KR0155381B1

KR0155381B1 - 처리장치

Info

Publication number: KR0155381B1
Application number: KR1019900009488A
Authority: KR
Inventors: 카쓰노부 미야시로; 미쓰아키 오미노; 신지 미야자키
Original assignee: 카자마 젠쥬; 도오꾜오 에레구토론 도오호쿠 가부시끼가이샤
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR920001629A

Abstract

내용 없음.

Description

처리장치

제1도는, 본 발명의 1 실시예에 관한 CVD 장치의 구성을 나타내는 도면.

제2도는, 제1도의 CVD 장치의 일부인 처리부를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응관 1a : 내관

2 : 처리부 3 : 반도체 웨이퍼

4 : 보우트 5 : 보우트 받아넘기는 위치

6 : 반송기구 7 : 틈

8 : 매니폴드(Manifold)(매니폴드수단)

9 : 덮개판(덮개수단) 10 : ○ 링

11 : 배기관(배출수단) 12 : 반응가스 도입관(도입수단)

13 : 불활성 가스 도입관 14 : 지지체

15 : 보온통 16 : 보온통 지지대

17 : 히이터 18 : 균일관

19 : 파지기

본 발명은, 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 열처리장치에 관한 것이다.

피처리체, 예를들면 반도체 웨이퍼의 열처리공정, 예를 들면 산화공정, 확산공정, CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정등에 있어서는, 반응관을 구비하는 열처리장치가 이용되고 있다. 이러한 열처리 장치는, 주위에 가열선을 감은 석영유리제의 반응관내에 그의 위에 복수매의 반도체 웨이퍼가 배열된 보우트(Boat)를, 반응관의 개구끝단으로부터 삽입하고, 반응튜브내의 미리 정해진 위치에 설정한 후, 개구 끝단부를, 매니폴드(Manifold)를 통하여 덮개판에 의하여 밀폐한다. 여기에서 매니폴드라 함은, 반응관내에 다수종류의 가스를 도입하기 위하여, 다수개의 노즐을 갖는 링 형상의 부재이다.

다음에 가열선으로 부터의 발열에 의하여 웨이퍼를 가열한 상태에서 소정의 반응가스를 도입하고, 웨이퍼의 처리를 행하는 것이다. 이러한, 열처리 기술은, 예를 들면 일본국 특공소 60-4184 호, 동 특개소 60-119716 호 공보에 기재되어 있다. 이러한 열처리 기술에 있어서는, 웨이퍼의 중금속에 의한 오염을 방지하기 위하여, 반응관을 석영유리에 의하여 구성되어 있다.

또한 일본국 특공소 57-52423 호, 동 특공소 63-41986 호 공보에 개시된 에칭장치에서는, 에칭실을 SiO₂, Si₃O₄, 또는 Al₂O₃에 의하여 구성하고 있다. CVD 와 같은 열처리에 있어서는, 인쳉 유해한 반응가스를 이용하기 때문에, 이 반응가스를 반응관으로부터 외부에누출되는 것을 방지할 필요가 있다. 그 때문에, 가공 정밀도가 양호한 스테인레스 스틸제의 매니폴드 및 덮개판에 의하여 반응관의 개구 끝단부를 밀폐하고, 반응관의 기밀을 유지하고 있다.

그러나, 스테인레스 스틸제의 매니폴드 및 덮개판에 의하여 개구 끝단부를 밀폐한 반응관내에서, 고온, 예를 들면 섭씨 700도 내지 1400도에서 CVD 등의 열처리를 행하면, 매니폴드 및 덮개판으로부터 Fe(철) 등의 중금속이 날아 흩어지고, 이것이 웨이퍼 표면에 부착하여 웨이퍼를 오염한다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 웨이퍼 표면에 실리콘층을 형성하는 경우, 원료가스로서 SiH₂Cl₂(디클로로 실란)을 사용하고, 이것을 반응관내로 도입하여, 플라즈마에 의해 분해하여 Si와 HCl을 형성하고, 이 Si를 웨이퍼상에 부착시킨다.

이때, 생성된 HCl 에 의하여 스테인레스 스틸제의 매니폴드 및 덮개판이 산화되어 버린다. 이 산화에 의하여 먼지가 발생하고, 반응관내가 오염되어, 웨이퍼도 오염된다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 반응관내의 오염을 방지한 처리장치를 제공함에 있다.

