KR20130007428A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20130007428A
KR20130007428A KR1020120063197A KR20120063197A KR20130007428A KR 20130007428 A KR20130007428 A KR 20130007428A KR 1020120063197 A KR1020120063197 A KR 1020120063197A KR 20120063197 A KR20120063197 A KR 20120063197A KR 20130007428 A KR20130007428 A KR 20130007428A
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이사오 시라타니
사토시 아사리
츠요시 무라카미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 온도 측정부가 삽입되고, 반응관의 내면을 따라서 연장되는 보호관이 반응관의 내면에 붙는 것을 피한다.
(해결 수단) 복수의 기판이 간격을 두고 겹치도록 당해 복수의 기판을 보유지지하는 기판 보유지지구와, 기판 보유지지구를 수용하는 반응관과, 반응관에 수용되는 기판 보유지지구에 보유지지되는 복수의 기판에 대하여, 복수의 기판 상에 성막되는 박막의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급관과, 반응관을 지지하는 지지부와, 반응관의 외측에 배치되어, 복수의 기판을 가열하는 가열부와, 지지부에 일단부(一端部)에서 고정되고, 기판 보유지지구와 반응관과의 사이에 있어서 복수의 기판의 배열 방향을 따라서 연장되며, 내부에 온도 측정부가 삽입되는 보호관과, 보호관의 외면과 반응관의 내면과의 적어도 한쪽에 설치되고, 보호관의 외면과 반응관의 내면과의 사이에 공극을 형성하는 돌기부를 구비하는 성막 장치에 의해 상기의 과제가 해결된다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 기판 상에 박막을 성막하는 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조 프로세스에는, 반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, 웨이퍼)에 여러 가지의 박막을 성막하는 여러 가지의 성막 공정이 있다. 성막 공정에 있어서는, 소위 배치형(batch type)의 성막 장치가 사용되는 경우가 있다. 이 성막 장치는, 복수의 웨이퍼를 간격을 두고 보유지지(holding)하는 웨이퍼 보트와, 웨이퍼 보트가 수용되는 반응관과, 반응관을 지지하는 지지부와, 반응관 내의 웨이퍼 보트를 따라서 연장되어, 웨이퍼 상에 박막을 형성하기 위한 원료 가스를 웨이퍼에 공급하는 원료 가스 공급관과, 반응관의 외측에 배치되어, 웨이퍼 보트에 보유지지되는 웨이퍼를 가열하는 히터를 구비하고 있다.
또한, 상기의 성막 장치에 있어서는, 웨이퍼의 온도를 측정하기 위해, 웨이퍼 보트를 따라서 온도 측정부가 설치되어 있다. 온도 측정부를 원료 가스로부터 보호하기 위해, 온도 측정부는, 웨이퍼 보트를 따라 연장되는 보호관의 내부에 삽입되어 있는 경우가 많다(예를 들면 특허문헌 1).
일본공개특허공보 2002-270593호
상기의 성막 장치에 있어서, 웨이퍼 상에 박막을 성막하는 경우는, 예를 들면, 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하여, 웨이퍼 보트를 반응관 내에 수용하고, 웨이퍼 보트에 보유지지되는 웨이퍼를 히터에 의해 가열하여, 웨이퍼 온도가 소정의 성막 온도가 된 후에, 원료 가스가 공급된다. 그러면, 웨이퍼의 열에 의해 원료 가스가 분해되어, 분해 생성물에 의해, 웨이퍼 상에 박막이 성막된다.
이때, 분해 생성물은 웨이퍼에 뿐만 아니라, 웨이퍼 보트, 반응관 및, 보호관에도 퇴적된다. 이 때문에, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 접촉하고 있으면, 분해 생성물에 의해 보호관의 외면이 반응관의 내면에 붙어 버리는 경우가 있다. 이 경우, 성막 장치의 메인터넌스시에, 반응관의 내면으로부터 보호관을 분리하는 것은 용이하지 않아, 무리하게 분리하려고 하면, 보호관이 파손되어 버리는 경우도 있다. 이 때문에, 신중한 작업이 필요하게 되어, 메인터넌스에 필요로 하는 시간도 길어져 버린다.
또한, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 붙어 버린 경우에는, 성막 종료 후에 웨이퍼의 온도를 내릴 때에, 보호관에 응력이 작용하여, 이 응력에 의해 보호관이 파손될 우려도 있다.　
