KR100215879B1 - 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 상기 불순물 공급장치의 구조를 개선하여 그 설치공간을 줄이도록 함으로써 조립이 용이하게 함은 물론 증발되는 불순물량의 제어가 수월하도록 한 것이다.

이를 위해, 웨이퍼 도핑조의 일단에 상기 웨이퍼 도핑조와 연동되게 형성된 소오스 튜브와(3a), 상기 소오스 튜브(3a)의 하부 일측에 소오스 튜브와 연통되게 형성된 가스 유입관(20)과, 상기 가스 유입관(20)에 착탈 가능하게 설치되어 불순물이 채워진 소오스 용기(23)와, 상기 가스 유입관(20)에 착탈 가능하게 설치되어 소오스 용기(23)를 감싸는 커버(26)와, 상기 커버(26) 내벽에 설치되어 전원을 공급받아 발열하는 발열체(27)와, 상기 소오스 튜브(3a)의 일단에 끼워져 발열체(27)의 발열에 따라 증발된 불순물을 웨이퍼 도핑조내를 공급시키기 위해 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스관(29)으로 구성하여서 된 것이다.

Description

화학기상증착 장비의 불순물 공급장치

본 발명은 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 상기 불순물 공급장치의 구조를 개선하여 그 설치공간을 줄이도록 함으로써 조립이 용이하게 함은 물론 증발되는 불순물량의 제어가 수월하도록 한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼에 대한 불순물을 도핑하는 화학기상증착 장비는 웨이퍼의 표면에 일정량의 분말 형태인 삼산화 안티몬(Sb₂O₃) 불순물을 도핑시켜 웨이퍼에대한 소정의 가공을 행하는 반도체 장비로서, 이와 같은 장비의 구성을 첨부된 도 1을 참고로하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 장치를 갖는 퍼니스를 나다낸 종단면도로서, 화학기상증착 장비는 크케 웨이퍼(1)를 장비내로 로딩시키는 로드 스테이선부(2)와, 로딩된 웨이퍼(1)에 열을 가하여 화학반응을 일으키도록 함으로써 웨이퍼 표면에 불순물을 도핑시키도록 함과 함께 소오스 튜브(3a)가 형성된 메인 히터부(3)와, 상기 메인 히터부내에 불순물을 공급시킴과 함께 공급된 불순물을 증발시키도록 소오스 히터(4)가 설치된 소오스 캐비넷부(5), 이 3부분으로 나뉘어 지는데, 상기 불순물은 주로 삼산화 안티몬 (Sb₂O₃) 을 사용한다.

이와 같은 장비의 개략적인 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼 보트(6)에 복수개의 웨이퍼(1)를 장착시킨 다음 상기 웨이퍼보트(6)를 로드 스테이션부(2)의 이송장치(도시는 생략함)를 이용해 메인 히터부(3)의 웨이퍼 도핑조(7)내에 인입시킨 후 메인히터(8)를 발열시켜 웨이퍼(1)를 공정온도까지 상승시키는데, 이때 발생되는 열은 제어부(도시는 생략함)에 의해 별도의 열감지수단(도시는 생략함)에 감지되어 일정한 공정온도까지 상승된 다음 상승된 온도가 유지되게 된다.

그 다음 불순물을 소오스 캐비넷부(5)의 불순물 공급장치를 이용해 상기 웨이퍼 도핑조(7)내에 인입시켜 웨이퍼(1) 표면에 불순물이 도핑되도록 하여야 하는데, 이와 같은 종래 불순물을 공급시키는 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

소오스 캐비넷부(5)의 메인 프레임(9)일측에는 고정편(10)어 고정되어 있고, 상기 고정펀에는 제 1 이송편(11)이 이송가능하게 설치되어 있으며, 상기 제 1 이송편에는 이송레일(12)이 이송 가능하게 결합되어 있고, 상기 이송레일의 일측에는제 1 홀더(13)가 볼트(14)에 의해 고정되어 있으며, 상기 제 1 홀더(13)의 하부에는 안내홈(15a)이 형성된 안내편(15)이 고정되어 있고, 상기 이송레일(12)의 타측에는 제 2 이송펀(16)이 제 2 홀더(17)와 함께 상기 이송레일(12)에 이송가능하게 결합되어 있는데, 상기 제 2 홀더(17)에는 종래 장치를 구성하는 가스유입구(18a)가 형성된 보트바(18)가 고정되어 있고, 상기 보트바의 일측은 안내편(15)의 안내홈(15a)에 삽입되어 이송가능하게 설치되어 있으며, 상기 보트바(18)의 선단에는 불순물이 담겨지는 소오스 보트(19)가 용접 고정되어 있는 구조이다.

