KR100524374B1 - 반도체 제조장치 - Google Patents

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박승갑
유정호
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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 내부에 원통형의 수용공간을 형성하며 반도체 기판을 열처리 공정할 수 있는 반응튜브와, 반응튜브 내에 장착되고 내부에 원통형의 수용 공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩할 수 있도록 복수의 홀더 지지부를 갖는 기판 로딩용 보트 및 홀더 지지부에 로딩되고 원형 판 상으로 형성된 홀더 본체와 반도체 기판을 상기 홀더 본체의 판 면으로부터 높이차를 가지고 이격되어 지지되도록 홀더 본체 판 면의 중앙에 돌출 형성된 기판 지지용 돗드부를 가진 기판 홀더를 포함한다. 이렇게 반도체 기판을 지지하는 기판 홀더 상에 기판 지지용 돗드부가 형성되어 있으면, 고온 공정 시에 반도체 기판이 만곡 되면서 기판 홀더에 지지되므로 공정완료 후 반도체 기판의 만곡현상에 따른 기계적 결함(mechanical defect)을 감소시켜 반도체 기판의 제품 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 제조장치{Semiconductor manufacturing system for semiconductor 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 지지 판을 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 할 수 있다. 이러한 기판 로딩용 보트는, 슬롯의 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(bowing)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 슬립등 많은 문제점들을 발생시킬 수도 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대구경의 반도체 기판이 고온에서 공정이 진행되더라도 반도체 기판이 공정 중에 휘어지는 현상을 효과적으로 방지하여 고온 공정에서 발생 할 수 있는 슬립(slip) 등을 제거 할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 제조장치는, 내부에 원통형의 수용공간을 형성하며, 반도체 기판을 열처리 공정할 수 있는 반응튜브와,반응튜브 내에 장착되고 내부에 원통형의 수용 공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩할 수 있도록 복수의 홀더 지지부를 갖는 기판 로딩용 보트 및 홀더 지지부에 로딩되고 원형 판 상으로 형성된 홀더 본체와 반도체 기판을 홀더 본체의 판 면으로부터 높이차를 가지고 이격되어 지지되도록 상기 홀더 본체 판 면의 중앙에 돌출 형성된 기판 지지용 돗드부를 가진 기판 홀더를 포함한다.
여기서, 기판 지지용 돗드부는, 홀더 본체의 중앙에 배치되어 소정 높이 돌출된 돌출기둥, 및 돌출기둥의 단부에 형성되어 반도체 기판을 접촉하여 안정적으로 지지하는 기판 접촉부를 포함한다. 이때, 돌출기둥은, 실질적으로 원기둥과 다각기둥 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되어 있고, 이 돌출기둥의 측벽은 소정의 경사각을 가지고 경사져 있는 것이 반도체 기판을 안정적으로 지지할 수 있어 바람직하다. 경사각은 기판 본체 판면의 수직방향에 대해서 0.1°내지 45°인 것이 바람직하다.
돌출기둥과 기판 접촉부의 만나는 모서리 영역은 홀더 본체의 판 면에 대해서 소정의 경사 각도를 가지고 경사져 있는 것이 고온공정에서 반도체 기판이 자연스럽게 만곡될 때 지지 면이 넓어져서 반도체 기판을 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.
홀더 본체 상에 형성된 돌기기둥은 그 높이가 0.01 mm 내지 20 mm 인 것이 바람직하다. 기판 홀더는, 기판 지지용 돗드부를 중심으로 반도체 기판의 가장자리 부분을 따라서 원형으로 배치된 복수의 보조 돌기부를 더 포함하는 것이 반도체 기판이 만곡 되어 기판 홀더에 지지될 때 지지면적을 최소화시킬 수 있어 바람직하다. 이 보조 돌기부는 기판 지지용 돗드부 보다 소정 높이차를 가지고 낮게 형성된 것이 반도체 기판의 가장자리 부분이 하향 만곡 되어 지지되도록 하여 반도체 기판에 함입되는 기계적 결함을 최소화시킬 수 있어 바람직하다. 이때, 높이차는 0.01 mm 내지 20 mm 인 것이 반도체 기판의 만곡현상 시에 탄성한계를 넘지 않도록 지지할 수 있어 바람직하다. 보조 돌기부는 적어도 링 형태의 한 개 이상이거나 돗드부 형태의 세 개 이상인 것이 외측에서 반도체 기판의 가장자리부분을 균형 있게 지지할 수 있어서 바람직하다.
