KR100772463B1 - 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 대면시켜 공정처리하는 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법이 제공된다.

이를 위한 본 발명은 크게 공정공간을 제공하는 반응챔버와 이 반응챔버에 탑재되는 공정처리 장치로서 서셉터를 포함한 보트 및 서셉터를 회전시키기 위한 구동장치와, 히터장치 및 히터장치를 상기 서셉터의 내부공간으로 삽입시키기 위한 탑재장치와, 배기노즐 및 이 배기노즐을 서셉터의 홀더 사이의 공간으로 삽입시키기 위한 승강장치로 이루어진다.

그리고, 이러한 공정처리 장치는 이송을 유지하면서 기밀을 유지하기 위하여 벨로우즈 커버가 매개되며, 이러한 기밀이 확보되는 반응챔버에는 퍼지가스가 공급되어 반도체 기판의 백사이드 증착이 방지되고, 서셉터 외주상에 가스커튼이 마련되어 미세분진에 의한 기판의 오염이 방지된다.

그리고, 히터장치는 반도체 기판의 가열영역은 중심부영역과 이 중심부영역을 방사상으로 포위하는 주변영영과, 이를 포위하여 반도체 기판의 외주영역을 별도로 가열시키는 외주부영역과, 이를 포위하며 실온과의 경계를 완충시키는 완충영역으로 구분시켜 형성하고, 이것의 온도제어를 외부조건에 따라 달리함으로써, 반도체 기판의 온도구배를 균일하게 유지하게 된다.

Description

반도체 제조장치 및 반도체 제조방법{Semiconductor Manufacturing Apparatus and Semiconductor Manufacturing Method}

도 1a 는 본 발명에 따른 반도체 제조장치를 나타낸 외관설명도,

도 1b 는 본 발명에 따른 반도체 제조장치에서 공급노즐과 배기노즐의 배치상태를 나타낸 개념설명도,

도 2a 는 본 발명에 따른 서셉터를 나타낸 분해설명도이며,

도 2b 및 도 2c 는 서셉터 및 여기에 접속되는 구동장치를 나타낸 확대설명도,

도 3a 는 서셉터가 포함된 반도체 제조장치의 정단면설명도,

도 3b 는 도 3a 에서 상부의 확대단면설명도이다.

도 4a 및 도b 는 서셉터 구동장치의 작동상태를 나타낸 확대단면설명도,

도 4c 는 구동축의 냉각장치를 나타낸 개념도이다.

도 5 는 본 발명에 따른 히터장치의 탑재상태와 탑재장치로부터의 히터장치의 탈거를 나타낸 단면 설명도,

도 6a 은 본 발명에 따른 히터장치에서 가열면의 구분된 가열영역을 나타낸 개념도,

도 6b 는 구분된 가열영역에 배치된 저항가열선의 배치로서 히터패턴을 나타 낸 설명도,

도 6c 는 구분된 가열영역에 배치된 반도체 기판과 노즐을 나타낸 개념설명도,

도 7a 는 예시도면 도 1b 가 참조된 측단면 설명도로서 본 발명에 따른 배기노즐을 나타낸 설명도,

도 7b 는 도 7a 에서 승강장치를 나타낸 확대단면설명도이다.

도 7c 는 도 7a 와 대응되는 정단면 설명도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100 - 반도체기판, 10 - 홀더,