따라서, 상기 웨이퍼 도핑조(7)내의 웨이퍼(1)가 초기 상태인 약 750℃ 정도에서 1250℃ 정도로 상승되면 웨이퍼의 표면에 불순물을 도핑하여야 하는데, 이를 위해서는 먼저 도 3a에 도시한 바와 같이 소오스 보트(19)내에 불순물이 담겨지지 않은 상태에서 제어부(도시는 생략함)의 조작에 의해 이송레일(12) 및 제 1 홀더(13)를 구동시키면, 상기 이송레일은 제 1 이송편(11)에 의해 고정편(10)과 미끄럼 접촉하도록 고정되어 있으므로 도 3b에 도시한 바와 같이 보트 유입구(3a)내로부터 빠져나와 도면상 좌측으로 인출되는데, 이때 상기 이송레일(12)은 제 2 홀더(17)에 고정된 보트바(18)와 함께 제 1 홀더(13)와 이동되어 소오스 보트(19)를 외부로 노출시키케 된다.

이와 같이 소오스 보트가 외부로 노출되면 별도의 공급기(도시는 생략함)를 이용해 불순물을 상기 소오스 보트(19)내에 일정량 채운다.

그리고, 소오스 튜브(3a)하부의 소스 히터(4)를 발열시켜 이 열이 일정온도 상승되면 상기 소오스 히터를 상승된 온도 상태로 유지시키도록 계속 발열시킨다.

그 다음, 이송레일(12)을 보트 유입구(3a)측인 도 3c에 도시한 바와 같이 이동시키면 상기 이송레일(12)은 제 1 이송편(11)과 미끄럼 접촉하면서 우측으로 이동하는 도중 제 1 홀더(13)가 보트유입구(3a)의 선단에 맞닿케 되어 이송레일(12)의 이동이 중지되는데, 이때 상기 이송레일에 결합된 제 2 이송편(16)이 이송레일(12)에 안내됨과 함께 안내편(15)의 안내흠(15a)에 안내되어 보트바(18)를 보트유입구(3a)내부로 유입시킨다.

이와 같이 보트바(18)의 유입이 진행되면 상기 보트바는 이동하다가 제 1 홀더(13) 및 안내편(15)에 닿게되어 이동을 중지한다.

그리고, 보트바(18)의 가스유입구(18a)를 통해 아르곤(Ar) 등의 공정가스를 유입시키면 상기 가스는 소오스 히터(4)에 의해 증발되어 기화되는 불순물과 화학반응을 일으켜 웨이퍼 도핑조(7) 내부로 유입되면서 웨이퍼(1)에 대한 도핑을 하게된다.

한편, 상기 소오스 튜브(3a)의 길이는 최소한 약 80Cm 정도를 유지하여야 하는데, 이는 증발되는 불순물이 고체학되기 전에 웨이퍼 도핑조(7)내의 온도인 약 1250℃ 온도의 영향을 받도록 함으로써 소오스 튜브(3a)내로부터 소오스 히터(4)에의해 증발되는 불순물이 웨이퍼 도핑조(7)내로 고체화되기 전에 이동되도록 하기위한 것이다.

그러나, 종래에는 상술한 바와 같이 소오스 튜브의 길이가 필연적으로 길어지게 됨에따라 상기 소오스 튜브내를 공급하기 위한 공급 장치의 길이또한 길어져 장비가 최소한 50 inch 정도는 되어야 하는 복잡한 구조를 갖게 되었다.

그리고, 열감지 수단에 의해 메인히터의 발열을 감지하는 반면 소오스 보트의 발열을 감지하는 장치는 없었는데, 이는 반복되는 작업의 경험에 의해 일정온도까지 상승시키는 정도에 불과하여 웨이퍼 도핑시 중요한 영향을 미치는 인자인 불순물과 공정가스의 화학반응되는 온도가 일정온도가지 미치지 못하거나 초과하게 됨에 따라 웨이퍼의 불량을 유발하는 원인이 되었다.

