KR100706790B1 - 산화 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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안재영
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Abstract

본 발명은 산화 처리를 수행하는 장치를 제공한다. 장치는 처리실과 로드록 챔버를 가진다. 처리실에는 그 내부로 오존을 공급하는 오존 공급 유닛이 설치된다. 오존 공급 유닛은 처리실 외부에 배치되며 오존을 발생하는 오존 발생기와 처리실 내부에 배치되며 오존을 처리실 내부로 분사하는 오존 분사 노즐을 가진다. 오존 분사 노즐의 둘레에는 오존 분사 노즐 내 오존을 냉각하는 냉각 유체가 흐르는 냉각관이 설치된다. 상술한 구조로 인해 오존은 오존 분사 노즐 내에서 수명이 연장되어 웨이퍼들 전체로 대체로 균일하게 공급될 수 있다. 또한, 처리실 내로 산소와 수소를 공급하지 않고 처리실 외부에서 오존을 발생하여 처리실 내로 공급하므로 수소가 없는 분위기에서 산화 공정 수행이 가능하며, 이로 인해 산화 공정에 의해 웨이퍼 상에 형성된 산화막의 신뢰도가 매우 높다.
산화 처리, 산화막, 오존, 수소

Description

산화 처리 장치 및 방법{OXIDATION TREATMENT APPARATUS AND METHOD}
도 1은 본 발명의 산화 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면;
도 2는 오존 분사 노즐의 내부를 보여주기 위해 일부분을 절단한 사시도;
도 3은 도 1의 제 1 오존 공급 유닛의 종단면도;
도 4는 도 3에서 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 제 1 오존 분사 노즐과 냉각 부재의 횡단면도;
도 5는 온도에 따른 오존의 수명을 보여주는 도면;
도 6은 도 3의 분리판의 사시도;
도 7은 오존 분사 노즐과 냉각관에서 오존과 냉각 유체가 흐르는 경로를 보여주는 도면;
도 8은 본 발명의 산화 처리 장치의 다른 예를 보여주는 도면;
도 9는 본 발명의 산화 처리 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면;
도 10은 도 9의 제 2 오존 공급 유닛의 구조를 개략적으로 보여주는 도면; 그리고
도 11은 산화 처리 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 처리실 120 : 공정 튜브
140 : 플랜지 200 : 로드록 챔버
300 : 보트 400 : 제 1 오존 공급 유닛
420 : 오존 발생기 440 : 오존 분사 노즐
460 : 냉각 부재 464 : 냉각관
490 : 분리판 500 : 제 2 오존 공급 유닛
600 : 제거 가스 공급 부재
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 기판을 산화 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 다양한 공정들이 수행된다. 이들 공정들 중 산화 공정은 웨이퍼 상에 산소(O)를 공급하여 산화막을 형성하는 공정이다. 일반적으로 사용되는 산화 공정에 의하면 처리실 내에 복수매의 웨이퍼들이 적재된 보트를 위치시키고 그 내부로 반응가스로서 산소(O2)와 수소(H2)를 주입하여 산화 공정을 수행하였다. 그러나 이 경우, 수소(H)가 산화막 내에 함입되어 산화막의 신뢰성을 저하시킨다. 특히, 산화 공정이 플래시 메모리에서 전하가 터널링되는 터널 산화막(tunnel oxidation layer)을 형성하는 공정인 경우, 산화막에 합입된 수소(H)가 비록 소량이라 할지라도 터널 산화막의 신뢰성을 크게 저하시킨다.
또한, 처리실 내로 수소(H2)와 산소(O2)를 공급하여 산화 공정을 진행하는 경우, 이들을 반응하여 산소(O)를 발생시키기 위해서는 처리실 내부가 고온으로 유지되어야 하므로 20 내지 30Å 두께의 얇은 산화막을 형성하기 어렵다.
또한, 웨이퍼들이 처리실로 유입되기 전 웨이퍼 표면에 잔류하는 탄화수소(hydrocarbon)로 인해 산화 공정 진행시 웨이퍼 상에 양질의 산화막을 형성하기 어렵다.
또한, 일반적으로 처리실 내에는 다양한 금속 구조물들이 제공된다. 공정 진행 중 이들 금속 구조물로부터 발생하는 나트륨, 철, 망간 등과 같은 금속 파티클들이 웨이퍼에 흡착되어 공정 불량을 유발한다.
