KR100288988B1 - 수직형저압화학기상증착장치의생산효율증대및박막질개선을위한공정및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압 화학 기상 증착 장치의 반응기를 전기 히터 내부에 고정시켜 두지 않고 상·하 이동이 가능하도록 구성하여, 전기 히터 온도를 그대로 유지하고 반응기 전체를 아래로 이동시켜 웨이퍼를 반응기 내부에서의 질소 가스 분위기에서 충분히 냉각시킨 후 꺼내도록 하였다. 이로써 전기 히터의 감온·승온에 소모되는 시간 손실을 줄일 수 있어 장치의 생산 효율을 증가시킬 수 있다. 또한 반응기를 히터 아래로 내려둔 채, 즉 웨이퍼가 가열되지 않는 상태에서 반응기 내부 분위기 가스 정화 처리를 하게 되므로 잔류 가스들의 반응에 의한 웨이퍼 오염을 최소화시킬 수 있다.

Description

수직형 저압 화학 기상 증착 장치의 생산효율 증대 및 박막질 개선을 위한 공정 및 장치

수직형 저압 화학 기상 증착 장치는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 다결정 실리콘 박막과 같은반도체 박막의 증착과, 증착된 박막의 열처리에 사용되는 장치이다. 기존의 장치는 반응기로 사용되는 석영 튜브가 고정되어 있어, 실리콘 웨이퍼의 이송/반송 시 기판만 상·하 이동시키는 방식이었다. 즉 증착 공정을 마친 웨이퍼를 반송하기 위해 전기 히터 온도를 대기 온도(약 700℃)까지 감온시킨 후 기판을 아래로 이동시켜 웨이퍼를 꺼내고 새로운 웨이퍼를 장착한다. 다시 기판을 위로 이동시켜 질소 가스 공급과 pumping을 계속하여 반응기 내부의 불순물 가스를 제거한후 전기 히터 온도를 공정 온도(약 1,000℃ 이상)까지 승온시킨다. 온도가 설정한 값에 안정되면 반응 가스를 주입하여 박막 증착 공정을 진행한다.

이 과정에서 야기되는 문제점은 두 가지가 있다. 웨이퍼 반송 시 기판만 아래로 내리게 되면 고온 상태(약 1,000℃)에 있던 실리콘 웨이퍼가 외부에 그대로 노출되어 박막 표면에 균열이 생기거나 자연 산화막이 형성된다. 이를 보완하기 위해 웨이퍼 반송 전에 전기 히터의 온도를 가스 반응이 일어나지 않는 온도(약 700℃)까지 내렸다가, 새 웨이퍼를 장착하여 기판을 위로 이동시킨 후에는 다시 전기 히터의 온도를 공정 온도(약 1,000℃)까지 올리게 되는데, 이 또한 시간 손실 때문에 장치의 생산 효율이 매우 나빠진다. 두 번째 문제점은 반응기가 전기 히터 내부에 고정된 상태, 즉 웨이퍼가 전기 히터에 의해 가열되고 있는 상태에서 반응기 내부의 불순물가스를 제거하기 때문에 이 과정동안 불순물 가스들이 고온 상태에서 화학적 반응을 일으켜 실리콘 웨이퍼 표면을 오염시키게 된다. 이는 증착될 박막의 질을 떨어뜨리게 된다.

본 발명은 시간 손실에 의한 수직형 저압 화학 기상 증착 장치의 생산 효율(throughput) 저해 요인 및 증착 박막의 질(quality) 저해 요인을 없애기 위한 것으로, 웨이퍼 이송/반송 시 기판의 상·하 이동은 물론 반응기로 사용되는 석영 튜브도 상·하 이동시켜 전기 히터의 감온·승온에 소모되는 시간 손실을 없애고, 박막증착 공정 과정에서 반응기 정화 및 반응 가스 주입 순서를 변경하여 박막의 질을 향상시키고자 한다.

도 1은 반응기와 기판홀더가 모두 아래로 이동한 상태도.

도 2은 반응기가 위로 이동하여 기판홀더만 아래에 있는 상태도.

도 3은 반응기와 기판홀더를 모두 올려 박막 증착 또는 열처리 공정을 시작하는 단계.

