KR100496133B1 - 반도체 제조장치 - Google Patents

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KR100496133B1
KR100496133B1 KR10-2002-0075643A KR20020075643A KR100496133B1 KR 100496133 B1 KR100496133 B1 KR 100496133B1 KR 20020075643 A KR20020075643 A KR 20020075643A KR 100496133 B1 KR100496133 B1 KR 100496133B1
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Abstract

본 발명에 따른 반도체 제조장치는 고온공정을 진행할 수 있는 반응튜브 내에 장착되고 내측에 원통형의 수용공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩 할 수 있도록 구성된 기판 로딩용 보트와, 상기 기판 로딩용 보트에 인접하여 독립적으로 상하 이동 가능하도록 구성되며 각 반도체 기판을 적어도 일부분을 중앙에서 지지하는 기판 접촉부를 갖고 이 기판 접촉부에 전달되는 중량을 하부로 전달하는 기판 지지용 보조 보트와, 상기 기판 로딩용 보트와 기판 지지용 보조 보트를 하단부에서 지지하고 상하로 구동하면서 반응튜브를 폐쇄할 수 있는 도어부, 및 도어부의 하부에 장착되어 기판 지지용 보조 보트의 중량 변화에 따라서 반도체 기판과 기판 접촉부 사이의 간격을 조절하여 접촉면적을 일정하게 조절하는 간격조절 제어장치를 포함한다. 상기 간격조절 제어장치는 무게감지 센서, 보트 승강구동부 및 간격조절 제어부로 구성된다. 이에 다라, 본 발명은 대구경화 되는 반도체 기판에 대한 반도체 공정의 공정 균일성을 향상시키고 반도체 기판의 휨 현상에 의한 결함을 감소시켜 공정의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 제조장치{Semiconductor manufacturing for thermal processes}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히, 한 번에 다량의 반도체 기판을 공정처리 할 수 있는 기판 로딩용 보트를 가진 반도체 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 다량의 반도체 기판을 공정 처리하는 반도체 제조장치는, 내부에 반도체 기판을 다량으로 로딩하기 위한 기판 로딩용 보트가 포함되어 있는 것이 일반적이다. 이러한 기판 로딩용 보트는, 복수의 지지기둥이 원기둥형으로 이루면서 수직으로 나란히 배치되어 있고 길이방향의 양측 단부에는 이들 각 지지기둥을 동일 판면에 지지하는 원형 판상의 상부 및 하부 지지판을 포함한다. 그리고 각 지지기둥에는 반도체 기판을 걸쳐놓을 수 있도록 길이방향으로 일정한 간격을 두고 슬롯이 형성되어 있다. 그리하여, 다량의 반도체 기판을 이 슬롯에 끼워 수평하게 로딩(loading)할 수 있다. 이러한 기판 로딩용 보트는, 슬롯(slot)의 홈 형태가 반도체 기판과의 접촉 면적이 최소화되도록 하기 위하여, 반도체 기판 면에 대해서 소정의 각도를 가지고 내측으로부터 외측으로 상향 경사지도록 형성하는 등 여러 가지 방법이 시도되고 있다. 그리하여, 반도체 기판이 슬롯과 접촉하는 면적을 최소화하여 고온 공정 도중에 반도체 기판에 슬립(slip)과 같은 결함들이 인입되는 것을 방지하도록 하였다.
