KR100520671B1 - 기판처리장치 및 방법 - Google Patents

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도메츠카고지
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명의 반도체 제조 장치는 반도체 제조 과정에서 더미로 사용되는 웨이퍼의 소비에 기인한 비용 증가의 문제 및 더미 웨이퍼의 장치 외부 반출과 세정에 따른 반도체 제조 공정 시간의 증가 문제를 해결함으로써, 반도체 제조 비용의 절감을 실현한다. 반도체 제조 장치는 반도체 소자를 생성하는 데에 사용될 다수개의 프로세스 기판을 동시에 처리하는 반응실과, 프로세스 기판을 반응실에 제공하는 보트와, 보트에 의해 적어도 그 일부가 프로세스 기판과 함께 반응실 내부로 이송되는 다수개의 더미 기판을 저장하는 스토커를 포함하고 있으며, 세정될 더미 기판을 보트를 사용하여 반응실 내부로 이송한 후, 반응실 내에 세정 가스를 공급함으로써 기판 세정 공정을 수행한다.

Description

기판처리장치 및 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 상에 반도체막을 형성하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 반도체막을 형성하는 반도체 제조 장치가 사용되고 있다.
도 2는 종래의 반도체 제조 장치의 개략도를 도시하고 있다.
반도체 제조 장치는 히터(1), 히터(1)에 의해 반도체막 형성 공정을 수행하기에 적합한 온도까지 가열되는 반응실(2), 그 내부에 웨이퍼를 적재하고, 도면에 도시된 화살표의 방향을 따라 반응실(2) 내에 삽입되는 석영 보트(3)와, 웨이퍼 카세트(7)와 석영 보트(3) 간에 실리콘 웨이퍼(14)를 전달하는 웨이퍼 이송기(4)와, 장치 내부 또는 외부로 웨이퍼를 운반하는 용기의 역할을 하는 웨이퍼 카세트(7)와, 반도체막 형성 반응을 일으키는 프로세스 가스를 장치 내에 공급하기 위한 프로세스 가스 라인(9)과, 반응실(2) 내부를 진공으로 배기시키거나 그 내압을 소정의 레벨로 유지시키기 위한 진공 배기 장치(10)를 포함한다.
도 3은 반도체막 형성 공정 동안에 석영 보트(3)가 이송된 반응실(2)을 개략적으로 도시한다. 석영 보트(3)에 탑재된 다수의 실리콘 웨이퍼(14)(도면에는 그 일부만을 도시함)는 반응실(2) 내에 일정한 간격을 두고 배열된다.
반도체막 형성 반응을 일으키는 프로세스 가스는 프로세스 가스 라인(9)을 통해 공급되어, 내측 튜브(13)를 통과하면서 실리콘 웨이퍼(14) 상에 반도체막을 형성하고, 반응 후의 가스는 외측 튜브(12)와 내측 튜브(13) 사이 공간을 통과하여 진공 배기 장치(10)에 의해 배출된다. 도면에서, 하나 또는 그 이상의 단열판(15)은 반응실(2)로부터 열이 유출되는 것을 줄여주거나 막아주는 기능을 한다.
도 4는 반도체막을 형성하는 공정에서의 웨이퍼 배열을 나타낸다. 이러한 배치식의 반도체막 형성 장치에서, 반도체막 형성 공정은 실리콘 웨이퍼 상에 형성되는 반도체막의 두께의 균일성을 안정적으로 얻기 위하여 일정한 반응 조건하에서 이루어져야 한다. 그 때문에, 웨이퍼는 도 4에 도시된 바와 같이 배열된다.
우선, 웨이퍼 배열의 양쪽 끝부분 부근에서의 반응 조건은 안정되어 있지 못하므로, 양쪽 끝부분 부근의 영역(도 4에서는 상부 및 하부 더미 웨이퍼 영역으로 표시됨)에 더미 웨이퍼(제품 생산을 목적으로 하지 않는 웨이퍼)를 배열한다. 그리고, 그 이외의 부분(도 4에서는 프로세스 영역으로 표시됨)에 있어서는, 일정한 반응 조건하에서 제품의 생산을 목적으로 하는 웨이퍼 상에 반도체막이 형성되도록 한다.
프로세스 영역에 위치한 실리콘 웨이퍼 사이에 빈 공간이 존재하는 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 해당 부분에 더미 웨이퍼를 보충하여 빈 공간을 없앰으로써 프로세스 웨이퍼들간의 불규칙한 간격으로 인해 발생할지도 모르는 반응조건의 불균일성을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 배치식 반도체막 형성 장치는 더미 웨이퍼를 사용함으로써 반응 조건의 균일성을 달성하게 된다. 그러나, 더미 웨이퍼를 사용하는 경우에는, 특히 다품종 소량 생산의 경우에 있어서는 더미 웨이퍼의 소비량이 증가되어, 반도체 제조 비용의 상당한 증가를 초래한다.
