JP2012533876A - 半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
半導体製造工程でウェーハ上に膜を形成するなどの各種工程で使われる半導体製造装置を開示する。チューブは、内部に工程空間を有し、一側に排出口を有する。ボートは、チューブの下側開口を通じて出入り可能になる。サセプタは、ボート内に上下に互いに離隔して支持され、それぞれの回転中心に中央ホールが形成され、それぞれの上面に中心周りに沿ってウェーハが多数載置される。供給管は、ボートの上側からサセプタの各中央ホールに貫設され、外部から供給された工程ガスをサセプタの各上面に噴射する噴射口が形成される。これにより、一回に工程処理することができるウェーハの数量を増加させ、工程処理時間を短縮し、あらゆるウェーハ上に均一な膜を形成しうる。
Description
本発明は、半導体製造工程でウェーハ上に膜を形成するなどの各種工程で使われる半導体製造装置に関する。
一般的に、半導体製造装置は、アニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、拡散工程、酸化工程、及び化学気相蒸着工程のような半導体製造工程で使われる。このような装置のうち、ファーネスは、大きく水平型と垂直型とに区分される。
低圧化学気相蒸着用ファーネスには、水平型より垂直型ファーネスが多く採択されるが、これは、垂直型ファーネスが水平型ファーネスに比べて、パーティクルのような微細な不純物粒子を少なく発生させるためである。また、垂直型ファーネスは、垂直方向に工程チューブが配されるために、下部支持台が占める底面積を狭くできる利点がある。
従来の垂直型ファーネスについて、図１を参照して説明すれば、次の通りである。
図１を参照すると、垂直型ファーネス１０は、ヒーターを含むヒーティングチャンバ１１と、ヒーティングチャンバ１１内に設けられた外部チューブ（ｏｕｔｅｒ ｔｕｂｅ）１２と、外部チューブ１２内に設けられた内部チューブ（ｉｎｎｅｒ ｔｕｂｅ）１３と、外部チューブ１２及び内部チューブ１３が装着されるフランジ（ｆｌａｎｇｅ）１４と、内部チューブ１３内に設けられ、ウェーハＷが載置されるボート（ｂｏａｔ）１５、及びフランジ１４に設けられ、外部から工程ガスが注入されるノズル１６とを含んで構成される。ノズル１６から噴射された工程ガスは、ボート１５と内部チューブ１３との間を流れながら、それぞれのウェーハＷ上に膜を形成する。
ところが、図１に示された垂直型ファーネス１０は、ボート１５にウェーハＷが１枚ずつ上下に積載される。したがって、一回にさらに多いウェーハＷを工程処理して生産性を高めるためには、ウェーハＷの積載数量を増加させなければならない。そうすると、ウェーハＷの積載高さが増加するので、工程ガスがあらゆるウェーハＷ上に膜を形成するのに必要な時間が増加する。これは、一回に工程処理することができるウェーハＷの数量を増加させるのに限界要因として作用する。
また、図１に示された垂直型ファーネス１０は、工程ガスが下端から供給されてボート１５と内部チューブ１３との間に流れながら、ウェーハＷ上に膜を形成した後、残余ガスが内部チューブ１３の上端を経て内部チューブ１３と外部チューブ１２との間を通じて外部に排出される。前述した場合、工程ガスが上昇しながらウェーハＷに供給されるので、あらゆるウェーハＷ上に均一な膜を形成することができない可能性が高い。
本発明の課題は、一回に工程処理することができるウェーハの数量を増加させ、工程処理時間を短縮し、あらゆるウェーハ上に均一な膜を形成できるようにする半導体製造装置を提供するところにある。
前記の課題を果たすための本発明による半導体製造装置は、内部に工程空間を有し、一側に排出口を有するチューブと、前記チューブの下側開口を通じて出入り可能になったボートと、前記ボート内に上下に互いに離隔して支持され、それぞれの回転中心に中央ホールが形成され、それぞれの上面に中心周りに沿ってウェーハが多数載置されるサセプタと、前記ボートの上側から前記サセプタの各中央ホールに貫設され、外部から供給された工程ガスを前記サセプタの各上面に噴射する噴射口が形成された供給管と、を含む。
本発明によれば、上下に多数配列されたサセプタごとに複数個のウェーハが積載されうるので、従来の垂直型ファーネスに比べて、一回にさらに多いウェーハを工程処理することができる。これにより、生産性の向上が図られる。
また、本発明によれば、工程ガスがサセプタの各上面に噴射されうるので、従来の垂直型ファーネスに比べて、ウェーハの積載位置に無関係に、あらゆるウェーハに工程ガスを均一に供給することができる。これにより、ウェーハにそれぞれ均一な膜が形成される。
以下、添付した図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図２は、本発明の一実施例による半導体製造装置についての断面図である。そして、図３は、図２において、１つのサセプタを抜粋して示した斜視図である。