본 발명은 반도체 기판 상에 양질의 산화막을 형성할 수 있는 산화 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 산화 공정에 의해 웨이퍼 상에 산화막을 형성할 때, 산화막 내에 수소가 함입되는 것을 최소화할 수 있는 산화 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 진행시 처리실 내 금속 파티클을 제거하여 웨이퍼 상에 양질의 산화막을 형성할 수 있는 산화 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 산화 공정 진행 전에 반도체 기판 상에 잔류하는 탄화수소를 제거하여 반도체 기판 상에 양질의 산화막을 형성할 수 있는 산화 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 산화 공정을 수행하는 장치를 제공한다. 본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 장치는 공정이 수행되는 공간을 제공하며 공정 진행시 가열 부재에 의해 공정 온도로 가열되는 처리실, 공정 진행시 상기 처리실 내에 위치되며 기판을 지지하는 보트, 그리고 상기 처리실 내로 오존 가스를 공급하는 제 1 오존 공급 유닛을 포함한다. 상기 제 1 오존 공급 유닛은 상기 처리실 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와 상기 처리실 내에 배치되며 상기 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 처리실 내로 분사하는 오존 분사 노즐을 포함한다. 일 예에 의하면, 상기 보트에는 상기 기판들이 상하로 적층되며, 상기 오존 분사 노즐은 상하방향으로 수직하게 배치되고, 상기 오존 분사 노즐에는 그 길이 방향을 따라 복수의 분사구들이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제 1 오존 공급 유닛은 상기 오존 분사 노즐 내로 공급된 오존을 냉각하는 냉각 부재를 더 포함한다. 일 예에 의하면, 상기 냉각 부재는 상기 오존 분사 노즐을 감싸도록 배치되며 냉각 유체가 흐르는 냉각관을 포함한다. 또한, 상기 냉각관 내에는 상기 냉각관 내에서 냉각 유체가 제 1 영역을 따라 아래에서 위 방향으로 흐른 후 다시 제 2 영역을 따라 위에서 아래 방향으로 흐르도록 상기 냉각관 내 공간을 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역으로 구 획하는 분리판이 설치될 수 있다. 또한, 상기 오존 분사 노즐은 상기 냉각관 내에 배치되고, 상기 냉각관에는 상기 오존 분사 노즐에 형성된 분사구들 각각에 대응되도록 홀들이 제공되고, 상기 제 1 오존 공급 유닛은 상기 오존 분사 노즐에 형성된 분사구 및 이와 대응되는 상기 냉각관의 홀에 삽입되며 내부에 통공이 형성된 분사관들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 장치는 상기 오존 분사 노즐과 상기 오존 발생기를 연결하는 오존 공급관과 연결되며, 공정 진행시 상기 처리실 내에서 금속 파티클과 반응하여 이를 제거하는 제거 가스를 공급하는 제거 가스 공급관을 더 포함한다. 상기 제거 가스는 트리클로로에탄(trichloroethane; C2H3Cl3), 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; C2HCl3), 또는 하이드로젼 클로라이드(Hydrogen chloride; HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 장치는 상기 처리실 아래에 배치되며 상기 보트로 웨이퍼의 로딩이 이루어지는 공간을 제공하는 로드록 챔버, 상기 처리실과 상기 로드록 챔버 간에 상기 보트를 이동시키는 구동기, 그리고 상기 로드록 챔버 내에 위치되는 상기 보트에 놓인 기판 상에 보호막(passivation layer)을 형성하기 위해 상기 로드록 챔버로 오존을 공급하는 제 2 오존 공급 유닛을 더 구비한다. 상기 제 2 오존 공급 유닛은 상기 처리실 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와 상기 처리실 내에 배치되며 상기 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 처리실 내로 분사하는 오존 분사 노즐을 포함한다. 상기 제 2 오존 공급 유닛의 오존 분사 노즐은 상하 방향으로 수직하게 배치되고, 그 길이 방향을 따라 복수의 분사구들이 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 장치는 상기 로드록 챔버 내부를 공정 온도로 가열하는 가열 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 오존 공급 유닛은 상기 오존 분사 노즐로 공급된 오존을 냉각하는 냉각 부재를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 기판 표면을 산화 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면, 처리실의 외부에서 오존을 발생시키고 기판들이 적재된 보트가 놓인 상기 처리실 내로 상기 오존을 공급하여 기판 표면을 산화 처리한다.
또한, 상기 방법에 의하면, 상기 오존은 상기 처리실 내에 배치된 오존 분사 노즐을 통해 기판들로 분사하고, 상기 오존 분사 노즐 내 오존을 냉각 유체로 냉각한다.