본 발명은, 상기의 사정에 비추어 이루어져, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 붙는 것을 피하는 것이 가능한 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 복수의 기판이 간격을 두고 겹치도록 당해 복수의 기판을 보유지지하는 기판 보유지지구와, 상기 기판 보유지지구를 수용하는 반응관과, 상기 반응관에 수용되는 상기 기판 보유지지구에 보유지지되는 상기 복수의 기판에 대하여, 상기 복수의 기판 상에 성막되는 박막의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급관과, 상기 반응관을 지지하는 지지부와, 상기 반응관의 외측에 배치되어, 상기 복수의 기판을 가열하는 가열부와, 상기 지지부에 일단부(一端部)에서 고정되고, 상기 기판 보유지지구와 상기 반응관과의 사이에 있어서 상기 복수의 기판의 배열 방향을 따라 연장되며, 내부에 온도 측정부가 삽입되는 보호관과, 상기 보호관의 외면과 상기 반응관의 내면의 적어도 한쪽에 설치되고, 상기 보호관의 외면과 상기 반응관의 내면과의 사이에 공극을 형성하는 돌기부를 구비하는 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 보호관이 반응관의 내면에 붙는 것을 피하는 것이 가능한 성막 장치가 제공된다. 상기의 구성에 의하면, 보호관은, 반응관을 지지하는 지지부에 일단부에서 고정되어 있기 때문에, 가열부로부터의 열에 의해 지지부가 열변형되면, 보호관의 외면이 반응관의 내면을 향하여 기우는 경우가 있다. 그러나, 이 경우라도, 돌기부에 의해, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 접촉하는 것이 방해된다. 따라서, 원료 가스 공급관으로부터 공급되는 원료 가스에 의해, 보호관의 외면과 반응관의 내면에 막이 성막되었다고 해도, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 붙는 것이 방해된다. 따라서, 메인터넌스시에, 보호관을 반응관의 내면으로부터 분리하는 작업은 불필요해진다. 또한, 보호관의 외면이 반응관의 내면에 붙지 않으면, 보호관에 큰 응력은 작용하지 않기 때문에, 보호관의 파손을 피하는 일도 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 보호관과 반응관과의 위치 관계를 나타내는 개략 상면도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치에 있어서 보호관에 작용하는 응력의 원인을 설명하는 설명도이다.
도 4는 도 1의 성막 장치에 있어서 보호관에 작용하는 응력의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 성막 장치의 보호관의 선단부에 설치되는 돌기부에 의한 효과를 설명하는 설명도이다.
도 6은 도 1의 성막 장치의 변형예에 있어서의, 보호관과 반응관과의 위치 관계를 나타내는 개략 상면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 또는 부품 간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서, 구체적인 치수는, 이하의 한정적이 아닌 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치(10)를 나타내는 개략 단면도이다. 도시하는 바와 같이, 성막 장치(10)는, 복수의 웨이퍼(W)가 상하 방향으로 간격을 두고 겹치도록 복수의 웨이퍼(W)를 보유지지하는 웨이퍼 보트(21)와, 웨이퍼 보트(21)가 수용되는 반응관(22)과, 반응관(22)이 수용되는 외관(23)과, 반응관(22) 및 외관(23)을 지지하는 매니폴드(24)를 갖고 있다. 또한, 성막 장치(10)에는, 웨이퍼 보트(21)에 보유지지되는 웨이퍼(W)에 대하여 원료 가스를 공급하는 원료 가스 노즐(25)과, 예를 들면 열전대나 측온 저항체 등의 온도 측정부가 삽입되어, 이 온도 측정부를 원료 가스 등으로부터 보호하는 보호관(26)이 설치되어 있다. 원료 가스 노즐(25) 및 보호관(26)은, 웨이퍼 보트(21)와 반응관(22)과의 사이의 공간에 있어서 웨이퍼 보트(21)을 따라서 연장되어, 웨이퍼 보트(21)를 중심으로 서로 대조로 배치되어 있다.　
또한, 성막 장치(10)에는, 외관(23)의 외주를 둘러싸도록 배치되고, 웨이퍼 보트(21)에 보유지지되는 웨이퍼(W)를 가열하는 히터(27)가 설치되어 있다. 히터(27)는, 상하 방향으로 배치되는 복수의 분할 히터를 가질 수 있으며, 각 분할 히터에 대하여 전원 장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 또한, 외관(23)의 상방으로부터 웨이퍼(W)를 가열하는 추가의 히터(도시하지 않음)를 외관(23)의 상방에 설치해도 좋다.
웨이퍼 보트(21)는, 예를 들면 석영 유리로 제작되며, 상덮개부(21a)와, 하덮개부(21b)와, 하덮개부(21b)에 대하여 상덮개부(21a)를 지지하는, 예를 들면 3개(도 1 중에는 2개만을 도시)의 지주(21c)를 갖고 있다. 지주(21c)에는 복수의 슬릿이 형성되어 있다. 복수의 슬릿의 각각은, 각 지주(21c)의 대응하는 슬릿이 동일한 높이에 위치하도록 형성되어 있어, 이들 슬릿에 의해 웨이퍼(W)가 지지된다. 슬릿의 수 및 간격은, 웨이퍼(W)의 사이즈나, 1회의 성막 프로세스로 처리해야 하는 웨이퍼(W)의 매수나 반응관(22) 등의 사이즈에 따라서 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼 보트(21)는, 그의 하부에 있어서 페데스탈(pedestal; 28)에 지지되어 있고, 페데스탈(28)은, 승강 플레이트(29) 상에 고정되어 있다. 승강 플레이트(29)는, 도시하지 않는 승강 기구에 의해 상하이동 가능하다. 성막시에 있어서는, 승강 플레이트(29)가 승강 기구에 의해 상승하고, 매니폴드(24)의 하면에 대하여, 예를 들면 O-링이나 메탈 시일 등의 시일 부재를 개재하여 접한다. 이에 따라, 외관(23), 매니폴드(24) 및, 승강 플레이트(29)에 의해 획성되는 공간(이하, 내부 공간이라고 함)과, 그 외측의 공간이 격리된다. 또한, 웨이퍼 보트(21)를 반응관(22)으로부터 언로드할 때는, 승강 기구에 의해, 승강 플레이트(29), 나아가서는 웨이퍼 보트(21)가 하강된다.
