KR100735744B1 - 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체장치 제조 공정중 확산공정에서 확산로에 웨이퍼 투입 및 반출시, 상기 확산로의 내부 공정온도를 감지하여 상기 감지된 공정온도가 기설정된 공정온도 범위를 벗어나면 상기 웨이퍼의 투입 및 반출 동작을 정지하여 제조 공정 이상을 사전에 방지하도록 한 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송 안전 시스템에 관한 것으로,

본 발명은 반도체장치의 제조공정 중 확산공정시 웨이퍼를 웨이퍼보트에 적재한 후 확산로에 이송 명령하는 단계와; 상기 단계에서 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 명령시 내부온도감지기를 통해서 현재 준비온도를 감지하고 이 감지된 준비온도가 기설정된 준비온도 범위에 있는가를 판단하여 기 설정된 준비온도 범위에 있으면, 이송장치 구동하여 웨이퍼 보트를 확산로에 이송한 후 확산공정을 수행하는 단계와; 상기 단계에서 확산공정 수행이 완료되었으면, 임의로 설정된 소정의 냉각시간 경과 후, 반출 준비온도를 감지하고 이 감지된 준비온도가 기 설정된 반출 준비온도 범위에 있는가를 판단하여 반출온도 범위에 있으면 이송장치를 구동하여 웨이퍼 보트를 회수하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

반도체장치공정, 확산로, 웨이퍼이송

Description

반도체장치 제조용 웨이퍼 이송방법{wafer transfer method for semiconductor device manufacture}

도 1 은 본 발명이 적용되는 반도체장치 제조용 확산장치 및 웨이퍼 이송장 치의 개략적인 종단면도

도 2 는 본 발명 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송 안전 제어 블럭도

도 3 은 본 발명 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송 안전 제어 방법의 플로우 챠트

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100; 확산기 10; 히터

11; 석영튜브 12; 외부온도감지기

13; 내부온도감지기 14; 가스유입구

15; 가스배출구 16; 웨이퍼 보트

17; 이송기 18; 도어

21; 제어부 26; 경보 및 표시부

본 발명은 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체장치 제조 공정중 확산공정에서 확산로에 웨이퍼 투입 및 반출시, 상기 확산로의 내부 공정온도를 감지하여 상기 감지된 공정온도가 기설정된 공정온도 범위를 벗어나면 상기 웨이퍼의 투입 및 반출 동작을 정지하여 제조 공정 이상을 사전에 방지하도록 한 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정내에서 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정이 반복적으로 이루어져 반도체장치로 제작되며, 이들 각 공정을 수행하는 제조설비는 양질의 반도체장치를 제작하기 위해 특정상태를 설정하고 있다.

그 이유는 반도체장치의 제조공정에서 설비내부의 특정상태(환경 변화)에 따라 각 제조 공정의 결과가 다르게 도출될 수 있기 때문이다.

그 중에서도 상기 확산공정은 웨이퍼 상에 불순물입자를 확산시켜 상기 웨이퍼가 요구되는 전기적 특성을 지니게 하는 공정으로, 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 농도 평형 상태를 이룰 때까지 물질이 이동하는 확산 현상을 이용하는 공정이다.

이러한 확산 공정은 전원을 공급 받아 800 - 1000℃ 의 고온을 발산할 수 있는 발열수단이 내장된 확산로의 내부에 웨이퍼를 위치시키고, 상기 불순물입자가 포함된 공정가스를 상기 확산로 내부에 분사하여, 상기 웨이퍼 상에 상기 불순물 입자를 확산시키는 것으로 이루어진다.

상기와 같이 확산 공정시 상기 확산로의 내부에는 확산을 시키고자 하는 웨이퍼들을 적재하는 웨이퍼보트가 위치해 있고, 상기 웨이퍼보트는 이송장치에 의하여 확산로 외부에서 내부까지 웨이퍼 보트를 이송하게 되는데, 이때 확산로 내부는 상온 또는 준비온도로 되어 있다가 확산될 웨이퍼가 웨이퍼보트에 적재되고 이 적재가 완료되면, 이송장치는 상기 웨이퍼보트를 확산로 내부로 투입되게 된다.

