KR0137569B1 - 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치 - Google Patents

고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치

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KR0137569B1 KR1019940034155A KR19940034155A KR0137569B1 KR 0137569 B1 KR0137569 B1 KR 0137569B1 KR 1019940034155 A KR1019940034155 A KR 1019940034155A KR 19940034155 A KR19940034155 A KR 19940034155A KR 0137569 B1 KR0137569 B1 KR 0137569B1
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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 절연막, 실리콘막, 금속막 등 반도체 소자 제조용 박막을 고압산화, 열처리 또는 화학기상증착법에 의해 제조하는 고압산화 및 저압화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치에 관한 것으로 종래의 대기압 산화 및 고압 배치식 산화에서 나타나는 공정 및 박막 특성상의 제반 문제를 해결하고 또 장치의 복합공정화를 지향하여 원활한 작업이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 LCD 및 Si 반도체 소자 제조공정중 저온 절연막, 실리콘막, 금속막 등의 박막을 고압 산화, 열처리, 가압 화학기상증착의 방법으로 연속적 또는 독립적인 공정으로 제조하는 매엽식(single wafer) 다중공정용(multi-process) 반도체 제조장치로서 반응로 몸체부와 몸체 상부에 힌지 및 기계기구로 결합되어 기밀을 유지하는 반응로 윗덮개부와 몸체 하부에 결합되며 히터 전력공급선 열전대선이 도통하는 반응로 아래 덮개부와, 전도형의 저항가열히터, 석영제 히터 지지부, 공정가스의 예열 히터부, 공정가스 배기부, 윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부의 크게 8부분의 모듈로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치
제1도는 종래의 방법에 의한 횡형 배치식(horizontal batch type)의 고압산화 공정용 반도체 제조장치의 개략도.
제2도는 본 발명의 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치의 반응로부의 개략도.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＊
101 : 가압용기 전면플렌지(Pressure Vessel Front Flange)
102 : 오링(O-ring)103 : 로드 스프링(Load Spring)
104 : 석영제 반응로 용기(Quartz Process Tube)
105 : 석영제 단열 배플(Quartz Heat Insulation Baffle)
106 : 스테인레스 스틸제 가압용기(S. S. T Pressure Vessel)
107 : 중공형 냉각수 통로(Hollow-type Cooling water Path)
108 : 저항가열 히터(Resistance Heater: 3 Zon type)
109 : 장입된 웨이퍼 배치(Loaded Wafer Batch)
110 : 석영제 웨이퍼 보트(Quartz Wafer Boat)
111 : 석영제 가스 배플(Quartz Gas Baffle)
112 : 석영제 가스 주입구(Quartz Gas Injector)
113 : 후면 단열 블록(Rear Heat Insulation Block)
114 : 공정가스 입구(Process Gas Inlet)
115 : 공정가스 배기구(Process Gas Exhaust)
116 : 가압용기 후면 플랜지(Pressure Vessel Rear Flange)
117 : 반응로 플렌지 지지판(Process Tube Flang Support plate)
118 : 반응로 플렌지(Process Tube Flange)
119 : 전면 단열 블록(Front Heat Insulation Block)
120 : 열전대 및 전력공급용 피드쑤루(Thermocouple/PowerSupply Feedthrough)
121 : 공정가스 흐름(Process Gas Flow Pattern)
122 : 석영제 공정가스 배기관(Quartz Process Gas Exhaust Line)
123 : 질소가스 배기관(N2Exhaust Line)
124 : 질소가스 입구(N2Inlet)125 : 예열히터(Pre-heater)
201 : 공정가스 배기관(Process Gas Exhaust Line)
202 : 고정봉 지지판 볼트(Clamping Rod Support Bolt)
203 : 복동식 유압실린더(Double Acting Hydraulic Cylinder)
