KR100568456B1 - 고온공정용 반도체 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도체기판 박막형성공법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화학증착공정용 반도체 제조장치는 반도체 기판에, 예를 들어 화학기상증착(CVD:Chemical Vapol Deposition) 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공간을 제공하는 반응튜브와, 반응튜브 내의 공정 공간 내에 장착되어 적어도 하나의 반도체 기판을 로딩할 수 있으며 반도체 기판을 백사이드(기판의 하부)에 증착이 되지 않도록 지지하는 기판 홀더를 지지하는 제1기판 로딩용 보트와 이 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 인접하여 제1기판 로딩용 보트에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 반도체 기판의 가장자리 부분을 독립적으로 지지하는 제2기판 지지대를 포함하는 제2기판 로딩용 보트로 구성된 기판 로딩용 듀얼 보트와, 기판 로딩용 듀얼 보트의 하부에 설치되어 제1기판 로딩용 보트 및 제2기판 로딩용 보트의 하부를 각각 독립적으로 지지하면서 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중 적어도 어느 하나를 상하로 승강시켜 상기 반도체 기판의 지지 상태를 독립적으로 조절할 수 있는 간격조절 장치와, 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치를 포함한다.
이렇게 공정이 진행되는 동안 반도체 기판의 백사이드(하부)에 막이 형성되는 것을 근본적으로 방지함으로써, 반도체 기판의 백사이드(하부)면에서의 막두께 불균일 및 파티클(불순물 입자)발생으로 인한 후속공정의 많은 문제를 크게 감소시키고 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.
Description
도 1a는 종래의 배치형 반도체 제조장치의 개략 단면도이다.
도 1b는 도 1a를 상부에서 본 평면도와 ‘A' 부분을 확대한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고온공정용 반도체 제조장치의 개략 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는, 도 2의 ‘B' 부분을 확대하여 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치에 장착된 기판홀더를 나타낸 측단면도와 평면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 기판 홀더의 제1실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 기판 홀더의 제2실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 기판 홀더의 제3실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 기판 홀더의 제4실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 8은 본 발명의 반도체 박막 형성공정을 나타낸 공정 흐름도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 - 반도체 기판, 10 - 제1기판 로딩용 보트,
11 - 제1상부결합부, 13 - 제2하부결합부,
15 - 지지기둥, 15a - 홀더지지부,
20 - 제2기판 로딩용보트, 21 - 제2상부결합부,
23 - 제2하부결합부, 25 - 기판홀더,
25-1 - 홀더본체, 25-2 - 기판측부가드부,
25a - 열개부, 26 - 제2지지기둥,
26a - 기판지지부, 30 - 반응튜브,
60 - 가열장치, 70 - 간격조절장치,
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 - 반도체 기판, 10 - 제1기판 로딩용 보트,
11 - 제1상부결합부, 13 - 제2하부결합부,
15 - 지지기둥, 15a - 홀더지지부,
20 - 제2기판 로딩용보트, 21 - 제2상부결합부,
23 - 제2하부결합부, 25 - 기판홀더,
25-1 - 홀더본체, 25-2 - 기판측부가드부,
25a - 열개부, 26 - 제2지지기둥,
26a - 기판지지부, 30 - 반응튜브,
60 - 가열장치, 70 - 간격조절장치,
본 발명은 반도체 기판을 다량으로 공정 처리하는 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도체기판 박막형성공법에 관한 것으로서, 예를 들어 비교적 고온의 공정 온도에서 반도체 기판에 막을 형성하는 공정을 하는 배치타입 공정용의 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도체기판 박막형성공법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 기판을 공정 처리하는 반도체 제조장치는, 공정 처리능력을 향상시키기 위해서 내부에 반도체 기판을 다량으로 로딩하기 위한 기판 로딩용 보트를 포함하는 배치식과 공정 시간을 극도로 감소시켜 한 장씩 공정을 진행하는 매엽식이 있다.
도 1a는, 종래의 배치형 반도체 제조장치의 개략도를 나타낸 단면도이고, 도 1b는 상부에서 본 횡단면도와 도 1a의 ‘A' 부분을 확대한 단면도이다.
이들을 참조하면, 종래의 배치형 반도체 제조장치는, 내부에 수용공간을 형성하도록 하부가 개방된 개구부를 갖는 관상의 반응튜브(110)와, 이 반응튜브(110) 내에 수용되어 복수의 반도체 기판(100)을 로딩(loading)할 수 있는 슬롯들(120a)이 상하방향으로 적층되도록 형성된 기판 로딩용 보트(120)와, 반응튜브(110)를 둘러싸고서 반응튜브(110)의 내부 공간을 가열시킬 수 있는 가열히터(150)와, 기판 로딩용 보트(120)를 하부에서 지지하고 반응튜브(110)의 개구부를 개폐할 수 있도록 작동하는 보트캡(140)을 포함한다. 이때, 기판 로딩용 보트(120)는, 기둥형으로 형성된 복수의 지지기둥들(도 1b의 121)로 구성되어 있고, 이 지지기둥(121)을 따라서 일정한 간격으로 슬롯들(120a)이 형성되어 있다. 여기서 160, 170은 각각 고정가스를 주입하는 가스분사부와 공정가스를 외부로 배출하는 가스 배출부이다.