반응관(22)은, 덮개가 있는 원통 형상의 형상을 갖고, 예를 들면 석영 유리로 제작되며, 그의 하단부에 있어서 매니폴드(24)의 내주에 설치된 플랜지부에 지지되어 있다. 반응관(22)의 외측을 둘러싸는 외관(23)은, 덮개가 있는 원통 형상의 형상을 갖고, 예를 들면 석영 유리로 제작되어 있다. 또한, 외관(23)은, 매니폴드(24)의 상면에 대하여, 예를 들면 O-링이나 메탈 시일 등의 시일 부재를 개재하여 기밀하게 부착되어 있다.
또한, 반응관(22)에는 도시하지 않는 1개의 또는 2 이상의 개구가 설치되며, 이 개구에 의해, 반응관(22)의 내측의 공간과 외측의 공간(외관(23)의 내측의 공간)이 연통(communication)된다. 또한, 매니폴드(24)에는, 배기관(도시하지 않음)이 접속되고, 배기관은, 진공 펌프를 포함하는 배기 장치에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 후술 하는 원료 가스 노즐(25)로부터 웨이퍼(W)에 대하여 공급되는 원료 가스가, 반응관(22)의 개구와 외관(23)의 배기관을 통하여 배기된다. 또한, 배기관에는 압력 제어기(도시하지 않음)가 설치되어, 이에 따라, 반응관(22) 내의 압력이 조정된다.
매니폴드(24)는, 그의 상부 플랜지에 있어서, 도시하지 않는 복수의 볼트 및 너트에 의해 베이스부(30)에 부착되어 있다. 이에 따라, 매니폴드(24)는, 반응관(22) 및 외관(23)을 베이스부(30)에 대하여 지지하게 된다.
원료 가스 노즐(25)는, 예를 들면 석영 유리로 제작되어 있고, 매니폴드(24)에 형성된 노즐 도입부(24a)를 통하여, 내부 공간에 이르며, 상방으로 굴곡하여 웨이퍼 보트(21)를 따라서 연장되어 있다. 노즐 도입부(24a)의 단부에는, 예를 들면 O-링 등의 시일 부재(24b)와, 시일 부재를 원료 가스 노즐(25)에 밀어붙여 기밀성을 유지하는 커넥터(24c)가 설치되어 있다. 또한, 원료 가스 노즐(25)의 매니폴드(24)의 외측의 단부는, 도시하지 않는 원료 공급 시스템에 접속되어 있고, 원료 공급 시스템으로부터 원료 가스 노즐(25)에 대하여 원료 가스가 공급된다. 또한, 원료 가스 노즐(25)에는, 웨이퍼 보트(21)에 보유지지되는 웨이퍼(W)를 향하여 개구하는 복수의 개구(25a)가 형성되어 있고, 개구(25a)를 통하여 원료 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스가 웨이퍼(W)에 대하여 공급된다.
또한, 원료 공급 시스템은, 웨이퍼(W)에 성막하는 박막에 따른 원료 가스가 충전되는 가스 실린더(도시하지 않음)를 갖고, 가스 실린더와 원료 가스 노즐(25)을 접속하는 배관에는 압력 제어기(예를 들면 레귤레이터)나 유량 조정기(예를 들면 매스 플로우 컨트롤러)가 설치되어 있어(함께 도시하지 않음), 이들에 의해, 원료 가스는 유량 제어되어 원료 가스 노즐(25)로 공급된다.
보호관(26)은, 예를 들면 석영 유리로 제작되어 있고, 매니폴드(24)에 형성된 보호관 도입부(24d)를 통하여 내부 공간에 이르며, 상방으로 굴곡하여 웨이퍼 보트(21)를 따라서 연장되어 있다. 보호관 도입부(24d)에도 시일 부재(24b)와 커넥터(24c)가 설치되고, 이에 따라 기밀성이 유지된다. 보호관(26)의 내부에는, 예를 들면 복수개(도 1에는 1개만을 도시)의 열전대(26b)가 삽입되어 있다. 각 열전대(26b)의 측온단(測溫端)은, 높이 방향에 있어서의 상이한 위치에 배치되어 있어, 이에 따라 웨이퍼 보트(21)의 길이 방향의 온도 분포를 구할 수 있다. 열전대(26b)는, 도시하지 않는 온조기에 접속되어 있다. 열전대(26b)의 측온 결과에 기초하여 전술한 분할 히터의 각 전원 장치가 제어되고, 이에 따라 웨이퍼 보트(21)에 보유지지되는 복수의 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있다.