204 : 반응로 윗덮개 고정봉(Reactor Upper Plate Clamping Rod)
205 : 고정봉 지지판(Clamping Rod Support Plate)
206,232,247 : 냉각수 입출구(Cooling Water Inlet/Outlet)
207 : 압력계(Pressure Gauge)208 : 진공계(Vacuum Gauge)
209 : 차단밸브(Shutoff Valve)
210 : 저항가열 히터(Resistance Heater)
211 : 석영제 덮개(Quartz Cover)
212 : 웨이퍼 반송구(Wafer Transport Port)
213 : 웨이퍼(Waffer)
214 : 반응로 윗덮개(Reactor Upper Plate)
215 : 웨이퍼 반송용 홈(Slot for Wafer Transport)
216,218,223,239 : 중공형 냉각수 통로(Hollw-type Cooling Water Path)
217 : 석영제 가스 주입구(Quartz Gas Injector)
219 : 반응로 윗덮개 힌지(Reactor Upper Plate Hinge)
220 : 예열 히터부 접속프렌지(Pre-heater Assembly Connection Flange)
221 : 예열 히터부(Pre-heater Assembly)
222 : 단열판(Heat Insulation Plate)
224 : 낮은 열질량 예열히터(Low Thermal Mss Pre-heater)
225 : 예열 히터부 전단 플렌지(Pre-heater Assembly Front Flange)
226 : 석영-스테인레스 스틸관 연결용 어뎁터(Quartz-S.S.T Line Connection Adaptor)
227 : 공정가스용 피드쓰루(Feedthrough for Process Gas Line)
228 : 스테인레스 스릴 공정가스관(S.S.T Process Gas Line)
229 : 고압산화용 공정가스 입구(Process Gas Inlet for Low Pressure Oxidation Process)
230 : 저압 화학기상증착용 공정가스 입구(Process Gas Inlet for Low Pressure Chemical Vapor Deposition Process)
231 : 예비가열용 사형 석영관(Serpentine Type Quartz Line for Pre-heating)
233 : 반응로 몸체(Reactor Main Body)
234 : 반응로 아래 덮개 고정볼트(Reactor Bottom Plate Clamping Bolt)
235 : 오링(O-ring)
236 : 석영제 지지판 고정볼트(Quartz Support Plate Clamping Bolt)
237 : 석영제 지지판(Quartz Spport Plate)
238 : 석영제 히터 지지부(Quartz Heater Support Assembly)
240 : 반응로 아래 덮개(Reator Bottom Plate)
241 : 열전대 피드쓰루(Thermocouple Feedthrough)
242 : 열전대선(Thermocouple Wires)
243 : 히터 전력공급용 피드쓰루(Heater Power Supply Feedthrough)
244 : 히터 전력공급선(Heater Power Supply Lines)
245 : 압력 감지구(Pressure Sensing Port)
246 : 가스통로(Gas Path)
248 : 저압 화학기상장착용 배기관(LPCVD Exhaust Line)
249 : 게이트 밸브(Gate Valve)
250 : 고압산화용 배기관(HPO Exhaust Line)
251 : 공정가스 배기용 플렌지(Process Gas Exhaust Flange)
252 : 가스주입구와 예비 가열용 사형관 연결부(Connection Part between Quartz Gas Injector and Pre-heating Line)
253 : 스페이서(Spacer)
254 : 반응로 윗덮개 개폐기구(Reactor Upper Plate Lifting Mechanism)
255 : 가스주입기 장착구멍(Gas Injector Connection Hole)
256 : 배기홈(Exhaust Slot)
257 : 가스 주입기 구멍(Gas Jinjector Hole)
258 : 공정가스 유출구(Process Gas Passage)
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 절연막, 실리콘막, 금속막 등 반도체 소자 제조용 박막을 고압산화, 열처리 또는 화학기상증착법에 의해 제조하는 고압산화 및 저압화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치에 관한 것이다.
고압 산화 및 열처리방법은 특히 LCD 제조공정상에 유효할 것으로 예상되는데 예를 들면 다결정실리콘 박막트랜지스터(Poly-Si TFT)의 특성은 다결정실리콘 박막과 함께 게이트 절연막의 특성과 제작법에 현저하게 영향을 받는다.
특히 고가의 석여유리(quartz) 기판 대신에 값싼 유리(glass)기판을 사용하기 위해서는 600℃ 이하의 저온 공정이 요구되어 왔다.