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이렇게 본 발명의 반도체 제조장치는, 반도체 기판이 기판 홀더 상에 지지되어 고온 공정에서 반도체 기판이 휨 현상에 의해서 인입되는 기계적인 결함을 감소시킬 수 있다. 특히, 기판 홀더의 판 면상에 고온 공정이 진행되는 동안에만 기판 홀더에 지지될 수 있도록 반도체 기판을 판 면으로부터 소정 높이 이격되도록 형성된 기판 지지용 돗드부를 포함하고 있기 때문에, 반도체 기판이 고온에서 만곡 되더라도 어느 정도 만곡되면 반도체 기판의 가장자리 부분이나 중앙부분이 지지되므로 영구 만곡을 방지하여 공정이 완료된 후에 반도체 기판에 인입되는 기계적 결함을 방지할 수 있다.
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이하, 첨부 도면을 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 1은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 제1실시예를 개념면도이다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 기판 홀더의 일 예를 나타내기 위하여 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 단면도이다. 그리고 도 3a 내지 도 3b는 도 2의 기판 홀더를 나타낸 단면 사시도 및 이 기판 홀더를 상부에서 본 평면도이다.
도 1을 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(20) 내에 복수의 반도체 기판(100)을 로딩하기 위해서 마련된 복수의 기판 홀더(15)를 지지하는 홀더 지지부(15)가 형성된 기판 로딩용 보트(10)와, 이 기판 로딩용 보트(20)의 하부를 지지하면서 반응튜브(20) 내로 인입 및 인출시키는 도어부(50)를 포함한다. 그리고 기판 로딩용 보트(10)와 도어부(50) 사이에는 기판 로딩용 보트(10)를 상기 도어부(50)로부터 소정 거리 이격시키기 위해 보트 캡(40)이 개재되어 있다.
반응 튜브(20)는 하부에 개구부를 가진 관상으로 형성되어 있다. 반응튜브(20)를 둘러싸고 외각으로는 반응튜브(20)를 가열할 수 있는 저항형 코일과 같은 가열장치(30)가 설치되어 있다. 그리하여, 반응튜브(20) 내를 소정의 공정온도까지 상승시켜 공정을 진행할 수 있다.
그리고 반응튜브(20)의 하부 개구부에는 판 상의 도어부(50)가 설치되어 있어, 기판 로딩용 보트(10)가 상하로 상승 및 하강하도록 형성되어 있고, 공정을 진행할 경우에는 반응튜브(20)의 개구부를 밀폐하는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 기판 로딩용 보트(10)는 상하로 복수의 기판 홀더(15)를 수용할 수 있도록 복수의 홀더 지지부(10a)가 마련되어 있다. 이때, 홀더 지지부(10a)는 기판 홀더(15)의 외측으로부터 지지할 수 있도록 슬롯형태로 형성될 수도 있고, 돌출 지지부 형태로 구성될 수도 있다. 그리하여, 기판 로딩용 보트(10)는, 기판 홀더(15)의 가장자리가 홀더 지지부(10a)에 지지되도록 형성되어 있다. 그리고, 기판 홀더(15)는 원형 판 상의 홀더 본체(151)와 홀더 본체(151)의 중앙에 배치되어 소정 높이 돌출된 기판 지지용 돗드부(153)를 포함하고 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(15)상에 놓이면, 반도체 기판(100)의 가장자리 부분은 홀더 본체(151) 판 면으로부터 이격된 채로 로딩된다. 이 후의 도면에서, 기판 지지용 돗드부는 변형예에 따라 서로 다른 참조번호를 부여하고, 설명상 통칭적으로 사용되는 경우에는 153으로 통일한다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(163a)는, 홀더 본체(151) 판 면으로부터 소정높이 상부로 연장되어 형성된 돌기기둥(153a)과, 돌기기둥(153a)의 상단부에 반도체 기판(100)을 지지할 수 있도록 소정 넓이의 편평한 접촉면을 가진 기판 접촉부(153b)로 구성되어 있다.