12,16 - 탄착구, 14 - 지지패널,

18 - 서셉터, 20 - 지지로울러,

20' - 구동로울러, 22 - 보트,

24 - 반응챔버, 26 - 구동장치,

28 - 구동외주부, 30 - 방오링,

34 - 가스커튼부, 36,38 - 퍼지가스공급부,

40,94 - 지지프레임, 42,134 - 레일,

44 - 이송패널, 46 - 이송장치,

48 - 구동축, 50, - 구동모우터,

52 - 접속구, 54,93 - 이송모우터,

56,96,140 - 이송보울트구, 58,97,142 - 이송너트구,

60 - 지지로드, 61 - 완충스프링,

62 - 가이드테이퍼면, 64,112,124 - 반응챔버 장착링,

66 - 실링구, 68,86,88 - 벨로우즈 튜브,

69,87,89 - 벨로우즈 커버, 70 - 회전축,

72 - 커플러, 74 - 냉각수로,

76 - 공급노즐, 78 - 배기노즐,

79 - 배기관, 80 - 히터장치,

81 - 히터커버, 82 - 보트캡,

84 - 이동레일, 90 - 승강장치,

92 - 탑재장치, 95,144 - 풀리,

110 - 저항가열라인, 114 - 히터장착링,

116 - 가이드레일, 118 - 체결구,

120 - 대기챔버, 122 - 퍼지배기관,

126 - 체결브라켓, 128 - 패킹,

130 - 브라켓 장착링, 136 - 승강패널,

138 - 승강모우터,

본 발명은 한 쌍의 반도체 기판을 처리하는 반도체 제조장치에 관한 것으로, 구체적으로는 고온공정과 대구경의 처리가 요구되는 반도체 제조장치에서 한 쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 서로 대면시켜 공정처리시키는 반도체 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조, 예를 들어 에피웨이퍼(Epi-wafer)는 웨이퍼 표면에 단결정 실리콘을 성장시켜 웨이퍼 표면의 결함을 최대한으로 줄인 것으로, 웨이퍼 표면 또는 표면 근처에 존재하는 COP 등의 미소 결함을 제어함으로써 Device 제조 후 GOI(Gate Oxide Integrity) 특성을 개선시킬 수 있어, 적극적으로 개발되고 있는 것이다.

이러한 에피층은 고온에서 가열된 실리콘 웨이퍼 위에 수소캐리어에 의하여, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2 또는 HiH4 등의 실리콘 소스가스가 공급되고, 기판상에서 H-Si-Cl계 반응을 통하여 실리콘 단결정이 충적 성장되는 화학기상증착방법이 채택되고 있다.

이러한 에피성장방법은 웨이퍼의 처짐이 야기되는 고온의 열환경이 조성되고, 반응가스의 분포 등과 막특성의 규일성을 고려하여 설계가 용이한 매엽식으로 처리되고 있다.

이러한 장치에서의 증착, 즉 막의 미세구조와 성장결과는 성장계면위에서 핵생성과정과 표면확산에 의하여 결정되고, 이를 결정하는 요인으로는 기판온도, 반응챔버의 압력, 가스조성에 의해서 영향을 받는다.

특히, 화학반응물의 특징과 주어진 기판의 기하학을 위한 기체-유동역학은 화학기상증착에서 중요한 요인이며, 이를 위해 반응가스는 반응챔버의 상부로 부터 분사되어 하부에서 배출되는 형식을 취하고 있고, 그 유동장내에 반도체판을 배치시키고 있다.

그러나, 이러한 매엽식의 증착장치는 낱개 처리에 의한 처리량의 한계에 그 근본적인 문제점이 내포되어 있다.

즉, 매엽식의 처리는 청정조건에서 로딩과 증착, 언로딩의 순차적 단계인 공정을 감안할때, 한매당의 처리는 그 처리량에 한계가 있음을 근본적으로 내포하고 있는 것이어서, 대량생산을 위하여는 상기 매엽식의 화학기상증착장치를 하나의 유닛으로 대량으로 배치시켜야 하는 것이며, 이를 수행하기 위한 물리적 공간의 확보와 장치의 투입은 생산성 확보에 바람직하지 못한 요인인 것이다.

이러한 이유에서 적극적으로 개발되고 있는 것이, 쌍엽식 처리방식의 반도체 제조장치이며, 예를 들어, 일본 특공개 2000-124135, 일본 특공개 2000-124134, 일본 특공개 2000-49098 참조 등이 쌍엽식 처리방식의 반도체 제조장치를 나타내고 있다.