이어서 확산로가 발열수단에 의하여 온도가 고온으로 상승하게 되고 이 상승온도가 안정온도에 도달하면 그 확산공정에 의하여 가스관을 통해 암모니아, 질소, 산소, 실란, 인화수소등의 가스가 내관으로 주입되어 상기 웨이퍼에 산화막, 질화막,다결정실리콘 막을 성장시키고, 이어서 온도가 상온 또는 준비온도까지 내려오고 냉각시간이 경과하면 상기 이송장치에 의하여 웨이퍼 보트를 외부로 이동시키고 확산공정이 완료된 웨이퍼를 회수하게 된다.

이와 같이 확산공정을 수행함에 있어, 상기 확산공정은 확산 자체가 열에 의존하기 때문에, 온도조절이 매우 중요하게 된다.

그 이유는 수직 확산장치의 경우, 복수개의 웨이퍼를 상하로 나란하게 정렬하여 공정을 진행하기 때문에, 확산로 상부에 위치한 웨이퍼와 하부에 위치한 웨이퍼 상에서 공정온도의 미소한 차이가 발생할 수 있으며, 이 공정온도의 차이는 웨이퍼상에 형성하고자 하는 막질의 두께로 형성될 수 있다.

따라서 웨이퍼의 온도 변화는 웨이퍼 가장자리에서 가장 민감하게 일어나며, 웨이퍼 중심에서는 상대적으로 그 변화율이 작다. 그러므로 공정온도를 상승하는 과정에서 웨이퍼 가장자리의 온도가 먼저 상승하며, 열적 전달에 의하여 점차 웨이 퍼 중심의 온도가 상승한다.

한편 공정온도를 하강시키는 과정에서는 열전달이 상승과정과 반대로 진행되어 웨이퍼 가장자리의 온도가 먼저 하강하고 점차 웨이퍼 중심부쪽으로 온도가 하강하게 된다.

이러한 온도 변화의 분포가 배치공정이 진행 중인 복수개의 상하 위치에 따라 웨이퍼 상의 막질이 웨이퍼 마다 다른 두께로 형성될 수 있으며, 또 단일 웨이퍼 상의 내외 위치에 따라 온도 변화가 다양하게 나타나며, 단일 웨이퍼 상에서도 균일한 두께의 막질 성장이 제대로 이루어지지 않게 된다.

이와 같이 온도 변화에 따라 웨이퍼의 막질 성장에 큰 영향을 미치는 확산로에는 공정온도를 조절하기 위한 고정된 형태의 내,외부 온도감지기 및 상기 내,외부 온도감지기에서 감지된 온도에 따라 발열수단을 제어하는 온도조절수단이 구비되어 있다.

그러나 상기 내부온도감지기는 실제 반응이 일어나는 웨이퍼와는 이격되어 확산로 내부의 높은 온도와 가스의 화학반응에 따른 조건에서는 온도를 측정할 수 없고, 단지 공정을 진행하기 전에 외부온도감지기와의 보정을 통하여 확산로 내부의 온도를 측정할 때만 이용하도록 되어 실제 웨이퍼의 온도를 정확하게 측정할 수 없다.

그러므로 상기 내부온도감지기의 부정확한 온도감지는 온도조절수단이 발열수단을 제어함에 있어 확산로 내의 웨이퍼가 반응이 진행하는 과정과, 반응이 끝난 후에 반응관으로부터 웨이퍼를 꺼내는 과정에서 온도 편차에 의하여 손상을 입게되 어 결국 웨이퍼에 생성되는 막의 품질을 저하시키는 원인을 제공하게 된다.

뿐만 아니라, 웨이퍼를 웨이퍼보트에 적재한 후 확산로에 이송시 상기 확산로 내에 내,외부온도감지기를 통해서 준비온도를 감지하여 이 감지된 온도가 준비온도 보다 낮거나 혹은 높은 경우 설비 자체에서 경보를 발생하게 되지만, 제어장치의 소프트웨어 동작에 의하여 이송장치는 웨이퍼 보트의 이송 동작을 정지시키지 못하고, 확산로로 이송동작을 진행하게 되므로, 작업자는 공정 이상을 방지하기 위하여 상기 경보 발생시 수동으로 이송을 정지시켜야 하는 번거로움을 가지게 되었다.

그리고 상기 웨이퍼가 웨이퍼보트에 적재되어 확산로의 내부로 투입된 후 확산 공정온도가 고온으로 상승하게 되는데, 이때 공정온도가 소정의 설정된 공정온도 범위 이상으로 벗어나게 되면, 설비 자체에서 경보를 발생하고 공정진행을 중단하게 된다.