이때, 돌기기둥(153a)과 기판 접촉부(153b)가 만나는 가장자리 부분은 홀더 본체(151) 판 면상에 로딩(loading)되는 반도체 기판에 대해서 소정의 경사각도(θ1)를 가지고 하향 또는 상향 경사지도록 형성되어 있다. 그러면, 고온의 공정이 진행될 때, 반도체 기판(100)이 만곡 되면서 돌기기둥(153a)과 기판 접촉부(153b)의 경사진 부분과 면접촉하여 공정 중에 보다 안정적으로 지지될 수 있다. 이때, 경사각도(θ)는 0.1°내지 45°인 것이 적당하다. 그리고 돌기기둥(153a)의 측벽부는 홀더 본체(151)의 수직방향에 대해서 소정의 경사각도로 경사져 있어 돌출기둥(153a)이 홀더 본체(151) 판 면에 안정적으로 지지될 수 있다.
반도체 기판(100)을 기판 지지용 돗드부(163a)에 올려놓았을 때, 반도체 기판(100)과 홀더 본체(151) 판 면과의 사이에 발생하는 갭(gap)은 돌기기둥(153a)의 높이에 의해서 결정된다. 이는 고온의 공정이 진행되면, 반도체 기판(100)이 열을 받아 팽창하게 되고 가장자리 부분이 아래로 만곡 되어 홀더 본체(151)의 판 면상에 지지되도록 하는데 목적이 있다. 따라서 공정온도에서 반도체 기판(100)이 만곡 되는 만큼만 돌기기둥(153a)의 높이를 조절하면 된다. 이때, 돌기기둥(153a)의 높이는 0.01 mm 내지 20 mm의 범위에 있는 것이, 고온 공정이 진행될 때 반도체 기판(100)이 탄성한계 내에서 만곡되어 기판 홀더(151) 판 면에 적절하게 지지되어 바람직하다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더의 다른 예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
이를 참조하면, 기판 홀더(15)는, 원형 판 상의 홀더 본체(151)와, 홀더 본체(151)의 중앙에 위치하여 반도체 기판(100)을 지지하도록 형성된 기판 지지용 돗드부(153)와, 지지용 돗드부(153)를 중심으로 하여 홀더 본체(151)의 외측 가장자리 부분에 원형으로 배치되어 반도체 기판(100)의 가장자리 부분에 위치하도록 돌출 형성된 보조 돌기부(155)를 포함한다. 이후, 보조 돌기부는 변형예에 따라 다른 참조번호를 부여하고, 통칭적으로 사용할 때는 155로 표시한다.
도 4b는 보조 돌기부의 일 예로서, 보조 돌기부(155a)의 단부가 라운딩되어 있고, 보조 돌기부(155a)는 기판 지지용 돗드부(153)의 높이보다 소정의 높이차(d)를 가지고 낮게 돌출 형성되어 있다. 이때, 기판 지지용 돗드부(155)와 보조 돌기부(155a)의 상하 높이차(갭,gap)는 0.01 mm 내지 20 mm 인 것이 반도체 기판(100)의 만곡을 효과적으로 방지할 수 있어 바람직하다.
도 5a는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 단면도이고, 도 5b는 공정 중에 반도체 기판이 만곡 되었을 때를 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 기판 홀더(15)의 전반적인 형태는 도 4a와 같이, 기판 지지용 돗드부(153)와 복수의 보조 돌기부(155)로 구성되어 있으나, 다만, 기판 지지용 돗드부(153)와 보조 돌기부(155b)의 형태가 공정 진행시에 반도체 기판(100)이 만곡된 형태에 따라서 성형이 되어있다. 즉, 중앙에 위치한 기판 지지용 돗드부(153)는 기판 접촉부(153b)인 중앙은 반도체 기판(100)을 안정적으로 올려놓을 수 있도록 편평하게 형성되어 있다. 그리고 도 4a에서 이미 도시하였듯이, 기판 접촉부(153b)와 돌기기둥(153a)이 만나는 영역은 소정구간에 걸쳐서 반도체 기판(100)이 만곡 되어 때 형성되는 경사각만큼 소정 각도 경사지도록 형성되어 있다. 이때, 반도체 기판이 기판 지지용 돗드부(153)에 로딩 되었을 때, 반도체 기판(100)과 보조돌기부(155b)와 사이의 갭은 0.01 mm 내지 20 mm 사이에서 형성되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 보조 돌기부(155b)의 반도체 기판(100)과 접하는 단부는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 소정 경사각도(θ2)를 가지고 경사지도록 형성되어 있다. 이 경사각도(θ2)는 반도체 기판(100)이 공정온도에서 열을 받아 만곡 되어 보조 돌기부(155b)와 접할 때 홀더 본체(151)의 판 면과 이루는 각도와 일치하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 경사각도(θ2)는 0.1 °내지45 °인 것이 바람직하다.