본 발명에 의하면, 개구끝단부를 가지고 피처리체를 수용하는 반응관과, 상기 개구끝단부에 형성되고, 상기 반응관내로 가스를 도입하기 위한 도입수단 및 반응관으로부터 가스를 배출하기 위한 배출수단을 갖춘 원형 매니폴드 수단과, 이 매니폴드 수단의 개구끝단부에 형성된 덮개수단을 구비하며, 상기 원형 매니폴드 수단 및 덮개수단의 상기 반응관내로 노출하는 면이, 상기 반응관으로 도입되는 가스에 의하여 부식되지 않는 물질에 의하여 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 처리장치가 제공된다.

(실시예)

이하, 본 발명을 CVD 장치에 적용한 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는, 본 발명의 1실시예에 관한 수직 CVD 장치의 구성을 나타내는 도면, 제2도는, 제1도의 수직CVD 장치의 일부를 구성하는 처리부를 나타내는 도면이다. 이 수직 CVD 장치는, 반응관(1)을 구비하는 처리부(2)와, 수직으로 복수매, 예를 들면 100 내지 150 매의 반도체 웨이퍼(3)가 소정의 간격으로 배치된 보우트(4)와, 이 보우트(4)를, 반응관(1)의 아래쪽의 소정의 보우트 받아넘기는 위치(5)로부터 반응관(1)내로 로우드 및 언로우드하는반송기구(6)로 구성된다.

반응관(1)은, 내열성이 있고, 반응가스에 대하여 반응하기 어려운 비금속재질 예를 들면, 석영유리로 구성되고, 제2도에 나타낸 바와 같이, 윗끝단이 밀봉된 원통형상으로 되어 있다. 반응관(1) 내에는, 반응관(1)과 같이 비금속 재질로 구성된 원통형 내관(1a)이, 반응관(1)과 접촉하지 않도록, 동심원 형상으로 배치되어 있다.

반응관(1)과 내관(1a)과의 사이에는 소정의 틈(7)이 형성되고, 이틈(7)의 아래 끝단은, 원형 매니폴드(8)에 의하여 밀페되어 있다. 이 원통형 매니폴드(8)는 예를들면 스테인레스 스틸제로서, 그 반응관(1)에 노출하는 면에서, 세라믹이 부착되어 있다. 이 원통형 매니폴드(8)의 아래끝단에는, 덮개판(9)이 설치되어 있다. 이 덮개판(9)은, 반송기구(9)에 의하여 승강되어, 원통형 매니폴드(8)의 아래끝단에 맞닿거나 이탈된다.

이 덮개판(9)도 스테인레스 스틸제로서, 그의 반응관(1)에 노출되는 면에는, 세라믹이 부착되어 있다.

덮개판(9)의 매니폴드(8)와의 맞닿는 부에는 밀폐부재 예를 들면 ○링이 설치되며, 이것에 의하여 반응관(1)내를 기밀하게 유지하고 있다.

원통형 매니폴드(8)에는 배기관(11)이 설치되어 있고, 이 배기관(11)에 의하여, 반응관(1)내의 가스가 틈(7)을 통하여 배출된다. 또한, 원통형 매니폴드(8)에는 반응가스 도입관(12)이 설치되어 있고, 이 반응가스 도입관(12)은, 내관(1a)내로 뻗어있고, 더욱이 내관(1a)의 내면에 따라 수직으로 연장되어, 그 앞끝단은 보우트(4)의 윗면과 거의 같은 높이로 되어 있다. 반응가스 도입관(12)에는, 보우트(4)에 적재되어 있는 웨이퍼(3)에 대응하는 위치에 복수의 개구(도시않됨) 형성되어 있고, 이 개구로부터 웨이퍼(3)에 반응가스의 공급이 가능하게 되어 있다.

또한, 원통형 매니폴드(8)에는, 틈(7)을 통하여 반응관(1)내로 불활성 기체 예를 들면 N₂가스를 공급가능하도록 불활성 가스 도입관(13)이 형성되어 있다.

덮개판(9)의 거의 중앙부에는, 표면에 비금속 재질, 예를 들면 석영유리의 층이 부착된 지지체(14)가 형성되어 있다.

또한, 원통형 매니폴드(8)에는 쟈켓이 형성되어 있어서, 이것에 냉각수를 통함으로써 매니폴드(8)가 물로 냉각된다.

보우트(4)의 아래끝단에는 비금속 재질 예를 들면 석영유리로 이루어진 보온통(15)이 형성되어 있다. 이 보온통(15)은, 반응관(1)내의 열을 아래쪽으로 전해지지않도록 형성되어 있다. 즉, 상술한 바와 같이 매니폴드(8)는 물로 냉각되어 있기 때문에, 이것에 의하여 반응관(1)내로 냉각되어 버린다.