1: 반응기(석영튜브), 2: 기판홀더, 3: 전기히터, 4: 웨이퍼,

5: 반응기 및 기판의 상·하 이동용 screw, 6: 상·하 이동 지지대

7: 불활성가스 또는 반응 가스 주입구, 8: 모터, 9: 클램프

본 발명은 기존에 기판의 상·하 이동 장치를 변형하여 반응기도 함께 상·하 이동이 가능하도록 구성한 것으로, 수직형 저압 화학 기상 증착 장치의 생산효율 향상 및 증착 박막의 질 개선을 목표로 하고 있다.

기존의 기판 상·하 이동 장치를 반응기에 장착하고 클램프를 이용하여 반응기와 기판이 탈착 가능하도록 한다.

실리콘 웨이퍼 위에 박막이 증착 또는 열처리된 후 웨이퍼를 반송하는 것에서부터 공정 과정을 설명하도록 한다.

박막 증착 또는 열처리가 끝나면 전기 히터의 온도는 그대로 유지하고, 반응 가스의 공급을 중단하고 반응기와 기판을 동시에 아래로 이동시킨다. 설정한 위치에 도달하면 질소 가스 공급과 pumping을 계속하여 반응기 내부의 반응 가스를 모두 제거한 후 pumping을 멈추고 반응기를 대기압 상태로 만든 후 반응기를 위로 이동시키는데, 이때 클램프를 풀어 기판과 반응기를 분리시켜 기판은 그대로 두고 반응기만 위로 올린다. 증착된 웨이퍼를 꺼내고 새 웨이퍼를 장착한 후 반응기를 다시 내려 클램프를 체결한 후, 질소 가스 공급과 함께 pumping을 계속하여 반응기 내부의 불순물 가스들을 완전히 제거한다. 이 과정이 끝나면 반응 가스를 주입하여 박막 증착 또는 열처리 공정을 하기 위한 압력을 조절한다. 반응 가스의 주입량과 반응기 내의 압력이 안정해지면, 반응기와 기판을 동시에 위로 이동시켜 전기 히터내부에 장착되도록 한 다음 증착 공정을 시작한다. 이때 전기 히터의 온도는 내리지 않고 공정 온도 그대로 유지시켜 둔 상태이므로 반송 시의 전기 히터 감온이나 이송 시의 전기 히터 승온을 위한 시간 소모는 없다.

도 1은 반응기와 기판을 모두 아래로 이동한 경우로서 증착 공정 후 반응기 내부를 정화하는 단계와 웨이퍼 장착 후 반응기 정화 및 반응 가스를 주입하는 단계의 상태도이다. 도 2는 클램프를 풀어 반응기만 위로 올린 경우로서 웨이퍼를 이송/반송하는 단계의 상태도이고, 도 3은 반응기와 기판을 모두 올려 박막 증착 공정을 시작하는 단계를 나타낸다.

위에서 서술한 공정 과정을 도면을 참조하여 설명하자면, 박막 증착이 끝난후 도 1의 상태에서 반응기 내부를 정화하고, 도 2의 상태에서 웨이퍼를 반송-이송하고, 다시 도 1의 상태에서 반응기 내부를 정화하고 반응 가스를 주입한다. 마지막으로 도 3의 상태에서 박막 증착 공정을 진행한다.

본 발명에 의해 1회 공정 시, 감온에 소모되는 시간(대략 60분)과 승온에 소모되는 시간(대략 10분) 및 온도가 안정되는데 소모되는 시간(대략 20분)을 약 90분 정도 줄일 수 있다. 또한 상온 분위기에서 반응기 내부의 불순물 가스들을 제거하여 정화시키기 때문에 고온 분위기에서 불순물 가스가 화학 반응하여 웨이퍼 표면을 오염시키는 문제를 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 저압 화학 기상 증착 장치의 전기 히터 온도를 그대로 유지시킨 채, 반응기를 전기 히터의 외부, 즉 아래로 이동시켜 반응기 내 불활성 가스 분위기에서 웨이퍼를 자연 냉각시키고 반응기를 정화 처리함으로써, 저압 화학 기상 증착 장치의 생산 효율 증대 및 박막의 질을 개선시킬 수 있는 공정.
2. 고정된 전기 히터, 상하 이동용 screw와 상·하 이동지지대에 의해 상하로 이동할 수 있는 반응기, 상·하로 이동가능한 기판 홀더, 기판 홀더와 반응기를 이탈착 가능하도록 하는 클램프로 구성되어 기판 홀더와 반응기를 동시에 또는 별도로 상·하 이동 가능하도록 하는것을 특징으로하는 수직형 저압 화학 기상 증착 장치.