-19 KR KR1019880015247A patent/KR0133677B1/en not_active IP Right Cessation
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---|---|---|---|---|
KR20180111565A (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-11 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Vertical type heat treatment apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR890008929A (en) | 1989-07-13 |
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