그런데, 이러한 종래의 기판 로딩용 보트는, 1100 ?? 이상의 고온에서 반도체 기판의 직경이 12인치(300 mm) 이상 또는 400 mm 까지 확장될 때는 공정을 진행할 경우에, 이미 고온을 받은 반도체 기판이 심각한 만곡현상(curving)이 일어나 반도체 기판이 중앙부분이 하향 왜곡되는 경향이 있다. 그리하여, 공정이 완료된 후에는 이 만곡현상이 탄성 한계를 넘어서 제자리로 돌아오지 못하여 기판 휨 현상으로 남아 반도체 기판의 기지 실리콘에 수많은 문제점들을 야기 시킬 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대구경의 반도체 기판이 고온에서 공정이 진행되더라도 반도체 기판이 공정 중에 완만히 굽어지는 현상을 효과적으로 방지할 수 있어, 반도체 기판의 결함을 크게 감소시킬 수 있다. 그리고 반도체 기판의 평탄도가 충분히 높아 후속공정에서의 공정 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 제조장치는, 고온공정을 진행할 수 있는 반응튜브 내에 장착되고, 내부에 원통형의 수용 공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩 할 수 있는 복수의 기판 지지부가 형성된 기판 로딩용 보트를 포함한다. 본 발명은 상기 기판 로딩용 보트에 인접하여 독립적으로 상하 이동 가능하며 상기 각 반도체 기판의 일부분을 중앙에서 지지하는 기판 접촉부를 갖고, 상기 기판 접촉부에 전달되는 중량을 하부로 전달하는 기판 지지용 보조 보트와, 상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 지지용 보조 보트를 하단부에서 지지하고 상하로 구동하면서 상기 반응튜브를 폐쇄할 수 있는 도어부를 포함한다. 그리고, 본 발명은 상기 도어부에 장착되어 상기 기판 지지용 보조 보트의 중량 변화에 따라서 상기 반도체 기판과 상기 기판 접촉부 사이의 간격을 조절하여 접촉면적을 일정하게 조절하는 간격조절 제어장치를 포함한다. 상기 간격조절 제어장치는, 상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 로딩용 보조보트 중 적어도 어느 하나의 하부를 지지하면서 상기 기판 로딩용 보트의 무게를 감지하는 무게감지 센서와, 상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 로딩용 보조보트 중 적어도 어느 하나와 연결되어 상기 연결 해당된 보트를 상하로 미세하게 승강시키는 보트 승강구동부와, 상기 무게 감지센서로부터 감지되는 무게를 설정 기준치와 비교하여 상기 보트 승강구동부를 제어하는 간격조절 제어부로 구성된다. 상기 기판 로딩용 보트는, 내부에 원통형의 수용공간을 형성할 수 있도록 원형으로 배치된 복수의 지지기둥들과, 지지기둥들을 상단부 및 하단부에서 동일한 평면에 고정시키는 상부판 및 하부판과, 지지기둥의 길이방향을 따라서 일정한 간격으로 형성되어 반도체 기판을 수평으로 로딩 할 수 있도록 형성된 기판 지지부를 포함한다. 이때, 지지기둥은, 일측벽이 개방된 원기둥 형태를 구성하면서 적어도 세 개가 배치되어 있는 것이 반도체 기판의 지지점을 세 포인트 이상 확보할 수 있어 바람직하다. 그리고 지지기둥의 단면형태는 원형일 수도 있지만, 다각형으로 형성되는 것이 추후 기판 로딩용 보조보트의 보조 지지기둥과의 배치를 합리적으로 할 수 있어 바람직하다.
삭제
기판 지지부는, 지지기둥의 길이 방향에 수직으로 돌출 형성된 돌출 지지부이거나, 기판 지지부는, 지지기둥의 수용 공간 내측으로 함몰 형성된 슬롯으로 형성할 수도 있다.
기판 지지용 보조 보트는, 기판 로딩용 보트와 외접 또는 내접하여 소정의 간격으로 배치된 보조 지지기둥을 포함하고, 각 보조 지지기둥으로부터 중앙으로 연장 형성되어 반도체 기판의 하부를 중앙부분에서 적어도 일부를 접촉할 수 있도록 지지하는 기판 접촉부가 형성되어 있다. 보조 지지기둥은 내부에 소정의 원기둥 공간이 형성되도록 적어도 세 개인 것이 바람직하다.
이때, 기판 접촉부는 반도체 기판을 전면적으로 지지하도록 올려놓을 수 있는 판상의 기판 홀더이고, 보조 지지기둥에는 길이방향을 따라 일정한 간격으로 기판 홀더를 수평으로 로딩 할 수 있도록 홀더 지지부가 형성되어 있다. 기판 홀더는 가장자리로부터 연장 형성된 복수 개의 열개부가 형성되어 있어 지지기둥이 통과할 수 있도록 하였다. 이때, 홀더 지지부는 보조 지지기둥을 함몰하여 형성된 슬롯(slot)일 수도 있고, 보조 지지기둥으로부터 내측으로 돌출 형성된 돌출 지지부일 수도 있다.
상기 무게 감지센서는 압전소자를 이용하여 형성되는 것이 미세한 무게를 감지할 수 있어 바람직하다.
