KR100307997B1

KR100307997B1 - 처리 장치

Info

Publication number: KR100307997B1
Application number: KR1019940004660A
Authority: KR
Inventors: 우시카와하루노리; 다고겐지
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 2001-11-30
Also published as: US5536320A; JPH06267933A; JP3120395B2; KR940022677A

Abstract

본 발명은, 종형 열처리 장치와 같은 피처리체의 처리장치에 관한 것으로, 피처리체를 처리하는 처리용기의 아래쪽에 대기공간을 설치하고, 이 대기공간에 피처리체를 여러 장 재치하여 승강이 자유로운 피처리체 재치대(보트)를 배치하며, 대기공간에 피처리체의 표면에 형성되는 자연산화막을 억제하기 위한 자연산화막 억제기체를 공급하는 자연산화막 억제기체 공급장치를 설치하며, 이 기체 공급장치에 의하여 낮은 노점온도를 가지는 건조기체를 억제기체로서 공급하는 처리장치이다. 이에 따라, 저코스트이면서 효율좋게 자연산화막의 형성을 억제할 수 있다.

Description

처리장치

제1도는 본 발명의 처리장치를 종형 열처리 장치에 사용한 실시예의 종단 단면도.

제2도는 제1도에 나타낸 종형 열처리 장치의 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도.

제3도는 수분농도, 산소농도와 자연산화량 증가량과의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 종형 CVD 장치 4 : 함체

4a : 게이트 밸브 6 : 처리용기

6A : 히터 6B : 단열재

6C : 개구부 8 : 가스 도입관

10 : 가스 배출관 12 : 오토댐퍼

14 : 스카벤져 16 : 배기관

16A : 오토댐퍼 16B : 분기관

18 : 파티션 20 : 반입/반출 박스

22 : 캐리어 22A : 스테이션

22B : 반송 로보트 24 : 웨이퍼 보트

24A : 승강수단 24C : 덮개부

26 : 대기공간 28,30 : 도어

32 : 트랜스퍼 박스 34 : 기체도입관

36 : 배출관 38A,38B,38C : 구획벽

40 : 송풍팬 42 : 순환통로

42A : 저부통로 44 : 통기구멍

46 : 필터 50 : 라디에이터

52 : 공급계 56 : 분사노즐

58 : 블로어 60 : 기체공급관

62 : 밸브 64 : 건조기

A : 건조공기 W : 반도체 웨이퍼

본 발명은, 예를들면 종형 열처리 장치와 같은 피처리체의 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 디바이스의 제조공정에 있어서의 열확산 공정이나 성막공정에서 사용되는 처리장치로서, 무진화(無塵化) 및 공간 절약화 등을 도모할 수 있는 종형 열처리 장치가 널리 사용되고 있다.

이와 같은 종형 열처리 장치로서는, 원판 형상으로 형성된 석영으로 구성되는 처리용기를 둘러싸고 설치된 히터 및 단열재 등으로 구성되는 열처리로가 대략 직사각형의 함체 내 상부에 수직으로 설치되어 있다. 그리고, 이 함체내의 열처리로 하부에는, 피처리체인 다수 개의 반도체 웨이퍼를 재치한 웨이퍼 보트를 대기시키는 대기공간이 설치되어 있으며, 이 대기공간에 있는 웨이퍼 보트를 웨이퍼 엘레베이터와 같은 승강수단에 의하여 열처리로 내에 반출/반입할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 이러한 종류의 열처리 장치에 의하여 예를들면 SI 웨이퍼 상에 여러 종류의 성막, 예를들면 SiO₂등의 절연막을 형성하는 일이 행해지고 있으나, 이러한 종류의 성막을 행할 때에는, 그 직전의 웨이퍼 반송계에 있어서의 웨이퍼는 청정한 공기에 노출되기 때문에 웨이퍼 표면에 자연산화막(SiO₂)이 형성되어 버리고 만다.

이 자연산화막의 특성은, 퇴적 등에 의하여 인위적으로 형성되는 산화막의 특성과는 다르고 양호하지 않기 때문에, 성막직전에 적극적으로 이것을 배제하여 하여 두는 것이 바람직하다.