또한, 상기 방법에 의하면, 상기 처리실로 오존을 공급하여 산화 공정을 수행하는 동안에 상기 처리실 내에 잔류하는 금속 파티클과 반응하여 상기 금속을 제거하는 제거 가스를 상기 처리실로 공급한다. 상기 제거 가스는 상기 오존 가스의 1/10 내지 1/10000의 부피비로 공급될 수 있다. 상기 제거 가스는 트리클로로에탄(trichloroethane; C2H3Cl3), 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; C2HCl3), 또는 하이드로젼 클로라이드(Hydrogen chloride; HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법에 의하면, 상기 처리실에서 공정이 진행되기 전에, 상기 기판들이 상기 보트에 적재되는 로드록 챔버 내로 오존을 공급하여 상기 기판의 표면 에 보호막(passivation layer)을 형성한다. 상기 로드록 챔버 내로 오존을 공급하여 상기 기판의 표면에 보호막을 형성하는 동안에 상기 로드록 챔버 내에서 상기 기판은 가열될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 11을 참조하면서 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 발명은 웨이퍼(W)와 같은 기판을 산화 처리하는 장치(10)를 제공한다. 예컨대, 본 발명의 장치(10)는 플래시 메모리 제조 공정에서 산소를 이용하여 터널 산화막(tunnel oxidation layer)을 수행하는 공정일 수 있다. 그러나 이 외에 웨이퍼(W) 상으로 산소를 공급하여 게이트 산화막 등과 같은 산화막을 형성하는 다양한 공정에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 산화 처리 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 산화 처리 장치(10)는 처리실(100), 로드록 챔버(200), 보트(300), 그리고 제 1 오존 공급 유닛(400)을 가진다. 보트(300)는 공정 진행시 웨이퍼들(W)을 지지한다. 로드록 챔버(200) 내부 공간은 기설정된 진공압으로 유지된다. 보트(300)가 로드록 챔버(200)에 위치된 상태에서, 웨이퍼들(W)은 이송로봇(도시되지 않음)에 의해 보트(300)로 로딩되고, 보트(300)로부터 언로딩된다. 상기 이송로봇 은 로드록 챔버(200)의 외부에 위치되며, 로드록 챔버(200)의 일측벽에는 이송로봇의 아암이 유출입되는 개구(도시되지 않음)가 형성된다. 상기 개구는 도어(도시되지 않음)에 의해 개폐된다. 로드록 챔버(200)의 상부에는 처리실(100)이 배치된다.
처리실(100)은 웨이퍼들(W)에 대해 확산 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 보트(300)는 보트 구동기(380)에 의해 처리실(100)과 로드록 챔버(200) 사이를 상하로 수직 이동된다. 로드록 챔버(200)와 처리실(100) 사이에는 보트(300)가 이동되는 통로를 개폐하는 개폐 부재(220)가 설치된다. 보트(300)에 웨이퍼들(W)의 적재가 완료되면, 보트(300)는 로드록 챔버(200)로부터 처리실(100)로 이동된다.
보트(300)는 상부판(320), 하부판(340), 그리고 수직 지지대들(360)을 포함한다. 상부판(320)과 하부판(340)은 원판 형상을 가지며, 상하로 서로 대향 되도록 배치된다. 상부판(320)과 하부판(340) 사이에는 복수의 수직 지지대들(360)이 결합된다. 수직 지지대(360)는 3 내지 4개가 제공되며, 각각의 수직 지지대(360)는 상하 방향으로 길게 제공된 로드 형상을 가진다. 각각의 수직 지지대(360)에는 웨이퍼(W)의 가장자리 일부가 놓이는 받침대들(362)이 설치된다. 받침대들(362)은 상하 방향으로 일정거리 이격되게 배치된다. 상술한 구조로 인해 각각의 웨이퍼(W)는 동일 평면 상에 배치된 3 내지 4개의 받침대들(362)에 의해 지지된다. 예컨대, 각 수직 지지대(360)에는 대략 25 내지 50개의 받침대(362)가 제공되어, 25매 내지 50매의 웨이퍼들(W)이 동시에 보트(300)에 적재될 수 있다.
처리실(100)은 공정 튜브(process tube)(120), 플랜지(flange)(140), 그리고 가열 부재(heating member)(160)를 가진다. 플랜지(140)는 로드록 챔버(200)의 상 부면에 놓인다. 플랜지(140)는 중공 원통형의 측벽(142)과 중앙부가 개방된 링 형상의 상부벽(144)을 가지고, 하부는 개방된다. 플랜지(140)의 측벽(142)에는 배기관(146)이 결합되는 출구와 제 1 오존 공급 유닛(400)이 삽입되는 입구가 형성된다. 출구와 입구는 서로 대향되도록 배치된다. 플랜지(140)의 상부벽(144) 상에는 공정 튜브(120)가 설치된다. 공정 튜브(120)와 플랜지(140)의 접촉면에는 오링(도시되지 않음) 같은 실링부재가 설치된다. 공정 튜브(120)는 중공원통형의 측벽(122)과 돔(dome) 형상의 상부벽(124)을 가지고, 하부는 개방된다. 공정 진행시 보트(300)는 공정 튜브(120) 내의 공간에 위치된다. 공정 튜브(120)의 측벽(122) 외측에는 공정 진행시 공정 튜브(120) 내부를 공정온도로 가열하는 히터 부재(160)가 설치된다. 일 예에 의하면, 히터 부재(160)로는 공정 튜브(120)를 감싸는 열선이 사용될 수 있다.
비록 상술한 도면에는 도시하지 않았으나, 처리실(100) 및 로드록 챔버(200)에는 공정 진행 후 그 내부를 퍼지하기 위해 질소가스와 같은 비활성 가스를 공급하는 퍼지가스 공급관이 설치될 수 있다.