그런데 종래의 열산화 기술로는 800℃ 이하의 온도에서 열산화막의 성장속도가 아주 낮기 때문에 저온 절연막의 형성기술은 주로 플라즈마 화학기상증착(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), 저압화학기상증착법(LPVCD;Low Pressure Chemical Vapour Deposition) 또는 스퍼터(sputter)법에 의해 600℃ 이하의 저온산화막을 형성하였다.
그러나 이러한 제조방법은 박막의 균일도가 나쁘고 플라즈마(plasma)로 인해 발생되는 하전입자(charge particle)들에 의해 전자소자에 손상이 나타나고 또 형성된 산화막은 실리콘 기판과 산화막 사이의 계면 불균일, 낮은 파괴전압(breakdown voltage), 높은 계면전하밀도 등의 문제점을 가지고 있었다.
상기의 LCD 공정상의 필요성 이외에 최근 실리콘 전자소자의 고밀도화 및 고집적화에 따라 공정의 저온화가 요구되어져 왔으며, 이에 따라 종래의 대기압하에서 실리콘 산화기술의 연장으로 수십기압정도의 고압에서 산화를 수행하여 공정온도의 저온화를 꾀할 수 있는 고압산화기술이 부각되고 있다.
또한 생산량 및 공정에 대한 유연성이 낮은 배치식 장치를 지양하여 경비상의 이점이 있고 하나의 반응로내에서 복수의 공정을 처리할 수 있는 제조장치의 복합공정화(MULTI PROCESS)가 진행되고 있다.
고압산화기술은 통상의 대기압화 산화기술과 비교하여 단시간내에 산화막을 형성할 수 있고 저온공정이기 때문에 기판내로의 불순물의 재분포가 적고 Si-SiO2계면에서 산소가 Si 격자내에 침입함으로써 야기되는 적층결함발생이 어려운 장점이 있으며, 형성된 산화막의 기본 물성은 대기압하의 경우와 본질적으로 동일하다.
그런데 이와 같은 고압산화기술의 장점을 실현하기 위해 고안된 제1도의 종래방법에 의한 횡형 배치식(horizontal batch type)의 고압 산화 공정용 반도체장치는 다음과 같은 단점이 저적되어 실제 공정상에서의 적용이 제한되어 왔다.
첫째; 시편을 100장 내외로 처리하는 횡형 배치식이어서 장치의 차지면적이 크고, 고압하 대형의 반응로 용기(104)를 사용하므로 예열장치(125)를 사용하더라도 반응로내 온도구배가 커서 공정균일도가 나쁘다.
둘째; 가압 시퀀스 동안에 석영제 반응로 용기(104)의 안전을 위하여 스테인레스 스틸제 가압용기(106) 내에는 질소(N2)가스를, 그리고 석영 반응로내에는 공정가스(O2또는 N2)를 주입하여 가압시켜 2개의 용기 사이의 압력차이를 약 1기압이 넘지 않도록 조절하여야 하기 때문에 공정가스의 소모량이 많을 뿐만 아니라 가압의 자유도가 낮다.
셋째; 반응로 체적이 크기 때문에 열질량(THERMAL MASS)이 낮은 대형의 히터(108)를 사용하여 공정온도까지의 가열 및 시편 반출온도까지의 냉각시간이 장시간 소요되며 정밀한 온도조절이 어렵다.
넷째; 고압의 대형 반응로를 사용하기 때문에 대기압하에서 반응로를 공정온도까지 유지시켰더라도 가압 시퀀스 동안에서의 공정가스의 팽창 등의 영향을 인해 반응로 온도의 저하가 나타나며, 이를 보상하기 위해서는 정밀한 온도-압력의 동시제어 방법이 필요하다.
다섯째; 가압용기와 반응로의 이중구조로 되어 있기 때문에 장치의 유지 보수가 곤란하다.