도 5b를 참조하면, 고온 공정 중에 반도체 기판(100)이 열을 받아 만곡 되면, 반도체 기판(100)의 하부 면은 기판 지지용 돗드부(153)의 가장자리 부분 및 보조 돌기부(155b)에 면 접촉되어 지지된다. 그러면, 반도체 기판(100)이 지지되는 기판 지지용 돗드부(153)와 보조 돌기부(155b)에서 지지면적이 넓어져 만곡된 반도체 기판(100)을 스트레스가 반도체 기판(100)의 한 부분에 집중되지 않도록 안정적으로 지지할 수 있다. 그리하여, 공정 도중에 만곡에 의한 열적, 기계적 스트레스에 의해서 반도체 기판(100)에 인입될 수 있는 기계적 결함(mechanical defects)을 감소시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 사시도 및 도 6a의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.
이들을 참조하면, 중앙에 배치되어 기판 지지용 돗드부(163b)는, 복수의 돌기부들(1531)이 중앙에 집중되어 군집 형태로 배치되어 하나의 기판 지지용 돗드부(163b)를 형성한다. 이때, 복수의 돌기부들(1531)은 소정의 도형을 이루면서 반도체 기판(100)을 안정적으로 지지할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 그리하여, 이를 복수의 돌기부들(1531)은 삼각형, 사각형 또는 육각형 등을 포함한 다각형 형태를 이루면서 배치될 수 있다. 또한, 이들 다각형의 중앙에 높이가 다른 돌기부(1531)를 더 포함하여 군집형태의 기판 지지용 돗드부(163b)를 형성할 수도 있다.
도 6c는 도 6a의 변형예로서, 보조 돌기부(155b)가 도 5a의 보조 돌기부(155b)와 유사하게 외측으로 소정 각도 경사진 면을 갖는다. 그리하여, 고온의 공정 중에 반도체 기판(100)이 만곡되면 반도체 기판(100)의 가장자리 부분이 면접촉되어 반도체 기판을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 기판 홀더(15)에 형성된 기판 지지용 돗드부(153) 및 보조 돌기부(155)의 배치에 관한 실시 예를 나타낸 평면도이다.
이미 도 6a에서 도시된 바와 같이, 보조 돌기부(155)는 기판 지지용 돗드부(153)를 중심으로 홀더 본체(151)의 외측에 보조 돌기부(155)가 세 개일 경우에 삼각형을 이루고 바람직하게는 정삼각형을 형성한다.
이와는 다르게, 보조 돌기부(155)가 네 개일 경우에는, 도 7a에서 도시된 바와 같이, 사각형의 다각형 형태를 이루면서 배치되는 것이 일반적이다. 반도체 기판(100)을 균형 있게 지지할 수 있도록 정사각형을 이루는 것이 바람직하다.
그리고 반도체 기판(100)이 대구경화 되면, 보조 돌기부(155)의 숫자가 더 증가되는데, 도 7b에 도시된 바와 같이, 여섯 개의 보조 돌기부(155)가 마련되었을 경우에는, 육각형 특히 정육각형의 허니콤 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 그 이상의 보조 돌기부(155)가 도입되면, 그에 맞게 다양한 형태의 다각형을 형성하면서 배치될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
이를 참조하면, 원형 판 상의 홀더 본체(151)와, 이 홀더 본체(151)의 중앙에 반도체 기판(100)을 지지할 수 있는 기판 지지용 돗드부(153)와, 기판 지지용 돗드부(153)를 중심으로 홀더 본체(151)의 외측 가장자리 부분에 원형을 이루면서 복수의 보조 돌기부(156)를 포함한다. 이때, 보조 돌기부(156)의 위치는 반도체 기판(100)이 기판 홀더(15)에 로딩(loading)되었을 때, 반도체 기판(100)의 단부가 보조 돌기부(156)의 상단면(156a) 중앙에 걸쳐 지도록 배치된다. 그리고 보조 돌기부(156)의 반도체 기판(100)이 중첩되지 않는 외측으로, 고온 공정 중에 반도체 기판(100)이 만곡 되면서 보조 돌기부(156)의 상단면(156a)에 지지될 때, 반도체 기판(100)이 슬립(slip)되어 밖으로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 슬립 방지부(156b)를 더 포함하고 있다. 그리하여, 공정 도중에 공정가스의 흐름에 의해서 반도체 기판(100)이 유동하더라도 이 슬립 방지부(156b)에 의해서 안정적으로 지지될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 반도체 제조장치는, 기판 로딩용 보트(10)에 로딩 되는 기판 홀더(15)가 중앙에 돌출 형성되어 로딩(loading) 시에는 반도체 기판(100)을 소정 높이(d)로 이격시키고 공정 중에는 만곡에 의해서 반도체 기판(100)의 가장자리 부분이 지지되어 만곡에 의한 기계적 결함을 방지할 수 있다. 그리하여, 고온 공정에서의 공정 신뢰성이 높은 반도체 제조 장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치는, 다음과 같은 다른 실시예의 반도체 제조 장치를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 반도체 제조장치에 따른 제2실시예를 나타낸 개념도이다.