그 때문에 성막공정 직전에 웨이퍼 표면에 부착한 자연산화막을 제거하는 세정공정이 필요하게 되어 있다. 그러나, 세정 종료 후에, 웨이퍼를 성막용의 열처리 장치로 반송하는 도중, 또는 반송 후에 웨이퍼가 대기하고 있는 사이에서도 웨이퍼는 청정한 공기에 노출되어 있는 것으로 되고, 여기에서도 자연산화막이 다시 형성되어 버린다.

여기에서, 퇴적도가 그다지 높지 않은 경우에는, 처리직전까지 발생하여 버리는 자연산화막이라고 할지라도 소자 특성상 큰 문제는 없었다. 그러나, 전술한 바와 같이 퇴적도가 향상하여 예를들면 64M바이트, 또는 256M바이트와 같은 고집적도로 되면 성막하고자 하는 SiO₂자체가 얇게 되기 때문에, 자연산화막이 소자 특성에 부여하는 영향을 무시할 수 없게 된다.

예를들면 자연산화막의 두께가 20Å로서 이것을 포함하여 전체의 SiO₂두께를 100Å로 하면, 자연산화막이 차지하는 비율은, 20% 정도이고, 문제는 작다. 그러나 상술한 바와 같이 집적도가 높게 되어 전체 SiO₂두께가 상술한 것의 절반인 50Å로 하면, 자연산화막이 차지하는 비율은, 40% 로 되고, 자연산화막의 소자특성에 미치는 영향은 무시할 수 없게 된다.

또, 일반적으로 자연산화막의 형성은, 열, 수분, 산소농도에 좌우된다. 그래서, 웨이퍼 세정 후의 자연산화막의 발생을 억제하기 위한 구조로서, 상기한 웨이퍼의 특성공간을 N₂(질소) 등의 불활성 분위기로 함과 동시에, 이것에 연결시켜서 진공분위기 또는 N₂(질소) 등의 불활성 분위기로 된 로드로크실을 설치하여, 웨이퍼가 세정공기와 접촉하는 것을 가능한한 제한한 구조가 있다.

또 이 구조보다 레벨을 낮게 한 구조로서 상기 로드로크실을 설치하는 일이 없이 대기공간 내에만 청정한 공기 속의 0₂(산소)를 N₂로 치환하여 0₂농도를 예를들면 30PPM정도까지 저하시킨 기체, 즉 자연산화막 억제기체를 순환시켜서 자연산화막의 발생을 억제하도록 한 구조가 알려져 있다.

상기한 로드로크실을 설치한 구조로서는, 부대설비로서 로드로크실을 설치하지 않으면 안되는 일이라든가, 대량으로 고가의 N₂가스를 사용하여야만 하고, 설비비가 많이 들 뿐만 아니라, 런닝 코스트도 상승하지만, 반면, 자연산화막의 발생을 대폭 억제할 수가 있다.

그런데, 로드로크실을 설치하지 않고 대기공간에 자연산화막 억제기체를 순환시키는 구조로서는, 충분한 자연산화막 발생 억제 효과를 발생하지만, 상술한 바와 같이 고가의 N₂가스를 사용하기 때문에, 로드로크실을 설치한 경우보다도 설비비를 낮출 수가 있다.

그러나, 그것도 런닝 코스트가 크게 상승한다고 하는 것은 어쩔 수가 없는 문제점이었다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위하여 창안된 것이다.

본 발명의 목적은, 값이 싸고 노점(露点)온도가 낮은 건조기체를 순환하여 사용함으로써 자연산화막의 발생을 억제할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.