제 1 오존 공급 유닛(400)은 처리실(100) 내로 오존을 공급한다. 도 2는 제 1 오존 공급 유닛(400)의 내부 구조를 보여주기 위해 일부를 절단한 사시도이고, 도 3은 제 1 오존 공급 유닛(400)의 종단면도이며, 도 4는 도 3의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 횡단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제 1 오존 공급 유닛(400)은 오존 발생기(420), 오존 공급관(432), 오존 분사 노즐(440), 그리고 냉각 부재(460)를 가진다. 오존 발생기(420)는 처리실(100) 외부에 제공되며 오존을 발생시킨다. 오존 발생기(420)에는 오존 발생을 위해 사용되는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관이 연결된다. 예컨대, 반응가스 공급관은 산소를 공급하는 산소 공급관(422)과 수소를 공급하는 수소 공급관(424)을 포함한다. 오존 발생기(420)에서 발생된 오존은 오존 공급관(432)을 오존 분사 노즐(440)로 공급한다. 산소 공급관(422), 수소 공급관(424), 그리고 오존 공급관(432)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 그 내부 통로로 흐르는 유체의 량을 조절하는 밸브(422a, 424a, 432a)가 설치된다.
오존 분사 노즐(440)은 긴 로드 형상을 가지며 수평부(442)와 수직부(444)를 가진다. 수평부(442)는 오존 공급관(432)과 연결되며 상술한 플랜지(140)에 형성된 입구를 통해 처리실(100) 내로 삽입된다. 수직부(444)는 수평부(442)의 끝단으로부터 상하 방향으로 수직하게 연장된다. 수직부(444)는 공정 튜브(120) 내에 위치된 보트(300)의 최상단에 적재된 웨이퍼(W)와 인접한 위치 또는 이보다 높은 위치까지 길게 연장된다. 수직부(444)에는 그 길이방향을 따라 복수의 분사구들이 형성된다. 분사구들은 동일 간격으로 배치될 수 있으며, 선택적으로 상부로 갈수록 조밀한 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 산소(O2)와 수소(H2), 또는 이들을 포함하는 반응가스들을 처리실(100)로 공급하여 오존을 발생시키지 않고, 외부에서 발생된 오존을 직접 처리실(100)로 공급한다. 따라서 처리실(100) 내에서는 수소(H2)가 없는 분위기, 또는 공정 진행시 오존 발생 이외에 다른 이유로 수소를 처리실(100)로 공급하는 경우에는 수소의 량이 매우 작은 분위기에서 산화 공정을 진행한다. 따라서 확산 공 정시 웨이퍼에 형성된 산화막 내에 수소가 함유되어 산화막의 신뢰성을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 오존을 외부에서 발생한 후 이를 처리실(100)로 공급하므로 처리실(100) 내 온도를 비교적 저온(예컨대, 약 800℃ 이하의 온도)으로 유지할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W) 상에 약 10 내지 60Å 두께로 비교적 얇게 산화막을 형성할 수 있다.
일반적으로, 오존은 도 5에 도시된 바와 같이 고온에서 그 수명이 매우 짧다. 처리실(100) 내부는 가열 부재(160)에 의해 고온으로 유지되므로, 오존이 오존 분사 노즐(440)을 통해 웨이퍼(W)로 분사되기 전에 오존(O3)이 산소(O2)로 분해된다. 따라서 오존 분사 노즐(440)의 수직부(444)에서 상부로 갈수록 오존의 량이 크게 줄어들어, 상부에 위치될수록 웨이퍼(W)로 공급되는 오존의 량이 감소된다. 이로 인해 웨이퍼들(W) 간 산화막의 두께 균일도가 크게 저하된다.
냉각 부재(460)는 오존 분사 노즐(440)을 냉각하여 오존 분사 노즐(440) 내에서 오존의 수명(lifetime)을 길게 한다. 다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 냉각 부재(460)는 냉각관(462), 온도 조절부(464), 냉각 유체 공급관(466), 냉각 유체 회수관(468), 그리고 분리판(469)을 가진다. 냉각관(462)은 오존 분사 노즐(440)을 전체적으로 감싸도록 배치된다. 따라서 냉각관(462)은 오존 분사 노즐(440)과 유사하게 수평부(462a)와 수직부(462b)를 가진다. 냉각관(462)은 횡단면이 대체로 직사각 형상으로 형성된다. 냉각관(462)에는 복수의 홀들이 형성된다. 홀들은 오존 분 사 노즐(440)에 형성된 분사구와 대응되는 위치에 각각 형성된다. 오존 분사 노즐(440)에 형성된 분사구 및 이와 대응되는 위치의 냉각관(462)에 형성된 홀에는 분사관(480)이 삽입된다. 분사관(480) 내에는 통공(480a)이 형성되어 오존 분사 노즐(440) 내로 공급된 오존은 분사관(480)들을 통해 웨이퍼(W)로 공급된다. 냉각관(462) 내에는 분리판(469)이 설치된다. 분리판(469)은 냉각관(462) 내 공간을 제 1 영역(463a)과 제 2 영역(463b)으로 분리한다.