이것은 특히 반도체 기판을 입상시키고 이를 대면시킨 다음, 이 대면된 반도체 기판 면(공정진행면)이 이루는 체적 사이로 반도체 기판을 둘러싸는 노즐을 배치시켜 이들이 경계하는 체적상으로 공정가스를 투입시켜서 공정을 진행시키게 된다.(일본 특공개 2000-124135 참조)

이러한 경우, 한 쌍의 기판처리에 의한 생산성이 증가되고, 파티클의 낙하에 의한 기판상의 오염이 방지되며, 대면된 기판면으로 층류(Lamina Flow)의 반응가스 흐름을 형성할 수 있다는 장점을 갖게된다.

이러한 대면된 반도체기판을 처리하기 위하여 보트에는 반도체 기판을 입상시키는 서셉터가 설치되며, 이 서셉터에 반도체 기판이 안착된 홀더가 장착된다.

그리고, 서셉터는 지지로울러들에 의해 그 장착위치가 보유지지되며, 서셉터의 외주에 구동핀이 설치되고, 이 구동핀은 구동용가스에 의해 회전되도록 구비되어 있다.(일본 특공개 2000-124134 및 2000-49098 참조)

그러나, 이러한 반도체 제조장치는 한 쌍의 반도체 기판을 대면시켜야 하는 조건에 따라 다수의 문제점들이 내포되어 있다. 이러한 문제점들은 서셉터와 히터장치와 노즐 등에 전반적으로 존재된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 반응챔버 내부로 서셉터를 회전시키기 위한 구동용가스의 공급은 저압환경에서 진행되는 공정에 외란으로 작용될 우려가 있다.

더욱이, 에피공정 중에 반도체 기판의 회전수를 제어할 필요가 있는데, 이러한 상황에서 구동장치와 서셉터가 직결되지 않은 종래의 장치는 회전수제어가 까다로운 것이며, 반대로 서셉터와 구동장치를 예를 들어 구동축으로 직결시키게 되면, 구동장치(모우터)가 반응챔버 내로 투입되고, 고온환경에서는 구동장치가 손상되어 서셉터를 회전시킬 수 없게 되는 상황에 처하게 되는 것이다.

다음으로, 이러한 한 쌍의 반도체 기판을 입상시켜 처리하는 반도체 제조장치는 온도구배에 대한 균일성을 충분히 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 전기된 바와 같이 에피공정의 주요요소는 특히 온도와 반응가스이며, 한 쌍의 기판처리는 상부에서 하부로 흐르는 공정가스의 흐름상에 그 경계로서 반도체 기판을 대면시키고 있다.

이러한 상황에서 반응가스의 투입의 초기 구역은 온도구배에 영향을 미치게 되는데, 이것은 실온의 반응가스는 초기 분사시 반도체 기판의 상부 영역에 대하여는 냉각영역을 조성하기 때문이다.

또한, 히터장치 자체에서도 반도체 기판의 센터보다 외주부의 영역이 낮게되며, 이것은 히터장치의 가열원은 그 경계 외부와의 실온과 간섭되므로, 이 부분에서의 온도저하가 발생되고 이것은 반도체 기판의 균일한 온도구배에 영향을 미치기 때문이다.

이러한 중심부와 외주부의 온도차이는 반도체 기판의 회전으로도 해결되지 않는다. 반도체 기판의 회전으로 해결되는 것은 동일영역(동일 원주상의 구역)에서 온도차이, 예를 들어 상기 외주부분 영역에서 서로 다른 온도차이를 보일 때, 기판의 회전으로서 해결될 수 있는 것이지, 서로 다른 외주부분의 영역에 걸쳐 온도차이를 보일 때에는 반도체 기판의 회전으로 해결될 수 있는 소지의 것이 아니다.

결국, 한 쌍의 반도체 기판을 공정처리함에 있어서, 이러한 온도구배의 편차는 공정 균일성 확보를 위해 해결되어야할 과제이다.

다음으로, 전기된 온도구배의 균일성 외에도 히터장치의 구조적인 배치에 대하여 문제점이 발생된다. 이것은 반응챔버로의 서셉터 탑재시 히터장치와의 간섭에 따른 구조적인 문제이다.