여섯째; 장치의 유연성이 없어 고압산화 및 열처리 전용의 장비로만 사용할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 대기압 산화 및 고압 배치식 산화에서 나타나는 공정 및 박막 특성상의 제반 문제를 해결하고 또 장치의 복합공정화를 지향하여 원활한 작업이 이루어질 수 있도록 한 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 LCD 및 Si 반도체 소자 제조공정중 저온 절연막, 실리콘막, 금속막 등의 박막을 고압 산화, 열처리, 저압 화학기상증착의 방법으로 연속적 또는 독립적인 공정으로 제조하는 매엽식(single wafer) 다중공정용(multi-process) 반도체 제조장치로서 반응로 몸체부와 몸체 상부에 힌지 및 기계기구로 결합되어 기밀을 유지하는 반응로 윗덮개부와 몸체 하부에 결합되며 히터 전력공급선 및 열전대선이 도통하는 반응로 아래 덮개부와, 전도형의 저항가열히터, 석영제 히터 지지부, 공정가스의 예열 히터부, 공정가스 배기부, 윗덮개 개폐 및 클램핌용 기계기구부의 크게 8부분의 모듈로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 반응로 몸체부는 원형으로 스테인레스 스틸 재료를 위 아래에 냉각수 라인을 사방으로 관통시켜 냉벽형이 되도록 하고 웨이퍼 반송 로봇이 출입하는 웨이퍼 반송구와 양측벽에 석영제 가스주입기를 내장하는 가스주입기 장착구멍과 배기홈, 압력계 및 진공계와 차단밸브를 이용하여 반응로내 압력을 감지하기 위한 압력 감지구가 설치된다.
상기 반응로 윗덮개부는 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형(cold-wall type)이 되도록 중공형 냉각수 통로와 냉각수 입출구, 저항가열히터로부터 열을 차단하기 위한 불투명의 석영제 덮개가 설치되어 있으며, 반응로 몸체 상부에서 힌지와 기계기구, 그리고 오링(O-ring)에 의해 상하 개폐 및 밀봉이 되는 구조를 이루고 있다.
상기 반응로 아래덮개부는 역시 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형이 되도록 중공형 냉각수 통로와 냉각수 입출구가 설치되어 오링 및 아래덮개 고정볼트에 의해 반응로 몸체 하부에 결합되며, 히터 전력공급선 및 열전대선이 도통할 수 있도록 전력 공급용 피드쓰루와 열전대 피드쓰루가 장착된 구조로 되어 있다.
상기 저항가열히터는 그래파이트(graphite) 또는 몰리브덴(Mo) 합금 재료의 낮은 열질량(low thermal mass)의 전도형 히터로서, 반응로 몸체 내부에서 석영제 히터 지지부에 의해 보지되며, 그 상부에 시편인 웨이퍼가 장착되고 웨이퍼 반송로봇의 블레이드(blade)가 입출입이 가능하도록 웨이퍼 반송용 홈이 설치되어 있다.
상기 석영제 히터 지지부는 반응로 내부에서 저항가열 히터를 보지하여 히터로부터 방출되는 복사열과 전도열을 차단할 수 있도록 불투명 석영(opaque quartz) 재질로 가공되며, 반응로 몸체와의 불투명 석영제 지지판과 지지판 고정볼트에 의해 결합되고 지지부 양측면에는 석영제 가스주입기를 끼우기 위한 가스주입기 구멍과 반응로내 공정가스를 배기홈으로 유도하는 공정가스 유출구가 천공되어 있고, 배기홈 방향의 지지부 부분에는 반응로 전체를 일정기압으로 유지할 수 있도록 가스통로가 설치되어 있다.
상기 공정가스의 예열 히터부는 접속플렌지에 의해 반응로 몸체와 결합되며, 그 구조는 가장 중심부에 예비가열을 위해 표면적을 넓히고 공정가스가 흐르는 사형(serpentine type) 석영관과 이를 가열하기 위한 낮은 열질량(low thermal mass)의 면상(sheet type) 예비가열히터 및 그 양측면의 단열판, 그리고 바깥쪽에 예비가열부의 몸체가 위치하며, 여기에는 히터의 열을 차단하기 위하여 중공의 냉각수 통로와 냉각수 입출구가 설치되며 그 앞쪽에는 전단플렌지와 공정가스관용 피드쓰루가 장착되어 있다.
상기 공정가스는 고압산화 및 열처리용 입구와 저압 화학기상증착용 입구를 통해 스테인레스 스틸관으로 유입되어 석영 S.S.T.관 연결 어뎁터, 사형 석영과, 석영제 연결부, 가스주입기를 거쳐 반응로 내부로 도입되는 구조로 형성되어 있다.