종래, 자연산화막을 억제하기 위하여 자연산화막 억제기체 속의 산소농도만을 억제하여 왔으나, 여러가지 검토한 결과, 자연산화막 발생량은 기체중의 수분을 억제함으로써 0₂농도를 없애고 낮게 억제할 수가 있다고 하는 지식에 의하여 본 발명을 이룬 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 피처리체를 처리하는 처리용기와, 상기 피처리체를 재치하여 상기 처리용기의 아래쪽으로부터 승강이 가능하게 설치된 퍼처리체 재치대와, 이 피처리체 재치대를 대기시키는 대기공간과, 이 대기공간에 상기 피처리체에 형성되는 자연산화막을 억제하기 위한 자연산화막 억제기체를 공급하기 위한 자연산화막 억제기체 공급계를 가지는 처리장치에 있어서, 상기 자연산화막 억제기체로서 낮은 노점온도의 건조기체(공기)를 사용한 것이다.

본 발명은, 이상과 같이 구성하였기 때문에, 처리용기 하단에 설치된 대기공간 내에는 피처리체를 재치한 피처리체 재치대가 수용되어 있으며, 이 공간 내에는 자연산화막 억제기체 공급계로부터 낮은 노점온도를 가지는 건조기체가 도입되어 있다.

따라서 피처리체 표면에 형성되는 자연산화막을 적극적으로 억제할 수가 있다.

[실시예]

이하, 본 발명에 관한 처리장치의 종형 열처리 장치에 사용한 일실시예를 첨부도면에 따라 상술한다.

본 실시예에서는, 처리장치로서 종형 CVD 장치를 사용한 경우에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 처리장치로서의 종형 CVD 장치(2)는, 예를들면 스테인레스 스틸 등에 의하여 직사각형 형상으로 형성된 함체(4)를 가지고 있고, 이 함체(4) 내의 상부에는 석영 등에 의하여 원통형상으로 형성된 처리용기(6)가 설치되어 있다.

그리고, 이 처리용기(6)를 둘러싸고 히터(6A)나 단열재(6B)가 설치되며, 열처리로를 구성하고 있다.

이 처리용기(6)의 하단 측벽에는 이 용기 내로 프로세스 가스를 도입하기 위한 프로세스 가스 도입관(8)이 접속됨과 동시에 처리가 끝난 프로세스 가스를 처리용기(6)로부터 배출하기 위한 프로세스 가스 배출관(10)이 접속되어 있다. 이 프로세스 가스 배출관(10)의 도중에는 제 1 오토댐퍼(12)가 설치되어 있다.

또, 이 처리용기(6)의 하단에는, 피처리체의 처리용기(6)에의 로드/언로드시에 흘러 내리는 처리용기(6) 내의 고온 분위기를 배제하기 위한 스카벤져(14)가 설치되어 있다. 이 스카벤져(14)에는 이 안의 분위기를 노(爐) 밖으로 배출하는 배기관(16)이 분기관(16B)과 그것에 내장된 오토댐퍼(16A)를 통하여 연결되어 있다.

그리고, 이 처리용기(6)의 아래쪽에는, 피처리체(W)를 이 안에 수용하기 위한 피처리체 재치대, 예를들면 석영으로 구성되는 웨이퍼 보트(24)가 승강이 가능하게 설치되어 있다.

이 보트(24)에는, 수평방향으로 배치된 피처리체, 예를들면 여러 장의 반도체 웨이퍼(W)가 소정 핏치로 상하방향으로 쌓여져 있다.

한편, 이 함체(4)내의 하부는, 제 2 도에 나타낸 바와 같이, 파티션(18)에 의하여 2분할되어 있으며, 한 쪽의 공간은, 피처리체의 반입/반출 박스(20)로서 구성되어, 소정 장수, 예를들면 25 장의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼를 수용한 2 개의 캐리어(22)를 수용하는 캐리어 스테이션(22A)이 그 안에 배치되어 있다.

그리고, 캐리어(22)는 게이트 밸브(4a)로부터 스테이션(22A)으로 반입/반출한다.

다른 쪽의 공간은, 상기 웨이퍼 보트(24)를 대기시키는 대기공간(26)으로 구성되어 있으며, 이들 사이를 구획하는 파티션(18)에는, 양단이, 예를들면 게이트 밸브의 도어(28),(30)에 의하여 개폐가 가능하게 된 상자형상의 트랜스퍼 박스(32)가 설치되어 있다.