이와 같이 종래의 확산 공정 설비에서 작업자가 직접 인위적으로 조작 또는 설비의 오동작으로 인해 고온에서 웨이퍼 보트가 상온으로 갑자기 노출되는 경우가 발생되는 상기 웨이퍼의 휘어짐으로 인한 확산공정에 치명적인 문제점을 주게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 반도체장치의 제조공정중 확산공정에서 웨이퍼를 확산로에 투입 및 반출시 확산로의 내부 공정온도가 기설정된 공정온도의 범위내에 있는가를 감지하여 상기 확산로의 내부 공정온도가 기설정된 공정온도 범위에 벗어 났으면 확산하고자 하는 웨이퍼의 이송을 차단하여 상기 공정온도 이상으로 인하여 야기되는 공정 불량을 사전에 방지하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 반도체장치의 제조공정 중 확산공정시 웨이퍼를 웨이퍼보트에 적재한 후 확산로에 이송 명령하는 단계와; 상기 단계에서 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 명령시 내부온도감지기를 통해서 현재 준비온도를 감지하고 이 감지된 준비온도가 기설정된 준비온도 범위에 있는가를 판단하고 상기 감지된 준비온도가 기 설정된 준비온도 범위에 있으면, 이송장치 구동하여 웨이퍼 보트를 확산로에 이송한 후 확산공정을 수행하는 단계와; 상기 단계에서 확산공정이 완료되었으면, 임의로 설정된 소정의 냉각시간 경과 후, 반출에 적합한 임의로 기 설정된 준비온도인가를 판단하여 상기 판단온도가 기설정된 반출온도에 적합한 온도이면 이송장치를 구동하여 웨이퍼 보트를 회수하는 단계와; 상기 단계에서 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 및 확산공정 완료 후 감지된 준비온도가 기설정된 준비온도 범위를 벗어났으면, 이상을 경보 및 표시하면서 이송장치에 구동을 중지하여 웨이퍼 보트의 이송을 정지하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 반도체장치 제조용 확산장치 및 웨이퍼 이송장치의 개략적 인 종단면도 로서, 전원공급을 받아 800 - 1000℃의 고온을 발산하는 내부에 히터(10)가 구비된 확산로(100)의 내측에 단열처리되어 소정의 온도구배와 외부로 열방출을 차단하는 석영튜브(11)와; 상기 석영튜브(11)의 외측에 외부온도 를 감지하는 외부온도감지기(12)와; 상기 석영튜브(11)의 내측에 내부온도를 감지하는 내부온도감지기(13)와; 상기 석영튜브(11)의 하부 좌우측에는 웨이퍼에 막질을 형성하는 가스 유입구(14) 및 가스 배출구(15)와; 상기 하부 중앙에는 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼보트(16)와; 상기 웨이퍼보트(16)를 상기 석영튜브(11)내,외부로 이송하는 엘리베이터 모터로 구성되는 이송기(17)와; 상기 이송기(17)의 이송 동작시 개폐하면서 석영튜브(11)를 밀폐하는 도어(18)가 구비되게 된다.

도 2 는 본 발명 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송 안전 제어 블럭도 로서, 반도체장치의 제조공정중 확산공정시 확산공정을 수행하는 신호를 입력하는 신호입력부(20)와; 상기 신호입력부(20)에서 입력되는 공정신호에 대하여 기 설정된 소정의 프로그램으로 확산 공정을 제어하는 제어부(21)와; 상기 제어부(21)에서 제어된 신호에 의하여 확산로의 내부온도를 감지하는 확산온도감지부(22)와; 상기 제어부(21)에서 제어되어 출력되는 신호를 받아 석영튜브의 내부를 고온으로 가열하는 가열부(23)와; 상기 제어부(21)의 제어신호에 의하여 석영튜브의 내부에 가스를 공급 및 배기하는 가스공급/배기부(24)와; 상기 제어부(21)의 제어신호에 의하여 확산막이 성장될 웨이퍼를 적재하는 웨이퍼 보트를 상하로 이송하는 웨이퍼보트이송부(25)와; 상기 제어부(21)의 제어신호에 의하여 석영튜브의 이상을 경보하고 표시하는 경보및표시부(26)로 구성하게 된다.