도 2는, 성막 장치(10)의 개략 일부 상면도이며, 웨이퍼 보트(21), 반응관(22) 및, 보호관(26)의 위치 관계를 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 반응관(22)에는, 웨이퍼 보트(21)에 대하여 패인 홈부(22a)가 형성되어 있다. 홈부(22a)는, 본 실시 형태에 있어서는 반응관(22)의 하단에서 상단에까지 연장되어 있다. 홈부(22a)에 의해 반응관(22)의 내면이 외측으로 패이기 때문에, 보호관(26)을 배치하는 스페이스를 넓힐 수 있다. 즉, 반응관(22)에 홈부(22a)를 형성하는 것은, 반응관(22)과 웨이퍼 보트(21)와의 사이의 공간이 좁은 경우에 유효하다. 또한, 홈부(22a)를 설치함으로써 반응관(22)과 웨이퍼 보트(21)와의 사이의 공간을 좁게 하면, 원료 가스 노즐(25)로부터 공급되는 원료 가스가 웨이퍼(W)의 사이의 공간에 인입되기 쉬워져, 성막 효율이 향상된다.
또한, 보호관(26)의 상단 부근(도 1 참조)에는, 2개의 돌기부(26a)가 설치되어 있다. 이들 돌기부(26a)는, 본 실시 형태에 있어서는, 보호관(26)의 중심에 대하여 약 120°의 각도 간격으로 배치되어 있다. 돌기부(26a)의 형상은, 도시하는 바와 같은 반구 형상으로 한정하지 않고, 기둥 형상(원기둥 형상, 뿔기둥 형상)이라도 좋고, 핀 형상이라도 좋다. 또한, 돌기부(26a)와 반응관(22)의 내면과의 접촉 면적을 작게 하는 관점에서, 돌기부(26a)가 기둥 형상의 형상을 갖는 경우, 선단부가 둥글게 되어 있으면 바람직하다. 또한, 돌기부(26a)의 크기는, 홈부(22a)의 깊이나 폭, 보호관(26)의 외경 및, 반응관(22)과 웨이퍼 보트(21)와의 사이의 간격 등에 기초하여 결정해도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는, 돌기부(26a)의 높이(보호관(26)의 외면으로부터의 돌기량)는 약 4mm이다.　
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 2개의 돌기부(26a)의 선단부가 홈부(22a)의 내면에 접하여 있고, 게다가 2개의 돌기부(26a)의 각도 간격이 약 120°인 점에서, 보호관(26)의, 반응관(22)의 내면을 따르는 방향의 위치 어긋남을 효과적으로 억제할 수 있다.
성막 장치(10)를 이용하여 웨이퍼(W)에 박막을 성장시키는 경우에는, 우선, 성막 장치(10)에 병설되는 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)에 의해, 반응관(22)으로부터 언로드된 웨이퍼 보트(21)에 대하여 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼(W)가 탑재된다. 다음으로, 웨이퍼 보트(21)가 반응관(22)의 내부로 로드되어, 내부 공간(외관(23), 매니폴드(24) 및, 승강 플레이트(29)에 의해 획성되는 공간)이 소정의 압력으로 배기됨과 함께, 도시하지 않는 퍼지 가스 공급 노즐로부터, 예를 들면 불활성 가스가 공급되어, 내부 공간이 퍼지된다. 히터(27)에 의해, 웨이퍼(W)를 소정의 성막 온도(예를 들면, 500℃에서 600℃)로 가열한 후, 원료 가스 노즐(25)로부터, 예를 들면 디실란(Si2H6)을 공급하면, 웨이퍼(W)의 열에 의해 디실란이 열분해됨으로써 웨이퍼(W) 상에 어모퍼스 실리콘 박막이 성막된다. 소정의 막두께를 갖는 어모퍼스 실리콘 박막이 성막된 후, 디실란의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)의 가열을 정지하며, 내부 공간을 불활성 가스로 퍼지한 후에, 웨이퍼 보트(21)가 반응관(22)으로부터 언로드된다. 이후, 반송 기구에 의해, 웨이퍼 보트(21)로부터, 예를 들면 웨이퍼 캐리어로 웨이퍼(W)를 취출함으로써, 성막 프로세스가 종료된다.