공정가스가 층류흐름(laminar flow)을 형성하면서 공정가스 유출구, 배기홈, 배기플렌지, 배기관, 게이트밸브를 거쳐 공정의 용도에 따라 각가가 저압 화학기상증착용 배기통로와 고압산화 및 열처리용 배기통로로 배출되는 구조로 형성되어 있다.
윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부는 지지판과 스페이서 및 지지판 볼트로 반응로 몸체에 결합되게 되어 있으며 유지보수를 위해 반응로 윗덮개부를 개폐하거나 기밀을 유지하기 위한 기구부(mechanism)의 역활을 하며, 이중 복동식 유압실린더는 반응로 윗덮개 개폐기구를 각각 수평 및 상하이동시키는 구조로 형성됨을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
우선 상기와 같은 고압산화, 열처리, 저압 화학기상증착의 다양한 용도에 제조장치를 사용하기 위해서는 반응로의 오염 및 이물질의 혼입을 최소화하는 구조로 고압 및 진공부위기하에서 공정을 수행할 수 있어야 하고, 또한 고압하에서의 공정가스의 예열과 전도형 가열장치 등을 이용하여 기판을 열응력에 따른 변형없이 균일하게 급속가열 및 냉각할 수 있어야 하며, 그리고 복합공정에의 적용을 위해 급속하게 공정가스를 교체할 수 있도록 반응로의 체적을 최소화 하여야 한다.
이와 같은 관점으로부터 본 발명은 고압 및 진공분위기 겸용의 반응로를 제안한다.
제2도와 같이 실제로 내부에서 반응이 발생하는 반응로 몸체부(223)와, 몸체 상부에 힌지(219) 및 기계기구로 결합되어 기밀을 유지하는 반응로 윗덮개부(214)와, 몸체 하부에 결합되며 히터 전력공급선 및 열전대선이 도통하는 반응로 아래 덮개부(240)와, 전도형의 저항가열히터(210)와, 석영제 히터 지지부(238)와, 공정가스의 예열 히터부(221)와, 공정가스의 배기부(201,248-251)와, 윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부(202-205, 253,254)의 크게 8부분의 모듈로 이루어진다.
상기 본 발명의 장치는 하나의 반응로내에서 고압산화, 열처리, 저압화학기상증착의 공정들을 연속적 또는 독립적으로 수행할 수 있도록 하였다.
반응로 윗덮개부(214)는 스테인레스 스틸 재료를 위 아래에 냉각수 라인(218)을 사방으로 관통시켜 냉벽형이 되도록 하고, 웨이퍼 반송로봇이 출입하는 웨이퍼 반송구(212)와 양측벽에 석영제 가스 주입기(217)를 내장하는 가스주입기 장착구멍(255)과 배기홈(256), 압력계(207) 및 진공계(208)와 차단밸브(209)를 이용하여 반응로내 압력을 감지하기 위한 압력 감지구(245)가 설치된다.
반응로 윗덮개부(214)는 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형(cold-wall type)이 되도록 중공형 냉각수 통로(239)와 냉각수 입출구(246), 저항가열히터(210)로부터 열을 차단하기 위한 불투명의 석영제 덮개(211)가 설치되어 있으며, 반응로 몸체(233) 상부에서 힌지(219)와 기계기구(202-205, 254) 그리고 오링(o-ring)에 의해 상하 개폐 및 밀봉이 되는 구조를 이루고 있다.
반응로 아래 덮개부(240)는 역시 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형이 되도록 중공형 냉각수 통로(239)와 냉각수 입출구(246)가 설치되어 오링(235) 및 아래덮개 고정볼트(234)에 의해 반응로 몸체(233) 하부에 결합되며 히터 전력공급선(244) 및 열전대선(242)이 도통할 수 있도록 전력 공급용 피드쓰루(243)와 열전대 피드쓰루(241)가 장착된 구조이다.
저항가열히터(210)는 그래파이트(graphite) 또는 몰리브덴(Mo) 합금재료의 낮은 열질량(low thermal mass)의 전도형 히터로서 반응로 몸체 내부에서 석영제 히터 지지부(238)에 의해 보지되며 그 상부에 시편인 웨이퍼(213)가 장착되고 웨이퍼 반송로봇의 블레이드(blade)가 입출입이 가능하도록 웨이퍼 반송용 홈(215)이 설치되어 있다.