삭제
그리고 보트 승강구동부는 미세하게 조절 가능한 전기모터나 유체의 압력에 의해서 구동하는 유압식 구동체인 것이 구동의 정확성과 유연성을 확보할 수 있어 바람직하다.
간격조절 제어부는 무게 감지센서와 보트 승강구동부 사이에 개재되어 직렬로 연결되는 것이 무게 감지 센서로부터의 신호에 의해서 보트 승강구동부의 구동을 제어할 수 있어 바람직하다.
이렇게 본 발명의 반도체 제조장치는, 듀얼 보트를 마련하여 반도체 기판을 로딩 할 수 있는 기판 로딩용 보트와, 반도체 기판의 하부를 적어도 일부에서 접촉 지지하여 무게의 변화를 감지할 수 있도록 마련된 기판 로딩용 보조보트를 포함하고 있다. 그리하여, 반도체 기판이 하부에서 접촉되는 면적을 일정하게 조절하여, 대구경화 되는 반도체 기판이 고온에서 휨 현상 없이 공정이 진행될 수 있다.
그리고 접촉면적을 일정하게 조절하여 반도체 기판에 공급되는 반응가스를 일정하게 조절하여 공정의 균일성을 정밀하게 조절할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1a는 본 발명의 반도체 제조 장치를 개념적으로 나타낸 개략도이다. 그리고 도 1b는 도 1a를 구체화한 실시 예를 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 반도체 장치의 도어부를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 반도체 제조장치는, 상부에는 반도체 기판(100)을 공정 처리하기 위하여 내부에 공정용 수용공간을 마련하는 관상의 반응튜브(30)를 포함하고 있다. 이 반응튜브(30) 내에 반도체 기판(100)을 로딩하기 위해서 마련된 기판 로딩용 보트(20)와, 이 기판 로딩용 보트(20)의 하부를 지지하면서 반응튜브(30) 내로 인입 및 인출시키는 도어부(50)를 포함한다. 그리고 기판 로딩용 보트(20)의 반도체 기판(100) 하부를 적어도 부분적으로 접촉 지지할 수 있는 기판 접촉부(25)를 갖는 기판 로딩용 보조보트(10)를 포함한다. 도어부(50)에는 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)의 하단부를 지지하면서 이들의 무게를 감지하여 반도체 기판(100)과 기판 접촉부(25) 사이의 접촉면적을 일정하게 조절하는 간격 조절장치(60)가 설치되어 있다.
반응 튜브(30)는 하부에 개구부를 가진 관상으로 형성되어 있다. 반응튜브(30)를 둘러싸고 외각으로는 반응튜브(30)를 가열할 수 있는 저항형 코일과 같은 가열장치(35)가 설치되어 있다. 그리하여, 반응튜브(30) 내를 소정의 공정온도까지 상승시켜 공정을 진행할 수 있다.
그리고 반응튜브(30)의 하부 개구부에는 판 상의 도어부(50)가 설치되어 있어, 기판 로딩용 보트(20)가 올려져서 상하로 상승 및 하강하도록 형성되어 있고, 공정을 진행할 경우에는 반응튜브(30)의 개구부를 밀폐하는 역할을 한다.
도 1b 및 도 2를 참조하면, 기판 로딩용 보트(20)는, 일측벽이 부분적으로 개방된 원기둥형의 수용공간을 형성하도록 복수의 지지기둥들(21)이 수직으로 평행하게 배치되어 있다. 이때, 지지기둥(21)의 단면은 원형일 수도 있고, 다각형일 수도 있다. 이들 지지기둥(21)을 상부 및 하부에서 동일 평면상에 고정 지지하는 원형 판 상의 상부판(20a) 및 하부판(20b)이 형성되어 있다. 기판 로딩용 보트(20)는 하단부가 소정의 지지 구조체(supporting structure)를 형성하는 보트캡(40)에 의하여 도어부(50)에 지지되어 있다.