전술한 성막 프로세스에 있어서는, 성막 중에 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 접촉하면, 보호관(26)의 외면이나 반응관(22)의 내면에도 박막이 성막되기 때문에, 박막에 의해 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 붙어 버리는 경우가 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 온도를 내릴 때에, 보호관(26)에 비교적 큰 응력이 작용하는 것이, 본 발명자들의 검토에 의해 판명되었다. 여기에서, 본 발명자들이 조사한 응력의 원인에 대해서 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 3(a)는, 성막 장치(10)의 설치 후나 메인터넌스 후 등, 외관(23), 반응관(22) 및, 웨이퍼 보트(21)가 실온일 때의 매니폴드(24), 보호관 도입부(24d) 및,보호관(26)을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 보호관 도입부(24d)는 매니폴드(24)로부터 거의 수평으로 연장되어 있고, 따라서 보호관(26)은 매니폴드(24)에 대하여 수평으로 삽입된다. 그리고, 보호관(26)은, 내부 공간에 있어서 상방으로 절곡되어 있다.
한편, 도 3(b)는, 예를 들면 성막 중 등, 외관(23), 반응관(22) 및, 웨이퍼 보트(21)가 가열되었을 때의 매니폴드(24), 보호관 도입부(24d) 및, 보호관(26)을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 매니폴드(24)가 열로 변형됨으로써, 보호관 도입부(24d)는 하향으로 각도 θ로 기운다. 실측의 결과, 본 실시 형태에 의한 성막 장치(10)에 있어서는, 웨이퍼(W)의 온도를 400℃까지 가열했을 때, 매니폴드(24)의 온도는 약 195℃가 되며, 보호관 도입부(24d)의 기울기 각도 θ가 약 0.35°가 되어 있는 것을 알고 있다. 보호관 도입부(24d)가 기울면, 보호관(26)도 또한 기울어, 그 결과, 보호관(26)은, 웨이퍼 보트(21)와 반응관(22)과의 사이의 공간에 있어서, 반응관(22)의 내면을 향하여 기울게 된다.
여기에서, 보호관(26)에 돌기부(26a)가 설치되어 있지 않다고 가정하면, 반응관(22)측으로 기운 보호관(26)은, 홈부(22a)의 내면(이하, 편의상, 반응관(22)의 내면이라고 기재함)을 따라서 휘어, 넓은 범위에서 보호관(26)의 외면과 반응관(22)의 내면이 접촉하게 된다. 그러면, 성막 중에는, 반응관(22)이나 보호관(26)에 퇴적되는 막에 의해, 보호관(26)의 외면은 반응관(22)의 내면에 대하여 비교적 강고하게 붙는 경우가 있다. 여기에서, 성막 종료 후에 히터(27)에 의한 웨이퍼(W)의 가열을 중지하면, 매니폴드(24)의 온도도 저하되어 간다. 이에 수반하여, 보호관 도입부(24d)가 수평 방향(도 3(a))으로 되돌아간다. 그러면, 외면이 반응관(22)의 내면에 붙어 있는 보호관(26)에 휨 응력이 작용하게 된다.
다음으로, 보호관 도입부(24d)의 기울기 각도 θ일 때에, 보호관(26)에 어느 정도의 휨 응력이 작용하는지를 측정한 결과에 대해서 설명한다. 이 측정에 있어서는, 매니폴드(24)를 가열함으로써 보호관 도입부(24d)를 기울이는 대신에, 매니폴드(24)를 기울임으로써 보호관 도입부(24d)를 기울여, 보호관(26)에 작용하는 하중을 푸시풀(push-pull) 게이지에 의해 측정했다. 얻어진 하중과, 보호관(26)의 휨량 및 형상으로부터 보호관(26)에 작용하는 휨 응력을 구했다. 또한, 보호관(26)의 직립부(웨이퍼 보트(21)와 반응관(22)과의 사이의 공간에 있어서의 부분)의 길이는 약 1350mm이며, 보호관(26)의 수평부(보호관 도입부(24d)에 의해 지지되는 부분)로부터의 높이가 150mm, 300mm, 450mm 및, 1330mm의 위치에서의 휨 응력을 구했다.
휨 응력의 측정 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 보호관 도입부(24d)의 기울기 각도 θ가 커짐에 따라, 보호관(26)에 작용하는 휨 응력은 직선 형상으로 커진다. 또한, 휨 응력의 크기는, 보호관(26)의 직립부의 하방만큼 큰 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 보호관(26)의 직립부의 하단으로부터 150mm의 위치에 있어서 보호관(26)에 작용하는 휨 응력은, 하단으로부터 1330mm의 위치에 있어서 보호관(26)에 작용하는 휨 응력의 약 6배나 크다.
이상의 결과로부터, 보호관(26)의 외면이, 성막 중에, 예를 들면 중앙부 부근에서 반응관(22)의 내면에 붙어 버린 경우에는, 강온(降溫)시에 매니폴드(24)가 원래의 형상으로 되돌아옴으로써 보호관(26)이 반응관(22)으로부터 멀어지는 방향으로 비교적 큰 휨 응력이 작용하게 된다. 그러면, 붙은 부분보다도 아래의 위치에 있어서 보호관이 파손되어 버릴 우려가 있다.