이러한 더미 웨이퍼는 우선, 웨이퍼 카세트에 탑재되어 장치 내로 전달된다. 따라서, 그 사용에 있어서는 필요한 개수의 더미 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로부터 반출한 후, 석영 보트에 탑재한다.
미리 설정된 회수만큼 사용된 후, 더미 웨이퍼는 반도체 제조 장치의 외부로 반출되어 세정된다. 따라서, 더미 웨이퍼 반출 공정과 세정 공정에 요구되는 시간은 반도체 제조 시간의 증가로 이어진다.
본 발명의 목적은 더미 웨이퍼의 소비에 기인한 비용 증가 문제와 장치 외부에서의 더미 웨이퍼의 세정에 기인한 반도체 제조 시간의 증가 문제를 해결함으로써 반도체 제조 비용을 절감시킬 수 있는 반도체 제조 장치, 즉, 기판처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 기판처리장치는,
다수개의 프로세스 기판을 일괄 처리하는 반응실과,
프로세스 기판을 반응실에 제공하는 보트와,
보트에 의해 적어도 그 일부가 상기 프로세스 기판과 함께 반응실 내부로 이송되는 다수개의 더미 기판을 저장하는 스토커를 포함하고 있으며,
보트를 사용하여 세정될 더미 기판을 반응실 내부로 이송한 후, 반응실 내에 세정 가스를 공급함으로써 기판 세정 공정을 수행한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 제조 장치(기판처리장치)의 개략도를 나타낸다.
반도체 제조 장치는 히터(1)와, 히터(1)에 의해 반도체막 형성 공정을 수행하기에 적합한 온도까지 가열되는 반응실(2)과, 프로세스 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 더미 기판, 예를 들어, 석영 더미 웨이퍼를 적재하고 도면에 도시된 화살표 방향을 따라 반응실(2) 내부로 삽입되는 석영 보트(3)를 포함한다. 반도체 제조 장치는 또한, 석영 보트(3)와 장치 내부 또는 외부로 웨이퍼를 운반하는 용기의 역할을 하는 웨이퍼 카세트(7) 간에 실리콘 웨이퍼를 전달하는 웨이퍼 이송기(4)와, 장치 내에 석영 더미 웨이퍼(6)를 저장하는 석영 웨이퍼 스토커(5)를 포함한다. 웨이퍼 이송기(4)는 또한 석영 보트(3)와 석영 웨이퍼 스토커(5) 간에 더미 웨이퍼를 전달하는 역할도 한다. 반도체 제조 장치는 또한 반응실(2) 내의 더러움을 없애기 위한 세정 공정에 사용될 세정 가스를 장치 내에 공급하기 위한 세정 가스 라인(8)과, 반도체막 형성 반응을 일으키는 프로세스 가스를 장치 내에 공급하기 위한 프로세스 가스 라인(9)과, 반응실(2) 내부를 진공으로 배기하거나 소정의 압력으로 유지시키기 위한 진공 배기 장치(10)를 포함한다. 참조부호(11)는 반도체막 형성 공정의 실행 회수를 세는 배치 카운터를 나타낸다.
실리콘 웨이퍼 상에 반도체막을 생성하는 반도체막 형성 공정에서, 웨이퍼는 도 4에 도시한 바와 같은 배열로 석영 보트(3) 상에 탑재된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 석영 웨이퍼(6)가 더미 웨이퍼로 사용된다. 석영 웨이퍼(6)는 석영 보트(3)의 상부 및 하부 더미 웨이퍼 영역에 탑재될 뿐만 아니라, 프로세스 영역 내에서 실리콘 웨이퍼가 탑재되지 않은 빈 슬롯에 탑재되어, 석영 보트(3)를 웨이퍼로 완전히 채운다. 웨이퍼로 채워진 석영 보트(3)는 도 1에 도시된 화살표를 따라 반응실(2) 내로 반입된다.
이어서, 미리 설정한 프로세스 조건에 따라, 본 발명의 장치는 진공 배기 장치(10)를 사용하여 반응실(2)의 내압을 줄인 후, 프로세스 가스 라인(9)을 통해 반응실(2) 내로 프로세스 가스를 공급함으로써, 실리콘 웨이퍼 상에 반도체막을 균일하게 형성한다.