기판 로딩용 보조보트(10)는, 기판 로딩용 보트(20)를 둘러싸고 외접하여 외각에 형성되거나, 혹은 내측으로 인접하여 형성될 수 있다. 여기서는, 외접하여 형성된 기판 로디용 보조보트(10)를 실시예로서 설명한다. 즉, 복수의 보조 지지기둥들(11)이 지지기둥(21)과 나란히 평행하게 배치되되 지지기둥(21)이 형성하는 원주보다 외각에 배치되고, 일측벽이 개방된 원기둥형 통형 공간을 형성한다. 이때, 보조 지지기둥(11)의 상단부와 하단부는 각각 동일 면상에서 지지되어 고정될 수 있도록 원형 판상의 보조 상부판(10a)과 보조 하부판(10b)이 형성되어 있다. 그리고 기판 로딩용 보트(20)에 로딩 된 반도체 기판(100)의 하부를 지지할 수 있도록 각 보조 지지기둥(11)으로부터 수평으로 연장 형성된 기판 접촉부(25)가 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 3b는 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)를 상세히 설명하기 위하여 도 1a의 'A'부분을 확대하여 도시한 단면도들이다. 여기서, 도 3a는 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)를 각각 분리하여 나타낸 단면도들이다. 그리고 도 3b는 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)를 결합하여 나타낸 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 반도체 제조장치의 기판 로딩용 보트(20)는, 각 지지기둥(21)에 길이 방향에 대해서 소정 간격을 이격하여 반도체 기판(100)을 가장자리 부분으로부터 지지하도록 기판 지지부(21a)가 형성되어 있다. 즉, 반도체 기판(100)을 수평 방향으로 걸쳐놓을 수 있도록 지지기둥(21)을 수용 공간 내측으로 함몰하여 형성된 슬롯 형태(slot type)이다(이후 기판 지지부는 슬롯과 동일한 참조번호를 갖는다). 그리하여, 이 슬롯들(21a)에 반도체 기판을 끼워 넣어 길이 방향의 수직방향으로 적층하여 다량의 반도체 기판(100)을 로딩 할 수 있다.
도 3a의 하부에 도시된 기판 로딩용 보조보트(10)는, 반도체 기판(100)을 하부에서 적어도 부분적으로 지지할 수 있도록 형성된 기판 접촉부(25)로서 판 상의 기판 홀더를 갖는다(이후, 기판 접촉부는 기판 홀더와 동일하게 표현한다). 그리고 이 기판 접촉부(25)를 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 각 보조 지지기둥들(11)에 홀더 지지부(11a)가 형성되어 있다. 이 홀더 지지부(11a)는, 기판 로딩용 보조보트(10)의 수용 공간 내측으로 보조 지지기둥(11)에 함몰 형성된 슬롯(slot type)일 수도 있고, 보조 지지기둥(11)으로부터 내측으로 돌출 형성된 지지 돌출부(protrusion type)일 수도 있다. 여기서 기판 홀더(25)는 지지기둥(21)과 대응하는 부분에 열개부(미도시)가 형성되어 있다. 그리하여, 기판 로딩용 보트(20)가 기판 로딩용 보조보트(10)에 대해서 상하로 소정 높이 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 열개부의 형태는 기판 홀더(25)의 중앙 부분에서 외측으로 가장자리 부분까지 연장된 형태로서, 여러 가지 형태로 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 반도체 기판(100)을 기판 로딩용 보트(20)에 로딩(loading)된 상태를 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 공정을 진행하기 위해서 반도체 기판(100)이 기판 로딩용 보트(20)에 로딩(loading)되면, 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)의 하부는 중앙 부분이 기판 접촉부(25)에 올려지고, 가장자리 부분은 기판 지지부(21a)에 지지된다. 따라서 반도체 기판(100)은 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)에 동시에 지지되어 그 무게가 양측으로 분산된다.
도 4a 내지 도 4b는 각각 반도체 기판이 기판 로딩용 보트(20)에 로딩 된 후 공정 시각전과 공정 도중의 상태를 나타낸 단면도들이다. 여기서, 빗금친 부분은 기본적으로 기판 로딩용 보조보트(10)에 인가되는 부분이고, 그렇지 않은 부분은 기판 로딩용 보트(20)에 인가되는 부분이다. 한편, 반도체 기판(100)은 하중이 양측에 분산되어 인가된다.