이와 같은 구성을 가진 종래의 배치식 반도체 제조장치는, 도 1b에서 보는 바와 같이 공정을 진행할 때, 슬롯이 반도체 기판(100)의 가장자리 부분(P)을 국부적으로 지지하고 있기 때문에, 예를 들어 막형성을 하는 CVD(Chemical Vapol Deposition) 공정용 장비의 경우에 반도체 기판(100)의 양면 및 반도체 기판의 하부를 지지하는 로딩용 보트 및 슬롯들 등에도 모두 반도체 공정용 막이 형성된다.
따라서 CVD공정이 완료된 후 기판의백사이드에는 비교적 많은 파티클(불순물 입자)이 발생한다. 또한 반도체 기판 백사이드의 막 균일성도 상면의 막 균일성에 비해 현저히 감소하기 때문에 후속공정, 특히 사진공정(Photolithography)에 많은 공정 문제를 발생시킨다. 반도체 기판의 크기의 대구경화가 진행되고(예를 들면 200mm 및 300mm), 형상 싸이즈(Pattern size)가 더욱 미세해 짐에 따라(예를 들면 0.15마이크론 이하), 반도체 기판의 백사이드 증착막은 후속공정인 사진 공정 등에 심각한 공정 패일(fail)의 주 원인이 된다. 또한, 일반적으로 반도체 기판의 상면에 형성된 막은 추후 이어지는 사진 공정(Photolithography) 및 식각(etching) 공정에서도 필요한 일부분을 제외하고 거의 식각되어 없어지는 반면에 백사이드에 형성된 막은 특별한 후면 막 제거 공정을 별도로 진행하지 않으면 추후 공정에서도 그대로 반도체 기판의 백사이드에 증착된 상태로 공정이 진행된다. 이때 후속 고온 열처리 공정에서 반도체 기판 백사이드의 막에 의해 막응력이 발생하고 결과적으로 전체 반도체 기판이 휘어지는 현상이 생겨 불량 처리하게 된다. 또한 반도체 기판의 백사이드에 형성된 막은 반도체 후면의 에미시비티(emissivity)로 온도를 측정하는 고온 급속 열처리(RTP:Rapid Thermal Processing) 공정등에서도 에미시비티의 변화를 초래하여 궁극적으로 정확한 온도측정을 불가능하게 하여 공정 패일을 유발한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대구경의 반도체 기판에서 예를 들어 화학기상증착 공정 등에서 반도체 기판의 상면에만 막을 형성 시키고 백사이드에 막을 형성하지 않는 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도체기판 박막형성공법을 제공하여 반도체 기판 백사이드에 의한 공정 문제를 근본적으로 해결하여 전ㅊ 반도체 제조공정의 생산성을 대폭 향상시키는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 제조장치는, 반도체 기판에 화학기상증착(CVD) 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공간을 제공하는 반응튜브와, 반응튜브 내의 공정 공간 내에 장착되어 적어도 하나의 반도체 기판을 로딩할 수 있으며 반도체 기판을 백사이드에 증착이 되지 않도록 지지하는 기판 홀더를 지지하는 제1기판 로딩용 보트와 이 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 인접하여 제1기판 로딩용 보트에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 반도체 기판의 가장자리 부분을 독립적으로 지지하는 기판 지지대를 포함하는 제2기판 로딩용 보트로 구성된 기판 로딩용 듀얼 보트와, 이 기판 로딩용 듀얼 보트의 하부에 설치되어 제1기판 로딩용 보트 및 제2기판 로딩용 보트의 하부를 각각 독립적으로 지지하면서 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중 적어도 어느 하나를 상하로 승강시켜 반도체 기판의 지지 상태를 상대적으로 조절할 수 있는 간격조절 장치와, 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치를 포함한다.
여기서, 제1기판 로딩용 보트는, 실질적으로 일측벽이 개방된 원기둥형의 내부공간을 형성하도록 평행하게 배치된 제1지지기둥들과, 이 제1지지기둥들을 상하에서 하나의 면으로 지지하는 제1상부 결합부와 제1하부 결합부를 포함하고, 제1지지기둥들에는 길이방향을 따라서 기판 홀더의 가장자리 부분을 부분적으로 지지할 수 있도록 홀더 지지부가 형성되어 있다.