그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 보호관(26)의 상단(선단)부에 돌기부(26a)가 설치되어 있기 때문에, 승온시에, 매니폴드(24)의 열변형에 의해 보호관(26)이 반응관의 내면을 향하는 방향으로 기울었다고 해도, 반응관(22)의 내면에는 돌기부(26a)가 접촉하는 것에 지나지 않아, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 접하는 일이 없다. 이 때문에, 보호관(26)의 외면이나 반응관(22)의 내면에 막이 성막된 경우라도, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 붙어 버리는 것을 피할 수 있다.
또한, 성막에 의해 돌기부(26a)가 반응관(22)의 내면에 붙어 버린 경우에는, 보호관(26)은, 그의 선단부에 있어서 돌기부(26a)를 개재하여 반응관(22)의 내면에 고정되게 되지만, 도 4에 나타내는 바와 같이 보호관(26)의 선단부에 작용하는 응력은 비교적 작기 때문에, 보호관(26)의 파손을 회피할 수 있다. 또한, 반응관(22)의 내면에 돌기부(26a)가 붙었다고 해도, 보호관(26)의 외면이 붙는 경우와는 상이하게, 접촉 면적이 저감되기 때문에, 강온시에는, 반응관(22)의 내면으로부터 이탈하기 쉽다. 그러면, 보호관(26)의 선단부는 자유단이 되기 때문에, 보호관(26)에 휨 응력은 작용하지 않게 된다.
여기에서, 매니폴드(24)의 보호관 도입부(24d)가 기울어짐으로써, 보호관(26)이 어떻게 휘는지에 대해서 행한 시뮬레이션에 대해서 설명한다. 도 5(a)에, 이 시뮬레이션에 이용한 모델을 나타낸다. 보호관(26)의 직립부의 길이는 1350mm이며, 보호관(26)의 굵기는 약 12mm이다. 또한, 보호관(26)과 반응관(22)과의 사이의 간격은, 보호관(26)의 하단부에 있어서 약 8mm로 하고, 보호관(26)의 선단부에 있어서 약 4mm로 했다. 즉, 보호관(26)의 직립부는, 반응관(22)의 내면을 향하여 약간 기울어 있다. 또한, 돌기부(26a)가 설치되어 있는 경우는, 돌기부(26a)의 위치는, 보호관(26)의 선단으로부터 20mm의 위치로 했다. 또한, 돌기부(26a)의 높이(보호관(26)의 외면으로부터의 돌출량)는 약 4mm로 했다. 즉, 돌기부(26a)는 반응관(22)의 내면에 접촉하고 있는 것으로 했다(바꾸어 말하면, 돌기부(26a)에 의해, 보호관(26)의 선단부는, 반응관(22)의 내면으로부터 약 4mm 떨어져 있다).
또한, 이 시뮬레이션에 있어서는, 매니폴드(24)의 보호관 도입부(24d)의 기울기 각도 θ를 약 1.0°로 했다. 이 기울기 각도의 경우에, 반응관(22)이 없다고 가정하면 보호관(26)이 어느 정도 경사질지를 도 5(a) 중에 점선으로 개략적으로 나타낸다.
도 5(b)에, 보호관(26)이 어떻게 휘는지를 계산한 결과를 나타낸다. 참조 부호(W)로 나타내는 바와 같이, 돌기부(26a)에 의해 보호관(26)의 선단부의 위치는 고정되어 있고, 보호관(26)의 선단부와 하단부와의 사이에서는, 반응관(22)의 내면을 향하여 부풀어 오르도록 휘어져 있다. 그러나, 반응관(22)의 내면에 가장 가까운 위치(높이가 약 1050mm의 위치)에 있어서도, 보호관(26)의 외면과 반응관(22)의 내면과의 사이에는 약 2.5mm의 간격이 있다. 즉, 보호관(26)의 선단부에, 약 4mm의 높이를 갖는 돌기부(26a)를 설치함으로써, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 접하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 비교를 위해, 돌기부(26a)가 설치되어 있지 않은 보호관(26)을, 그 선단부가 반응관(22)의 내면에 접하도록 배치한 경우에 있어서, 매니폴드(24)의 보호관 보유지지부(24d)가 약 1.0°기울어졌을 때에 대해서도 검토를 행했다. 그 결과, 도 5(b)에 참조 부호(WO)로 나타내는 바와 같이, 계산상, 반응관(22)의 내면의 위치를 초과하여 보호관(26)이 휘는 것을 알 수 있었다. 그러면, 돌기부(26a)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 보호관(26)의 외면은, 약 750mm의 높이에서 상단까지의 범위에 걸쳐 반응관(22)의 내면에 접촉할 수 있다고 생각할 수 있다. 이와 같이 접하는 경우에는, 성막 중에, 보호관(26)의 외면은 넓은 범위에서 반응관(22)의 내면에 붙어 버릴 가능성이 있다. 게다가, 약 750mm의 높이에서 상단까지의 범위에서 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 붙어 버린 경우에는, 보호관(26)의 외면은, 반응관(22)의 내면에 비교적 강고하게 붙는 한편, 그의 하방에서 보호관(26)에 작용하는 휨 응력은 비교적 크기 때문에(도 4 참조), 보호관(26)이 파손될 가능성이 높아진다.