반도체막 형성 공정이 완료되면, 석영 웨이퍼(6)는 웨이퍼 이송기(4)에 의해 석영 웨이퍼 스토커(5)로 전달된 후, 장치 외부로 반출되지 않고 후속의 반도체막 형성 공정에서 재사용된다.
석영 더미 웨이퍼(6)는 실험에 의해 구해진 한계 사용 회수(한계 누적막 두께)를 가지며, 그것을 초과한 사용은 이물질(미소한 먼지) 발생의 원인이 되어 반도체 제조 공정의 제품 수율을 저하시킨다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 사용 회수는 석영 더미 웨이퍼의 세정 시기를 결정하는 척도로서 사용된다. 그러므로, 석영 웨이퍼(6)의 사용 회수는 배치 카운터(11)에 의해서 카운트(계수)된다. 사용 회수가 한계 사용 회수에 도달하면, 해당 석영 웨이퍼는 석영 웨이퍼 스토커(5)에 저장되지만, 세정되기 전에는 재사용되지 않는다. 대신에, 석영 웨이퍼 스토커(5)에 저장되어 있는 다른 세정 완료된 석영 웨이퍼가 후속의 반도체막 형성 공정에서 더미 웨이퍼로서 사용된다.
이와 같은 더미 웨이퍼의 선택은 석영 웨이퍼(6)의 사용 회수가 한계 사용 회수에 도달한 경우에 배치 카운터(11) 또는 배치 카운터(11)의 부속 장치가 발생시키는 경고에 의해서 장치 사용자가 실행하거나, 배치 카운터(11)의 출력에 근거하여 자동적으로 실행될 수 있다.
더미 웨이퍼에 축적된 전체 막 두께가 더미 웨이퍼의 세정 시기를 결정하는 척도로서 바람직하게 사용되는 경우에는, 전체 막 두께는 각각의 더미 웨이퍼에 대해서 측정하여야 한다. 그러한 막 두께의 측정은 당업자에게 잘 알려진 다양한 방법을 통해 달성될 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 장치는 더미 웨이퍼를 저장하는 수단, 예를 들어, 석영 웨이퍼 스토커(5)를 그 내부에 포함한다. 그러므로, 석영 웨이퍼 스토커(5)의 용량 즉, 스토커(5) 내부에 저장 가능한 웨이퍼의 개수를 늘려줌으로써, 더미 웨이퍼의 세정을 장치 외부에서 실행하는 경우에 있어서도 더미 웨이퍼의 장치 내부로의 반입 또는 장치 외부로의 반출의 빈도를 종래 장치에 비해 줄일 수 있다. 그 결과, 장치의 조작이 단순화되어 반도체 제조 비용을 줄이게 된다.
석영 웨이퍼 스토커(5)의 용량은 하나의 배치 공정 당 사용되는 더미 웨이퍼의 개수의 배수인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 석영 보트(3)에 탑재되는 전체 웨이퍼의 약 70 %가 실리콘 프로세스 웨이퍼이고 그 중의 약 30 %가 석영 더미 웨이퍼이다. 그러므로, 석영 보트(3)의 전체 용량이 100개의 웨이퍼이면, 석영 웨이퍼 스토커(5)의 용량은 30 × n (n은 양의 정수)인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 장치는 석영 웨이퍼(6)를 더미 웨이퍼로 사용하기 때문에 웨이퍼 세정은 장치 내에서 이루어질 수 있으며, 이로 인해 웨이퍼 세정을 위해 더미 웨이퍼를 장치 내부로 반입하거나 외부로 반출할 필요가 없다. 이에 관해서는 이하에서 설명할 것이다.