도 3 은 본 발명 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송 안전 제어 방법의 플로우 챠트 로서, 반도체장치의 제조공정 중 확산공정시 웨이퍼를 웨이퍼보트에 적재하는 단계(30)와; 상기 단계(30)에서 웨이퍼가 적재된 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 명 령하는 단계(31)와; 상기 단계(31)에서 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 명령시 석영튜브의 내부 공정온도를 감지하는 단계(32)와; 상기 단계(32)에서 감지된 준비온도가 기설정된 준비온도 범위에 있는가를 판단하는 단계(33)와; 상기 단계(33)에서 감지된 준비온도가 기 설정된 준비온도 범위에 있으면, 이송장치 구동하여 웨이퍼 보트를 확산로에 이송한 후 확산공정을 수행하는 단계(34)와; 상기 단계(34)에서 확산공정이 완료되었는가를 판단하는 단계(35)와; 상기 단계(35)에서 확산공정이 완료되었으면, 임의로 설정된 소정의 온도로 냉각하는 단계(36)와; 상기 단계(36)에서 냉각후 상기 냉각된 온도가 준비온도 범위에 도달하였는가를 판단하는 단계(37)와; 상기 단계(37)에서 냉각온도가 준비온도 범위에 도달하였으면 이송장치를 구동하여 웨이퍼 보트를 회수하는 단계(38)와; 상기 단계(33)와 상기 단계(37)에서 감지된 준비온도가 기 설정된 준비온도 범위를 벗어났으면, 이상을 경보 및 표시하는 단계(39)와; 상기 단계(39)에서 경보 및 표시되었으면 이송장치에 구동을 중지하여 웨이퍼 보트의 이송을 정지하는 단계(40)로 이루어지게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 반도체장치의 제조공정 중 확산공정시 신호입력부(20)를 통해서 확산공정에 대한 입력신호를 제어부(21)에 입력하게 되면 제어부(21)에서는 기 설정된 소정의 확산공정 수행 프로그램에 의하여 웨어퍼보트 이송부(25)에 제어신호를 출력하여 웨이퍼보트(16)에 확산막을 형성할 웨이퍼를 적재하게 된다(단계30).

이어서 상기 신호입력부(20)로 부터 제어부(21)에 상기 웨이퍼가 적재된 웨이퍼 보트를 확산로에 이송 명령이 입력되면(단계31), 상기 제어부(21)에서는 확산 온도감지부(22)를 제어하여 상기 석영튜브(11)내측에 장착된 내부온도감지기(13)를 통해서 확산로의 준비온도를 감지하여 상기 제어부(21)에 입력하게 된다(단계32).

상기 제어부(21)에서는 기설정된 소정의 프로그램에 의하여 입력된 준비온도가 기설정된 준비온도(650 ±5℃)범위에 있는가를 판단하게 되고(단계33), 이때 상기 감지된 준비온도가 기 설정된 준비온도(650 ±5℃)범위에 있으면, 상기 제어부(21)에서는 웨이퍼보트 이송부(25)를 통해서 이송기(17)를 구동하여 상기 웨이퍼가 적재된 웨이퍼보트(16)를 석영튜브(11)의 내부로 도어(18)를 통해서 이송하게 된다.

상기와 같이 석영튜브(11)로 이송이 완료되면 상기 제어부(21)에서는 가열부(23)를 제어하여 히터(10)를 가열하여 석영튜브(11)의 내부 온도를 고온을 가열 안정된 내부 공정온도를 유지하게 되면 기설정된 소정의 공정순서에 의하여 가스공급관(14)를 통해서 가스를 공급하고 배기하면서 웨이퍼보트(16)에 적재된 웨이퍼 면에 막을 형성하게 된다(단계34).

이어서 상기 제어부(21)에서는 기설정된 프로그램에 의하여 웨이퍼에 확산공정이 완료되었는가를 판단하게 되고(단계35), 이때 확산공정이 완료되지 않았으면 계속해서 확산공정을 수행하게 되고, 반면에 상기 확산공정이 완료되었으면 질소가스를 공급하면서 내부온도를 상온 또는 준비온도까지 낮춘 후 임의로 설정된 소정의 냉각시간 동안 냉각을 수행한다(단계36).

그리고 상기 소정의 냉각시간이 완료되면, 제어부(21)에서는 확산온도 감지부(22)를 통해서 내부온도감지기(13)를 제어하여 석영튜브(11)의 내부 준비온도를 감지하게 되고(단계37), 이때 상기 감지된 내부 준비온도가 기 설정된 준비온도(650 ±5℃)범위를 벗어나지 않았으면 공정순서에 의하여 웨이퍼보트 이송부(25)를 제어하여 상기 웨이퍼보트 이송기(17)로 상기 웨이퍼 보트(16)를 석영튜브(11)로부터 도어(18)를 통해서 회수하게 된다(단계38).