도 4a를 참조하면, 초기에 반도체 기판(100)이 기판 로딩용 보트(20)에 로딩 되었을 때, 반도체 기판(100)은 거의 수평의 상태를 유지하고 있고, 그 무게의 하중도 기판 지지부(21a)와 기판 접촉부(25)에 분산되어 평형을 이루면서 지지된 상태이다. 즉, 기판 로딩용 보조보트(10)를 통해서 인가되는 하중은 기판 로딩용 보조보트(10)와 기판 접촉부(25)로 사용되는 기판 홀더(wafer holder) 및 반도체 기판(100)의 하부 중앙부분에 해당하는 무게이다. 그리고 기판 로딩용 보조보트(10)를 통해서 인가된 하중은 기판 로딩용 보트(20)와 기판 지지부(21a)에 걸쳐진 반도체 기판(100)의 가장 자리부분의 무게이다.
도 4b를 참조하면, 공정을 진행하여 반도체 기판(100)이 고온의 공정온도(약 900 ?? 내지 1350 ??)에 노출되면, 반도체 기판(100)이 팽창하고 실리콘 유동성을 갖기 때문에 중앙부분이 하향하면서 만곡(curving)하는 경향을 나타낸다. 그러면, 반도체 기판(100)의 대부분의 넓이를 차지하면서 지지하는 기판 홀더(25)가 위치한 중앙 부분에 만곡(curvature)에 의한 분산 하중(partial weight)이 가해진다. 그리하여, 기판 홀더(25)가 로딩 된 기판 로딩용 보조보트(10)의 전체 하중이 증가하게 되면서 무게의 변화를 발생시킨다. 이러한 무게의 변화는 간격조절용 제어장치(60)에 의해서 감지되고, 감지된 무게에 의해서 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25) 사이의 간격을 적정하게 조절한다. 즉, 기판 홀더(25)를 기판 지지부(21a)에 대해서 하향하도록 하강시킨다. 그러면, 기판 홀더(25)의 추가 하중이 기판 지지부(21a)로 전달되어 정상적인 기준 하중으로 환원된다. 이와는 반대로, 온도가 하강하여 반도체 기판이 수축하면서 반도체 기판(100)이 만곡 상태(curving)에서 원래대로 회복되면, 기판 로딩용 보조보트(10)의 무게가 감소한다. 간격조절용 제어장치(60)에서 기판 홀더(25)를 상향시켜 기준 하중으로 조정한다.
도 5는, 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 간격조절 제어부(60)를 상세히 설명하기 위해서 기판 로딩용 보트(20)와 도어부(50)를 확대하여 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 간격조절용 제어장치(60)는, 기판 로딩용 보트(20)의 하단부를 지지하도록 구성된 보트캡(40)과, 보트캡(40)을 통해서 도어부(50)의 외측으로 유도 연장되어 기판 로딩용 보트(20)에 인가된 하중을 하부로 전달할 수 있도록 구성된 후 무게를 감지하기 위하여 하부에 장착된 제1무게 감지센서(61)를 포함한다. 그리고 기판 로딩용 보조보트(10)의 하단부를 지지하도록, 역시, 도어부(50) 외측으로 연장되어 기판 로딩용 보조보트(10)의 하중을 하부로 전달될 수 있도록 구성된 구성체(보트캡(40)에 내장)를 통해서 무게를 감지하는 제2무게 감지센서(63)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2무게 감지센서(61,63)는 압전물질로 구성된 압전소자를 이용하는 것이 무게에 의한 신호제어를 용이하게 할 수 있어 바람직하다. 이때, 기판 로딩용 보조보트(10)는 하단이 도어부(50)의 판면에 지지 고정되어 있다. 기판 로딩용 보트(20)의 하부에는, 기판 로딩용 보트(20)와 연결되어 기판 로딩용 보트(20)를 상하로 미세하게 이동시켜 기판 홀더(25)와 기판 지지부(21a, 또는 반도체 기판(100)) 사이의 간격을 조절하도록 구동시키는 보트 승강구동부(65)가 설치되어 있다. 그리고 무게 감지센서들(61,63)과 보트 승강구동부(65)와 전기적으로 연결되어 신호를 주고받으면서, 제1무게 감지센서(61)와 제2무게 감지센서(63)에서 감지되는 신호를 받아 연산 처리하여 이를 근거로 보트 승강구동부(65)를 제어하는 간격조절 제어부(67)를 포함한다. 이때, 승강 구동의 조건은, 제1 및 제2무게감지 센서(61,63)에 의해서 감지된 무게들의 차이이다.