図２及び図３を参照すると、半導体製造装置１００は、チューブ１１０と、ボート１２０と、サセプタ１３０（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）と、供給管１４０、及びバッフル１５０（ｂａｆｆｌｅ）とを含んで構成される。
チューブ１１０は、内部に工程空間を有し、一側に排出口１０３を有する。工程とは、アニーリング工程、拡散工程、酸化工程、及び化学気相蒸着工程などであり得る。チューブ１１０は、供給管１４０を通じて工程ガスを供給される。チューブ１１０は、上部が閉鎖され、下部が開口された構造からなり、開口された下部を通じてボート１２０が出入りすることができる。
また、チューブ１１０の下端一側に工程ガスをチューブ１１０の外部に排気するための排出口１０３を有しうる。ボート１２０は、昇降装置（図示せず）によって出入りすることができる。チューブ１１０内にボート１２０が入った状態でチューブ１１０の内部空間は、密封部材１０２によって密封されうる。
密封部材１０２は、フランジ１１１とボート支持台１３６との間に介在されるように設けられることもある。フランジ１１１は、チューブ１１０の下端縁部から外側に延設されたものてあり、ボート支持台１３６は、ボート１２０の下側でボート１２０を支持するように形成されたものである。
チューブ１１０の周りを取り囲むようにヒーティングチャンバ１０１が設けられることもある。ヒーティングチャンバ１０１は、チューブ１１０を加熱して、チューブ１１０の内部温度を設定温度に保持できるようにする。このために、ヒーティングチャンバ１０１は、ヒーター（図示せず）を含みうる。
サセプタ１３０は、複数個備えられる。複数個のサセプタ１３０は、ボート１２０内に上下に互いに離隔して支持される。サセプタ１３０は、ボート１２０内に上下に一定間隔離隔して形成された支持片によって一定間隔で互いに離隔して支持されうる。
それぞれのサセプタ１３０は、中央に供給管１４０が挿設されるように中央ホール１３２が形成される。サセプタ１３０は、それぞれの上面に中心周りに沿ってウェーハＷが多数載置されうる構造からなる。
このために、図３に示したように、それぞれのサセプタ１３０は、円板形状からなりうる。そして、サセプタ１３０の上面にウェーハＷを載置するためのウェーハ載置部１３１が形成される。ウェーハ載置部１３１は、ウェーハＷがそれぞれ収容されるように溝状からなりうる。
供給管１４０は、ボート１２０の上側からサセプタ１３０の各中央ホール１３２に貫設される。ここで、供給管１４０は、サセプタ１３０から分離されるようにサセプタ１３０の各中央ホール１３２に貫通される。これにより、供給管１４０がチューブ１１０に固定されたまま、ボート１２０に支持されたサセプタ１３０が、チューブ１１０の下部開口を通じて自在に出入りする。
供給管１４０は、外部から工程ガスを供給されて、ウェーハＷに供給できるように噴射する。ここで、供給管１４０は、上側端部がチューブ１１０とヒーティングチャンバ１０１とを貫通して外部のガス供給手段と連結されて工程ガスを供給されうる。他の例として、供給管１４０は、上側端部がチューブ１１０の内部に形成されたガス供給路と連結されて工程ガスを供給されうる。ガス供給路は、外部のガス供給手段と連結されて工程ガスを供給されうる。
供給管１４０には、サセプタ１３０の各上面に工程ガスを噴射する噴射口１４０ａが形成される。噴射口１４０ａは、サセプタ１３０ごとに１つずつ割り当てられるように形成されるか、複数個ずつ割り当てられるように形成される。
前記のように構成された半導体製造装置１００の作用例を概略的に説明すれば、次の通りである。
まず、空いているボート１２０を昇降装置によってチューブ１１０外に引き出させた状態で、ウェーハＷが載置されたサセプタ１３０をボート１２０内にローディングする。ボート１２０内にサセプタ１３０のローディングが完了した後、ボート１２０を昇降装置によってチューブ１１０内に引き込ませる。チューブ１１０の内部温度をヒーティングチャンバ１０１によって設定温度に保持するようにチューブ１１０を加熱する。チューブ１１０加熱は、ボート１２０をチューブ１１０内に引き込ませる前になされることもある。
ボート１２０がチューブ１１０内に引き込まれた状態で、供給管１４０を通じて工程ガスをチューブ１１０内に噴射する。この際、工程ガスは、供給管１４０の噴射口１４０ａを通じてサセプタ１３０の各上面に噴射されてウェーハＷに供給される。ウェーハＷに供給された工程ガスは、ウェーハＷ上に膜を形成しうる。ウェーハＷ上に膜形成工程が完了すれば、昇降装置によってボート１２０をチューブ１１０外に引き出した後、サセプタ１３０をアンローディングする。
前述したように、本実施例では、上下に多数配列されたサセプタ１３０ごとに複数個のウェーハＷが積載されうる。これにより、ウェーハＷが１枚ずつ上下に積載される例と比較して、ウェーハＷの積載高さが同一であると仮定下で、本実施例の場合が、一回にさらに多いウェーハＷを工程処理することができる。したがって、生産性の向上が図られる。