한편 상기 웨이퍼 보트에 웨이퍼를 적재 완료하고, 확산로(100)의 석영튜브(11)내부로 이송 명령이 입력된 상태 또는 웨이퍼의 확산공정이 완료되고 냉각이 완료된 후 상태에서, 상기 제어부(21)에서는 상기 확산온도감지부(22)를 제어하여 내부온도감지기(13)를 통해서 감지된 석영튜브(11)의 내부 준비온도가 기 설정된 준비온도(650 ±5℃)범위를 벗어났으면, 상기 제어부(21)에서는 웨이퍼에 확산공정을 수행하기에 적정하지 않은 것으로 판단하여 경보 및 표시부(26)를 제어하여 이상 경보 및 현재 내부 공정온도를 표시하게 된다(단계39).

그리고 상기 제어부(21)에서는 웨이퍼보트 이송부(25)에 구동중지 신호를 출력하고, 상기 웨이퍼보트 이송부(25)는 이송정지신호를 엘리베이터 모터인 이송기(17)에 출력하여 이송기(17)가 움직이지 못하도록 정지시키게 된다(단계40).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체장치의 제조공정중 확산공정에서 웨이퍼를 확산로에 투입 및 반출시 확산로의 내부 준비온도를 감지하여 이 감지준비온도가 기설정된 공정온도의 범위내에 있는가를 판단하여 상기 확산로의 내부 준비온도가 기설정된 준비온도 범위에 벗어났으면, 웨이퍼의 이송하는 이송기의 동작을 사전에 정지하여 상기 웨이퍼가 확산로에 진입 및 반출되지 못하도록 함으로 써, 공정온도 이상 및 확산로 내 외부의 온도차로 인하여 야기되는 공정 불량및 웨이퍼의 휨으로 인한 불량을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 반도체장치의 제조공정 중 확산공정시 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 적재하고, 신호입력기를 사용하여 제어부로 상기 웨이퍼 보트를 확산로로 이송하기 위한 명령을 전송하는 명령단계;

   상기 제어부로 상기 이송 명령이 입력되면, 내부온도감지기를 사용하여 상기 확산로의 현재 준비온도를 감지하여 상기 제어부로 전송하는 제 1온도감지단계;

   상기 제어부를 통하여 상기 현재 준비온도가 기설정된 현재 준비온도의 범위에 포함되는 지의 여부를 판단하는 제 1판단단계;

   상기 현재 준비온도가 상기 기설정된 준비온도의 범위에 포함되면, 이송장치 구동하여 상기 웨이퍼 보트를 상기 확산로의 내부 이송하고, 확산공정을 수행하는 공정수행단계;

   상기 확산공정 수행이 완료되면, 상기 확산로의 내부를 기설정된 소정의 냉각시간동안 냉각시키는 냉각단계;

   상기 냉각시간 동안 상기 확산로가 냉각되면, 상기 내부온도감지기를 사용하여 상기 확산로의 반출 준비온도를 감지하여 상기 제어부로 전송하는 제 2온도감지단계;

   상기 제어부를 통하여 상기 반출 준비온도가 기설정된 반출 준비온도의 범위에 포함되는지의 여부를 판단하는 제 2판단단계; 및

   상기 현재 준비온도가 상기 기설정된 준비온도의 범위에 포함되면, 상기 이송장치를 구동하여 상기 웨이퍼 보트를 회수하는 웨이퍼 보트 회수단계를 포함하되,

   상기 웨이퍼 보트를 상기 확산로로 이송 명령후에 상기 감지된 현재 준비온도가 상기 기설정된 준비온도 범위를 벗어나면, 이상 경보 및 표시하면서 상기 이송장치의 구동을 중지하여 상기 웨이퍼 보트의 이송을 정지하고,

   상기 확산공정 완료 후, 상기 감지된 반출 준비온도가 상기 기설정된 반출 준비온도 범위를 벗어나면, 이상 경보 및 표시하면서 상기 이송장치의 구동을 중지하여 상기 웨이퍼 보트의 이송을 정지하는 반도체장치 제조용 웨이퍼 이송방법.
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