KR100464773B1 - 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 퍼니스(Furnace)를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. 이에 의하면, 매니폴드의 내주면에 공정 튜브의 내부 공간으로 하나의 동일한 공정 가스를 다중 분사하기 위한 가스 분사구가 2개 이상 다수개로 형성되고, 매니폴드의 외주면에 가스 분사구들과 공통 연통된 가스 인입구가 형성된다. 이와 마찬가지로 다른 종류의 공정 가스들 각각에 해당하는 가스 분사구도 매니폴드에 다수개 형성된다.
따라서, 웨이퍼들을 장착한 웨이퍼 보트가 공정 튜브 내에 투입된 후 웨이퍼 보트가 회전 장치에 의해 회전되는 상태에서 공정 가스들이 해당하는 다수개의 가스 분사구를 거쳐 공정 튜브의 내부 공간으로 다중 분사된다. 그 결과, 해당 공정 가스의 흐름이 공정 튜브의 내부 공정 전체에 대해 균일해지므로 웨이퍼의 균일도가 향상된다. 이는 공정 신뢰성을 향상시키고 반도체 소자의 수율 저하를 억제시킬 수가 있다.

Description

수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{Manufacturing Method For Semiconductor Devices Using Vertical Furnace}
본 발명은 수직형 퍼니스(Furnace)를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 튜브의 내부 공간으로 하나의 동일한 공정 가스를 다수개의 가스 분사구에서 분사시킴으로써 공정 처리 완료된 웨이퍼의 균일도(Uniformity)를 향상시키도록 한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조용 퍼니스는 어닐링(Annealing) 공정, 확산(Diffusion) 공정, 산화(Oxidation) 공정 및 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정과 같은 반도체 제조공정에 사용된다. 이러한 퍼니스는 크게 수평형과 수직형으로 구분된다. 최근의 저합 화학 기상 증착용 퍼니스에는 수평형 보다 수직형 퍼니스가 많이 채택되고 있는데, 이는 수직형 퍼니스가 수평형 퍼니스에 비하여 사용 도중에 파티클(Particle)과 같은 미세한 불순물 입자를 적게 발생시키기 때문이다. 따라서, 수직형 퍼니스는 파티클 발생을 줄일 수 있으므로 웨이퍼의 오염 및 웨이퍼의 불량 발생 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 수직형 퍼니스는 자동화 라인의 구축에 용이하며, 수직 방향으로 공정 튜브가 배치되어 있기 때문에 하부 지지대가 차지하는 바닥 면적이 좁다.
이러한 수직형 퍼니스에서는 여러장의 웨이퍼들을 정렬 수납한 웨이퍼 캐리어가 반입용 스테이지에 놓여지고 나면, 웨이퍼 캐리어가 이송용 로봇 암에 의해 이송용 스테이지로 이송된다. 이어, 이송 스테이지 상의 웨이퍼 캐리어 내의 웨이퍼가 또 다른 이송용 로봇 암에 의해 예를 들어 1장씩 로딩 영역의 웨이퍼 보트(Boat)로 이송됨으로써 웨이퍼 보트에 다단으로 수납 유지된다. 이런 상태의 웨이퍼 보트가 보트 엘리베이터의 수직 상승에 의해 고온의 공정 튜브의 하측 개방구를 거쳐 공정 튜브로 진입되면, 공정 튜브의 하측 개방구가 보트 엘리베이터의 플랜지에 의해 닫혀진다. 이어, 공정 튜브의 내부 공간이 저압 상태로 전환되고 공정 튜브의 내부 공간에 임의의 공정가스가 유입됨에 따라 웨이퍼의 표면이 원하는 공정으로 처리된다. 공정 처리가 완료되고 나면, 웨이퍼가 웨이퍼 보트와 함께 보트 엘리베이터의 수직 하강에 의해 공정 튜브로부터 하측 개방구를 거쳐 아래로 인출되고, 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼가 이송 로봇 암에 의해 예를 들어 1장씩 이송 스테이지 상의 웨이퍼 캐리어에 재이송되고, 이송 스테이지 상의 웨이퍼 캐리어가 또 다른 이송 로봇 암에 의해 반출용 스테이지로 이송된다.