도 6은 분리판(469)의 일 예를 보여준다. 도 6을 참조하면, 분리판(469)은 수평부(469a)와 수직부(469b)를 가진다. 분리판(469)의 수평부(469a)는 냉각관(462)의 수평부(462a) 내에 배치되고, 분리판(469)의 수직부(462b)는 냉각관(462)의 수직부(462b) 내에 배치되며 분리판(469)의 수평부(469b)의 끝단으로부터 이와 수직하게 연장된다. 상술한 구조로 인해 제 1 영역(463a)은 분리판(469)의 전방에 위치되고, 제 2 영역(463b)은 분리판(469)의 후방에 위치된다. 제 1 영역(463a)과 제 2 영역(463b)이 냉각관(462)의 상단 영역(463c)에서 서로 통하도록 분리판(469)의 수직부(469b)는 냉각관(462)의 상단으로부터 이격되는 높이까지 연장된다. 분리판(469)에는 상술한 분사관(480)들이 삽입되는 관통홀들(469c)이 형성된다.
냉각관(462)의 제 1 영역(463a)에는 냉각 유체 공급관(466)이 연결되고, 제 2 영역(463b)에는 냉각 유체 회수관(468)이 연결된다. 냉각 유체 공급관(466)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 그 내부를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 밸브(466a)가 설치된다. 밸브(466a)로는 솔레노이드 밸브와 같이 전기적으로 제어 가능한 밸브가 사용된다. 온도 조절부(464)에서 온도 조절된 냉각 유체는 냉각 유체 공급관 (466)을 통해 제 1 영역(463a)으로 공급된다. 도 7에 도시된 바와 같이 냉각 유체는 제 1 영역(462a)에서 아래에서 위를 향하도록 흐른 후, 냉각관(462)의 상단에 제공된 영역(462c)을 통해 제 2 영역(462b)으로 유입된다. 냉각 유체는 제 2 영역(462b)에서 위에서 아래를 향하는 방향으로 흐른 후 냉각 유체 회수관(468)을 통해 온도 조절부(464)로 회수된다. 도 7에서 실선은 오존의 이동경로를 나타내고, 점선은 냉각 유체의 이동경로를 나타낸다. 제 1 영역(462a)과 제 2 영역(462b)을 흐르는 냉각 유체에 의해 오존 분사 노즐(440) 내 오존이 저온으로 유지된다.
일 예에 의하면, 냉각 유체로는 질소 가스와 같은 비활성 기체가 사용된다. 질소 가스는 상온 상태에서 냉각관(462)으로 공급될 수 있으며, 선택적으로 질소 가스는 온도 조절부(464)에서 오존의 냉각에 적합한 온도로 온도 조절된 후 냉각관(462)으로 공급될 수 있다. 이와 달리 냉각 유체로는 냉각수가 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 처리실(100) 내에서 오존 분사 노즐(440) 내 오존이 냉각 유체에 의해 냉각되므로, 오존 분사 노즐(440) 내에서 오존의 수명이 길게 유지된다. 따라서 보트(300)에 적재된 전체 웨이퍼(W)에 대해 대체로 균일한 량의 오존이 공급되므로 웨이퍼들(W) 간 산화막의 두께 산포가 대체로 균일하다.
도 8은 본 발명의 산화 처리 장치(12)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 8의 산화 처리 장치(12)에 의하면, 도 1의 산화 처리 장치(10)에 제공된 구성요소 이외에 공정 진행시 처리실(100) 내로 제거 가스를 공급하는 제거 가스 공급부재(600)가 더 제공된다. 공정 진행 중 처리실(100) 내 금속 파티클이 발생되며, 처리실(100) 내 금속 파티클이 산화막 내에 함유되면 산화막의 신뢰성을 크게 저하된 다. 이는 처리실(100) 내에 제공된 금속 재질의 구성물로부터 발생 될 수 있다.
제거 가스는 공정 진행시 처리실(100) 내 금속 파티클과 반응하고, 이에 의해 생성된 금속 반응물은 처리실(100)로부터 배기된다. 예컨대, 처리실(100) 내에서 발생되는 금속 파티클은 나트륨(Na), 철(Fe), 망간(Mn) 등일 수 있으며, 제거 가스로는 트리클로로에탄(trichloroethane; C2H3Cl3), 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; C2HCl3), 또는 하이드로젼 클로라이드(Hydrogen chloride; HCl) 등이 사용될 수 있다. 제거 가스는 처리실(100) 내로 적정량 공급되는 것이 바람직하다. 제거 가스가 매우 적은 량으로 공급되면 금속의 제거가 충분히 이루어지지 않고, 제거 가스가 매우 많은 량으로 공급되면 제거 가스로부터 발생되는 수소가 다량 산화막 내로 함유될 수 있다. 예컨대, 처리실(100)로 공급되는 제거 가스는 산화 가스의 약 1/10에서 1/10000의 부피비 범위에서 공급되는 것이 바람직하다.