제2기판 로딩용 보트는, 실질적으로 일측벽이 개방된 원기둥형의 내부공간을 형성하도록 평행하게 배치된 제2지지기둥들과, 제2지지기둥들을 상하에서 하나의 면으로 지지하는 제2상부결합부와 제2하부 결합부를 포함하고, 제2지지기둥들에는 길이방향을 따라서 기판 홀더에 로딩된 반도체 기판의 가장자리 부분을 독립적으로 지지할 수 있도록 기판 지지부가 형성되어 있다.
이때, 제1지지기둥은 그 단면이 중앙이 함몰된 요형으로 형성되고, 그 요형 공간에 제2지지기둥이 수용되어 있는 형태를 가지고 있다. 제1지기둥은, 그 단면이 ‘ㄷ' 형일 수도 있고, 그 단면이 일측이 개방된 원형일 수도 있다. 이에 대응하여 제2지지기둥은 그 단면이 다각기둥이나 원기둥의 로드일 수도 있다.
기판 홀더는, 원형 판상의 홀더 본체와, 홀더 본체의 판면에 형성되어 반도체 기판의 측부를 공정가스가 통하지 않도록 막아주는 기판 측부 가드부와, 홀더 본체의 판면에 형성되어 기판 지지부가 통과될 수 있도록 이 기판 지지부에 대응하여 형성된 열개부를 포함한다. 그리하여, 반도체 기판이 기판 홀더에 올려진 상태에서도 제2기판 로딩용 보트가 상하로 움직이면서 반도체 기판을 소정 높이 들어올릴수 있다.
기판 측부 가드부는, 홀더 본체의 판면을 소정깊이 함몰하여 형성된 포켓형이거나, 홀더 본체의 상면에 돌출 형성되어 반도체 기판의 가장자리 원주부를 따라서 그 두께 만큼 돌출 형성된 링형으로 형성될 수 있다. 그리고, 기판 측부 가드부는, 홀더 본체의 가장자리 끝부분에 형성될 수도 있고, 홀더 본체의 가장자리로부터 소정 거리 내측으로 이격되어 형성될 수도 있다.
한편, 간격조절 장치는 반도체 기판을 자전시킬 수 있도록 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중 적어도 어느 하나와 연결되어 회전 구동시키는 회전구동부를 더 포함하여 공정을 진행하는 동안 반도체 기판을 회전시켜서 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
전술한 고온공정용 반도체 제조장치, 특히 CVD 용 장치에서는 박막 형성공정은 다음과 같은 순서로 진행된다.
a) 기판 홀더를 지지하는 홀더 지지부가 상하 길이방향으로 소정의 간격을 두고 일정하게 형성된 제1기판 로딩용 보트와 기판 홀더 상에 놓인 반도체 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부가 길이방향으로 일정하게 형성된 제2기판 로딩용 보트로 구성된 듀얼보트에서 상기 기판 홀더 상에 반도체 기판을 로딩한다. b) 듀얼보트를 반응튜브 내로 인입하여 공정 공간을 밀폐시키고 공정가스를 공급하여 공정을 진행한 다. 소정의 시간이 지난 후에 적어도 1회 간헐적으로 반도체 기판을 기판 홀더 상에서 소정 높이로 소정시간 이격시킨다. d) 공정이 완료되면 듀얼보트를 인출시킨다.
여기서, b)단계에서는, 공정 가스는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 폴리실리콘 및 에피 실리콘 중 어느 하나를 위한 공정가스이다.
c) 단계에서, 반도체 기판을 홀더 본체로부터 이격시키는 높이는 기판 지지부 사이의 간격보다 크지 않은 것이 바람직하다. 그리고, c) 단계에서, 반도체 기판을 홀더 본체로부터 이격시키는 동안에는 불활성 가스가 공급되어 반도체 기판의 후면이 드러나는 동안에는 증착공정이 진행되지 않도록 한다. 또한, c) 단계에서, 공정이 진행되는 동안 이격되는 회수는 형성되는 막두께에 의해서 결정된다.
한편, c) 단계는, 공정이 진행되는 동안 반도체 기판이 회전하는 단계를 더 포함하여 반도체 기판의 박막 형성 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 박막형성 공정은 다음과 같이 진행할 수도 있다.
a) 반도체 기판을 로딩하기 위해 제2기판 로딩용 보트를 기판 홀더를 지지하는 제1기판 로딩용 보트로부터 이격 시킨 후 반도체 기판을 제2기판 로딩용 보트에 로딩한다. b) 공정이 진행되는 동안 적어도 1회이상 제2기판 로딩용 보트를 하강이나 상승시켜 반도체 기판을 기판 홀더에 안착시킨다. c) 공정이 완료되면 제2기판용 로딩보트를 기판 홀더로부터 이격시켜 반도체 기판만을 언로딩시킨다.