석영제 히터 지지부(238)는 반응로 내부에서 저항가열 히터(210)를 보지하여 히터로부터 방출되는 복사열과 전도열을 차단할 수 있도록 불투명 석영(opaque quartz) 재질로 가공되며 반응로 몸체와는 불투명 석영제 지지판(237)과 지지판 고정볼트(236)에 의해 결합된다.
그리고 지지부(238) 양측면에는 석영제 가스주입기(217)를 끼우기 위한 가스주입기 구멍(257)과 반응로내 공정가스를 배기홈(256)으로 유도하는 공정가스 유출구(258)가 천공되어 있고, 배기홈(256) 방향의 지지부(238) 부분에는 반응로 전체를 일정기압으로 유지할 수 있도록 가스통로(246)가 설치된다.
석영제 히터 지지부(238)의 가장 중요한 역활은 반응로 윗덮개(214)에 설치된 불투명 석영제 덮개(211)와 한조를 이루어 실제 반응이 일어나는 반응로 내부를 금속재질의 반응로 몸체(233)와 격리시켜 공정중의 이물질 혼입 및 히터(210)로부터 방사되는 열을 차단하여 완전한 냉벽형의 반응로 구조를 가능하게 하는 것이다.
공정가스의 예열 히터부(221)는 접속플렌지(220)에 의해 반응로 몸체(233)와 결합되며, 그 구조는 가장 중심부에 예비가열을 위해 표면적을 넓히고 공정가스가 흐르는 사형(sprpentine type) 석영관(231), 이를 가열하기 위한 낮은 열질량(low thermal mass )의 면상(sheet type) 예비가열히터(224) 및 그 양측면의 단열판(222), 그리고 바깥쪽에 예비가열부(221)의 몸체가 위치하는데 여기에는 히터의 열을 차단하기 위하여 중공의 냉각수 통로(223)와 냉각수 입출구(233)가 설치되며 그 앞쪽에는 전단플렌지(225)와 공정가스관용 피드쓰루(227)가 장착된다.
공정가스는 고압산화 및 열처리용 입구(229)와 저압 화학기상증착용 입구(230)를 통해 스테인레스 스틸관(228)으로 유입되어 석영 SST관 연결 어뎁터(226), 사형 석영관(231), 석영제 연결부(252), 가스주입기(217)를 거쳐 반응로 내부로 도입된다.
그리고 도입된 공정가스는 층류흐름(laminar flow)을 형성하면서 공정가스 유출구(258), 배기홈(256), 배기플랜지(251), 배기관(201), 게이트 밸브(249)를 거쳐 공정의 용도에 따라 각각 저압 화학기상증착용 배기통로(248)와 고압산화 및 열처리용 배기통로(250)로 배출된다.
윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부(202-205, 253, 254)는 지지판(205)과 스페이서(253) 및 지지판 볼트(202)로써 반응로 몸체(223)에 결합되어 있으며, 유지보수를 위해 반응로 윗덮개부(214)를 개폐하거나 기밀을 유지하기 위한 기구부(mechanism)이다.
이중 복동식 유압실린더(203)는 반응로 윗덮개 고정봉(204)과 윗덮개 개폐기구(254)를 각각 수평 및 상하이동 시키는 역활을 한다.
이와 같은 본 발명에서는 LCD 및 Si 반도체 소자 제조공정중 저온 절연막, 실리콘막, 금속막 등의 박막을 고압산화, 열처리, 저압화학기상증착의 방법으로 연속적 또는 독립적인 공정으로 제조할 수 있는 다중 공정용(multi-process) 반도체 제조장치를 구성하였으며, 이 장치는 종래의 고압산화장치와 비교하여 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
첫째; 복합공정용 제조장치이므로 공정의 유연성(flexibility)을 제공할 수 있다.
둘째; 시편을 매엽식으로 내부체적이 적고 시편의 대형화에 대응 가능하고 공정균일도를 개선할 수 있으며 공정가스의 소모량이 적다.
