KR100273230B1 - 반도체 공정용 종형 확산로 및 그 운전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정용 종형 확산로 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 인너튜브를 아우터튜브에 대하여 삽입 및 인출된 위치로 승강 가능하게 설치하여 웨이퍼가 수납된 보트가 상승하기 전에 미리 인너튜브가 하강하여 보트를 덮어씌워 자연 산화막이 발생되기 어려운 상태로 유지한 상태에서 보트와 인너튜브를 상승시켜 인너튜브가 아우튜브에 삽입되도록 함으로써 종래의 일반적인 반도체 공정용 종형 확산로에서 보트 상승과 관련된 문제점인 외기의 유입에 의한 자연 산화막 성장, 웨이퍼의 열 스트레스에 의한 이물질발생 및 외부환경의 복합적 작용에 의한 헤이즈 발생의 문제점, 그리고 보트 하강 시에는 인너튜브가 보트를 덮어씌운 상태로 인너튜브와 보트를 함께 하강시킴으로써 웨이퍼에 접촉되는 외기에 의해 BPSG막의 열처리시 석출물이 발생하는 문제점을 해결할 수 있음과 아울러 로드락 챔버를 따로 구성하지 않고 산화막 성장을 제어할 수 있음에 따라 경제적으로 되도록 한 것이다.

Description

반도체 공정용 종형 확산로 및 그 운전방법

본 발명은 반도체 공정용 종형 확산로(vertical furnace) 및 그 운전방법에 관한 것으로서 특히 보트 상승과 관련되어 외기유입에 의한 웨이퍼 표면의 자연 산화막 성장문제, 열스트레스에 의한 이물 발생문제, 헤이즈(Haze)발생문제 및 보트 하강과 관련되어 BPSG막의 열처리시 석출물 발생문제를 해소함과 아울러 경제적으로 공정을 진행할 수 있는 반도체 공정용 종형 확산로 및 그 운전방법에 관한 것이다.

반도체를 제조하기 위해서는 여러 공정을 진행하게 되는데 이러한 공정 중에는 웨이퍼 표면에 불순물 원자를 확산시켜 P형 또는 N형 반도체 부분을 형성하는 확산공정이 있으며 이러한 확산공정을 위해 사용되는 장비 중 하나가 반도체 공정용 종형 확산로이다.

이러한 반도체 공정용 종형 확산로는, 종래의 일반적인 공정용 종형 확산로를 도시한 종단면도인 제1도에 보인 바와 같이, 공정을 진행할 수십 장의 웨이퍼(w)를 수납하여 상하로 이동 가능한 보트(1)가 있고, 상기 보트(1)의 상측으로는 공정가스가 공급되는 가스공급관(2a)과 사용된 공정가스가 배출되는 가스배출관(2b)을 구비하여 그 내부 공간에서 공정을 진행하는 인너튜브(2)가 설치되어 있고, 상기 인너튜브(2)의 외부에는 인너튜브(2)를 감싸는 탄화규소(SiC)재질의 아우터튜브(3)가 설치되어 있으며, 상기 아우터튜브(3)의 외부로는 인너튜브(2) 내부의 온도를 일정한 공정온도로 유지하기 위한 히터블록(4)이 설치되어 있다. 상기 인터튜브(2)와 아우터튜트(3) 및 히터블록(4)은 고정된 상태에 있으며 보트(1)만이 실선 화살표로 도시한 바와 같이 상하로 이동할 수 있는 상태에 있다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 종래의 반도체 공정용 종형 확산로의 작용을 설명하면 다음과 같다.

즉, 공정을 진행할 웨이퍼(w)를 상기 보트(1)에 수납한 상태에서, 히터블록(4)에 의해 적당한 공정온도로 가열된 상태에 있는 인너튜브(2)의 내부로 보트(1)를 상승시켜 삽입하게 되며, 그 후 적정시간, 온도 및 가스분위기 하에서 반응을 진행한 후 보트(1)를 하강시켜 반응이 완료된 웨이퍼(w)를 꺼내고 새로운 웨이퍼(w)를 수납하여 공정을 재개하게 된다.