이렇게 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치는, 반도체 기판을 기판 홀더 상에 올려놓되 공정가스가 반도체 기판의 하부로 통과하지 않도록 기판 측부 가드가 형 성되어 있다. 그리하여, 반도체 기판의 후면에는 막형성이 거의 이루어지지 않고 따라서, 반도체 기판의 후면에 형성되는 막두께의 불균일로 인하여 후속의 사진 식각공정에서 미스얼라인(misalign)에 의한 공정 불량이 발생할 확률을 크게 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 반도체 박막 형성공정은 막을 형성하는 도중에 반도체 기판을 한 번 이상 기판 홀더로부터 이격시켜줌으로써, 반도체 기판과 기판 홀더 사이에 CVD막이 형성되어 상호 들어붙는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다. 그리하여, 두꺼운 후막을 형성할 때 반도체 기판의 가장자리와 기판 홀더 사이가 붙어 이를 언로딩(언로딩)하면서 발생하는 파티클(particle)을 억제할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 2는 본 발명의 고온공정용 반도체 제조 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치는, 공정을 진행하기 위한 소정의 밀폐 공간을 밀폐공간을 제공하는 반응튜브(30)와, 이 반응튜브(30) 내로 인입 및 인출되면서 복수의 반도체 기판(100)을 로딩할 수 있도록 반도체 기판(100)을 올려놓을 수 있는 기판 홀더(25)를 지지하는 제1기판 로딩용 보트(10)와 기판 홀더(25) 상의 반도체 기판(100)을 독립적으로 지지할 수 있도록 기판 지지부(26a)가 형성된 제2기판 로딩용 보트(20)로 구성된 기판 로딩용 듀얼 보트(10+20)와, 이 기판 로딩용 듀얼 보트(10+20)의 하부에 배치되어 제1 및 제2기판 로딩용 보트(10,20)를 하부에서 독립적으로 지지하는 간격조절장치(70, 또는 보트 구동장치)를 포함한다. 그리고, 반응 튜브(30)의 외곽을 둘러싸고서 배치되어 반응튜브(30) 내부를 소정의 공정온도로 가열시키는 가열장치(60)와, 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)를 하부에서 지지하면서 상하로 이동하여 반응튜브(30) 내로 인입 또는 인출시키는 도어 플레이트(50)를 포함한다.
간격조절장치(70)는, 제1 및 제2 기판 로딩용 보트(10,20)를 동시에 그러나, 각각 독립적으로 지지하고 있고, 이들은 상호 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 그리하여, 이 간격조절장치(70)를 이용하여 반도체 기판(100)을 기판 홀더(25)에 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 할 수 있고, 기판 홀더(25) 상에서 반도체 기판(100)의 접촉상태를 임의로 조절할 수 있도록 구성할 수 있다. 그리고, 이에 더하여 필요에 따라서는 반도체 기판(100)을 회전(자전)시킬 수 있도록 기판 로딩용 듀얼 보트(10+20)를 회전시키는 회전 구동부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치의 기판 로딩용 듀얼보트에 로딩된 기판 홀더를 나타낸 단면도와, 상부에서 본 평면도이다.
이들을 참조하면, 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)는, 기판 홀더(25)를 지지하는 제1기판 로딩용 보트(10)가 외측에 배치되고, 반도체 기판(100)을 가장자리로부터 부 분적으로 지지하는 제2기판 로딩용 보트(20)는 그 내측에 나란히 배치된다.
제1기판 로딩용 보트(10)는, 적어도 세 개의 제1지지기둥(15)으로 형성되어 있고, 이들은 내부가 원기둥형이고 측벽이 개방된 공간을 형성하도록 나란히 배치되어 있다. 이들 제1지지기둥(15)의 상단부와 하단부에는 각각 이들 제1지지기둥(15)들을 동일 평면상에 지지 고정할 수 있도록 형성된 제1상부 결합부(도 2의 11)와, 제1하부 결합부(도 2의 13)를 포함하고 있다. 그리고, 제1지지기둥(15)의 내측으로는 기판 홀더(25)를 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 홀더 지지부(15a)가 형성되어 있다. 이러한 홀더 지지부(15a)는 제1지지기둥(15)을 따라서 길이방향으로 일정한 간격으로 많은 수가 형성되어 있다. 홀더 지지부(15a)는 슬롯형으로 형성될 수도 있고, 도시된 바와 같이 돌출된 돌출형 지지부로 형성될 수도 있다.