셋째; 예비가열히터(221)와 전도형의 낮은 열질량의 주히터(210)의 채택으로 시편의 급속가열 및 냉각이 가능하고 가압 자유도와 온도균일도가 높다.
넷째; 반응로가 매엽식으로 내부체적이 적기 때문에 동시적인 가열-가압이 간으할 뿐만 아니라 공정가스의 급속한 절환으로 복합공정시 다른 공정으로의 전환이 용이하다.
다섯째; 반응로 몸체(233)와 위(241), 아래덮개(240)가 수냉형이고 반응로 내부에는 불투명의 석영제 덮개(211)와 한조를 이루어 실제 반응이 일어나는 반응로 내부를 금속재질의 반응로 몸체(233)와 격리시키므로, 공정중의 반응로내로의 이물질 혼입 및 히터(210)로부터 방사되는 열이 차단되어 냉벽형의 반응로 구조를 가능하게 한다.
여섯째; 위의 석영제 치구(211,238)에 의해 실제 반응이 발생하는 반응로 내부가 에워싸지므로 장시간 공정후에는 이의 교환 또는 세정에 의해 반응로내의 청정도를 용이하게 유지할 수 있다.
일곱째; 위의 석영제 치구가 반응로 몸체 및 아래덮개와 일정한 틈새를 두고 장착되기 때문에 종래의 횡형장치에서와 같이 가압고정중에 차압(pressure difference)을 유지할 필요가 없어 안전성면에서 유리하다.
여덟째; 가습주입기(217)와 웨이퍼(213) 그리고 배기홈(256)이 일직선 상에 위치하기 때문에 층류흐름(laminar flow)를 용이하게 형성할 수 있다.
아홉째; 반응로 윗덮개(214)의 개폐에 의해 반응로 내부를 용이하게 유지 보수할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 시편의 매입식(single wafer) 처리를 기본으로 10-100기압의 고압분위기하 산소(O2) 및 질소(N2)를 산화 및 열처리용 공정가스로 사용하여 저온에서도 박막 균일도가 우수한 산화막을 빠른 성장속도로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 여타 박막을 저온에서도 열처리가 가능하다.
또한 급속히 공정가스 절환이 이루어지도록 반응로 체적을 적게하여 진공분위기하에서 화학기상증착 공정을 상기의 고압산화 및 열처리 공정에 부가하여 연속적 또는 독립적으로 수행할 수 있는 특징이 있는 것이다.

Claims (10)

  1. LCD 및 Si 반도체 소자 제조공정중 저온 절연막, 실리콘막, 금속막 등의 박막을 고압 산화, 열처리, 저압 화학기상증착의 방법으로 연속적 또는 독립적인 공정으로 제조하는 매엽식(single wafer) 다중공정용(multi-process) 반도체 제조장치로써 반응로 몸체부(233)와;
    상기 몸체부 상부에 힌지(219) 및 기계기구로 결합되어 기밀을 유지하는 반응로 윗덮개부(214)와;
    상기 몸체부 하부에 결합되며 히터 전력공급선 및 열절대선이 도통하는 반응로 아래 덮개부(240)와;
    전도형의 저항가열히터(210)와;
    석영제 히터 지지부(238)와;
    공정가스의 예열 히터부(221)와;
    공정가스 배기부(201,248-251)와;
    윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부(202-205,253,254)를 포함하는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    반응로 몸체부(233)는 원형으로 스테인레스 스틸 재료를 위 아래에 냉각수 라인(218)을 사방으로 관통시켜 냉벽형이 되도록 하고 웨이퍼 반송 로봇이 출입하는 웨이퍼 반송구(212)와 양측벽에 석영제 가스주입기(217)을 내장하는 가스주입기 장착구멍(255)과 배기홈(256), 압력계(207) 및 진공계(208)와 차단밸브(209)를 이용하여 반응로내 압력을 감지하기 위한 압력 감지구(245)가 설치됨을 특징으로 하는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 반응로 윗덮개부(214)는 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형(cold-wall type)이 되도록 중공형 냉각수 통로(216)와 냉각수 입출구(206), 저항가열히터(210)로부터 열을 차단하기 위한 불투명의 석영제 덮개(211)가 설치되어 있으며, 반응로 몸체(233) 상부에서 힌지(219)와 기계기구(202-205, 254), 그리고 오링(O-ring)에 의해 상하 개폐 및 