반응실(2)과 석영 보트(3)는 석영 웨이퍼(6)에 비해서 세정 빈도가 적기 때문에, 석영 웨이퍼 스토커(5)에 저장되어 있는 모든 석영 웨이퍼(6)가 그 한계 사용 회수만큼 사용되거나 반응실(2) 및/또는 석영 보트(3)의 세정 시점에 반응실(2) 내부를 세정한다. 세정 공정에서, 그 사용 한계만큼 사용된 모든 석영 더미 웨이퍼(6)는 웨이퍼 이송기(4)에 의해 석영 보트(3) 상에 탑재되어 반응실(2) 내로 이송된다. 이어서, 세정 가스, 예를 들어, CIF3를 세정 가스 라인(8)을 통해 반응실(2) 내에 공급하여, 사전에 구해 놓은 일정한 조건하에서 예를 들어, 내측 튜브(13) 및 외측 튜브(12)와, 석영 보트(3)와 석영 더미 웨이퍼(6)를 포함하는 석영 반응 튜브를 일괄 세정한다. 세정 공정이 완료된 후, 세정 완료된 석영 더미 웨이퍼(6)는 웨이퍼 이송기(4)에 의해 석영 웨이퍼 스토커(5)로 다시 전달되어 재사용 가능한 세정 완료된 석영 더미 웨이퍼로서 저장된다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 더미 웨이퍼의 세정 공정 전후에 더미 웨이퍼용 카세트의 장치 내부로의 반입 또는 장치 외부로의 반출을 실행할 필요가 없어진다. 따라서, 실리콘 프로세스 웨이퍼용 카세트를 장치 내부로 반입 또는 외부로 반출하지 않음으로써, 세정을 위하여 더미 웨이퍼를 장치 외부로 반출하고 장치 내부로 반입하는 데에 요구되는 처리시간의 증가 문제를 해결할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 배치 카운터, 예를 들어, 도 1의 참조번호(11)는 더미 웨이퍼, 예를 들어, 도 1의 석영 웨이퍼(6)가 사용된 회수를 카운트하여, 그 사용 회수가 미리 설정한 사용 한계에 도달하면, 초과 사용된 더미 웨이퍼에 의해 반도체 제품 수율이 저하되는 것을 방지하기 위해 배치 카운터 또는 그 부속 장치가 장치 사용자에게 경고를 발한다.
더미 웨이퍼의 세정은 다른 부분, 예를 들어, 반응실(2) 및 석영 보트(3)의 세정과 함께 이루어지기 때문에, 반도체 제조 장치의 유지 보수 시간을 단축할 수 있다. 즉, 본 발명이 세정 가스, 예를 들어, CIF3를 사용하여 반도체막 형성 공정 중에 반응 튜브 및 보트와 같은 석영 지그(jig) 상에 증착된 반도체막을 제거하는 기능을 포함하고 있으므로, 사용 완료된 모든 더미 웨이퍼, 예를 들어, 도 1의 석영 웨이퍼(6)를 보트, 예를 들어, 도 1의 참조번호(3) 상에 탑재시키고, 그 보트를 반응실, 예를 들어, 도 1의 참조번호(2) 내로 삽입시키고, 더미 웨이퍼를 석영 지그와 함께 세정함으로써 유지 보수 시간을 줄일 수 있다.
또한, 반복 세정 공정에 견딜 수 있고 반영구적으로 사용 가능한 석영 웨이퍼를 사용함으로써, 더미 웨이퍼의 소비에 기인한 반도체 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
반도체막 형성 공정 시의 온도와 반복 세정 공정을 견딜 수 있는 한, 바람직한 실시 예의 석영 더미 웨이퍼와 다른 종류의 웨이퍼도 더미 웨이퍼로 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 양쪽 표면에 알루미나(Al2O3)막을 화학 기상 증착법(CVD)에 따라 증착하여 만들어지는 웨이퍼도 본 발명에 의한 반도체 제조 장치에서 더미 웨이퍼로 유효하게 사용될 수 있다.
비록 본 발명이 웨이퍼 상에 반도체막을 형성하는 반도체 제조 장치에 관하여 기술하였으나, 본 발명이, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 상에 비 반도체막(non-semiconductor film)을 형성하는 공정, 확산 공정 등을 수행하는 다른 종류의 반도체 제조 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있음을 당업자는 잘 알고 있을 것이다. 본 발명은 또한 비 반도체막을 생성하기 위하여, 실리콘 웨이퍼가 아닌 다른 웨이퍼 또는 비 반도체 기판을 처리하는 장치에도 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 더미로서 사용되는 웨이퍼의 소비에 기인한 비용 증가의 문제 및 더미 웨이퍼의 장치 외부로의 반출과 세정에 따른 공정 시간 증가의 문제를 해결함으로써 반도체 제조 비용을 절감시킬 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 구성을 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 반도체 제조 장치의 구성을 나타내는 예시도,
도 3은 반도체막 형성 공정을 위해 웨이퍼가 이송된 반응실 내부를 나타내는 도면,
도 4는 반도체막을 형성할 때의 웨이퍼의 배열을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 히터 2 : 반응실
3 : 석영 보트 4 : 웨이퍼 이송기
5 : 석영 웨이퍼 스토커 6 : 석영 웨이퍼
7 : 웨이퍼 카세트 8 : 세정 가스 라인
9 : 프로세스 가스 라인 10 : 진공 배기 장치
11 : 배치 카운터 12 : 외측 튜브
13 : 내측 튜브 14 : 실리콘 웨이퍼
15 : 단열판

Claims (13)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    다수의 더미 기판을 저장하는 스토커,
    상기 스토커에 저장된 더미 기판중에서 선택된 하나 이상의 더미 기판을 세정하고 반도체를 제조하기 위해 사용될 다수의 프로세스 기판을 배치처리하는 반응실,
    세정을 위해 상기 하나 이상의 더미 기판을 이송하고 상기 프로세스 기판 처리를 위해 상기 스토커에 저장된 상기 더미 기판 일부와 상기 프로세스 기판을 상기 반응실로 이송하는 보트,
    상기 프로세스 기판, 상기 더미 기판 일부 및 상기 하나 이상의 더미 기판을 상기 보트로 이송하는 캐리어, 및
    상기 반응실내로 세정 가스를 도입하여 상기 반응실 내에서 상기 하나 이상의 더미 기판을 세정하는 세정 가스 라인을 포함하는
    기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토커에 저장된 각각의 더미 기판을 배치 처리할 때의 사용회수를 카운트하는 카운터를 더 포함하고, 여기에서, 하나 이상의 상기 더미 기판의 사용 회수는 소정 회수보다 크지않은
    기판 처리 장치.