また、本実施例では、工程ガスがサセプタ１３０の各上面に噴射されうる。これにより、工程ガスが、チューブ１１０の下側から上方に流れながらウェーハＷに供給される例と比較して、ウェーハＷの積載位置に無関係に、あらゆるウェーハＷに工程ガスを均一に供給することができる。したがって、ウェーハＷにそれぞれ均一な膜が形成される。
一方、ウェーハＷ上に均一な膜が形成されるように、図４に示したように、噴射口１４０ａは、工程ガスを水平に噴射するように形成され、サセプタ１３０は、ウェーハＷが載置される面が中央から縁部に行くほど上側に傾くように形成される。ここで、サセプタ１３０の傾いた角度θは、ウェーハＷ上に均一な膜が形成されるように設定される。サセプタ１３０は、ウェーハＷが載置される面部位のみ傾くことができるが、示したように、上面の全体が傾くこともできる。
ウェーハＷは、供給管１４０の周りに沿って配列されるので、噴射口１４０ａから噴射される工程ガスがウェーハＷの上面に平行に供給される場合、それぞれのウェーハＷは、噴射口１４０ａから遠い部位が噴射口１４０ａに近い部位より工程ガスを少なく供給されうる。しかし、ウェーハＷの載置面が中央から縁部に行くほど上側に傾くように形成されれば、噴射口１４０ａから遠ざかるほど工程ガスが留まっている時間が増加することができる。したがって、ウェーハＷ上に工程ガスが均一に供給されうるので、ウェーハＷ上にさらに均一な膜が形成される。
他の例として、ウェーハＷ上に均一な膜が形成されるように、図５に示したように、サセプタ１３０は、ウェーハＷが載置される面が水平面を成すように形成され、噴射口１４０ａは、工程ガスをサセプタ１３０側に傾いた方向に噴射するように形成される。ここで、噴射口１４０ａの傾いた角度θは、ウェーハＷ上に均一な膜が形成されるように設定される。その効果は、前述した例と同一である。
また他の例として、図示していないが、サセプタ１３０は、ウェーハＷの載置面が中央から縁部に行くほど上側に傾くように形成されると共に、噴射口１４０ａは、工程ガスをサセプタ１３０側に傾いた方向に噴射するように形成されうる。この場合にも、サセプタ１３０の傾いた角度と噴射口１４０ａの傾いた角度は、ウェーハＷ上に均一な膜が形成されるように設定される必要がある。
一方、ボート１１０は、図６に示したように、回転器具（図示せず）によって回転可能である。例えば，ボート１１０は、回転器具に結合されて回転可能である。ボート１１０が回転可能であることによって、サセプタ１３０が供給管１４０に対して相対的に回転することができる。これにより、噴射口１４０ａから噴射される工程ガスが、サセプタ１３０上に載置された状態で回転するウェーハＷに均一に供給されうる。
サセプタ１３０が回転した場合、供給管１４０の噴射口１４０ａから噴射された工程ガスは、サセプタ１３０の回転遠心力によってサセプタ１３０の外側方向に偏って流れる可能性がある。そうすると、ウェーハＷの各中心は、サセプタ１３０の回転中心から外れて位置しているので、ウェーハＷ上に工程ガスが均一に供給されることができない。これにより、ウェーハＷにそれぞれ蒸着された薄膜の厚さは、サセプタ１３０の回転中心に位置した部位とサセプタ１３０の端部に位置した部位との間の薄膜の厚さで差が発生することがある。ウェーハＷに薄膜が均一な厚さに蒸着されないこともある。
これを補完するために、チューブ１１０内には、図２に示したように、工程ガスを補助的に供給する補助供給管１６０がさらに含まれうる。補助供給管１６０は、ウェーハＷからサセプタ１３０の端部に位置した部位に工程ガスの不足分を補充できるようにすることによって、ウェーハＷに薄膜を均一な厚さに蒸着させうる。補助供給管１６０の噴射口１６０ａは、工程ガスがサセプタ１３０の各上面に噴射されるように形成される。
一方、チューブ１１０とボート１２０との間には、チューブ１１０内の残余ガスを排出口１０３に案内するようにバッフル１５０が設けられることもある。すなわち、バッフル１５０は、工程ガスがウェーハＷに供給されてウェーハＷ上に膜を形成した後、膜形成に寄与できなかった残余ガスを排出口１０３に案内する。
バッフル１５０は、上下部が開口された円筒状からなりうる。バッフル１５０は、上部開口がチューブ１１０と離隔し、下部開口がフランジ１１１に固定されて、チューブ１１０との間に上側が開けた空間を形成しうる。排出口１０３は、バッフル１５０とチューブ１１０との間の空間下側部に外部と連通されるように形成される。これにより、残余ガスは、バッフル１５０とチューブ１１０との間の空間に案内された後、排出口１０３を通じて外部に排出されうる。
バッフル１５０には、サセプタ１３０の各高さに対応して多数のバッフルホール１５１が形成される。例えば、バッフルホール１５１は、サセプタ１３０の各上面の高さと同じ高さに位置するように形成される。これにより、それぞれのサセプタ１３０の上面を経て工程を行い、残った残余ガスがより迅速に排出されうる。
図７及び図８に示したように、供給管２４０及び補助供給管１６０は、第１、２、３供給流路２４１、２４２、２４３を有する３重管構造で形成される。第１、２、３供給流路２４１、２４２、２４３は、上下に長く延び、同心状に配列されうる。ここで、第３供給流路２４３は、第１供給流路２４１と第２供給流路２４２との間に位置することができる。