그러나, 반응관(1)내가 섭씨 100도 이하로 되어 버리면, 예를 들면 웨이퍼(3)표면에 Si₃N₄층을 형성하는 경우, Si₃N₄층의 형성이 곤란하게 되어 버린다.

따라서 반응관(1)내를 섭씨 100도 이상의 최적온도로 유지하도록 보온통(15)이 마련되어 있다.

보온통(15)의 하부에는 비금속 재질 예를 들면 세라믹으로 이루어지는 보온통 지지대(16)가 마련되어 있다.

이 보온통 지지대(16) 및 지지체(14)에 의하여 보온통(15) 및 보우트(4)가 지지되어 있다. 덮개판(9)은, 반송기구(6)에 연결되어 있고, 이 반송기구(6)의 조작에 의하여 보온통(15) 및 보우트(4)가 승강 이동하도록 되어 있다.

반응관(1)의 주위에는, 원통형 가열부재 예를 들면 코일형상의 히이터(17)가 반응관(1)과 동축으로 형성되어 있고, 이 히이터(17)에 의하여, 반응관(1)내의 웨이퍼(3)가 얹어 놓인 영역이 섭씨 700 내지 1400도로 가열된다.

또한, 이 가열을 보다 균일한 온도분포로 행하기 위하여, 히이터(17)와 반응관(1)의 사이에, 예를 들면 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어지는 균열관(18)이 배열 설치 되어 있다.

원통형 매니폴드(8) 및 덮개판(9)의, 반응관(1) 내의 분위기에 휩쓸리게 되어 있는 부분에 부착되는 세라믹으로서는, 알루미나, 마그네시아, 스피넬 (Al₂O₃·MgO), 실리카, SiC, Si₃N₄, 비정질 실리콘 등 여러 가지 것이 채용가능하지만, 불꽃 스프레이에 의하여 피복된 알루미나, 마그네시아, 스피넬 등이 특히 바람직하다. 이 경우, 세라믹 코우팅과 기층과의 사이의 열팽창율의 상위에 의한 박리를 방지하기 위하여, 양자의 사이에, 양자의 열팽창율의 중간의 열팽창을 가지는 버퍼(Buffer) 층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 버퍼층으로서, Ni-기초 재질(METCO 700, 700F : 상표명)을 불꽃 스프레이하여도 양호한 결과가 얻어진다.

다음에, 이와같이 구성된 CVD 장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 도시하지 않은 웨이퍼 반송장치에 의하여 다수의 웨이퍼(3)를 보우트(4)에 적재한 후, 파지기(19)에 의하여 보우트(4)를 파지 반송하고, 받아넘기기 위치에 설정한 보온통(15) 상에 얹어 놓는다. 다음에, 보우트(4)를 반송기구(6)에 의하여 소정거리 상승시키고, 반응관(1)내의 소정의 위치에, 반응관(1)의 내벽과 접촉시킴이 없이 반입한다. 이때 반응관(1)의 아래끝단에 형성된 매니폴드(8)에 덮개판(9)을 맞닿음시킴으로써, 자동적으로 보우트(4)위에 얹어 놓인 웨이퍼(3)를 위치 결정함과 함께, 반응관(1)의 내부를 기밀하게 한다.

다음에, 진공펌프(도시않됨)에 의하여 반응관(1)내를 배기하고, 반응관(1)내를 저압, 예를 들면 0.1 내지 3 Torr로 유지하도록 배기를 제어하면서, 히이터(17)에 의하여 반응관(1)내를 소망의 온도, 예를들면 섭씨 700 내지 1400도로 한다. 그리고 배기의 제어를 하지 않으면서, 가스 공급원으로부터 도시하지 않은 매스플로우 콘트롤러등에 의하여 유량을 조정하면서, 반응가스 예를 들면 실란(SiH₄) 및 산소(O₂)를, 반응가스 도입관(12)으로부터 반응관(1)내로, 소정시간 공급한다. 그러면, 웨이퍼(3)의 표면에는 하기의 반응식 ①에 따라서, SiO₂층이 형성된다.

웨이퍼(3)의 표면에 SiO₂층이 아니고, Si 층을 형성하는 경우에는, 반응가스로서 SiH₂Cl₂및 수소(H₂)를 사용하여, 하기의 반응식 ②에 따라서, Si층이 형성된다.