이를 참조하면, 제2실시예의 구성요소는 도 1의 제1실시예와 동일하고, 다만, 반도체 기판(100)을 기판 로딩용 보트(10)에 로딩시키는 기판 홀더(35)의 형태가 반도체 기판(100)을 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 형성되어 있다.
도 10은 도 9의 'B' 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
이를 참조하면, 기판 로딩용 보트(10)에 로딩 되는 기판 홀더(35)는 원형 판상의 홀더 본체(351)와, 이 홀더 본체(351)의 판 면상에 적절히 배치되어 반도체 기판(100)을 홀더 본체(351)의 판 면으로부터 소정 높이 이격하여 지지하는 기판 지지용 돗드부(353)를 포함한다. 이때, 기판 지지용 돗드부(353)는, 공정 전에는 반도체 기판(100)을 홀더 본체(351) 판 면으로부터 소정 높이 이격하여 지지하지만, 공정이 진행되면 반도체 기판(100)의 중앙부분이 하향 만곡 되어 기판 홀더(351)에 지지되도록 구성되어 있다. 이 후의 도면에서는, 기판 지지용 돗드부(353)의 참조번호를 변형예에 따라서 별도로 부여하고, 통칭적으로 사용될 때는 353으로 표시한다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 반도체 장치에 장착된 기판 홀더의 일예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 11a를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(353)는 소정의 도형을 이루면서 홀더 본체(351)의 자장자리를 따라서 원형으로 적절하게 배치된다. 도시된 바와 같이, 세 개의 기판 지지용 돗드부(353)가 형성되어 있으면, 정삼각형 형태로 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 지지용 돗드부(353)는, 홀더 본체(351)의 판 면으로부터 소정 높이 돌출된 돌출기둥(353a)과, 이 돌출기둥(353a)의 단부에 반도체 기판(100)을 지지할 수 있도록 접촉면이 마련된 기판 접촉부(353b)로 구성된다. 이때, 돌출기둥(353a)의 측벽부는 홀더 본체(351) 판 면의 수직방향에 대해서 소정의 경사각도(θ3)를 가지고 하향 또는 상향 경사지도록 형성되어 있다. 이때, 경사각도(θ3)는 0.1°내지 45°인 것이 적당하다. 그리하여, 돌출기둥(353a)이 홀더 본체(351) 판 면에 안정적으로 지지될 수 있다. 돌출기둥(353a)의 상단부는 반도체 기판(100)과 접촉되어 지지할 수 있도록 용도에 맞게 다양한 형태의 기판 접촉부(353b)가 형성되어 있다. 그리고 돌기기둥(353a)의 높이는 공정 진행 시에 반도체 기판(100)의 만곡정도를 반영하여 홀더 본체(351) 판 면에 지지될 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리하여, 통상 200 mm 및 300 mm 이상의 직경을 가진 반도체 기판(100)에 대해서 기판 홀더(35)의 돌기기둥(353a)의 높이는 0.01 mm 내지 20 mm 인 것이 바람직하다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 홀더의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(364)는, 홀더 본체(351) 상에 형성된 돌출기둥(364a)이 중앙부분에서 유선형을 이루면서 볼록하게 돌출된 형태로 형성되어 있다. 그리고, 돌출기둥(364a)의 단부는 반도체 기판(100)을 지지하는 기판 접촉부(364b)가 형성되어 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)의 하부로 공정가스가 유동할 시에 보다 원활하게 기체의 흐름이 균일하게 유도되어 균일도(uniformity)가 우수한 공정을 진행할 수 있다. 이와 같은 실시 예는, 반도체 기판(100)의 하부에서도 균일한 증착(deposition)이나 산화(oxidation)가 필요할 경우에 바람직하다.