일 예에 의하면, 제거 가스 공급부재(600)는 오존 공급관(432)과 결합되는 제거 가스 공급관(620)을 가진다. 제거 가스 공급관(620)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 그 내부 통로를 흐르는 제거 가스의 유량을 조절하는 밸브(622)가 설치된다. 상술한 구조로 인해, 제거 가스는 오존과 함께 오존 분사 노즐(440)을 통해 처리실(100)로 공급될 수 있다. 선택적으로 제거 가스 공급부재는 처리실(100) 내에 설치된 제거 가스 분사노즐(도시되지 않음)과 이에 결합된 제거 가스 공급관을 가지고, 제거 가스와 오존은 별개의 노즐을 통해 처리실(100) 내로 공급될 수 있다.
처리실(100) 내로 산소(O2)와 수소(H2)를 공급하여 처리실(100)에서 오존을 발생시키고, 여기에 하이드로젼 클로라이드(HCl)과 같은 제거 가스를 함께 공급하면 산소와 수소의 반응에 의해 생성된 물 분자와 하이드로젼 클로라이드 가스의 반응으로 인해 부식 등과 같은 악영향이 발생된다. 그러나 본 발명의 경우, 외부에서 오존을 발생시킨 후 이를 처리실(100)로 공급하므로 상술한 문제는 발생되지 않는다.
도 9는 본 발명의 산화 처리 장치(14)의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 9의 산화 처리 장치(14)는 도 1의 산화 처리 장치(10)에 제공된 구성요소 이외에 로드록 챔버(200)에 설치되는 제 2 오존 공급 유닛(500)을 더 포함한다. 제 2 오존 공급 유닛(500)은 보트(300)가 처리실(100)로 유입되기 전에 로드록 챔버(200)로 오존을 공급한다. 로드록 챔버(200)로 공급된 오존은 웨이퍼(W) 표면에서 탄화 수소(hydrocarbon)를 제거하고 로드록 챔버(200) 내에서 보트(300)에 적재된 웨이퍼들(W) 상에 보호막(passivation layer)을 형성한다.
보호막 형성 공정은 로드록 챔버(200) 내부를 상온으로 유지한 상태에서 수행하여, 웨이퍼들(W) 상에 비교적 얇은 두께의 보호막을 형성할 수 있다. 도 10은 도 9의 제 2 오존 공급 유닛(500)의 구조를 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 제 2 오존 공급 유닛(500)은 오존 분사 노즐(520), 오존 공급관(540), 그리고 오존 발생기(560)를 가진다. 오존 발생기(560)는 로드록 챔버(200)의 외부에 배치되며, 오존을 발생시킨다. 오존 발생기(560)에는 오존 발생에 필요한 반응가스를 공급하 는 반응가스 공급관이 연결된다. 반응가스 공급관은 산소를 공급하는 산소 공급관(562)과 수소를 공급하는 수소 공급관(564)을 포함한다. 산소 공급관(562)과 수소 공급관(564)에는 밸브(562a, 564a)가 설치된다.
오존 발생기(560)에서 발생된 오존은 오존 공급관(540)을 통해 오존 분사 노즐(520)로 공급된다. 오존 공급관(540)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 그 내부 통로를 흐르는 오존의 유량을 조절하는 밸브(542)가 설치된다. 오존 분사 노즐(520)은 로드록 챔버(200) 내에 배치된다.
오존 분사 노즐(520)은 긴 로드 형상을 가지며, 상하 방향으로 수직하게 배치된다. 오존 분사 노즐(520)에는 그 길이방향을 따라 복수의 분사구들(522)이 형성되며, 오존 분사 노즐(520)은 보트(300)에 적재된 웨이퍼들(W) 전체에 대해 오존을 공급할 수 있도록 충분한 길이를 가진다.
도 11은 본 발명의 산화 처리 장치(16)의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 11의 산화 처리 장치(16)는 도 1의 산화 처리 장치(10)에 제공된 구성요소 이외에 로드록 챔버(200)에 설치되는 제 2 오존 공급 유닛(500′)과 로드록 챔버(200)를 가열하는 가열 부재(260)를 가진다. 제 2 오존 공급 유닛(500′)은 제 1 오존 공급 유닛(300)과 동일한 구조를 가지고, 가열 부재(260)는 로드록 챔버(200)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 도 11의 산화 처리 장치 사용시 로드록 챔버(200)에서 웨이퍼들(W) 상에 비교적 두꺼운 두께의 보호막을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼들(W)이 처리실(100)로 유입되기 전에 로드록 챔버(200)로 오존을 공급하여 로드록 챔버(200)에서 웨이퍼들(W)에 대해 초기 산화를 진행하여 탄화 수소를 제거하므로 처리실(100)에서 산화 공정 수행시 웨이퍼(W) 상에 양질의 산화막을 형성할 수 있다.
다음에는 상술한 장치를 사용하여 확산 공정을 수행하는 방법을 순차적으로 설명한다.