도 6은 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 간격조절용 제어장치의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다. 여기서, 간격조절용 제어장치(60)의 무게감지 센서(61,63)는 도어부(50)의 내측 또는 외측으로 모두 설치될 수 있다. 여기서는 간격조절용 제어장치(60)의 무게감지 센서들(61,63)이 도어부의 내측으로 설치된 실시 예를 보여준다.
이를 참조하면, 도 5의 실시 예와는 반대로, 보트 승강구동부(65)가 기판 로딩용 보조보트(10)의 하부와 연결되어 있다. 그리하여, 기판 로딩용 보조보트(10)를 상하로 미세하게 승강할 수 있도록 구동된다. 따라서 반도체 기판(100)이 하향 만곡 되어 기판 로딩용 보조보트(10)에 인가된 하중이 증가하면, 기판 로딩용 보조보트(10)를 상향 이동시켜 무게의 균형을 맞춘다.
도 7a는 본 발명의 반도체 제조장치의 기판 홀더(25)와 기판 지지부(21a)의 간격을 조절하여 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25) 사이의 접촉면적을 조절하는 제어 흐름도이다. 도 7b는 블록 다이어그램이다.
이를 참조하면, 반도체 기판들(100)이 기판 로딩용 보트(20)에 로딩 되어 반응튜브(30) 내로 인입되면, 간격조절을 위한 설정 기준치가 입력된 레시피를 로딩 하여 공정을 진행한다(S1). 그러면, 제1 및 제2무게 감지센서(61,63)에서는 무게를 감지하여 간격조절 제어부(67)로 전달한다(S2). 그러면, 감지된 무게를 기초하여 설정 기준치와 비교하여 그 차이를 산출한다(S3). 산출된 차이를 근거로 하여 그 차이가 오차범위이면 변화가 없으나, 오차범위 이상이면 보트 승강구동부(65)에 신호를 보내어 기판 로딩용 보트(20) 또는 기판 로딩용 보조보트(10)를 소정 간격 상승 및 하강시킨다(S4). 여기서, 설정 기준치는 전류값 같은 전기적 설정치일 수도 있고, 실제의 질량(g 또는 kg과 같은)으로 표시할 수도 있다. 그리고 설정 기준치로서 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)에 인가되는 무게에 대해서 설정할 수도 있고, 기판 로딩용 보트(20)에 기본적으로 걸리는 하중과 기판 로딩용 보조보트(10)에 인가되는 하중과의 차이를 설정할 수도 있다. 기본적으로 제어용으로 사용되는 설정 기준치는 하중의 차이이다.
이상과 같은 제어방법으로 공정을 하면 다음과 같다.
가열장치(35)에 의해서 반응튜브(30) 내의 온도는 공정온도(900?? 내지 1350 ??정도)로 상승된다. 시간이 경과되어, 반도체 기판(100)이 고온의 분위기에 오랫동안 노출되면, 반도체 기판(100)이 팽창하고 구성원소인 실리콘이 유동성(flowing)을 갖게 된다. 그러면, 반도체 기판(100)은 하향 만곡(curving)되어 반도체 기판(100)의 하중이 기판 홀더(25)에 집중된다. 집중된 하중은 기판 로딩용 보조보트(10)에 전달되어 제2무게 감지센서(63)에서 무게의 증가를 간격조절 제어부(67)로 전달한다. 간격조절 제어부(67)에서는 그 신호의 크기를 기준치와 비교하여 필요한 만큼 보트 승강구동부(65)를 구동하여 기판 로딩용 보조보트(10)의 기판홀더(25)를 소정높이 하향하여 조절한다. 그러면, 기판 홀더(25)와 기판 지지부(21a) 사이의 간격이 증가하여 기판 홀더(25)에 지지되는 하중이 기판 지지부(21a) 쪽으로 분산되어 기판 로딩용 보조보트(10)의 제2무게 감지센서(63)에서 감지하는 하중이 감소한다. 상기와 같은 과정을 연속적으로 반복하면서 공정이 진행되는 동안 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)에 전달하는 하중과 하부 접촉면적은 항상 일정하게 유지된다. 공정이 완료되고 공정온도를 낮출 때에는, 전술한 바와는 반대로 동작한다. 즉, 온도가 하강하면서 반도체 기판(100)이 수축되고 만곡 되었던 중앙부분이 평평하게 회복되면 기판 홀더(25)에 인가되는 하중이 감소된다. 그러면, 무게 감지센서(61,63)에서 이에 대한 변화를 감지하고 간격조절 제어부(67)가 보트 승강구동부(65)를 구동하여 기판 홀더를 상향 상승시켜 정상적인 설정기준치로 복귀시킨다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 고온의 공정이 진행되는 동안, 기판 로딩용 보트(20)나 기판 로딩용 보조보트(10)가 상하로 미세하게 조절되어 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25) 사이의 접촉면적을 일정하게 유지할 수 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 만곡현상(curving)에 의해서 인입되는 결함들을 최소화하고 기판의 평탄도(planarity)를 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치는, 기판 로딩용 보조보트(10)가 원기둥형의 보트 형상을 형성하지 않고, 반도체 기판(100)의 중앙에 기판 접촉부(25)인 기판 홀더를 지지하도록 형성할 수도 있다. 