이러한 수직형 퍼니스중 저압 화학 기상 증착용 종래의 퍼니스(100)가 도 1에 도시된 바와 같이 구성된다. 도 1에서 수직형 공정 튜브(10)의 외주면에 저항성 코일과 같은 가열부(20)가 감겨져 있고, 공정 튜브(10)의 하측에 공정 튜브(10)를 지지하도록 매니폴드(30)가 설치되어 있고, 공정 튜브(10) 내에 웨이퍼 보트(40)가 배치되어 있다. 여기서, 웨이퍼 보트(40)는 웨이퍼 보트(40)의 하측에 위치한 보트 엘리베이터(도시 안됨)의 수직 상하 이동에 의해 공정 튜브(10)의 하측 개방구(11)를 거쳐 공정 튜브(10)로 들어가거나 공정 튜브(10)로부터 빠져나올 수가 있다. 물론, 웨이퍼 보트(40)의 슬롯들에는 웨이퍼들(도시 안됨)이 장착된다.
한편, 설명의 편의상 설명의 이해를 돕기 위하여 공정 튜브(10)로 인입되는 하나의 특정한 공정 가스, 예를 들어 NH3가스를 인입하는 가스 인입구(31)만이 매니폴드(30)에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 NH3가스를 제외한 다른 종류의 공정 가스를 각각 인입하는 해당 가스 인입구도 매니폴드(30)에 함께 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 수직형 퍼니스(100)에서는 먼저, 공정 튜브(10) 내에 반도체 공정, 예를 들어 저압 화학 기상 증착 공정의 처리를 받기 위한 웨이퍼들(도시 안됨)을 장착한 웨이퍼 보트(40)가 진입된 후 공정 튜브(10)의 공정 조건, 예를 들어 압력, 온도 등이 충족되고 나면, 상기 웨이퍼들에 원하는 막을 적층시키는데 필요한 공정 가스, 예를 들어 NH3가스가 가스 인입구(31)에 인입된 후 가스 분사구(33)를 거쳐 공정 튜브(10)의 내부 공간으로 분사된다. 물론, 도면에 도시되지 않았으나, NH3가스를 제외한 다른 종류의 공정 가스도 해당 가스 인입구로 각각 인입된다. 이와 아울러, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직형 퍼니스(100)의 웨이퍼 보트(40)에 장착된 웨이퍼들에 형성될 막의 균일도(Uniformity)를 향상시키기 위해 웨이퍼 보트(40)를 회전 장치(도시 안됨)에 의해 예를 들어, 실선 화살표로 표시된 반시계 방향으로 회전시켜주는 것이 일반적이다.
이에 따라, NH3가스가 하나의 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 수직형 퍼니스(100)의 공정 튜브(10)의 내부 공간을 회전하면서 상측 방향으로 올라가는 형태로 흘러가므로 공정 튜브(10)의 내부 공간 전체에 대해 NH3가스의 분포가 균일해질 수가 있다. 따라서, 상기 웨이퍼들에 원하는 막들이 적층될 수 있는 것이다.
그러나, 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 매니폴드(30)에 가스 분사구(33)가 1개만 설치되어 있으므로 NH3가스가 1개의 가스 분사구(33)에서만 공정 튜브(10)의 내부 공간으로 분사된다. 이로써, 수직형 퍼니스(100)의 공정 튜브(10)의 내부 공간의 하측부에서는 NH3가스의 흐름이 균일하지만, 공정 튜브(10)의 내부 공간의 상측부에서는 NH3가스의 흐름이 균일하지 못하게 된다.
그 결과, 웨이퍼 보트(40)의 보트에 장착된 웨이퍼들에 형성된 막의 균일도가 바람직하지 못하다. 즉, 웨이퍼 보트(40)의 하측부에 장착된 웨이퍼들의 균일도가 양호한 것으로 나타나지만, 웨이퍼 보트(40)의 상측부에 장착된 웨이퍼들의 균일도는 불량한 것으로 나타난다. 이는 해당 공정의 신뢰성 저하를 가져오고 나아가 반도체 소자의 수율 저하를 가져온다.
