KR100525447B1 - 화학기상증착장치및이를이용한화학기상증착공정제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 화학기상증착장치의 구조를 개선하여 웨이퍼에 대한 가열속도를 공정온도까지는 빨리 상승시켰다가 공정이 끝나면 천천히 줄이도록하여 웨이퍼 표면에 발생하는 석출물(Oxygen Precipitation) 및 웨이퍼의 휨(Warpage) 현상이 발생하지 않도록 한 것이다.

이를 위해, 일단에 도어가 설치되고 다른 일단은 막힌 튜브와, 상기 튜브내부에 입출가능하게 설치되며 웨이퍼가 장착되는 캔티레버와, 상기 튜브내부를 진공상태로 유지하기 위해 튜브와 흡입관으로 연결된 진공펌프와, 상기 튜브내에 공정가스를 주입하기 위해 튜브와 가스공급관으로 연결된 가스공급기와, 상기 튜브의 일측 바깥 둘레에 설치되어 튜브를 가열시켜주는 히터로 구성된 것에 있어서, 상기 튜브를 후방으로 연장하여 상기 연장부분에 히터보다 가열온도의 상승속도가 더 높은 가열부재를 설치하여 공정온도까지 상승시킬때는 장착된 웨이퍼를 가열부재의 온도에 의해 가열시키고 증착시에는 히터의 온도에 의해 증착시키며 증착완료후에는 히터의 온도에 의해 식혀주도록 한 것이다.

Description

화학기상증착장치

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 화학기상증착장치의 구조를 개선하여 웨이퍼에 대한 가열속도를 공정온도까지는 빨리 상승시켰다가 공정이 끝나면 천천히 줄이도록하여 웨이퍼 표면에 발생하는 석출물(Oxygen Precipitation) 및 웨이퍼의 휨(Warpage) 현상이 발생하지 않도록 한 것이다.

일반적으로 화학기상증착장치는 웨이퍼의 표면에 일정한 두께의 막을 증착시키는 반도체 장치로써, 이와 같은 장치의 종래 구성을 보면 첨부된 도 1 및 도 2와같다.

도 1은 종래 화학기상증착장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래 히터의 발열에 따른 온도변화를 나타낸 그래프로써, 튜브(1)의 일단에는 도어(2)가 설치되어 있고, 상기 튜브(1)의 타단에는 가스공급기(3)로부터 공급되는 공정가스가 공급되는 가스공급관(4)이 연결되어 있으며, 상기 튜브(1)의 일측에는 별도의 이송장치(도시는 생략함)에 의해 복수개의 웨이퍼(5)가 튜브(1)내로 이송가능하도록 캔티레버(6)가 설치되어 있고, 상기 튜브(1)에는 튜브내의 공기를 배기하여 진공상태를 유지하도록 진공펌프(7)가 흡입관(8)으로 연결되어 있으며, 상기 튜브(1)내에는 히터(9)의 발열 및 증착가스의 반응으로 인한 튜브(1)내의 온도를 감지하도록 열전대(10)가 설치되어 있다.

따라서, 웨이퍼(5)의 표면에 일정한 형태의 막을 증착하기 위해서는 먼저 튜브(1)의 도어(2)를 열고 복수개의 웨이퍼(5)가 장착된 캔티레버(6)를 튜브(1)내로 이송시킨 다음, 다시 도어(2)를 닫고 진공펌프(7)를 작동시켜서 흡입관(8)을 통해 튜브(1) 내부의 공기를 빼 상기 튜브내부를 진공상태로 유지한다.

이와 같이, 튜브(1)의 내부가 진공상태를 유지하면 히터(9)를 가열시켜 도 2에 도시한 바와 같이 분당 8℃의 온도로 공정온도인 약 900℃ ∼ 1100℃까지 상승시킨다.

그리고, 튜브(1)의 내부가 공정온도까지 상승되면 상기 공정온도가 유지될 정도만 히터(9)를 계속 발열시키는데, 이는 열전대(10)의 감지에 의해 작업자가 조절하여 주면 된다.

그 다음 가스공급기(3)를 작동시켜 가스공급관(4)을 통해 튜브(1)내부로 공정가스를 유입시키는데, 이때 상기 공급된 공정가스는 히터(9)의 발열에 의한 고온과 반응하여 웨이퍼(5)의 표면에 일정한 패턴의 증착막을 형성시키게 된다.

그리고, 이와 같은 웨이퍼에 대한 증착이 완료되면 가스공급을 중단시킨 다음 도 2에 도시한 그래프와 같이 히터(9)의 발열을 분당 약 15℃ 정도로 감소시켜 웨이퍼(5)를 식혀준다.