즉, 홀더에 반도체 기판을 탑재시키고, 이것이 다시 서셉터에 탑재시켜 지지로울러에 회전시키면서 반도체 기판을 협소한 간극으로 대면시키기 위하여는, 상기 서셉터가 그 대면방향으로 볼록한 형상을 취하게 되어 내부로 오목한 홈을 형성하 게 된다.

이러한 서셉터가 반응챔버에 투입될 때, 히터장치가 고정되어 있는 경우, 서셉터의 외주에 근접하게 이격된 위치가 고정위치의 한계이다.

이때, 히터장치의 가열면과 반도체 기판 사이에는 이격거리가 발생되고, 가열면으로서 충분한 기능을 기대하기 어렵다. 따라서, 서셉터의 탑재완료 후 그 오목한 부분으로 히터장치가 삽입되어 탑재되도록 하여, 반도체 기판과 가열원을 최대한 근접시키는 초기세팅을 수행할 필요가 있다.

다음으로, 이러한 한 쌍의 반도체 기판을 입상시켜 처리하는 반도체 제조장치는 배기노즐을 적절하게 배치시키기 어렵다는 문제점이 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 전기된 바와 같이 에피공정의 주요요소는 특히 온도와 반응가스이며, 한 쌍의 기판처리는 상부에서 하부로 흐르는 공정가스의 흐름상에 그 경계로서 반도체 기판을 대면시키고 있다.

이때, 상기 배기노즐은 대면된 홀더와 홀더 사이에 최대한 근접하게 배치되어 투입된 반응가스를 수거할 것이 요구하기 때문에, 공급노즐 대비 대면적의 흡입부(공간)이 필요하게 된다.

즉, 배기노즐은 그 두께가 대면된 반도체 기판 사이에 최대한 근접하게 형성될 것이 요구된다. 이러한 상황에서 전기 일본 특공개 2000-124135 등은 배기노즐이 보트와 함께 탑재되어 배기노즐이 반도체 기판 사이에 최대한 밀착되어 있다.

그런데, 대구경 반도체 기판의 반응챔버 탑재시, 보트의 이동범위가 큰 것을 감안할 때, 고온의 배기가스를 수거하기 위한 배기노즐 및 그 주변장치를 보트에 함께 구비하는 것은 기기의 신뢰성 측면에서 바람직하지 못하다.

한편, 화학기상 증착의 대상은 반도체 기판 표면인데, 이 반도체 기판을 반응공정에 배치시키기 위하여 이를 지지하는 다른 부품에도 증착이 발생되고, 특히 반도체 기판의 뒷면(Back Side)에도 증착이 수행되어, 이를 방지하기 위한 장치의 개선이 요구된다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 고온공정과 대구경의 처리가 요구되는 반도체 제조장치에서 한쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 대면시켜 공정처리하는 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이를 위한 본 발명은 크게 공정공간을 제공하는 반응챔버와 이 반응챔버에 탑재되는 공정처리 장치로서 서셉터를 포함한 보트 및 서셉터를 회전시키기 위한 구동장치와, 히터장치 및 히터장치를 상기 서셉터의 내부공간으로 삽입시키기 위한 탑재장치와, 배기노즐 및 이 배기노즐을 서셉터의 홀더 사이의 공간으로 삽입시키기 위한 승강장치로 이루어진다.

그리고, 이러한 공정처리 장치는 반응챔버로부터 분리되어 마련되며, 그 이송을 유지하면서 반응챔버와의 기밀을 유지하기 위하여 벨로우즈 커버가 매개된다.

이러한 기밀유지에 의해 반응챔버의 공정이 수행됨과 아울러, 반응챔버에는 퍼지가스가 공급되어, 반도체 기판의 백사이드 증착이 방지되고, 서셉터 외주상에 가스커튼이 마련되어 미세분진에 의한 기판의 오염이 방지된다.