처음에 로드록 챔버(200) 내에 배치된 보트(300)로 웨이퍼들(W)이 적재된다. 로드록 챔버(200) 내로 오존이 공급되어, 웨이퍼(W) 상에 탄화 수소(hydrocarbon)를 제거하고 보호막을 형성한다. 이때, 로드록 챔버(200)의 온도는 상온 내지 약 150℃의 온도로 유지될 수 있으며, 웨이퍼(W)에는 약 2 내지 10Å 두께로 보호막이 형성될 수 있다. 고온에서 공정이 수행되는 경우, 오존 분사 노즐(440)은 냉각 부재(460)에 의해 냉각될 수 있다.
이후, 보트(300)는 처리실(100)로 유입된다. 오존 발생기(420)에 오존이 발생된 후, 오존 분사 노즐(440)로 공급된다. 오존 분사 노즐(440) 둘레에 제공된 냉각관(462)으로 냉각된 질소 가스가 공급되어 오존 분사 노즐(440) 내에서 오존이 분해되는 것을 방지한다. 또한, 오존 분사 노즐(440)을 통해 처리실(100)로 오존이 분사되어, 웨이퍼(W) 상에 산화막을 형성한다. 이와 함께, 제거 가스 공급관을 통해 제거 가스가 공급되어 처리실(100) 내 금속 파티클을 처리실(100)로부터 제거한다.
상술한 실시예에서는 보트에 복수의 웨이퍼들이 적층되어 배치된 상태에서 공정을 수행하는 장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 하나의 웨이퍼에 대해 공정을 수행하는 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 산화 공정시 외부에서 오존을 발생한 후 처리실 내로 공급하므로 웨이퍼 상에 형성된 산화막 내에 수소가 함유되어 산화막의 신뢰성을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 오존을 외부에서 발생한 후 이를 처리실(100)로 공급하므로 처리실 내 온도를 비교적 저온으로 유지할 수 있어, 비교적 얇은 두께의 산화막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 처리실 내 오존 분사 노즐이 냉각 부재에 의해 냉각되므로 오존 분사 노즐 전체 영역에서 오존이 분해되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제거 가스에 의해 처리실 내 금속 파티클 등이 제거되므로, 산화 공정에 의해 형성된 산화막의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 로드록 챔버에서 웨이퍼들에 대해 초기 산화를 진행하여 탄화 수소를 제거하므로, 처리실에서 산화 공정 수행시 웨이퍼 상에 양질의 산화막을 형성할 수 있다.

Claims (22)

  1. 기판의 표면을 산화 처리하는 장치에 있어서,
    공정이 수행되는 공간을 제공하며, 공정 진행시 가열 부재에 의해 공정 온도로 가열되는 처리실과;
    공정 진행시 상기 처리실 내에 위치되며, 기판을 지지하는 보트와; 그리고
    상기 처리실 내로 오존 가스를 공급하는 제 1 오존 공급 유닛을 포함하되,
    상기 제 1 오존 공급 유닛은,
    상기 처리실 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와;
    상기 처리실 내에 배치되며, 상기 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 처리실 내로 분사하는 오존 분사 노즐과; 그리고
    상기 오존 분사 노즐 내로 공급된 오존을 냉각하는 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  2. 기판의 표면을 산화 처리하는 장치에 있어서,
    공정이 수행되는 공간을 제공하며, 공정 진행시 가열 부재에 의해 공정 온도로 가열되는 처리실과;
    공정 진행시 상기 처리실 내에 위치되며, 기판을 지지하는 보트와;
    상기 처리실 내로 오존 가스를 공급하는 제 1 오존 공급 유닛과;
    상기 처리실 아래에 배치되며 상기 보트로 웨이퍼의 로딩이 이루어지는 공간을 제공하는 로드록 챔버와;
    상기 처리실과 상기 로드록 챔버 간에 상기 보트를 이동시키는 구동기와; 그리고
    상기 로드록 챔버 내에 위치되는 상기 보트에 놓인 기판 상에 보호막(passivation layer)을 형성하기 위해 상기 로드록 챔버로 오존을 공급하는 제 2 오존 공급 유닛을 구비하되,
    상기 제 1 오존 공급 유닛은,
    상기 처리실 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와;
    상기 처리실 내에 배치되며, 상기 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 처리실 내로 분사하는 오존 분사 노즐을 포함하고,
    상기 제 2 오존 공급 유닛은,
    상기 로드록 챔버 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와;
    상기 로드록 챔버 내에 배치되며, 상기 제 2오존 공급 유닛의 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 로드록 챔버 내로 분사하는 오존 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 부재는 상기 오존 분사 노즐을 감싸도록 배치되며 냉각 유체가 흐르는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보트에는 복수의 기판들이 상하로 적층되며,
    상기 오존 분사 노즐은 상하방향으로 수직하게 배치되며, 상기 오존 분사 노즐에는 그 길이 방향을 따라 복수의 분사구들이 형성된 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 오존 공급 유닛은,
    상기 오존 분사 노즐을 감싸도록 배치되며 냉각 유체가 흐르는 냉각관과;
    상기 냉각관 내에서 냉각 유체가 제 1 영역을 따라 아래에서 위 방향으로 흐른 후 다시 제 2 영역을 따라 위에서 아래 방향으로 흐르도록 상기 냉각관 내 공간을 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역으로 구획하는 분리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 오존 분사 노즐은 상기 냉각관 내에 배치되고,