도 13a 내지 도 13b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이를 참조하면, 홀더 본체(351) 판 면상에 반도체 기판(100)의 가장자리 부분을 따라 복수의 기판 지지용 돗드부(353)가 원형으로 배치되어 반도체 기판(100)을 지지하고, 중앙에는 반도체 기판(100)이 공정 중에 열을 받아 중앙부분이 만곡 되면 반도체 기판(100)의 중앙을 지지할 수 있도록 돌출된 보조 돌기부(355)를 더 포함한다. 이 보조 돌기부(355)는 그 높이가 기판 지지용 돗드부(353)의 높이보다 소정의 높이차(d)를 가지고 낮게 형성된다. 이때, 그 높이차(d)는 0.1 mm 내지 20 mm 정도인 것이 바람직하다. 그리하여, 공정전이나 공정 중에 반도체 기판(100)이 만곡 되면 중앙부분이 보조 돌기부(355)의 단부에 지지되고, 홀더본체(351)의 판 면과 접촉하지 않고 지지될 수 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)의 하부로 공정가스가 원활히 통과될 수 있어 공정의 균일도를 크게 향상시킬 수 있다. 이후의 도면에서, 보조 돌기부는 변형예에 따라서 다른 참조번호를 부여하고, 통칭적으로 사용될 경우에는 355로 표시한다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더에 형성된 기판 지지용 돗드부의 예들을 나타낸 단면도들이다.
도 14a를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(374)는, 홀더 본체(351)의 판 면으로부터 돌출된 돌기기둥(374a)의 형태가 원기둥형이나 다각기둥 형으로 형성되고, 측벽은 소정 경사지도록 형성되어 있다. 그리고 반도체 기판(100)과 접촉되는 기판 접촉부(374b)는 상향 돌출된 유선형으로 형성되어 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 하부에서 지지될 때, 중앙에 돌출된 기판 접촉부(374b)에 점 형태로 지지된다. 그리하여, 반도체 기판(100)의 하부면과 기판 접촉부(374b)가 점 형태로 지지되어 접촉면적을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라서 기판 접촉부(374b)와의 접촉 부분에서 발생되는 여러 가지 기계적 결함(mechanical deformation)을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 14b를 참조하면, 돌출기둥(384a)의 형태가 도 14a와는 반대로 역경사를 형성하고 있다. 그리하여, 그 단면이 마치 역삼각형으로 형성되었는데, 이러한 형태의 기판 지지용 돗드부(384)는 상부로 갈수록 그 면적이 넓어져서 반도체 기판(100)을 지지하는 기판 접촉부(384b)가 보다 넓어져서 반도체 기판(100)을 보다 안전하게 지지할 수 있어 바람직하다.
도 14c는 기판 지지용 돗드부(394)가 중앙을 향하여 소정의 경사각도(θ4)로 경사져 있는 기판 접촉부(394b)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이때, 경사각도(θ4)는 반도체 기판(100)이 공정온도에 있을 때, 만곡 되는 곡률에 따라서 결정되는데, 0.1°내지 45° 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 그리하여, 기판 홀더(35)에 로딩된 반도체 기판(100)이 고온을 받아 어느 정도 휘어지면 기판 지지용 돗드부(394)의 경사진 기판 접촉부(394b)에 면접촉하여 지지되도록 함으로써, 반도체 기판(100)의 휘어짐을 효과적으로 방지하면서 반도체 기판(100)이 안정적으로 지지하여 기판에 발생 할 수 있는 결함을 최소화 할 수 있다.
도 15a 내지 도 15b는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 평면도와 단면도를 나타낸 것이다.
이들을 참조하면, 기판 홀더(35)의 기판 지지용 돗드부(354)는 원형 판 상으로 형성된 홀더 본체(351)의 중앙에 이보다 작은 직경을 가지고 거의 링 형으로 형성되어 있다. 이때, 기판 지지용 돗드부(354)의 측벽부는 소정의 각도(θ3)로 경사져 있고, 이때 경사각(θ3)은 0.1°내지 45°인 것이 바람직하다. 이 경사각은 내외측으로 형성될 수도 있고, 내측으로 역으로 경사져 형성될 수도 있다. 기판 접촉부(미도시)는 상부 표면이 평평하게 형성될 수도 있고, 중앙부분이 함몰되고 기판 접촉부의 외측으로 가장자리를 따라서 반도체 기판(100)을 지지할 수 있도록 형성할 수도 있다. 그리고 기판 지지용 돗드부(354)의 직경은, 통상 300mm 웨이퍼의 경우에는 200 mm 내지 298 mm 정도가 적당하고 200mm 웨이퍼에서는 150 mm 내지 198 mm가 적당하다. 그러나, 기판 지지용 돗드부(354)의 크기와 직경은 공정 조건에 따라서 반도체 기판(100)의 크기에 따라서 다양하게 구성할 수 있다.