그런데, 상기한 바와 같은 구조로 된 반도체 공정용 종형 확산로의 경우에는 보트(1)의 상승과 하강에 관련하여 각각 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 보트(1)의 상승 시에는 보트가 인너튜브(2)에 삽입되기 전에 대기중의 산소와의 반응에 의해 웨이퍼(w)의 표면에 자연 산화막이 성장하게 되는 문제점이 있었다. 이러한 산화막의 성장정도가 공정의 종류에 따라 용인될 수 있는 정도인 경우에는 별다른 문제가 없겠으나 용인될 수 있는 수준을 넘어서는 경우에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 별도의 장치가 필요한 바, 제2도와, 제3도은 상기한 바와 같은 산화막 성장의 문제점을 해결하기 위한 종래의 종형 확산로의 예를 도시한 종단면도이다.

여기서 제2도에 도시된 반도체 공정용 종형 확산로는 로드락 챔버(5)가 보트(1)의 외부를 둘러싸도록 구성하고 펌프(P)를 이용하여 로드락 챔버(5)의 내부를 진공으로 만든 후 질소가스를 로드락 챔버(5)의 가스공급관(5a)으로 공급하여 질소분위기 상태에서 인너튜브(2)의 내부로 보트(1)를 삽입하도록 구성한 것이고, 제3도에 도시된 것은 펌프를 사용하여 로드락 챔버(5)의 내부를 진공으로 만들지는 않고 단지 로드락 챔버(5)의 가스공급관(5a)으로 다량의 질소가스를 퍼지(purge)하여 질소분위기를 만든 후 인너튜브(2)의 내부로 보트(1)를 삽입시킬 수 있도록 구성된 것으로 제2도에 비해서는 산화막 성장을 제어할 필요성이 덜한 경우에 사용될 수 있는 장치이다. 도면상 미설명 부호 5b는 로드락 챔버에 설치된 가스배출관이다.

한편 종래 종형 확산로에서 보트(1)의 상승시 발생되는 또 다른 문제점으로는 열스트레스에 의한 이물 발생 문제가 있다. 즉. 보트(1)의 상승시에는 웨이퍼(w)가 급작스럽게 열을 받게 되어 부피가 팽창하게 되는데 이때 웨이퍼(w)의 앞면과 뒷면이 받는 열이 균일하지 못하게 되어 열 스트레스가 발생하게 되고 이에 따라 웨이퍼(w)의 진동이 일이나 이물이 발생하게 되는 문제가 일어나게 되는 것이다.

제4도와 제5도는 각각 종래의 종형 확산로에서 인너튜브(2) 내부의 온도와 보트(1) 상승시의 웨이퍼(w) 진동회수와의 관계를 도시한 그래프와 표인데, 이에 도시한 바와 같이, 인너튜브(2) 내부의 온도가 높을수록 진동회수가 많아지며 이에 따라 발생량도 많아지게 됨을 알 수 있다.

여기서 유의해야 할 것은 상기 제2도및 제3도에 보인 로드락 챔버(5)를 채용하는 경우에도, 보트(1)가 상승하는 경우 웨이퍼(w)의 온도가 급작스럽게 상승하는 것을 방지할 수는 없으므로 이러한 열스트레스에 의한 이물 발생의 문제점을 해소할 수는 없다는 점이다. 보트(1) 상승시의 문제점으로 들 수 있는 또 하나의 보트(1)의 상승시 여러 가지 복합적인 외적요인에 의해 헤이즈(Haze)가 발생하게 되는 문제점이다.

한편, 공정의 종료후 웨이퍼(w)에 형성된 BPSG막을 열처리하는 과정에서 보트(1)의 하강시 유입되는 외기 및 온도의 영향에 의해 웨이퍼(w)에 석출물이 발생하게 되는 문제점이 있는데 이는 보트(1)의 하강과 관련되어 발생하는 문제점이라 볼 수 있다.

상기한 바와 같이 제1도에 도시된 종래의 일반적인 반도체 공정용 종형 확산로는 보트의 상승과 관련된 문제점으로 외기의 유입에 의한 산화막 성장 문제, 열스트레스에 의한 이물 발생 문제 그리고 복합적인 외적요인에 의한 헤이즈 발생 문제를 가지고 있으며, 또한 보트의 하강과 관련된 문제점으로는 보트 하강시 외기와의 작용에 의해 BPSG막의 열처리시 석출물이 발생하게 되는 문제를 가지고 있있다.

이러한 문제점 중 일부는 상기 제2도 및 제3도에 도시한 바봐 같은 로드락 챔버를 운용하여 해결 가능한 것도 있으나, 로드락 챔버를 따로 운영하는데 따른 비용의 상승과 로드락 챔버를 운용함에 따른 추가적인 이물의 발생 및 공정시간이 길어지는 문제점, 그리고 로드락 챔버를 사용하는 경우에도 열스트레스에 의한 이물 발생이 문제점을 해소할 수 없다는 점이 있어 좀 더 우수하고 경제적인 장치가 요구되는 있는 실정이었다.