제2기판 로딩용 보트(20)는, 제1기판 로딩용 보트(10)와 유사하게 역시 적어도 세 개의 제2지지기둥(26)으로 형성되어 있고, 이들은 내부가 원기둥형이고 측벽이 개방된 공간을 형성하도록 나란히 배치되어 있다. 이들 제2지지기둥(26)의 상단부와 하단부에는 각각 이들 제2지지기둥들(26)을 동일 평면상에 지지 고정할 수 있도록 형성된 제2상부 결합부(21)와, 제2하부 결합부(23)를 포함하고 있다. 그리고, 제2지지기둥(26)의 내측으로는 기판 홀더(25) 상에 놓인 반도체 기판(100)을 가장자리 부분을 부분적으로 지지할 수 있도록 기판 지지부(26a)가 형성되어 있다. 이러한 기판 지지부(26a)는 홀더 지지부(15a)의 위치에 대응하여 제2지지기둥(26)을 따라서 길이방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다. 기판 지지부(26a)는 슬롯형으로 형성될 수도 있고, 돌출된 돌출형 지지부로 형성될 수도 있다.
한편, 제1 및 제2지지기둥(15,26)은, 기하학적으로 동일 평면상에서 동일 원주 상에 존재하지 않고 상호 다른 위치에서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이는 추후 설명하는 기판 홀더(25)의 홀더 지지부(15a)와 기판 지지부(26a) 부분이 중복되면 기판 홀더(25) 상의 홀더 지지부(15a)의 지지점이 없어지기 때문이다.
도 3b를 참조하면, 기판 로딩용 듀얼보트의 한 실시예를 상부에서 평면도로서, 제1지지기둥(15)의 단면이 요(凹)형으로 형성되어 내측으로 배치되면 그 요형 공간 내부에 다각형 로드 형의 제2지지기둥(26)을 형성하여 결합 수용하면 동일 지점에 제1 및 제2지지기둥(15,26)이 배치되어도 기판 지지부(26a)나 홀더 지지부(15a) 모두 지지점이 중복되지 않고 배치될 수 있다. 이때, 제2지지기둥(26)은 그 단면이 삼각형, 사각형 및 육각형 등의 다각형을 비롯하여 원기둥형으로 형성되고, 제2지지기둥(26)의 길이방향을 따라서 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)의 내부 영역으로 돌출 형성된 기판 지지부(26a)가 형성되어 있다. 또한, 제1지지기둥(15)은 그 단면이 요(凹)형으로 형성되되, ‘ㄷ'자형일 수도 있고, 이것이 변형되어 일측이 개방된 원통형일 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기판 홀더의 제1실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이들을 참조하면, 기판 홀더(25)는, 실질적으로 원형 판상인 홀더 본체(25-1)와, 기판 지지부(26a) 부분이 중첩되는 부분을 소정의 도형으로 절개하여 형성된 열개부(25a)와, 홀더 본체(25-1)의 판면 상에 형성되어 반도체 기판(100)의 측부 가장자리 부분을 거의 밀착하여 공정가스가 통하지 못하도록 형성된 기판 측부 가드부(25-2)를 포함한다. 여기서, 기판 측부 가드부(25-2)는, 반도체 기판(100)의 가장자리 끝 부분을 따라서 홀더 본체(25)의 판면으로부터 반도체 기판(100)의 두께 높이만큼 돌출 형성되어 있어 일종의 링형(ring type)으로 형성된다. 그리하여, 그 링(ring) 내부에 반도체 기판(100)을 수용한다. 그러면, 반도체 기판(100)의 측부가 공정가스에 직접 노출되지 않도록 하고, 또한 공정가스가 기판홀더(25)와 접촉된 반도체 기판(100)의 하부면으로 들어가지 않도록 방지하는 역할을 한다. 그리하여, 공정을 진행할 경우에 반도체 기판(100)의 전면은 공정가스에 완전히 노출되어 막이 형성되고, 반도체 기판(100)의 후면은 기판 측부 가드(25-2)의 영향으로 반도체 막 증착이 되지 않는다. 이때, 확대 도면에서 보는 바와 같이, 반도체 기판(100)의 측면과 기판 측부 가드부(25-2)와의 사이에 발생되는 틈(d)은 공정가스의 공급속도(flow rate)에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 공정가스가 틈(d)으로 들어가 반도체 기판(100)의 후면으로 흐르지 않도록 그 틈(d)의크기를 조절하는 것이다. 반도체 기판(100)을 로딩하기 위해서는 어느 정도의 틈(d)이 확보되어야 하며, 소정틈 이하에서는 비록 공정가스가 부딪힌다 하더라도 유체역학적으로 반도체 기판(100)의 하부로 침투하지 않는 유체의 플로우 특성을 이용하는 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더의 제2실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이를 참조하면, 반도체 기판(100)의 측부를 차단하는 기판 측부 가드부(25-2)가, 도 4a 내지 도 4b의 경우와는 차이가 나게, 포켓형(pocket type)으로 형성되어 있다. 즉, 홀더 본체(25-1)의 판면을 반도체 기판(100)의 형태에 맞게 함몰 형성된 함몰부를 형성하여 그 함몰부에 반도체 기판(100)이 놓여지도록 한다. 따라서, 홀더 본체(25-1)의 판면 높이가 반도체 기판(100)의 높이와 같거나 높은 것이 바람직히다.