또한, 소오스 보트 및 보트바는 한 번 사용하고 난 후 폐기해야 하므로 상기 소오스 보트 및 보트바의 추가구입에 따른 비용의 부담이 있었음은 물론, 상기 소오스 보트 및 보트바를 보트바와 연결된 가스공급장치(컨넥터 등)로부터 해체한 다음 제 1 홀더 및 제 2 홀더로부터 분리하여 폐기해야 했으므로 해체작업에 따른 시간이 추가로 소요되어 장비의 가동시간이 줄어들었으며, 상기 해체작업을 할 때에는 소오스 히터 및 메인히터의 온도를 내려야 했으므로 해체작업의 장시간에 따른 각 히터의 가열하는 시간 및 온도를 내리는 시간이 또한 장시간 소요되어 장비의 가동율이 저하되는 제반 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 불순물 공급 장치의 구조를 개선하여 그 설치공간을 줄이도록 함으로써 조립이 용이하게 함은 물론 증발되는 불순물량의 제어가 수월하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 웨이퍼 도핑조의 일단에 상기 웨이퍼 도핑조와 연통되게 형성된 소오스 튜브와, 상기 소오스 튜브의 하부 일측에 소오스 튜브와 연통되게 형성된 가스 유입관과, 상기 가스 유입관에 착탈 가능하게 설치되어 불순물이 채워진 소오스 용기와, 상기 가스 유입관에 착탈가능하게 설치되어 소오스 용기를 감싸는 커버와, 상기 커버 내벽에 설치되어 전원을 공급받아 발열하는 발열체와, 상기 소오스 튜브의 일단에 끼워져 발열체의 발열에 따라 증발된 불순물을 웨이퍼 도핑조내를 공급시키기 위해 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스관으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치가 제공된다.

도 1 은 종래 장치를 갖는 화학기상증착 장비를 나타낸 종단면도

도 2 는 종래 불순물 공급장치를 나타낸 사시도

도 3 은 도 1의 소오스 캐비넷부를 나타낸 종단면도로서,

도 3a 는 보트바가 보트 유입판내에 위치된 상태도

도 3b 는 보트바가 보트 유입관으로부터 인출된 상태도

도 3c 는 보트바가 보트 유입판내로 완전 인입된 상태도

도 4 는 본 발명 불순물 공급장치를 나타낸 종단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3a : 소오스 튜브 20 : 가스 유입관

23 : 소오스 용기 26 : 커버

27 : 발열체 29 : 캐리어 가스관

이하, 본 발명을 일실시예로 도시한 첨부된 도 4를 참고로 더욱 상세히 설명하면 다음과 갈다.

도 4는 본 발명 불순물 공급장치를 나타낸 종단면도로서, 웨이퍼 도핑조(7)의 일측에는 상기 웨이퍼 도핑조와 연통되게 약 15Cm 정도의 길이를 가지며 작은 직경의 폭을 가진 소오스 튜브(3a)가 일체로 설치되어 있고, 상기 소오스 튜브의 일측 하부에는 상기 소오스 튜브(3a)와 연통되며 외주면에 나사가 형성된 가스 유입관(20)이 일체로 형성되어 있으며, 상기 가스 유입관의 외주면에는 스테인레스 재질의 제 1 마개(21) 및 단열재질의 칼라(Collar)인 제 2 마개(22)가 나사결합되어 있고, 상기 제 1 마개(21)의 내측에는 불순물이 담겨진 스테인레스 재질의 약 15Cm 높이를 가진 소오스 용기(23)가 나사결합되어 있는데, 상기 소오스 용기의 상부면과 제 1 마개(21)의 내측 사이에는 기밀성 재질인 그라포일(Grafoil)(24)이 체결되어 있으며, 상기 소오스 용기(23)의 하부에는 불순물의 용기내 투입이 용이하도록 투입구 마개(25)가 나사결합되어 있고, 상기 제 2 마개(22)의 외주면에는 소오스 용기(23)로부터 일정간격 이격되게 커버(26)가 나사결합되어 있으며, 상기 커버의 내측면에는 소오스 용기(23)내의 불순물을 증발시키도록 발열체(27)가 외부의 전원의 공급에 따라 발열 가능하게 설치되어 있고, 상기 커버(26)에는 커버를 관통하여 증발되는 불순물의 온도를 감지하여 관찰하도록 한쌍의 열전대(28)가 설치되어 있으며, 상기 소오스 튜브(3a)의 일단에는 소오스 용기(23)로부터 증발된 불순물이 소오스 튜브(3a)내로 상승될 때 상기 기화된 불순물이 웨이퍼 도핑조(7)내로 유입되도록 운반하는 역할을 하는 캐리어 가스가 공급되는 캐리어 가스관(29)이 밀착고정되어 있다.

따라서, 웨이퍼 도핑조(7)내에 웨이퍼(1)가 인입된 상태에서 메인히터(8)를 발열시켜 초기 휴지(休止)된 상태인 약 75℃ 정도에서 약 1250℃ 까지 상승시킨다.

이와 같은 상태에서 마찬가지로 약 200℃의 휴지 온도를 갖는 발열체(27)로 발열시켜 공정온도인 약 700℃ 까지 상승시키는데, 이 상승되는 온도는 열전대(28)에 의해 감지되어 조절이 되며 상기 승상되는 온도가 약 610℃ 정도가 되면 소오스 용기(23)내의 불순이 증발되게 된다.