제1도 내지 제3도에서 “6”은 플랜지이다.

따라서 이러한 제반 환경 하에서 창출된 본 발명의 목적은 보트 상승과 하강에 관련된 상기의 문제점을 모두 해소할 수 있는 한편 경제성이 우수한 반도체 공정용 종형 확산로 및 그 운전방법을 제공하는자 하는 것이다.

제1도는 종래의 일반적인 반도체 공정용 종형 확산로를 도시한 종단면도.

제2도는 종래의 반도체 공정용 종형 확산로의 다른 예를 도시한 종단면도.

제3도는 종래의 반도체 공정용 종형 확산로의 또 다른 예를 도시한 종단면도.

제4도는 종래의 종형 확산로에시 인너튜브 내부의 온도와 보트 상승시의 웨이퍼 진동회수와의 관계를 도시한 그래프.

제5도는 종래의 종형 확산로에서 인너튜브 내부의 온도와 보트 상승시의 웨이퍼 진동회수와의 관계를 도시한 표.

제6도는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 공정용 종형 확산로의 구조를 도시한 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 보트 12 : 인너튜브

12a : 가스공급관 12b : 가스배출관

12c : 본체 13 : 아우터 튜브

14 : 히터블록 15 : 플랜지

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 상단이 막히고 하단이 개방되며 일정한 내부 공간을 가지고 상기 보트의 상측에 상하이동이 가능하도록 설치되는 본체와 상기 본체에 각각 일체로 설치되는 가스공급관 및 가스배출관을 포함하여 구성되는 인너튜브와; 상기 다수개의 웨이퍼가 수납되는 보트와; 상기 인너튜브의 하단 개구부를 개폐함과 아울러 상기 보트를 지지하는 플랜지와; 상기 인너튜브를 덮어씌우는 아우터튜브; 및 아우터튜브의 주위에 설치된 히터블록;을 포함하는 반도체 공정용 종형 확산로에 있어서, 상기 인너튜브는 보트가 안착되는 상기 아우터튜브에 삽입된 공정진행위치와 아우터튜브로부터 하부로 인출된 웨이퍼수납/취출위치 사이에서 플랜지에 안착된 보트와 함께 승강 가능하게 설치하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 공정용 종형 확산로가 제공된다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상단이 막히고 하단이 개방되며 일정한 내부 공간을 가지고 상기 보트의 상측에 상하이동이 가능하도록 설치되는 본체와 상기 본체에 각각 일체로 설치되는 가스공급관 및 가스배출관을 포함하여 구성되는 인너튜브와; 상기 다수개의 웨이퍼가 수납되는 보트와; 상기 인너튜브의 하단 개구부를 개폐함과 아울러 상기 보트를 지지하는 플랜지와; 상기 인너튜브를 덮어씌우는 아우터튜브; 및 아우터튜브의 주위에 설치된 히터블록;을 포함하는 반도체 공정용 종형 확산로에서 인너튜브가 아우터튜브의 내부에 삽입된 상태에서 인너튜브의 하측 외부에 위치하는 보트에 다수개의 웨이퍼를 수납하는 단계와; 상기 아우터튜브의 내부에 위치하던 인너튜브를 하강시켜 웨이퍼와 보트를 덮어씌우며 인너튜브의 하단 개구부가 플랜지에 의해 폐쇄되도록 하는 단계와; 상기 플랜지에 의해 폐쇄된 인너튜브의 내부 공간을 웨이퍼에 산화막이 형성되기 어려운 분위기로 유지시키는 단계와; 상기 인너튜브와 보트 및 플랜지를 일체로 상승시켜 인너튜브가 아우터튜브의 내부로 삽입되도록 하는 단계와; 확산 공정을 수행하는 단계와; 확산공정이 완료된 후 인너튜브와 보트 및 플랜지를 일체로 하강시키는 단계와; 보트와 플랜지를 하강위치로 정지시킨 상태에서 인너튜브를 상승시켜 아우터튜브 내부에 삽입되도록 하는 단계와; 보트로부터 웨이퍼를 인출하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 공정용 종형 확산로의 운전방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명한다.

제6도는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 공정용 종형 확산로의 구조를 도시한 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로는 종래의 것과 비교할 때, 보트(11)와 안착된 플랜지(15) 물론 인너튜브(12)가 승강 가능하게 설치되어 있다는데 주된 차이점이 있으며 보트(11)와 인너튜브(12) 그리고 아우터튜브(13) 및 히터블록(14)을 포함하여 구성되는 것을 종래의 것과 동일하다.