한편, 도 5a 내지 도5b의 실시예와 도 6a 내지 도 6b의 실시예에서는,반도체 기판(100)이 놓여지는 기판 측부 가드부(25-2)의 위치가 홀더 본체(25-1)의 크기보다 상당히 큰 차이가 있게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 전술한 바와 같은 링 형이나 포켓형의 기판 측부 가드부(25-2)의 직경은, 실제로 공정가스가 기판 홀더(25)에 분사될 때, 관찰되는 분사가스 균일 영역에 형성하는 것이 바람직하다. 그리하여, 실제로 반도체 기판(100)이 놓이는 기판 측부 가드부(25-2)의 직경은 기판 홀더(25)의 직경보다는 훨씬 작은 크기의 직경을 가질 수 있으며, 따라서, 반도체 기판(100)의 막 균일성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 6a 내지 도6b는 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치에 장착되는 기판 홀더를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이를 참조하면, 기판 홀더(25)는, 실질적으로 원형 판상의 홀더 본체(25-1)와, 실질적으로 홀더 본체(25-1)의 가장자리 모서리 영역을 따라서 판면에 대해서 상향 돌출된 기판 측부 가드부(25-2)를 포함한다. 그리고, 홀더 본체(25-1)의 판면에는 제2기판 로딩용 보트(20) 및 기판 지지부(26a)가 상하로 통과할 수 있도록 절개되어 형성된 절개부(25a)가 형성되어 있다.
이러한 형태의 기판 홀더(25)는 반도체 기판(100)의 크기와 유사한 크기로 기판 홀더(25)를 제조할 수 있어 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)의 크기를 컴팩트(compact) 하게 만들 수 있는 장점이 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 기판 홀더의 제4실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이를 참조하면, 다른 구성요소는 전술한 바와 유사하나, 기판 측부 가드부(25-2)의 형태가 반도체 기판(100)이 접하는 부분이 경사져 테이퍼(taper)형태를 이루고 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 올려지면, 반도체 기판(100)의 모서리가 기판 측부 가드부(25-2)의 측벽과 접촉되어 공정가스가 반도체 기판(100)의 후면으로 흐르는 것을 보다 효과적으로 방지하는 역할을 한다.
도 8은 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치를 이용하여 진행되는 반도체 박막형성공정의 공정 흐름도이다.
이를 참조하면, 도 2의 기판 홀더(25) 상에 반도체 기판(100)을 로딩하고(S1), 공정공간을 밀폐한 후 공정가스를 반응튜브(30) 내로 인입시켜 공정을시작한다.(S2) 이때, 인입되는 공정가스는 CVD용 공정가스로서 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 폴리 실리콘 및 에피 실리콘을 형성하기 위한 공정가스들이다.
공정이 시작되면 소정의 공정시간이 경과된 후 소정의 시간 인터벌을 가지고 적어도 1회 이상 반도체 기판(100)을 기판 홀더(25)로부터 소정높이 이격시키는 단계를 적어도 1회 반복한다.(S3) 이 때, 시간 인터벌과 회수는 막형성 공정의 막두께에 따라서 결정된다. 즉, 막 두께가 두꺼우면 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)로부터 이격되는 회수가 증가하고, 막두께가 얇으면 1회 정도 진행하여도 충분하다. 공정이 완료되면, 반도체 기판(100)을 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)의 기판 홀더(25) 로부터 언로딩한다.(S4)
반도체 기판(100)을 기판 홀더로부터 이격시키는 단계는, 먼저, 간격조절장치(70)가 제1 및 제2기판 로딩용 보트(10,20) 중 어느 하나를 상하로 기판 지지부(26a)의 피치 이하의 미세한 거리로 이동시키면, 제2기판 로딩용 보트(20)의 기판 지지부(26a)가 상승하여 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)로부터 소정 높이 들어올려져 이격된다. 약간의 시간이 경과한 후 다시 간격조절장치(70)는 제1 및 제2 기판 로딩용 보트(10,20) 중 어느 하나를 상하로 미세하게 이동시켜 처음의 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)에 로딩되도록 작동시킨다. 그러면, 제2기판 로딩용 보트(20)의 기판 지지부(26a)가 하강하여 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25) 상에 다시 얹혀지게 된다. 이때, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)로부터 이탈되는 동안에는 공정가스를 공급하는 대신에 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이는 반도체 기판(100)의 후면이 드러나는 동안에 공정가스가 공급되면 반도체 기판(100)의 후면에 반도체 막이 형성되기 때문이다.