도 16a 내지 도 16b는 기판 홀더 상에 배치된 기판 지지용 돗드부의 배치를 실시예로 나타낸 평면도들이다.
이들을 참조하면, 기판 지지용 돗드부(353)는, 원형 판 상으로 형성된 홀더 본체(351) 상에 균일하게 배치되면서 소정의 도형 규칙에 따라서 형성된다. 이때 도형은 삼각형, 사각형 또는 육각형 등의 다각형으로 형성될 수도 있고, 이들 도형들이 군집을 이루어 집합형태로 형성될 수도 있다.
도 16a를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(353)가 6 개로 구성되어 홀더 본체(351)의 가장자리 부분을 따라서 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지할 수 있도록 원형으로 정육각형을 이루고 있고, 도 16b는 기판 지지용 돗드부(353)가 4개로 구성되어 정사각형을 이루고 있는 형태이다. 기판 지지용 돗드부(353)의 개수는 반도체 기판(100)의 크기에 의존하여 더 증가시킬 수도 있고, 홀더 본체(351) 상에서의 배열에도 큰 영향을 미친다.
도 17은 기판 홀더의 중앙에 배치된 보조 돌기부의 변형 예를 나타낸 평면도이다.
이를 참조하면, 기판 지지용 돗드부(353)가 홀더 본체(351)의 외측으로 복수 개가 원형으로 배치되고, 중앙에는 복수개의 돌기부들(3561)로 구성된 보조 돌기부(356)를 형성하고 있다. 여기서, 이들 기판 지지용 돗드부들(353)은 외측으로 정삼각형 및 정육각형 등의 다각형을 이루면서 연속적으로 형성되어 있고, 중앙의 보조 돌기부(356)도 역시 기판 지지용 돗드부(353)의 높이보다 낮게 형성된 돌기부들(3561)이 소정의 다각형 형태로 중앙에 집중되어 형성되어 있다. 이러한 형태의 기판 홀더(35)는 반도체 기판(100)이 대구경화 될수록 반도체 기판(100)을 기판 홀더(35) 상에 안정적으로 지지할 수 있어 바람직하다. 여기서, 기판 지지용 돗드부(353)는, 삼각형 이외에 사각형 및 육각형(허니콤 형) 등 다양한 형태의 다각형을 이루면서 배치될 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 기판 지지용 돗드부의 돌출 기둥의 형태를 나타낸 실시 예들이다.
이들을 참조하면, 기판 지지용 돗드부(353)의 돌출 기둥(353a)은, 도 18a에 도시된 바와 같이, 원뿔형 기둥으로 형성될 수도 있고, 도 18b와 같이 삼각기둥 형으로 형성될 수도 있고, 도 18c와 같이, 육각기둥 형으로 형성될 수도 있다. 이때, 각 모서리 부분은 모따기 처리(rounding)가 되어 둥그런 형태를 하고 있어 반도체 기판(100)에 기계적 결함을 줄 수 있는 위험성을 줄였다. 그리고 돌출기둥(353a)의 측벽면은 자연스럽게 외측으로 경사져 있는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 반도체 기판(100)을 올려놓는 기판 홀더(35) 상에 홀더 본체(351) 판 면으로부터 반도체 기판(100)을 소정의 갭을 가지고 이격하여 지지하도록 소정 높이 돌출된 적어도 하나의 기판 지지용 돗드부(353)가 구비되어 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(35)에 올려지면 홀더 본체(351) 판 면으로부터 소정 높이 들어올려진 상태이고, 공정을 진행하여 공정온도가 고온이 될 경우에는 반도체 기판(100)이 소정 수치 이상으로 하양 만곡하면 반도체 기판(100)의 중앙부분이 홀더본체(351)에 지지된다. 그리하여, 고온 공정 진행 중에 반도체 기판(100)이 무리하게 휘어져 기계적 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고 기본적으로 반도체 기판(100)의 하부로도 공정가스가 원활하게 통과할 수 있어 고온 공정에서의 공정의 균일성을 크게 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치는, 기판 홀더(35) 상에 형성된 기판 지지용 돗드부(153)는, 전술한 바와 같이, 소정의 규칙성을 가지고 배치될 수도 있으나, 반도체 기판(100)의 하부로 흐르는 공정가스의 흐름을 감안하여 불규칙하게 배치될 수도 있다.