이 박스(32)에는 건조기체원 또는 퍼지가스원에 접속된 기체도입관(34)과 진공펌프 등에 접속된 기체 배출관(36)이 접속되어 있으며, 필요에 따라서 이 박스(32) 내를 퍼지하고 진공배기하도록 되어 있다.

이 박스(32) 내에는 반송 로보트(22B)에 의하여 캐리어(22)가 반입/반출된다.

또, 제 1 도에 나타낸 바와 같이, 대기공간(26) 내에 위치하는 웨이퍼 보트(24)는 승강수단(24A)에 의하여 승강 가능하게 되어 있고, 필요에 따라서 이보트(24)를 승강시킨다.

또, 이 대기공간(26)의 측부 및 저부에는 함체(4)의 측면으로부터 약간의 거리만큼 떨어뜨려서 구획벽(38A),(38B),(38C)가 형성되어 있고, 이들의 벽(38A),(38B),(38C)에 의하여 구획되는 공간부가 후술하는 자연산화막 억제기체를 순환시키는 순환통로(42)로서 구성되어 있다.

그리고, 측부를 구획하는 각 구획벽(38A),(38B)에는, 이 순환기체를 통과시키기 위한 여러 개의 통기구멍(44)이 형성됨과 동시에, 한 쪽의 구획벽(38B)에는 대기공간(26) 속에서 떠다니는 퍼티클를 흡착제거하기 위한 필터, 예를들면 ULPA 필터(46)가 장착되어 있다.

그리고, 이 순환통로(42)의 도중, 예를들면 저부통로(42A) 내에는, 내부 기체를 강제 순환시키기 위한 송풍팬(40) 및 순환기체 온도를 억제하기 위한 라디에이터(50)가 차례로 설치되어 있다.

이와같이 형성된 대기공간(26)에 자연산화막 억제기체를 공급하기 위한 본 발명의 특징인 자연산화막 억제기체 공급계(52)가 접속되어 있다.

구체적으로는, 이 자연산화막 억제기체 공급계(52)는, 함체(4)의 저벽을 관통시켜서 저부통로(42A) 내에 구비시켜서 설치한 기체 분사노즐(56)을 가지고 있다.

이 노즐(56)은 청정기체를 도입하는 블로어(58)에 연결된 기체공급관(60)에 접속되어 있다.

또, 이 기체분사노즐(56)로서는, 이것에 한정되는 것은 아니며 여러가지의 형태가 적용될 수 있다.

그리고, 이 기체 공급관(60)의 도중에는 유량제어 밸브(62)와, 이것에 흐르는 기체를 건조시키기 위하여, 예를들면 퓨리파이어와 같은 활성탄 등을 채운 건조기(64)를 설치하고 있다.

그리고 이것에 흐르는 기체의 노점온도를 -60℃이하, 바람직하게는 -70℃ 이하로 되도록 건조할 수 있도록 구성되어 있다.

이와같이 청정기체를 고도로 건조시킴으로써, 후술하는 바와 같은 기체중의 산소농도에 의존시키는 일이 없이 자연산화막의 발생을 크게 억제할 수가 있다.

이 건조기(64)는, 이 안을 흐르는 기체를 소정 노점까지 건조시키기 위하여 필요하다면 다단으로 설치하여도 좋다.

또, 제 2 도에 나타낸 바와 같이, 건조기체를 기체도입관(34)을 통하여 트랜스퍼 박스(32)에 공급하도록 하여 캐리어(22) 내의 웨이퍼(W)를 건조시켜도 좋다.

또, 이 건조기(64)로서는, 활성탄 방식에 의하여 물분자를 흡착하는 구조 뿐만 아니라, 노점온도를 저하시키는 것이라면 어떠한 건조방식을 사용하여도 좋다.

또, 부호 66은 순환하는 기체의 일부를 계(系) 외부로 배출하기 위한 배출관이다.