이상의 검토로부터, 보호관(26)에 돌기부(26a)를 설치하는 효과가 이해된다.
이상, 실시 형태를 참조하면서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은, 전술한 실시 형태로 한정되는 일 없이, 첨부의 특허 청구의 범위의 기재에 비추어, 여러 가지로 변형 또는 변경할 수 있다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에 있어서는, 반응관(22)에는, 보호관(26)을 따라서 외측으로 패인 홈부(22a)가 형성되어 있지만, 홈부(22a)는 반드시 필요하지는 않고, 예를 들면 도 2에 대응하는 상면도인 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 홈부가 없는 반응관(22)에 대하여, 돌기부(26a)가 설치된 보호관(26)을 배치해도 좋다.
또한, 돌기부(26a)를 1개만 보호관(26)에 설치해도 좋다. 단, 전술한 바와 같이, 홈부(22a)와의 관계에서, 반응관(22)의 내면을 따른 방향에 있어서의 보호관(26)의 위치 어긋남을 억제하는 관점에서, 2개의 돌기부(26a)를 설치하면 바람직하다. 또한, 2개의 돌기부(26a)의 각도 간격은, 약 120°로 한정되는 일 없이, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)(홈부(22a))의 내면에 접촉하지 않도록 할 수 있는 한에 있어서, 적절히 결정해도 좋다.
또한, 돌기부(26a)는, 보호관(26)이 아니라, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 반응관(22)의 홈부(22a)에 설치해도 좋고, 홈부(22a)가 없는 반응관(22)의 내면에 설치해도 좋다. 이들의 경우, 1개의 돌기부(26a)를 설치해도 좋고, 복수개(바람직하게는 2개)의 돌기부(26a)를 설치해도 좋다. 또한, 보호관(26)의 외면과 반응관(22)의 내면과의 쌍방으로 설치해도 좋다.
또한, 상기의 실시 형태에 있어서는, 보호관(26)은, 그의 선단부에 설치한 돌기부(26a)가 반응관(22)의 홈부(22a)의 내면에 접하도록 배치되지만, 실온시에 있어서 돌기부(26a)가 홈부(22a)의 내면에 접하지 않도록 보호관(26)을 배치해도 좋다. 이와 같이 배치하는 것은, 승온시에 있어서, 보호관(26)의 외면이 홈부(22a)의 내면에 의해 확실히 접하지 않도록 할 수 있는 점에서 유리하다.　
단, 돌기부(26a)와 홈부(22a)의 내면이 이간되어 있으면, 경우에 따라서는 보호관(26)이 진동하여, 돌기부(26a)가 홈부(22a)의 내면에 충돌하여, 파티클이 발생할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서는, 돌기부(26a)를 홈부(22a)의 내면에 접해 두는 것이 바람직하다.　
또한, 보호관 도입부(24d)의 상하 방향의 위치에 따라서는, 보호관(26)이 반응관(22)의 내면으로부터 멀어지는 경우가 있다. 이 경우, 매니폴드(24)의 열변형에 의해 보호관(26)이 반응관(22)의 내면을 향하여 기울면, 보호관(26) 내의 열전대(26b)와 웨이퍼 보트(21)와의 거리가 변화한다. 이 거리가 변화하면, 웨이퍼 보트(21)에 보유지지되는 웨이퍼(W)의 온도가 외견상 변화하게 되어, 웨이퍼 온도의 재현성이 악화될 우려가 있다. 그러나, 보호관(26)의 돌기부(26a)가 반응관(22)(또는 홈부(22a))에 미리 접하도록 보호관(26)을 배치해 두면, 보호관(26)과 웨이퍼 보트(21)와의 간격의 변화를 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 돌기부(26a)의 반응관(22)(또는 홈부(22a))으로의 이접(離接)은, 상황에 따라서 결정해도 좋다.
또한, 돌기부(26a)의 위치는, 보호관(26)의 선단부로 한정되지 않고 중간부라도 좋다(반응관(22)의 내면의 중간부라도 좋다). 이는, 중간부에 설치된 돌기부(26a)에 의해서도, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 직접적으로 접하는 것을 피할 수 있기 때문이다. 이 때문에, 보호관(26)의 외면이 반응관(22)의 내면에 붙어 버리는 것을 막을 수 있다. 또한, 중간부에 설치된 돌기부(26a)가, 반응관(22)의 내면에 붙었다고 해도, 돌기부(26a)와 반응관(22)의 내면과의 접촉 면적이 작기 때문에, 돌기부(26a)는 반응관(22)의 내면으로부터 이탈하기 쉽다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 보호관(26)에 있어서의 하단으로부터 약 700mm에서 약 800mm까지의 위치에 돌기부(26a)를 설치한 경우라도, 보호관(26)의 외면이 돌기부(26a)를 개재하여 반응관(22)의 내면에 강고하게 붙는 일은 없다.