또한, 기판 지지용 돗드부(353)가 2개일 경우에는, 기판 접촉부(353b)의 형태가 반도체 기판(100)을 안정적으로 지지할 수 있도록 갈라진 링 형이나 소정의 지지 가능한 다른 형태로 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조 장치는, 반도체 기판이 기판 홀더 상에 지지되어 고온 공정에서 반도체 기판의 휨 현상에 의해서 인입되는 기계적인 결함을 감소시킬 수 있다.
그리고 반도체 기판과 기판 홀더 사이에 소정의 통기로가 형성되어 공정가스가 원활하게 통과함으로써, 공정 균일도(process uniformity)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 제조 장치의 제1실시예를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 기판 홀더의 일 예를 나타낸 부분 단면 사시도와 단면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 다른 예를 나타낸 부분 단면사시도 및 단면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 단면도들이다.
도 6a 내지 도6c는 본 발명에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 부분 단면 사시도 및 단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 기판 홀더에 형성된 기판 지지용 돗드부와 보조 돌기부의 배치 예를 나타낸 평면도들이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 또 다른 예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 제2실시예를 나타낸 개념도이다
도 10은 도 9의 'B' 부분을 확대하여 도시한 기판 홀더의 측단면도이다.
도 11a 내지 도 11b는 도 10의 기판 홀더를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 기판 홀더의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 13a 내지 도 13b는 본 발명에 따른 기판 홀더의 다른 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명에 따른 기판 홀더의 기판 지지용 돗드부의 형태를 나타낸 예들이다.
도 15a 내지 도 15b는 본 발명에 따른 또 다른 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 16a 내지 도 16b는 기판 지지용 돗드부의 배치를 예로 나타낸 평면도들이다.
도 17은 본 발명에 따른 기판 홀더 판 면상에 형성된 보조 돌기부의 다른 실시 예를 나타낸 평면도이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명에 따른 기판 홀더의 돌기기둥의 예들을 나타낸 사시도들이다.

Claims (24)

  1. 내부에 원통형의 수용공간을 형성하며, 반도체 기판을 열처리 공정할 수 있는 반응튜브;
    상기 반응튜브 내에 장착되고, 내부에 원통형의 수용 공간을 형성하여 복수의 반도체 기판을 로딩할 수 있도록 복수의 홀더 지지부를 갖는 기판 로딩용 보트; 및
    상기 홀더 지지부에 로딩되고, 원형 판 상으로 형성된 홀더 본체와 상기 반도체 기판을 상기 홀더 본체의 판 면으로부터 높이차를 가지고 이격되어 지지되도록 상기 홀더 본체 판 면의 중앙에 돌출 형성된 기판 지지용 돗드부를 가진 기판 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지용 돗드부는,
    상기 홀더 본체의 중앙에 배치되어 소정 높이 돌출된 돌출기둥; 및
    상기 돌출기둥의 단부에 형성되고 반도체 기판을 접촉하여 안정적으로 지지하는 판 상의 기판 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 돌출기둥은 실질적으로 원기둥과 다각기둥 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 돌출기둥의 측벽은 소정의 경사각을 가지고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경사각은 상기 홀더 본체 판 면의 수직방향에 대해서 0.1°내지 45°인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 돌출기둥과 상기 기판 접촉부의 만나는 모서리 영역은 상기 홀더 본체의 판 면에 대해서 0.1°내지 45°의 경사 각도를 가지고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  8. 삭제
  9. 제3항에 있어서, 상기 돌출 기둥은 그 높이가 0.01 mm 내지 20 mm 인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더는, 상기 기판 지지용 돗드부를 중심으로 상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 따라서 원형으로 배치된 복수의 보조 돌기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 보조 돌기부는 상기 기판 지지용 돗드부보다 소정 높이차를 가지고 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 높이차는 0.01 mm 내지 20 mm 인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 보조 돌기부는 상기 반도체 기판이 접촉할 수 있도록 소정의 접촉면을 가지고, 상기 접촉면은 상기 홀더 본체의 판 면에 대해서 0.1°내지 45°의 경사 각도를 가지고 외측으로 하향 경사져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
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