공정가스가 공급되어 반도체 박막의 증착이 진행되는 동안에는, 반도체 박막이 반도체 기판(100) 상에만 형성되는 것이 아니라 반응튜브(30) 내에 배치된 부품들 특히, 반도체 기판(100)을 지지하고 있는 기판 홀더(25) 상에도 소량이지만 반도체 막이 증착되기 때문에, 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25)가 접촉하는 부분에도 막증착이 되어 이들 사이가 들어붙는 경향이 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 반도체 기판(100)을 기판 홀더(25)로부터 이격시키도록 공정을 진행한다. 그러면, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(25)에 들어붙음으로써, 발생하는 파티클 문제나 부품 수명의 문제를 해결할 수 있다.
그리고, 공정이 시작하는 단계(S2)에서는, 간격조절장치(70)에 부가된 회전 구동부에 의해서 기판 로딩용 듀얼보트(10+20)를 회전시킴으로써, 반도체 기판을 회전시킬 수 있다. 그리하여, 공정이 진행되는 동안에 반도체 기판이 회전하여 반도체 기판 상에 형성되는 반도체 막의 균일도를 크게 향상시킬 수 있다. 여기서, 반도체기판(100)을 회전시키기 위해서 간격조절장치(70)를 이용하여 제1 및 제2기판 로딩용 보트 중 적어도 어느 하나를 회전시켜서 진행한다.
한편, 본 발명의 고온공정용 반도체 제조장치에 장착되는, 제1 및 제2기판 로딩용 보트(10,20) 및 기판 홀더(25)는 고온에서 견딜 수 있도록, 석영이나 실리콘 카바이드로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 1200 ℃ 이상의 특별히 고온에서 공정을 진행하는 경우에는, 실리콘 카바이드(SiC)로 형성된 기판 홀더(25)를 사용하는 것이 바람직하다.
가스공급장치(미도시)는 일반적으로 반응챔버(10) 내로 인입되는 가스 공급부(60)를 통해서 공정가스를 공급하기 위하여 다수의 공정가스 저장고(미도시)를 갖는다. 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정을 할 경우에는 그에 맞게 여러 가지 다른 공정가스(process gas)를 주입할 수도 있다. 예를 들어, 화학기상증착용으로 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(SiN) 및 폴리실리콘(poly-Si) 등의 막을 형성하기 위한 공정가스들을 공급한다. 특히, 고온용 화학기상증착(High Temperature Chemical Vapor Deposition) 공정 중의 하나인 에피 증착 공정(epitaxial growth deposition)에서는 실리콘 소스가스(silicon source gas)와 공정 가스 운반 가스(carrier gas) 및 퍼지용 가스(purge gas)를 동시에 연결하여 공급할 수도 있다. 실리콘 소스가스로서는, DCS(SiH2Cl2), TCS(SiHCl3) 및 SiCl4, SixHy 계열의 가스 등을 사용할 수 있고, 캐리어 가스(carrier gas)로는 수소(H2)를 사용한다. 퍼지용 가스는 물론 불활성 가스로서 질소(N2)나 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 등을 사용한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 반도체 기판의 후면에 막증착이 되지 않도록 기판 측부 가드부가 형성되어 있기 때문에 반도체 기판의 후면에는 반도체 막이 형성되지 않는다.(즉, Backside deposition을 근본적으로 방지할 수 있다.) 그리하여, 반도체 막 증착 공정이 완료된 후, 반도체 기판(100)의 후면에 반도체 막이 불균일하게 형성되어 후속공정인 포토 공정에서 미스 얼라인(misalign)에 의한 공정 불량이 발생하는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 반도체 박막 형성공정은, 고온의 막증착 공정이 진행되는 동안, 제1기판 로딩용 보트(10)나 제2기판 로딩용 보트(20)가 간격조절 장치(70)에 의해서 상하로 미세하게 조절되어 반도체 기판(100)과 기판 홀더(25) 사이를 임의로 이격시킬 수 있어 CVD 막 형성 공정 중에 두꺼운 막이 형성되면서 반도체 기판과 기판 홀더가 들어붙는 공정 사고는 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조장치는, 반도체 기판이 올려지는 기판 홀더가 반도체 기판의 후면으로 공정가스가 침투하지 못하도록 기판 측부 가드부가 형성되어 있거나 가드부가 일정한 각을 유지하는 테이퍼링(tapering)으로 반도체 기판이 가드부에 접촉하게 되어 반도체 기판의 후면에는 반도체 막이 형성되지 않는다. 그리하여, 원하지 않게 반도체 기판의 후면에 증착되는 반도체 막으로 인하여 후속공정에서 발생되는 공정 불량을 근본적으로 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 반도체가판의 박막형성공법은, 반도체 막이 증착되는 동안에 일정한 인터벌로 반도체 기판을 기판 홀더로부터 이격시킬 수 있기 때문에, 반도체 막을 형성활 때 발생하는 반도체 기판의 들어붙음 현상을 방지할 수 있어 백사이드 파티클 소스를 감소시키고, 공정 안정도를 크게 향상시킬 수 있다.