따라서, 본 발명의 목적은 공정 튜브의 내부 공간에서 공정 가스의 흐름을 균일하게 만들어줌으로써 공정 튜브 내의 웨이퍼 보트에 장착된 웨이퍼들의 균일도를 향상시키도록 한 수직형 퍼니스 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 공정 신뢰성을 향상시키도록 한 수직형 퍼니스 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 소자의 수율 저하를 방지하도록 한 수직형 퍼니스 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 수직형 퍼니스(Furnace)를 나타낸 개략 구성도.
도 2는 도 1의 공정 튜브 내에서의 공정 가스 흐름을 나타낸 상태도.
도 3은 도 1의 매니폴드에 1개의 가스 분사구가 형성된 예를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 적용된 수직형 퍼니스의 개략 구성도로서, 공정 튜브 내에서의 공정 가스 흐름을 나타낸 상태도.
도 5는 도 4의 매니폴드를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 하나의 가스 인입구에 4개의 가스 분사구가 연통된 구조를 나타낸 예시도.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은
수직형 공정 튜브에 웨이퍼들을 장착한 웨이퍼 보트를 투입시킨 후 상기 웨이퍼 보트를 회전시키면서 상기 공정 튜브를 지지하는 매니폴드의 외주면에 형성된 가스 인입구들을 각각 거쳐 공정 가스들을 각각 인입시키되,
상기 매니폴드의 해당 가스 인입구에 공통 연통된 다수개의 가스 분사구들에서 하나의 동일한 공정 가스를 상기 공정 튜브의 내부 공간으로 다중 분사시키는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 해당 공정 가스들을 다수개의 가스 분사구들을 거쳐 공정 튜브의 내부 공간으로 다중 분사시키므로 공정 튜브 내에서 해당 공정 가스의 흐름을 균일화시킬 수가 있다. 그 결과, 공정 튜브의 하측부는 물론 상측부에서도 웨이퍼들의 균일도가 향상되고 나아가 공정 신뢰성이 향상되며 반도체 소자의 수율이 향상될 수가 있다.
이하, 본 발명에 의한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일 구성 및 동일 작용의 부분에는 동일 부호를 부여한다.
도 4는 본 발명에 의한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 적용된 수직형 퍼니스의 개략 구성도로서, 공정 튜브 내에서의 공정 가스 흐름을 나타낸 상태도이고, 도 5는 도 4의 매니폴드를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 하나의 가스 인입구에 4개의 가스 분사구가 연통된 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, 수직형 퍼니스(200)는 저압 화학 기상 증착용 수직형 공정 튜브(10)의 외주면에 저항성 코일과 같은 가열부(20)가 감겨져 있고, 공정 튜브(10)의 하측에 공정 튜브(10)를 지지하도록 매니폴드(50)가 설치되어 있고, 공정 튜브(10) 내에 웨이퍼 보트(40)가 배치되어 있다. 여기서, 웨이퍼 보트(40)는 웨이퍼 보트(40)의 하측에 위치한 보트 엘리베이터(도시 안됨)의 수직 상하 이동에 의해 공정 튜브(10)의 하측 개방구(11)를 거쳐 공정 튜브(10)로 들어가거나 공정 튜브(10)로부터 빠져나올 수가 있다. 물론, 웨이퍼 보트(40)의 슬롯들에는 웨이퍼들(도시 안됨)이 장착된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 매니폴드(50)의 본체(51)의 중앙부에 웨이퍼 보트(40)를 통과시키기에 적합한 직경의 중공부(53)가 형성되고, 본체(51)의 외주면에는 공정 튜브(10)로 원하는 하나의 공정 가스, 예를 들어 NH3가스를 인입시키기 위한 가스 인입구(55)가 1개가 형성되어 있고, 본체(51)의 내주면에는 2개 이상의 다수개, 예를 들어 4개의 가스 분사구(57)가 형성되어 있다. 또한, 4개의 가스 분사구(57)가 가스 인입구(55)에 공통으로 연통하도록 본체(51)의 내부에 관통 홀(59)이 형성된다. 이때, 4개의 가스 분사구(57)는 서로 대향하여 위치하도록 예를 들어, 90°의 각도 간격으로 이격하여 배치된다.
여기서, 설명의 편의상 NH3가스를 인입하기 위한 가스 인입구(55)만이 매니폴드(50)에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 공정 튜브(10)로 인입되는 다른 종류의 공정 가스들을 각각 인입하기 위한 해당 가스 인입구도 매니폴드(50)에 함께 설치되어 있음은 자명한 사실이다.