    상기 냉각관에는 상기 오존 분사 노즐에 형성된 분사구들 각각에 대응되도록 홀들이 제공되고,
    상기 제 1 오존 공급 유닛은 상기 오존 분사 노즐에 형성된 분사구 및 이와 대응되는 상기 냉각관의 홀에 삽입되며 내부에 통공이 형성된 분사관들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 장치는 상기 오존 분사 노즐과 상기 오존 발생기를 연결하는 오존 공급관과 연결되며, 공정 진행시 상기 처리실 내에서 금속 파티클과 반응하여 이를 제거하는 제거 가스를 공급하는 제거 가스 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제거 가스는 상기 오존 가스의 1/10 내지 1/10000의 부피비로 공급되는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제거 가스는 트리클로로에탄(trichloroethane; C2H3Cl3), 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; C2HCl3), 또는 하이드로젼 클로라이드(Hydrogen chloride; HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  10. 제 1항, 그리고 제 3항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 처리실 아래에 배치되며 상기 보트로 웨이퍼의 로딩이 이루어지는 공간을 제공하는 로드록 챔버와;
    상기 처리실과 상기 로드록 챔버 간에 상기 보트를 이동시키는 구동기와; 그리고
    상기 로드록 챔버 내에 위치되는 상기 보트에 놓인 기판 상에 보호막(passivation layer)을 형성하기 위해 상기 로드록 챔버로 오존을 공급하는 제 2 오존 공급 유닛을 더 구비하되,
    상기 제 2 오존 공급 유닛은,
    상기 로드록 챔버 외부에 배치되며 오존을 발생시키는 오존 발생기와;
    상기 로드록 챔버 내에 배치되며, 상기 제 2오존 공급 유닛의 오존 발생기로부터 공급받은 오존을 상기 로드록 챔버 내로 분사하는 오존 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 보트에는 상기 기판들이 상하로 적층되도록 배치되며,
    상기 제 2 오존 공급 유닛의 오존 분사 노즐은 상하 방향으로 수직하게 배치되고, 그 길이 방향을 따라 복수의 분사구들이 형성되는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 장치는 상기 로드록 챔버 내부를 공정 온도로 가열하는 가열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 오존 공급 유닛은 상기 로드록 챔버에 제공된 상기 오존 분사 노즐로 공급된 오존을 냉각하는 냉각 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 장치.
  14. 기판 표면을 산화 처리하는 방법에 있어서,
    처리실의 외부에서 오존을 발생시키고, 기판이 놓인 상기 처리실 내로 상기 오존을 공급하여 기판 표면을 산화 처리하되, 상기 오존은 상기 처리실 내에 배치된 오존 분사 노즐을 통해 기판으로 분사하고, 상기 오존 분사 노즐 내 오존을 냉각 유체로 냉각하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  15. 기판 표면을 산화 처리하는 방법에 있어서,
    처리실의 외부에서 오존을 발생시키고, 기판이 놓인 상기 처리실 내로 상기 오존을 공급하여 기판 표면을 산화 처리하며,
    상기 처리실 내에서 상기 기판은 복수개가 보트에 상하로 적층되도록 놓이며,
    상기 처리실에서 공정이 진행되기 전에, 상기 기판들이 상기 보트에 적재되는 로드록 챔버 내로 오존을 공급하여 상기 기판의 표면에 보호막(passivation layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 처리실로 오존을 공급하여 산화 공정을 수행하는 동안에 상기 처리실 내에 잔류하는 금속과 반응하여 상기 금속을 제거하는 제거 가스를 상기 처리실로 공급하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제거 가스는 상기 오존 가스의 1/10 내지 1/10000의 부피비로 공급되는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제거 가스는 트리클로로에탄(trichloroethane; C2H3Cl3), 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; C2HCl3), 또는 하이드로젼 클로라이드(Hydrogen chloride; HCl) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 처리실 내에서 상기 기판은 복수개가 보트에 상하로 적층되도록 놓이는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 처리실에서 공정이 진행되기 전에, 상기 기판들이 상기 보트에 적재되는 로드록 챔버 내로 오존을 공급하여 상기 기판의 표면에 보호막(passivation layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 로드록 챔버 내로 오존을 공급하여 상기 기판의 표면에 보호막을 형성하는 동안에 상기 로드록 챔버 내에서 상기 기판은 가열되는 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
  22. 제 14항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화처리는 플래시 메모리에서 전하가 터널링되는 터널 산화막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 산화 처리 방법.
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