Si층을 형성하는 경우에는, 반응식 ②에 나타낸 바와 같이 강한 산화력을 가지는 HCl이 생성된다. 그러나, 본 발명의 장치에서는, 반응관(1)내의 반응가스와 접촉하는 부분이 석영유리나 세라믹등의 비금속재질에 의하여 구성되어 있으므로, HCl 이 생성되어도, 이것에 의하여 부식이 생기지 않고, 부식에 의하여 먼지가 생기는 일도 없으며, 그것에 의한 반응관(1) 및 웨이퍼(3)의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 반응관(1)내가 고온으로 되는것에 의한 Fe 등의 중금속의 발생도 억제할 수 있으며, 이와 같은 중금속에 의한 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있다.

부착 공정의 종료후, 반응가스의 공급을 정지하고, 불활성 가스 도입관(13)으로부터 불활성 가스 예를들면 N₂가스를 도입하여, 반응관(1)내를 통상압력으로 복귀시킨다. 그리고, 반송기구에 의하여 처리후의 웨이퍼(3)를 적재한 보우트(4)를 받아넘기는 위치(5)로 반송하고, CVD 공정이 종료한다.

이상 설명한 CVD 공정을 반복 실행하면, 반응관(1)이나, 내관(1a)의 관벽에 반응생성물이 부착한다. 이 반응 생성물은, 반응관(1)의 바깥쪽에 1쌍의 전극을 형성하여, 반응관(1)내에 에칭가스를 도입하고, 전극에 고주파를 인가함으로써 플라즈마 방사를 일으키고, 발생한 가스 플라즈마에 의하여 에칭 함으로써 제거할 수있다. 이 경우, 반응관(1)내로 노출하는 면은 전부 비금속 재질에 의하여 구성되어 있으므로, 플라즈마에 의하여 스퍼터링 되지 않고, 먼지가 발생하는 일이 없다. 이러한 스퍼터링을 방지하기 위하여는, 비금속 재질은 도전율이 낮은 재료인 것이 바람직하다.

이상 설명한 실시예에서는, 반응관, 내관등을 석영유리에 의하여 구성한 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 내부식성 재료이면 좋고, 예를들면 SiC등에 의하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 이상 설명한 실시예에서는, 본 발명을 CVD 장치에 적용한 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를들면,. 산화·확산장치, 에칭장치, 에슁장치등에 적용하여도 같은 효과가 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반응관내에 노출되는 부분을 전부 비금속 재질에 의하여 구성하고 있으므로, 반응가스에 의한 장치의 부식을 방지할 수 있고, 그것에 의하여, 반응관내에서 처리되는 피처리체의 오염을 방지할 수있다.

Claims

개구 끝단부를 가지고 피처리체를 수용하는 반응관(1)과, 상기 개구끝단부에 형성되고, 상기 반응관(1)내로 가스를 도입하기 위한 도입수단(도입관)(12) 및 반응관(1)으로부터 가스를 배출하기 위한 배출수단(배기관)(11)을 갖춘 원형의 메니폴드 수단(매니폴드)(8) 및, 이 매니폴드 수단(매니폴드)(8)의 개구끝단부에 설치된 덮개수단(덮개판)(9)을 구비하고, 상기 원형의 매니폴드 수단(매니폴드)(8) 및 덮개수단(덮개판)(9)의 상기 반응관(1)내로 노출하는 면은, 상기 반응관(1)으로 도입되는 가스에 의하여 부식되지 않는 재질에 의하여 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 반응관(1)에 도입되는 가스에 의하여 부식되지 않는 재질은, 세라믹 재질인 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 세라믹 재질은, 알루미나, 마그네시아, 스피넬(Al₂O₃·MgO), 실리카, SiC, Si₃N₄및 비정질 실리콘으로 이루어지는 군에서 선택된 일종의 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 세라믹 재질은, 불꽃 스프레이에 의하여 형성된, 알루미나, 마그네시아 및 스피넬(Al₂O₃·MgO)로 이루어지는 군에서 선택된 일종의 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 원형의 매니폴드수단(매니폴드)(8) 및 덮개수단(덮개판)(9)은, 금속에 의하여 구성되어 있는 처리장치.
제5항에 있어서, 상기 금속은 스테인레스스틸인 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 반응관(1)은, 그의 속에 동심원형상으로 내관(1a)이 배치되어 있는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 반응관(1)내의 상기 원형의 매니폴드수단(매니폴드)(8)의 근방에는, 반응관(1)내의 온도저하를 방지하기 위한 보온통(15)이 배치되어 있는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 반응관(1)은, 그의 측이 수직으로 되도록 배치되어 있는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 처리장치는 CVD 장치, 에칭장치, 에슁장치 및 산화·확산 장치로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 처리장치.