즉, 상기 인너튜브(12)는 아우터튜브(11)에 삽입된 공정진행위치와 아우터튜브(11)에서 인출된 웨이퍼 수납/취출위치 사이에서 승강 가능하게 설치되는 것이다. 또한 상기 인너튜브(12)는 그 승강 작동이 상기 플랜지(15)의 승강 작동과 함께 이루어지도록 설치되는 것이다.

도면상 미설명 부호 12c는 인터튜브의 본체, 12a는 가스공급관, 12b는 가스배출관이다.

종래 아우터뷰트(13)의 내부에 고정되어 있던 인너튜브(12)를 상하로 이동할 수 있도록 함으로써 공정의 다양한 요구에 부응하여 본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로를 사용할 수 있게 되는데, 이러한 본 발명의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로를 사용하여 공정을 진행하기 위해서는 먼저, 보트(11)는 그대로 정지한 상태로 있고 인너튜브(12)는 아우터튜브(13)의 내부에 위치되도록 한다.

이 상태에서 보트(11)에 공정을 진행할 웨이퍼(w)들을 수납한 다음 인너튜브(12)가 일정위치에 고정된 아우터튜브(13)로부터 이탈 하강하여 웨이퍼(w)들이 수납된 보트(11)를 덮어씌움과 아울러 인너튜브(12)의 하단개구부는 플랜지(15)에 의하여 밀폐되어 인너튜브(12)의 내부 공간에 위치한 웨이퍼(w)는 외기로부터 차단된 상태로 유지된다.

이렇게 보트(11)와 인너튜브(12)가 결합하여 결합부위가 밀봉되면 반응시의 외기에 의한 자연 산화막 성장을 억제하기 위하여 인너튜브(12) 본체(12c)의 가스공급관(12a)으로 질소가스등을 퍼지(purge)하여 산화막이 형성되기 어려운 분위기로 만들거나, 더욱 엄격한 제어를 위해서는 질소가스등의 주입 전에 가스배출관(12b)에 펌프(미도시)를 연결하여 인너튜브(12) 내부의 외기를 뽑아낸 후 질소가스 등을 가스공급관(12a)을 통해 불어넣어 대기압상태를 만들게 된다.

이렇게 공정상의 필요정도에 따라 산화막 성장을 억제할 수 있는 적절한 조치를 취한 후에는 보트(11)와 인너튜브(12) 및 플랜지(15)가 결합된 상태 그대로 함께 상승시켜 히터블록(14)에 의해 가열되는 아우터튜브(13)에 결합시킨 후 일정한 공정온도, 공정시간, 공정가스의 조건으로 공정을 진행하게 된다.

한편 이렇게 인너튜브(12)와 보트(11)가 결합되어 일체로 상승함에 따라 종래 웨이퍼(w)의 온도가 급변하며 열스트레스에 의해 이물이 발생하는 문제점을 해소할 수 있는데, 이는 웨이퍼(w)로 직접 빠르게 열이 전달되는 대신 인너튜브(12) 및 그 내부의 가스분위기가 항온조와 같은 역활을 함에 의해 서서히 열이 전달될 수 있음에 의한 것이다.

또한, 외부환경의 복합적인 영향에 의해 발생하던 헤이즈 발생의 문제도 웨이퍼(w)가 외부환경에 노출된 상태에서 상승하는 것이 아니라 인너튜브(12)의 내부에 밀봉된 상태에서 상승하므로 해소되게 된다.

소정의 시간이 경과하여 공정을 완료한 후에는 보트(11)가 상승할 때와 마찬가지로 보트(11)와 인너튜브(12)를 결합한 상태에서 하강시키게 되는데, 이에 의해 반응이 종료된 웨이퍼(w)에 외기가 접촉하지 못하게 되므로 종래 보트(11)의 하강 중에 웨이퍼(w)와 건촉되는 외기의 영향애 의해 BPSG막의 열처리시 웨이퍼(w)에 석출물이 발생하게 되는 문제점이 해소될 수 있게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로에서 인너튜브(12)를 종래와 마찬가지로 아우터튜브(13)의 내부에 고정시킨 상태에서 공정을 진행하는 경우에는 실질적으로 제1도에 도시된 종래의 종형 확산로와 아무런 차이점이 없게 되고 이에 따라 종래의 종형 확산로에서 발생되는 제반 문제점이 발생되게 될 것이며, 종래의 제반 문제가 발생하더라도 무방한 매우 엄격하지 않은 조건하에서 사용될 수 있을 것이다.