第１供給流路２４１には、外部から第１工程ガスがそれぞれ供給されうる。この場合、第１供給流路２４１には、第１工程ガスの噴射のための第１噴射口２４１ａが形成される。第２供給流路２４２には、外部から第２工程ガスが供給されうる。この場合、第２供給流路２４２には、第２工程ガスの噴射のための第２噴射口２４２ａが形成される。
第３供給流路２４３には、外部から冷却媒体が供給されうる。冷却媒体は、ガス、液体、固体のうち何れか１つの状態であり得る。第３供給流路２４３に供給された冷却媒体は、第１、２供給流路２４１、２４２に沿って流れる第１、２工程ガスが解離される現象などを防止できるようにする。
チューブ１１０内で行われる工程が、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ、ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、ウェーハ上に窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を形成する場合、第１工程ガスは、トリメチルガリウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ）とアンモニア（ａｍｍｏｎｉａ）とのうち何れか１つであり、第２工程ガスは、残りの１つであり得る。
前述した例の場合、冷却媒体が、第１供給流路２４１または第２供給流路２４２に供給されるならば、トリメチルガリウムとアンモニアとのうち、特に、冷却がさらに要求されるトリメチルガリウムは、冷却媒体と隣接した第３供給流路２４３に供給されることが望ましい。
本発明の実施例において、供給管及び補助供給管は、単一管または２重管構造を有することもある。例えば、工程ガスが、チューブ外部で混合されて供給される場合、単一管構造の使用が可能であり、工程ガスが独立した供給経路を有するように構成される場合には、２重管構造で使うこともできる。
本発明は、添付した図面に示された一実施例を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
本発明は、半導体製造装置に利用されうる。
Claims (9)
- 内部に工程空間を有し、一側に排出口を有するチューブと、
前記チューブの下側開口を通じて出入り可能になったボートと、
前記ボート内に上下に互いに離隔して支持され、それぞれの回転中心に中央ホールが形成され、それぞれの上面に中心周りに沿ってウェーハが多数載置されるサセプタと、
前記ボートの上側から前記サセプタの各中央ホールに貫設され、外部から供給された工程ガスを前記サセプタの各上面に噴射する噴射口が形成された供給管と、を含む半導体製造装置。 - 前記噴射口は、工程ガスを水平に噴射するように形成され、
前記サセプタは、ウェーハ上に均一な膜が形成されるようにウェーハの載置面が中央から縁部に行くほど上側に傾くように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。 - 前記サセプタは、ウェーハが載置される面が水平面を成すように形成され、
前記噴射口は、ウェーハ上に均一な膜が形成されるように工程ガスを前記サセプタ側に傾いた方向に噴射するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。 - 前記ボートは、回転器具によって回転自在になって、前記サセプタを前記供給管に対して回転自在にさせることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記チューブ内に工程ガスを補助的に供給する補助供給管をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
- 前記補助供給管は、第１工程ガスが供給される第１供給流路と、第２工程ガスが供給される第２供給流路と、及び冷却媒体が供給される第３供給流路とが同軸状に形成された３重管構造であることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
- 前記チューブ内の残余ガスを前記排出口に案内するように、前記チューブと前記ボートとの間に多数のバッフルホールを有するバッフルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記バッフルホールは、前記サセプタの各高さに対応する高さに形成されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
- 前記供給管は、第１工程ガスが供給される第１供給流路と、第２工程ガスが供給される第２供給流路と、及び冷却媒体が供給される第３供給流路とが同軸状に形成された３重管構造であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
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