또한, 상기의 실시 형태에 있어서는, 외관(23)의 내측에 반응관(22)을 설치하고, 반응관(22)의 내측에 웨이퍼 보트(21), 원료 가스 노즐(25) 및, 보호관(26)이 배치되어 있다. 이 때문에, 외관(23)의 내면에 박막이 성막되는 것을 저감할 수 있다. 한편, 반응관(22)의 내면에는 박막이 성막되지만, 반응관(22)은 외관(23)에 비해 소형이기 때문에, 내면에 성막된 박막을 제거하기 위한 클리닝을 행할 때의 취급이 용이하다. 또한, 복수의 반응관(22)을 준비하여, 적절히 교환하는 경우에 있어서도, 복수의 외관(23)을 준비하여, 적절히 교환하는 경우에 비해 비용을 저감할 수 있다.
또한, 반응관(22)을 이용하지 않고 , 외관(23)의 내면을 따라서 보호관(26)이 연장되도록 보호관(26)을 배치해도 좋다. 바꾸어 말하면, 외관(23)을 반응관으로서 이용해도 좋다. 이 경우라도, 상기의 실시 형태의 효과·이점이 발휘되는 것은 명백하다.
또한, 길이(높이)가 상이한 복수개의 보호관(26)을 설치하여, 각각 1개의 열전대를 삽입해도 좋다. 이 경우라도, 각 보호관(26)에 대하여 돌기부(26a)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 성막 장치(10)에 있어서 웨이퍼(W)에 성막되는 박막은, 어모퍼스 실리콘막으로 한정되지 않고, 예를 들면 산화 실리콘막이나 질화 실리콘막 등이라도 좋다.
또한, 반응관(22)에 형성된 홈부(22a)의 깊이(패임량)나 폭은, 사용하는 보호관(26)의 외경에 맞추어 적절히 결정해도 좋다. 또한, 패임 형상은, 원 형상의 단면(상면 형상)으로 한정되지 않고, 사각 형상의 단면을 갖고 있어도 좋다. 홈부(22a)의 단면 형상이 사각 형상인 경우에는, 보호관(26)에는, 사각 형상의 홈부(22a)의 각면에 대응하여 3개의 돌기부(26a)를 설치하는 것이 바람직하다.
전술한, 보호관(26)의 길이나 직경 및, 돌기부(26a)의 사이즈 등은, 예시에 지나지 않고, 박막을 성막하는 웨이퍼(W)의 사이즈, 1회의 성막 프로세스당의 웨이퍼 매수에 따라서, 각 성막 장치에 있어서 적절히 결정해도 좋은 것은 물론이다.
10 : 성막 장치
W : 웨이퍼
21 : 웨이퍼 보트
21c : 지주
22 : 반응관
22a : 홈부
23 : 외관
24 : 매니폴드
24a : 노즐 도입부
24d : 보호관 도입부
25 : 원료 가스 노즐
25a : 개구
26 : 보호관
26a : 돌기부
27 : 히터
28 : 페데스탈
29 : 승강 플레이트

Claims (6)

  1. 복수의 기판이 간격을 두고 겹치도록 당해 복수의 기판을 보유지지(holding)하는 기판 보유지지구와,
    상기 기판 보유지지구를 수용하는 반응관과,
    상기 반응관에 수용되는 상기 기판 보유지지구에 보유지지되는 상기 복수의 기판에 대하여, 상기 복수의 기판 상에 성막되는 박막의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급관과,
    상기 반응관을 지지하는 지지부와,
    상기 반응관의 외측에 배치되어, 상기 복수의 기판을 가열하는 가열부와,
    상기 지지부에 일단부(一端部)에서 고정되고, 상기 기판 보유지지구와 상기 반응관과의 사이에 있어서 상기 복수의 기판의 배열 방향을 따라서 연장되며, 내부에 온도 측정부가 삽입되는 보호관과,
    상기 보호관의 외면과 상기 반응관의 내면과의 적어도 한쪽에 설치되고, 상기 보호관의 외면과 상기 반응관의 내면과의 사이에 공극을 형성하는 돌기부를 구비하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌기부가, 상기 보호관의 상기 지지부에 고정되는 상기 일단부에 대하여 반대측의 타단부에 있어서 상기 보호관의 외면에 설치되는 성막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응관이, 상기 보호관을 따라서 패인 홈부를 갖고,
    상기 돌기부가, 상기 보호관의 외면과 상기 반응관의 상기 홈부의 내면이 접촉하는 것을 방지하는 성막 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기부에 대하여 소정의 간격을 두고 추가의 돌기부가 설치되는 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌기부와 상기 추가의 돌기부가, 상기 보호관의 상기 지지부에 고정되는 상기 일단부에 대하여 반대측의 타단부에 수평 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치되는 성막 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응관을 수용할 수 있고, 상기 지지부에 의해 지지되는 외관을 추가로 구비하는 성막 장치.
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