이와 같이 구성된 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하면, 먼저, 수직형 퍼니스(200)의 수직형 공정 튜브(10) 내에 반도체 공정, 예를 들어 저압 화학 기상 증착 공정의 처리를 받기 위한 웨이퍼들(도시 안됨)을 장착한 웨이퍼 보트(40)를 진입시킨다. 이어서, 공정 튜브(10)의 공정 조건, 예를 들어 압력, 온도 등을 충족시킨 후 상기 웨이퍼들에 원하는 막을 적층시키는데 필요한 공정 가스들이 해당 가스 인입구들로 각각 인입된다. 이하, 설명의 편의상 설명의 이해를 돕기 위하여 매니폴드(50)의 가스 인입구(55)를 기준으로 설명하기로 한다.
이때, 임의의 공정 가스, 예를 들어 NH3가스가 가스 공급라인(도시 안됨)을 거쳐 매니폴드(50)의 가스 인입구(55)에 인입된 후 관통 홀(59)을 거쳐 4개의 가스 분사구(57)에서 공정 튜브(10)의 내부 공간으로 분사된다. 이와 아울러, 웨이퍼 보트(40)에 장착된 웨이퍼들에 형성될 막의 균일도(Uniformity)를 향상시키기 위해 웨이퍼 보트(40)를 공지의 통상적인 회전 장치(도시 안됨)에 의해 예를 들어 실선 화살표로 표시된 반시계 방향으로 회전시켜준다.
이에 따라, 4개의 가스 분사구(57)에서 분사된 NH3가스가 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 공정 튜브(10)의 내부 공간을 회전하면서 상측 방향으로 올라가는 형태로 흘러간다.
따라서, 본 발명은 종래와 달리 도 2의 1개의 가스 분사구(33)에서만 NH3가스를 분사시키지 않고 4개의 가스 분사구(57)에서 NH3가스를 다중 분사시키므로 공정 튜브(10)의 내부 공간 전체에 대해 NH3가스의 흐름을 더욱 균일하게 할 수가 있다. 즉, 공정 튜브(10)의 내부 공간의 하측부는 물론 상측부에서도 NH3가스의 흐름이 균일하게 이루어질 수가 있다.
그 결과, 웨이퍼 보트(40)의 상, 하측부에 장착된 웨이퍼들에 형성된 막은 모두 양호한 균일도를 나타낸다. 이는 해당 공정의 신뢰성 향상을 가져오고 나아가 반도체 소자의 수율 저하를 억제시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에서는 매니폴드의 내주면에 공정 튜브의 내부 공간으로 하나의 동일한 공정 가스를 다중 분사하기 위한 가스 분사구가 2개 이상 다수개로 형성되고, 매니폴드의 외주면에 가스 분사구들과 공통 연통된 가스 인입구가 형성된다. 이와 마찬가지로 다른 종류의 공정 가스들 각각에 해당하는 가스 분사구도 매니폴드에 다수개 형성된다.
따라서, 웨이퍼들을 장착한 웨이퍼 보트가 공정 튜브 내에 투입된 후 웨이퍼 보트가 회전 장치에 의해 회전되는 상태에서 공정 가스들이 해당하는 다수개의 가스 분사구를 거쳐 공정 튜브의 내부 공간으로 다중 분사된다. 그 결과, 해당 공정 가스의 흐름이 공정 튜브의 내부 공정 전체에 대해 균일해지므로 웨이퍼의 균일도가 향상된다. 이는 공정 신뢰성을 향상시키고 반도체 소자의 수율 저하를 억제시킬 수가 있다.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (4)

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  4. 수직형 공정 튜브에 웨이퍼들을 장착한 웨이퍼 보트를 투입 완료시킨 후, 상기 웨이퍼 보트를 회전시키면서 상기 공정 튜브를 지지하는 매니폴드의 외주면에 형성된 가스 인입구들을 각각 거쳐 공정 가스들을 각각 인입시키되,
    상기 매니폴드의 해당 가스 인입구에 공통 연통된 다수개의 가스 분사구들에서 하나의 동일한 공정 가스를 상기 공정 튜브의 내부 공간으로 다중 분사시키는 것을 특징으로 하는 수직형 퍼니스를 이용한 반도체 소자의 제조 방법.
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