이어서, 이상과 같이 구성된 본 실시예의 처리장치의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 미리 세정공정에 의하여 표면의 자연산화막이 제거된 미처리된 웨이퍼(W)는, 예를들면 25장씩 캐리어(22) 내에 수용되어, 반입/반출박스(20) 내에 게이트 밸브(4a)를 통하여 반입되며, 캐리어 스테이션(22A) 상에 재치된다. 게이트 밸브(30)를 통하여 이 캐리어(22)는, 반송로보트(22B)에 의하여 트랜스퍼 박스(32) 내로 게이트 밸브(30)를 통하여 이송된다.

그리고, 게이트 밸브(30)를 닫은 후에, 이 박스(32) 내의 내부 분위기를 자연산화막 억제기체 공급계(52)로부터 기체 도입관(34)을 통하여 도입되는 건조공기에 의하여 치환한다.

이어서, 이 박스(32) 의 대기공간(26) 측의 게이트 밸브(28)를 열고, 반송아암(24B)에 의하여 웨이퍼(W)를 한 장씩 또는 수 장씩 웨이퍼 보트(24)로 옮긴다.

웨이퍼(W)를 다 옮겼으면, 보트(24)를 승간수단(24A)에 의하여 승강시켜서 웨이퍼 보트(24) 전체를 이 윗 쪽의 처리용기(6) 내에 수용함과 동시에, 보트 하부에서 처리용기(6)의 하단 개구부(6C)를 보트(24)의 덮개부(24C)로 막는다.

이와같은 상태에서 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하면서 처리용기(6) 내에 프로세스 가스를 도입하여 소정시간 열처리한다.

그리고, 열처리가 완료하였다면, 전술한 바와는 반대의 조작을 하여 웨이퍼 보트(24)를 하강하여 웨이퍼(W)를 처리용기(6)로부터 대기공간(26) 측으로 꺼내고, 또 트랜스퍼 박스(32)를 통하여 반입/반출박스(20) 측으로 옮겨 싣는다.

여기에서 본 발명의 열처리 장치에서는, 이와같은 일련의 공정 사이에, 대기공간(26) 내에는 자연산화막 억제기체 공급계(52)로부터 자연산화막 억제기체로서 고도로 건조된 건조공기가 공급되어 있고, 대기공간(26)에 위치하는 웨이퍼 표면의 자연산화막의 발생을 억제할 수가 있다.

즉, 블로어(58)로부터 도입되는 청정공기는 건조기(64)에 의하여 그 안의 수분이 제거되어, 고도로, 예를들면 노점온도가 -70℃ 정도로 될때까지 건조되어, 기체분사노즐(56)로부터 순환통로(42) 내로 도입된다.

이렇게 도입된 건조공기(A)는, 송풍팬(40)에 의하여 순환통로(42)를 통하여 대기공간(26) 내를 순환하며, 웨이퍼 보트(24)에 재치된 웨이퍼(W)의 표면과 접촉하고, 이 표면에 자연산화막이 발생하는 것을 억제한다.

또, 분위기중에 포함되는 퍼티클은 순환통로(42)의 출구, 즉 대기공간의 측부에 설치한 필터(46)에 의하여 포착되어 제거되며, 또 열처리 후의 웨이퍼(W)의 여열(余熱)에 의하여 가열된 분위기는 순환통로(42)의 도중에 설치한 라디에이터(50)에 의하여 소정온도를 유지하도록 냉각된다.

또, 기체분사노즐(56)을 순환통로(42) 내에 설치하였기 때문에, 이것에 의하여 분사되는 건조공기가 대기공간(26) 내를 순환하고, 웨이퍼(W)가 처리용기(6) 내에 수용되는 때는, 웨이퍼(W) 표면에 부착하는 대기성분이나 퍼티클을 그 표면으로부터 배제할 수가 있다.

또, 열처리가 종료하여 처리용기(6)로부터 웨이퍼(W)를 하강시켜서 꺼내는 때에는 웨이퍼(W)를 건조공기에 의하여 강제적으로 냉각할 수 있다.