이와 같이 증발된 소오스 용기(23)내의 불순물의 증발가스는 상기 소오스 용기 내부를 가압하며 상부로 이동하여 가스 유입판(20)을 거친 다음 소오스 튜브(3a)내부로 유입되게 되는데, 이때 상기 소오스 튜브내에 고정설치된 캐리어 가스관(29)을 통해 캐리어 가스인 아르곤(Ar) 등의 가스를 공급하면 상기 캐리어 가스는 유입구(20)을 통해 소오스 튜브(3a)내부로 유입된 불순물의 증발가스를 웨이퍼 도핑조(7)내부로 강제 유입시키케 되고 이 유입된 불순물의 증발가스는 웨이퍼(1)의 표면에 일정한 패턴의 막을 형성시키는 도핑작업을 하게 된다.

한편, 상기 소오스 용기(23)내에 불순물을 담기 위해서는 커버(26)를 제 2 마개(22)로부터 푼 다음 제 1 마개(21)와 가스 유입관(20)으로부터 소오스 용기(23)를 푼 후, 상기 소오스 용기를 거꾸로 뒤집고 상부측 구멍을 막은 상태에서 투입구 마개(25)를 열어 불순물을 투입하면 되는데, 상기 투입되는 불순물의 양은 약 5 ∼ 6회에 걸친 웨이퍼(1)의 도핑작업을 할 수 있는 양이 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명 장치의 설치공간이 15Cm × 15Cm 정도면 충분하므로 조립이 간편하여 불순물의 주입이 용이할 뿐만 아니라 전체적인 화학기상증착 장비의 크기를 줄일 수 있다.

둘째, 한 번 주입된 소오스 용기내의 불순물 만으로도 약 5 ∼ 6회정도의 웨이퍼에 대한 도핑작업을 할 수 있어 종래와 갈이 웨이퍼에 대한 도핑이 한 번 끝나면 소오스 보트를 새것으로 교체해야하는 번거로움 및 추가비용의 부담이 없다.

셋째, 소오스 용기 및 제 1 마개가 스데인레스 재질이므로 장기간 사용에도 부식 및 고온에 강하여 부품의 수명이 오래 유지된다.

넷째, 그라포일을 사용함으로 인해 소오스 용기내에서 증발된 증발가스가 새지 않아 상기 증발가스의 누출이 방지됨은 물론 제 2 마개를 단열성 칼라를 채용하였기 때문에 커버 내부에서 발생된 고온의 열이 외부로 유출되지 않아 방열에 의한 열손실이 방지된다.

다섯째, 소오스 튜브의 일측에 설치되는 캐리어 가스관은 한 번 기밀을 유지하도록 설치하고 나면 교체할 필요가 없으므로 가스의 누출이 방지되는 효과가 있다.

여섯째, 커버내의 온도를 열전대에 의해 상시 감시하므로 정확한 공정온도의 콘트롤이 가능한 효과가 있다.

Claims (9)

1. 웨이퍼 도핑조의 일단에 상기 웨이퍼 도핑조와 연통되게 형성된 소오스 튜브와, 상기 소오스 튜브의 하부 일측에 소오스 튜브와 연통되게 형성된 가스 유입관과, 상기 가스 유입관에 착탈 가능하게 설치되어 불순물이 채워진 소오스 용기와, 상기 가스 유입관에 착탈 가능하게 설치되어 소오스 용기를 감싸는 커버와, 상기 커버 내벽에 설치되어 전원을 공급받아 발열하는 발열체와, 상기 소오스 튜브의 일단에 끼워져 발열체의 발열에 따라 증발된 불순물을 웨이퍼 도핑조내를 공급시키기 위해 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스관으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 유입관에 제 1 마개를 나사 결합하고, 상기 제 1 마개에는 소오스용기를 나사 결합함에 따라 상기 소오스 용기가 가스 유입판에 착탈 가능하게 설치됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 마개와 소오스 용기 상단 사이에 기밀부재를 끼워서 됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기밀부재는 그라포일(Grafoil)임을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 유입관에 제 2 마개를 나사 결합하고, 상기 제 2 마개에 커버를 나사 결합함에 따라 상기 커버가 가스 유입관에 착탈가능하게 설치됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 소오스 용기의 하부에 투입구 마개를 나사 결합하여서 됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
7. 제 1 항에 있어서, 커버내에 적어도 1개 이상의 열전대를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소오스 용기 및 제 1 마개는 스테인레스 재질임을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 마개는 단열성 칼라임을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 불순물 공급장치.