또 다른 경우로, 산화막의 성장을 제어할 필요가 없는 경우에는 질소퍼지나 펌프를 사용하여 인너튜브(12) 내부의 분위기를 산화가 어려운 상태로 만드는 과정을 생략할 수 있을 것이며, 이 경우에도 열스트레스에 의한 이물발생 등의 문제는 제어된 상태로 반응이 진행될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 공정용 종형 확산로는 종래의 일반적인 반도체 공정용 종형 확산로에서 보트 상승과 관련된 문제점인 외기의 유입에 의한 자연 산화막 성장, 웨이퍼의 열스트레스에 의한 이물발생 및 외부환경의 복합적 작용에 의한 헤이즈 발생의 문제점, 그리고 보트 하강과 관련된 문제점인 웨이퍼에 접촉되는 외기에 의해 BPSG막의 열처리시 석출물이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.

종래에도, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 로드락 챔버를 부가하여 운용하는 경우에는 보트의 상승 시 열스트레스에 의한 이물발생을 제외한 문제점을 해소할 수 있으나, 로드락 챔버를 운용하는데 고가의 비용이 소요되어 경제적이지 못하고 로드락 챔버에 의한 새로운 이물 발생 등의 문제점도 있게 되나, 본 발명에서는 열스트레스에 의한 이물발생의 문제까지 해결할 뿐더러 별도의 로드락 챔버를 운용할 필요성이 없어 경제적인 효과도 있게 된다.

Claims (2)

1. 상단이 막히고 하단이 개방되며 일정한 내부 공간을 가지고 상기 보트의 상측에 상하이동이 가능하도록 설치되는 본체와 상기 본체에 각각 일체로 설치되는 가스공급관 및 가스배출관을 포함하여 구성되는 인너튜브와; 상기 다수개의 웨이퍼가 수납되는 보트와; 상기 인너튜브의 하단 개구부를 개폐함과 아울러 상기 보트를 지지하는 플랜지와; 상기 인너튜브를 덮어씌우는 아우터튜브; 및 아우터튜브의 주위에 설치된 히터블록;을 포함하는 반도체 공정용 종형 확산로에 있어서, 상기 인너튜브는 보트가 안착되는 상기 아우터튜브에 삽입된 공정진행위치와 아우터튜브로부터 하부로 인출된 웨이퍼수납/취출위치 사이에서 플랜지에 안착된 보트와 함께 승강 가능하게 설치하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 공정용 종형 확산로.
2. 상단이 막히고 하단이 개방되며 일정한 내부 공간을 가지고 상기 보트의 상측에 상하이동이 가능하도록 설치되는 본체와 상기 본체에 각각 일체로 설치되는 가스공급관 및 가스배출관을 포함하여 구성되는 인너튜브와; 상기 다수개의 웨이퍼가 수납되는 보트와; 상기 인너튜브의 하단 개부를 개폐함과 아울러 상기 보트를 지지하는 플랜지와; 상기 인너튜브를 덮어씌우는 아우터튜브; 및 아우터튜브의 주위에 설치된 히터블록;을 포함하는 반도체 공정용 종형 확산로에서, 인너튜브가 아우터튜브의 내부에 삽입된 상태에서 인터튜브의 하측 외부에 위치하는 보트에 다수개의 웨이퍼를 수납하는 단계와; 상기 아우터튜브의 내부에 위치하던 인너튜브를 하강시켜 웨이퍼와 보트를 덮어씌우며 인너튜브의 하단 개구부가 플랜지에 의해 폐쇄되도록 하는 단계와; 상기 플랜지에 의해 폐쇄된 인너튜브의 내부 공간을 웨이퍼에 산화막이 형성되기 어려운 분위기로 유지시키는 단계와; 상기 인너튜브와 보트 및 플랜지를 일체로 상승시켜 인너튜브가 아우터튜브의 내부로 삽입되도록 하는 단계와; 확산공정을 수행하는 단계와; 확산공정이 완료된 후 인너튜브와 보트 및 플랜지를 일체로 하강시키는 단계와; 보트와 플랜지를 하강위치로 정지시킨 상태에서 인너튜브를 상승시켜 아우터튜브 내부에 삽입되도록 하는 단계와; 보트로부터 웨이퍼를 인출하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 공정용 종형 확산로의 운전방법.

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