Claims (22)
- 반도체 기판에 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공간을 제공하는 반응튜브; 상기 반응튜브 내의 상기 공정 공간 내에 장착되어 반도체 기판이 로딩되는 기판 홀더를 지지하는 제1기판 로딩용 보트와, 상기 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 인접하여 상기 제1기판 로딩용 보트에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 독립적으로 지지하는 기판지지부를 포함하는 제2기판 로딩용 보트로 구성된 기판 로딩용 듀얼 보트; 상기 기판 로딩용 듀얼 보트의 하부에 설치되어 상기 제1기판 로딩용 보트 및 상기 제2기판 로딩용 보트의 하부를 각각 독립적으로 지지하면서 상기 제1기판 로딩용 보트와 상기 제2기판 로딩용 보트 중 적어도 어느 하나를 상하로 승강시켜 상기 반도체 기판의 지지 상태를 상대적으로 조절할 수 있는 간격조절 장치; 상기 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하는 반도체 제조장치에 있어서:반도체 기판의 백사이드에 반도체 막이 증착이 되지 않도록 상기 제1기판 로딩용 보트의 제1지지기둥에 의해 지지되는 기판 홀더가 원형 판상의 홀더 본체; 상기 홀더 본체의 판면에 형성되어 상기 반도체 기판의 측부를 공정가스가 통하지 않도록 차단하는 기판 측부 가드부; 상기 홀더 본체의 판면에 형성되어 간격조절 장치를 통해 제2기판 로딩용 보트의 제2지지기둥에 형성된 기판지지부가 통과될 수 있도록 기판지지부에 대응하여 형성된 열개부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- (삭제)
- (삭제)
- 제1항에 있어서, 상기 제1지지기둥은 그 단면이 중앙이 함몰된 요형으로 형성되고, 그 요형 공간에 상기 제2지지기둥이 적어도 일부분이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1지지기둥은, 그 단면이 ‘ㄷ' 형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1지지기둥은 그 단면이 일측이 개방된 원통형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제2지지기둥은, 그 단면이 다각형인 다각형 로드형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제2지지기둥은 그 단면이 원형인 원기둥 로드형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- (삭제)
- 제1항에 있어서, 상기 기판 측부 가드부는 상기 홀더 본체의 판면이 적어도 반도체 기판이 안착되는 깊이로 함몰되어 형성된 포켓형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 측부 가드부는, 상기 홀더 본체의 상면에 돌출 형성되어 상기 반도체 기판의 가장자리 원주부를 따라서 그 두께 만큼 돌출 형성된 링형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 측부 가드부는, 상기 홀더 본체의 가장자리 끝부분에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 측부 가드부는, 상기 홀더 본체의 가장자리로부터 소정 거리 내측으로 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 측부 가드부는 상기 홀더 본체의 판면에서 일정한 각으로 경사를 가지고 반도체 기판의 가장자리를 접촉하게 하는 테이퍼형인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제1항에 있어서, 상기 간격조절 장치는 상기 반도체 기판을 자전시킬 수 있도록 상기 제1기판 로딩용 보트와 상기 제2기판 로딩용 보트 중 어느 하나와 연결되어 회전 구동시키는 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- a) 기판 홀더를 지지하는 홀더 지지부가 상하 길이방향으로 소정의 간격을 두고 일정하게 형성된 제1기판 로딩용 보트와 상기 기판 홀더 상에 놓인 반도체 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부가 길이방향으로 일정하게 형성된 제2기판 로딩용 보트로 구성된 듀얼보트에서 상기 기판 홀더 상에 반도체 기판을 로딩하는 단계;b) 상기 듀얼보트를 반응튜브 내로 인입하여 공정 공간을 밀폐시키고 공정가스를 공급하여 공정을 진행하는 단계;c) 소정의 시간이 지난 후에 적어도 1회 간헐적으로 상기 반도체 기판을 상기 기판 홀더 상에서 소정 높이로 소정시간 이격시키는 단계; 및d) 공정이 완료되면 상기 듀얼보트를 인출시켜 반도체 기판을 언로딩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막형성공법.
- 제16항에 있어서, b)단계에서, 상기 공정 가스는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 폴리실리콘 및 에피 실리콘 중 어느 하나를 위한 공정가스인 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막형성공법.
- 제16항에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 반도체 기판을 홀더 본체로부터 이격시키는 높이는 상기 기판 지지부 사이의 간격보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막 형성공법.
- 제16항에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 반도체 기판을 홀더 본체로부터 이격시키는 동안에는 불활성 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막 형성공법.
- 제16항에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 공정이 진행되는 동안 반도체 기판이 기판홀더로부터 이격되는 회수는 형성되는 반도체 막 두께에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막형성공법.
- 제16항에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 공정이 진행되는 동안 반도체 기판이 회전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판 박막형성공법.
- (삭제)
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