즉, 두 개의 보조 지지기둥(11)을 평행으로 배치하고 이 보조 지지기둥(11)에 기판 홀더(25)가 거치되도록 형성하여 반도체 기판(100)의 만곡(curving)에 의한 하중 변화를 감지하여 반도체 기판(100)의 기판 홀더(25)와의 간격을 조절하는 것이다. 그러면, 보조 지지기둥(11)과 지지기둥(21) 사이의 배치를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 보조 지지기둥(11)의 수가 적어 기판 로딩용 보조보트(10)의 구성이 간단해진다. 이런 경우에는 기판 홀더가 보조 지지기둥에 고정된 일체형으로 형성될 수도 있다.
그리고 간격 조절용 제어장치(60)는, 무게 감지센서(61,63)를 두 개 사용되는 실시 예를 설명하였지만, 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10) 중 어느 하나에만 장착되어 사용될 수도 있다. 더하여, 무게의 변화를 감지하여 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10) 사이의 구동을 조절하는 구성으로서, 전자 천칭(electronic pendulum valence)을 사용할 수도 있다. 즉, 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10) 사이를 천칭구조(pendulum structure)로 형성하여 둘 사이의 밸런스가 깨지면, 이 밸런스를 유지할 수 있도록 기판 로딩용 보트(20)나 기판 로딩용 보조보트(10)를 승강구동하여 밸런스를 맞춘다.
또한, 전술한 실시 예에서는, 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(20) 중 어느 하나를 움직여 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25) 사이의 간격을 조절하였다. 그러나 이와는 다르게, 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(20) 모두를 승강 구동하여 간격을 조절할 수 있도록 구성할 수도 있다. 그러면, 보트 승강구동부(65)가 기판 로딩용 보트(20)와 기판 로딩용 보조보트(10)에 각각 하나씩 설치되어야한다. 그러면, 미세한 간격의 조절이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 전술한 실시 예들에서는, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)에 완전히 지지되는 것만을 적용하였으나, 처음에 반도체 기판(100)을 로딩 할 때, 기판 홀더(25)와 반도체 기판(100) 사이를 고온에서 만곡 되는 정도만큼 일정 간격 이격하여 로딩 할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조장치는, 기판 홀더와 반도체 기판이 접촉하는 면적을 일정하게 유지함으로써, 고온 공정을 진행하는 동안 발생하는 반도체 기판의 휨 현상을 방지할 수 있다.
그리고 반도체 기판의 하부와 접촉되는 면적을 일정하게 유지함으로써, 반도체 기판에 유입되는 결함들을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 반도체 기판과 기판 홀더 사이의 간격을 임의로 조절할 수 있어, 공정의 용도에 따라서 반도체 기판에 결함이 유입되지 않도록 반도체 기판을 다양한 방법으로 로딩 할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 반도체 제조장치의 개념을 나타낸 개략 단면도이다.
도 1b는 도 1a를 구체화한 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 실시 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 기판 로딩용 보트의 하부 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 기판 로딩용 보트와 기판 로딩용 보조보트를 분리하여 나타낸 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 분리된 기판 로딩용 보트와 기판 로딩용 보조 보트를 결합한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 기판 로딩용 보트에 반도체 기판이 올려졌을 경우, 초기의 반도체 기판의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 고온에서 공정이 진행되는 동안에 반도체 기판의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 간격조절 제어장치를 포함하는 도어부의 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 장착되는 간격조절 제어장치의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.