밀봉이 되는 구조를 이루고 있는 고압산화 및 저압 화학기상 증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    반응로 아래덮개부(240)는 역시 스테인레스 스틸 재질로서 냉벽형이 되도록 중공형 냉각수 통로(239)와 냉각수 입출구(246)가 설치되어 오링(235) 및 아래덮개 고정볼트(234)에 의해 반응로 몸체(233) 하부에 결합되며, 히터 전력공급선(244) 및 열정대선(242)이 도통할 수 있도록 전력 공급용 피드쓰루(243)와 열전대 피드쓰루(241)가 장착된 구조를 갖는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    저항가열히터(210)는 그래파이트(graphite) 또는 몰리브덴(Mo) 합금 재료의 낮은 열질량(low thermal mass)의 전도형 히터로서, 반응로 몸체 내부에서 석영제 히터 지지부(238)에 의해 보지되며, 그 상부에 시편인 웨이퍼(213)가 장착되고 웨이퍼 반송로봇의 블레이드(blade)가 입출입이 가능하도록 웨이퍼 반송용 홈(215)이 설치됨을 특징으로 하는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    석영제 히터 지지부(238)는 반응로 내부에서 저항가열 히터(210)를 보지하여 히터로부터 방출되는 복사열과 전도열을 차단할 수 있도록 불투명 석영(opaque quartz) 재질로 가공되며, 반응로 몸체와의 불투명 석영제 지지판(237)과 지지판 고정볼트(236)에 의해 결합되고, 지지부(238) 양측면에는 석영제 가스주입기(217)를 끼우기 위한 가스주입기 구멍(257)과 반응로내 공정가스를 배기홈(256)으로 유도하는 공정가스 유출구(258)가 천공되어 있고, 배기홈(256) 방향의 지지부(238) 부분에는 반응로 전체를 일정기압으로 유지할 수 있도록 가스통로(246)가 설치된 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    공정가스의 예열 히터부(221)는 접속플렌지(220)에 의해 반응로 몸체(233)와 결합되며, 그 구조는 가장 중심부에 예비가열을 위해 표면적을 넓히고 공정가스가 흐르는 사형(serpentine type) 석영관(231), 이를 가열하기 위한 낮은 열질량(low thermal mass)의 면상(sheet type) 예비가열히터(224) 및 그 양측면의 단열판(222), 그리고 바깥쪽에 예비가열부(221)의 몸체가 위치하며, 여기에는 히터의 열을 차단하기 위하여 중공의 냉각수 통로(223)와 냉각수 입출구(233)가 설치되며 그 앞쪽에는 전단플렌지(225)와 공정가스관용 피드쓰루(227)가 장착된 구조로 된 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    공정가스는 고압산화 및 열처리용 입구(229)와 저압 화학기상 증착용 입구(230)를 통해 스테인레스 스틸관(228)으로 유입되어 석영 SST관 연결 어뎁터(226), 사형 석영관(231), 석영제 연결부(252), 가스주입기(217)를 거쳐 반응로 내부로 도입되는 구조로 구성됨을 특징으로 하는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    공정가스가 층류흐름(laminar flow)을 형성하면서 공정가스 유출구(258), 배기홈(256), 배기플렌지(251), 배기관(201) 게이트 밸브(249)를 거쳐 공정의 용도에 따라 각각 저압 화학기상 증착용 배기통로(248)와 고압산화 및 열처리용 배기통로(250)로 배출되는 구조로 됨을 특징으로 하는 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    윗덮개 개폐 및 클램핑용 기계기구부(202-205,253,254)는 지지판(205)과 스페이서(253) 및 지지판 볼트(202)로 반응로 몸체(233)에 결합되게 되어 있으며 유지보수를 위해 반응로 윗덮개부(214)를 개폐하거나 기밀을 유지하기 위한 기구부(mechanism)의 역활을 하며, 이중 복동식 유압실린더(203)는 반응로 윗덮개 개폐기구(254)를 각각 수평 및 상하이동 시키는 구조로 된 고압산화 및 저압 화학기상증착용 다중공정 반도체 제조장치.
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