이와같은 냉각효과나 퍼티클 배제효과를 향상시키기 위해서는, 건조기체의 공급량이나 송풍팬(40)의 회전수를 적절하게 조정하여 순환풍량을 가장 적당한 벽으로 하는 것이 바람직하다.

여기에서, 제 3 도에 따라 자연산화막 증가량의 0₂/H₂에 대한 의존성을 검토한 결과를 설명한다.

이 그래프(제 3 도)는, 처리온도 800℃ 에서 순수질소를 20SLM(20리터/분)의 유량으로 대기공간에 흘리고 있는 상태에서 0₂를 증가하여 간 때의 자연산화막 증가량(세정 후의 자연산화막과 열처리 후의 자연산화막과의 차이)을 측정한 것이다.

그리고 함유수분농도 93ppb(), 532ppb(), 2.6ppm(△), 및 11ppm() 은, 각각 대략 -90℃, -80℃, -70℃ 및 -60℃의 노점온도의 것을 나타내며, 청정 공기로서 사용되는 대기는 거의 +10℃의 노점온도를 나타낸다.

이 그래프(제 3 도)로부터 밝혀진 바와 같이 건조기체의 노점온도가 약 -60℃ 정도로 산화막의 증가량이 3.8Å를 나타내며, 그 이하의 노점온도에서는, 산소농도가 상승하여도 거의 자연산화막의 증가량 영향을 부여하는 일이 없고, 이 자연산화막 발생을 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

특히, 노점온도를 -70℃이하로 설정하면 자연산화막 발생조건을 3Å이하로 억제할 수 있으며, 양호한 결과를 얻을 수가 있다.

이와같이, 기체를 건조시켜서 노점온도를 낮게 억제하면 그 기체속의 산소농도에 관계없이 자연산화막 발생량을 억제할 수가 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 자연산화막 억제기체(A)로서, 건조공기를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 노점온도를 상술한 바와 같이 낮게 설정할 수 있는 것이라면, 효과를 더 한충 발휘하기 위하여 어느 정도의 불활성 가스, 예를들면 질소 등을 그 안에 혼입시켜도 좋은 것은 물론이다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 처리장치로서 종형 열처리 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 자연산화막 발생을 억제하는 것이라면 어떠한 처리장치에도 적용할 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 처리장치에 의하면 다음과 같은 우수한 작용효과를 발휘할 수가 있다.

노점온도를 낮게 한 자연산화막 억제기체를 사용함으로써, 자연산화막의 발생량을 크게 억제할 수 있다. 특히 이 억제기체로서 노점온도가 낮은 건조공기를 사용함으로써, 종래 질소가스 등의 고가의 불활성 가스를 사용하여 온 때의 산화막 억제효과와 같은 억제효과를 발휘할 수 있으며, 열처리 런닝 코스트의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있다.

Claims

피처리체를 처리하는 처리용기(6)와, 상기 피처리체(W)를 재치하고 상기 처리용기(6) 내에 그 아래쪽으로부터 승강이 자유롭게 설치된 피처리체 재치대와, 이 피처리체 재치대를 대기시키기 위하여 항상 대기압 또는 가압 분위기로 유지되며 상기 처리용기 아래쪽에 형성된 대기공간(26)과, 이 대기공간(26)에 피처리체(W)에 형성되는 자연산화막을 억제하기 위하여 0₂를 포함하는 공기를 공급하고 그 0₂를 포함하는 공기의 노점을 낮추기 위한 자연산화막 억제기체 공급장치(52)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 자연산화막 억제기체 공급장치(52)가, 청정공기를 도입하는 블로어(58)와, 이 청정공기를 건조시키는 건조기(64)와, 유량제어밸브와, 기체분사노즐(56)로 구성되며, 이들이 기체공급관(60)에 의하여 서로 연결되어 있는 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 자연산화막 억제기체가 -60℃이하, 바람직하게는 -70℃이하의 노점온도를 가지는 건조공기인 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 자연산화막 억제기체 공급장치(52)가 건조공기를 분사하는 분사노즐(56)을 가지는 처리장치.