  3. 기판 처리 장치에 있어서,
    처리실,
    복수의 기판을 상기 처리실로 이송하는 보트,
    세정 공정을 제외한 기판 공정이 수행될 때 반도체를 처리하기 위해 사용될 기판과 함께 상기 처리실로 이송되는 적어도 하나의 더미 기판을 저장하는 스토커,
    상기 보트와 상기 스토커 사이에서 상기 스토커에 저장된 더미 기판을 이송하는 이송 수단, 및
    상기 더미 기판을 세정하기 위해 상기 더미 기판이 상기 처리실 내에 있는 동안 상기 처리실로 세정 가스를 주입하는 세정 가스 라인을 포함하는
    기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스토커에 저장된 각각의 더미 기판의 사용 회수를 카운트하고 상기 각각의 더미 기판이 소정의 사용한계에 도달하였는지를 결정하는 카운터를 더 포함하고, 여기에서 상기 소정의 사용 한계에 도달한 하나 이상의 더미 기판은 상기 이송 수단에 의해 상기 스토커로부터 상기 보트로 이송되고 상기 하나 이상의 더미 기판이 처리실내에 있는동안 상기 세정 가스 라인은 반응실로 세정 가스를 공급하여 상기 하나 이상의 더미 기판을 세정하는
    기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 스토커에 저장된 상기 모든 더미 기판은 상기 반응실 또는 처리실에서 동시에 세정되는
    기판 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세스 기판 또는 기판과 상기 더미 기판은 각각 실리콘 웨이퍼와 석영 웨이퍼인
    기판 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세스 기판 또는 기판과 상기 더미 기판은 각각 실리콘 웨이퍼와 양면이 알루미나로 코팅된 실리콘 웨이퍼인
    기판 처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 더미 기판을 세정하는 동안 상기 보트가 동시에 세정되는
    기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 더미 기판을 세정하는 동안 상기 반응실 또는 처리실이 동시에 세정되는
    기판 처리 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 보트는 소정 개수의 기판을 수용하는 석영 보트인
    기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 더미 기판 일부의 개수와 상기 프로세스 기판 또는 기판의 개수의 비율은 고정되고 상기 스토커의 용량은 상기 더미 기판 일부의 개수의 n 배이며, n은 양의 정수인
    기판 처리 장치.
  12. 기판 처리 장치에 있어서,
    처리실,
    반도체를 제조하기 위해 사용될 적어도 하나의 기판 또는 적어도 하나의 더미 기판을 처리실내에서 지지하는 기판 지지 수단,
    상기 더미 기판을 저장하는 스토커,
    상기 처리실내에서 처리되는 상기 반도체를 제조하기 위해 사용될 상기 기판을 상기 기판 지지 수단으로 이송하고 상기 처리실에서 처리되는 더미 기판을 상기 기판 지지 수단과 상기 스토커 사이에서 이송하는 이송 수단, 및
    상기 처리실내에서 이미 처리된 상기 더미 기판이 상기 처리실내에서 상기 기판 지지 수단에 의해 지지된 상태로 상기 처리실내에 세정 가스를 공급하는 세정 가스 라인을 포함하는
    기판 처리 장치.
  13. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 12 항 중 어느 한항에 있어서의 장치를 사용하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 스토커에 저장된 상기 더미 기판을 상기 반응실 또는 처리실에서 세정하는 단계를 포함하는
    기판 처리 방법.
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