도 7a 와 도 7b는 간격조절 제어장치에 의해서 보조 보트의 높이를 미세하게 조절하기 위해 적용되는 개략적인 제어 흐름도와 블록 다이어그램이다.

Claims (17)

  1. 고온공정을 진행할 수 있는 반응튜브 내에 장착되고, 내부에 원통형의 수용 공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩 할 수 있는 복수의 기판 지지부가 형성된 기판 로딩용 보트;
    상기 기판 로딩용 보트에 인접하여 독립적으로 상하 이동 가능하며 상기 각 반도체 기판의 일부분을 중앙에서 지지하는 기판 접촉부를 갖고, 상기 기판 접촉부에 전달되는 중량을 하부로 전달하는 기판 지지용 보조 보트;
    상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 지지용 보조 보트를 하단부에서 지지하고 상하로 구동하면서 상기 반응튜브를 폐쇄할 수 있는 도어부; 및
    상기 도어부에 장착되어 상기 기판 지지용 보조 보트의 중량 변화에 따라서 상기 반도체 기판과 상기 기판 접촉부 사이의 간격을 조절하여 접촉면적을 일정하게 조절하는 간격조절 제어장치를 포함하되,
    상기 간격조절 제어장치는, 상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 로딩용 보조보트 중 적어도 어느 하나의 하부를 지지하면서 상기 기판 로딩용 보트의 무게를 감지하는 무게감지 센서와, 상기 기판 로딩용 보트와 상기 기판 로딩용 보조보트 중 적어도 어느 하나와 연결되어 상기 연결 해당된 보트를 상하로 미세하게 승강시키는 보트 승강구동부와, 상기 무게 감지센서로부터 감지되는 무게를 설정 기준치와 비교하여 상기 보트 승강구동부를 제어하는 간격조절 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 로딩용 보트는,
    내부에 원통형의 수용공간을 형성할 수 있도록 원형으로 배치된 복수의 지지기둥들;
    상기 지지기둥들을 상단부 및 하단부에서 동일한 평면에 고정시키는 상부판과 하부판; 및
    상기 지지기둥의 길이방향을 따라서 일정한 간격으로 형성되어 반도체 기판을 수평으로 로딩 할 수 있도록 형성된 기판 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지기둥은, 일측이 개방된 원기둥 형태를 구성하면서 적어도 세 개가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지지기둥의 단면형태가 다각형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 상기 지지기둥의 길이 방향에 수직으로 돌출 형성된 돌출 지지부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 상기 지지기둥의 수용 공간 내측으로 함몰 형성된 슬롯인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지용 보조 보트는,
    상기 기판 로딩용 보트와 외접 또는 내접하여 소정의 간격으로 배치된 보조 지지기둥을 포함하고, 상기 각 지지기둥으로부터 중앙으로 연장 형성되어 상기 반도체 기판의 하부를 중앙부분에서 적어도 일부를 접촉할 수 있도록 지지하는 상기 기판 접촉부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보조 지지기둥은 내부에 소정의 원기둥 공간이 형성되도록 적어도 세 개인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기판 접촉부는 상기 반도체 기판을 전면적으로 지지하도록 올려놓을 수 있는 판상의 기판 홀더이고, 상기 보조 지지기둥에는 길이방향을 따라 일정한 간격으로 상기 기판 홀더를 수평으로 로딩 할 수 있도록 홀더 지지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 기판 홀더는 가장자리로부터 연장 형성된 복수 개의 열개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 홀더 지지부는 상기 보조 지지기둥을 함몰하여 형성된 슬롯(slot)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 홀더 지지부는 상기 보조 지지기둥으로부터 내측으로 돌출 형성된 돌출 지지부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 상기 무게 감지센서는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 보트 승강구동부는 미세하게 조절 가능한 전기모터인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 보트 승강구동부는 유체의 압력에 의해서 구동하는 유압식 구동체인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 간격조절 제어부는 상기 무게 감지센서와 상기 보트 승강구동부 사이에 개재되어 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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