그러나, 종래에는 히터의 재질 특성상 빠른 시간내에 공정온도까지 상승시킬 수 없는데, 이와 같이 느린 속도로 웨이퍼를 가열하게 되면 웨이퍼 표면의 결정격자 사이에 존재하는 옥시즌(Oxygen) 성분등이 다른 불순물 등과 반응을 일으켜 웨이퍼의 표면에 석출물 등을 형성시켜서 상기 웨이퍼의 불량을 유발하게 되었음은 물론 상기 불안정한 가열시간의 지체에 따라 가공이 끝난 후 냉각시킬때에는 웨이퍼의 가장자리가 중심쪽보다는 더 빨리 냉각됨으로 인해 석출물등이 영향을 받아서 소성변형이 되는 휨(Warpage) 현상이 발생하여 이 또한 웨이퍼의 불량요인으로 작용되는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 화학기상증착장치의 구조를 개선하여 웨이퍼에 대한 가열속도를 공정온도까지는 빨리 상승시켰다가 공정이 끝나면 천천히 줄이도록하여 웨어퍼 표면에 발생하는 석출물 및 웨이퍼의 휨 현상이 발생하지 않도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 일단에 도어가 설치되고 다른 일단은 막힌 튜브와, 상기 튜브내부에 입출가능하게 설치되며 웨이퍼가 장착되는 캔티레버와, 상기 튜브내부를 진공상태로 유지하기 위해 튜브와 흡입관으로 연결된 진공펌프와, 상기 튜브내에 공정가스를 주입하기 위해 튜브와 가스공급관으로 연결된 가스공급기와, 상기 튜브의 일측 바깥 둘레에 설치되어 튜브를 가열시켜주는 히터로 구성된 것에 있어서, 상기 튜브를 후방으로 연장하여 상기 연장부분에 히터보다 가열온도의 상승속도가 더 높은 가열부재를 설치하여 공정온도까지 상승시킬때는 장착된 웨이퍼를 가열부재의 온도에 의해 가열시키고 증착시에는 히터의 온도에 의해 증착시키며 증착완료후에는 히터의 온도에 의해 식혀주도록 함을 특징으로 하는 화학기상증착장치가 제공된다.

이하, 본 발명을 일실시예로 도시한 첨부된 도 3 내지 도 5를 참고로하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 화학기상증착장치를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5는 본 발명 가열부재의 발열에 따른 온도변화를 나타낸 그래프로서, 본 발명의 구성중 종래의 구성과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일부호를 부여한다.

본 발명은 튜브(1)의 막힌 부분인 후방을 연장하여 상기 연장부분의 튜브 외측 둘레면에 히터(9)보다 가열온도의 상승속도가 더 높은 할로겐 램프(11)를 복수개 설치한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

튜브(1)의 도어(2)를 열고 복수개의 웨이퍼(5)가 장착된 캔티레버(6)를 튜브(1)내부의 할로겐 램프(11)측으로 이송시킨 다음 도어(2)를 닫고 진공펌프(7)를 작동시켜서 흡입관(8)을 통해 튜브(1)내부의 공기를 빼 상기 튜브내부를 진공상태로 유지한다.

이와 같이 튜브(1)의 내부가 진공상태를 유지하면 할로겐 램프(11)를 발열시켜 도 5에 도시한 바와 같이 초당 100℃의 온도로 공정온도인 약 900℃ ∼ 1100℃까지 상승시킨다.

한편, 상기 할로겐 램프(11)에 의한 공정온도의 도달전까지는 히터(9)를 상기 공정온도까지 도달시켜 놓는다.

이와 같이 튜브(1)의 내부 즉, 웨이퍼(5)에 대한 일정한 공정온도가 도달되면 캔티레버(6)를 히터(9)측으로 이송시키는데, 이때 상기 히터는 공정온도까지 상승된 상태이므로 가스공급기(3)를 작동시켜 가스공급관(4)을 통해 공정가스를 상기 튜브(1)내부로 주입시킨다.

상기 주입된 가스는 히터(9)의 발열에 의한 고온과 반응하여 웨이퍼(5)의 표면에 일정한 형태의 증착막을 형성시키게 된다.

그리고, 이와 같은 웨이퍼에 대한 증착이 완료되면 가스공급을 중단시킨 다음 도 5에 도시한 바와 같이 히터(9)의 발열을 분당 약 3℃ 정도로 감소시키면서 웨이퍼(5)를 식혀준다.

이상에서와 같이, 본 발명은 웨이퍼를 단시간에 공정온도까지 빨리 가열시키므로 웨이퍼의 표면에 석출물등이 생성될 틈을 주지 않을 뿐만 아니라, 상기 단시간의 온도상승으로 인해 서서히 냉각함에 따라 웨이퍼의 휨 현상이 발생하지 않는 매우 유용한 효과가 있다.

도 l은 종래 화학기상증착장치를 나타낸 단면도

도 2는 종래 히터의 발열에 따른 온도변화를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명 화학기상증착장치를 나타낸 단면도

도 4는 도 3의 A-A선 단면도

도 5는 본 발명 가열부재의 발열에 따른 온도변화를 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜브 2 : 도어

3 : 가스 공급기 4 : 가스 공급관

5 : 웨이퍼 6 : 캔티레버

7 : 진공펌프 8 : 흡입관

9 : 히터 11 : 할로겐 램프

Claims (2)

1. 일단에 도어가 설치되고 다른 일단은 막힌 튜브와,

   상기 튜브내부에 입출가능하게 설치되며 웨이퍼가 장착되는 캔티레버와,

   상기 튜브내부를 진공상태로 유지하기 위해 튜브와 흡입관으로 연결된 진공펌프와,

   상기 튜브내에 공정가스를 주입하기 위해 튜브와 가스공급관으로 연결된 가스공급기와,

   상기 튜브의 일측 바깥 둘레에 설치되어 튜브를 가열시켜주는 히터로 구성된 것에 있어서, 상기 튜브를 후방으로 연장하여 상기 연장부분에 히터보다 가열온도의 상승속도가 더 높은 가열부재를 설치하여 공정온도까지 상승시킬때는 장착된 웨이퍼를 가열부재의 온도에 의해 가열시키고 증착시에는 히터의 온도에 의해 증착시키며 증착완료후에는 히터의 온도에 의해 식혀주도록 함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열부재는 할로겐 램프임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.