그리고, 히터장치는 반도체 기판의 영역에 대하여 주가열 영역으로 중심부영역과 이 중심부영역을 방사상으로 포위하는 주변영역으로 구분하고, 이 주변영역을 방사상으로 포위하여 반도체 기판의 외주영역을 별도로 가열시키는 외주부영역과, 이 외주부 영역을 방사상으로 포위하며 실온과의 경계를 완충시키는 공간으로서 완충영역으로 구분시켜 형성하고, 이것의 온도제어를 외부조건에 따라 달리함으로써, 반도체 기판의 온도구배를 균일하게 유지하게 된다.

이하, 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

예시도면 도 1 은 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 전체 개념을 위한 설명도로서, 도 1a 는 본 발명에 따른 반도체 제조장치를 나타낸 외관설명도이고, 도 1b 는 본 발명에 따른 반도체 제조장치에서 공급노즐과 배기노즐의 배치상태를 나타낸 개념설명도이다.

예시도면 도 2 ~ 4 는 본 발명에 장착되는 서셉터 및 구동장치를 설명하기 위한 개념도로서, 도 2a 는 본 발명에 따른 서셉터를 나타낸 분해설명도이며, 도 2b 및 도 2c 는 서셉터 및 여기에 접속되는 구동장치를 나타낸 확대설명도이다.

그리고, 도 3a 는 서셉터가 포함된 반도체 제조장치의 정단면설명도이고, 도 3b 는 도 3a 에서 상부의 확대단면설명도이다.

그리고, 도 4a~b 는 서셉터 구동장치의 작동상태를 나타낸 확대단면설명도이고, 도 4c 는 구동축의 냉각장치를 나타낸 개념도이다.

한편, 예시도면 도 5 및 도 6 은 본 발명에 장착되는 히터 및 탑재장치를 설 명하기 위한 개념도로서, 도 5 는 본 발명에 따른 히터장치의 탑재상태와 탑재장치로부터의 히터장치의 탈거를 나타낸 단면 설명도이다.

그리고, 도 6 에서 도 6a 은 본 발명에 따른 히터장치에서 가열면의 구분된 가열영역을 나타낸 개념도이며, 도 6b 는 구분된 가열영역에 배치된 저항가열선의 배치로서 히터패턴을 나타낸 설명도이며, 도 6c 는 구분된 가열영역에 배치된 반도체 기판과 노즐을 나타낸 개념설명도이다.

한편, 예시도면 도 7 은 본 발명에 따른 배기노즐을 나타낸 설명도로서, 도 7a 는 예시도면 도 1b 가 참조된 측단면 설명도이고, 도 7b 는 도 7a 에서 승강장치를 나타낸 확대단면설명도이다.

그리고, 도 7c 는 도 7a 와 대응되는 정단면 설명도로서, 승강장치에 따른 배기노즐의 승강 및 상기 구동장치에 따른 서셉터로의 접속과 탑재장치에 따른 서셉터로의 히터장치 삽입을 나타내고 있으며, 도면 중첩상 히터장치의 탑재장치는 제외된 것을 나타내고 있다.

이러한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면, 본 발명은 밀폐된 공정공간을 제공하는 반응챔버(24);

상기 반응챔버 내에서 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)의 배면방향으로부터 열처리를 수행하기 위하여 중앙이 개방된 링형상의 홀더(10)가 탄착되어 반도체 기판(100)을 서로 대면되게 장착시키는 한 쌍의 서셉터(18) 및 지지로울러(22)에 의해 상기 서셉터(18)를 회전가능하게 지지하며 상기 반응챔버로 투입되는 보트(22) 및;

상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재 후에 상기 한 쌍의 서셉터 지지로울러(20) 중 각각의 어느 하나 지지로울러를 구동로울러(20')로 상기 구동로울러(20')에 접속되어 상기 서셉터를 회전시키는 구동장치(26);

상기 반응챔버 내에서 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)의 열처리를 수행하기 위하여 상기 반도체 기판(100)의 배면에 배치되는 한 쌍의 히터장치(80) 및;

상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재 후에 상기 서셉터(18)의 내부 공간으로 히터장치(80)를 삽입시켜 히터장치(80)의 가열면을 대면된 반도체 기판(100)의 배면에 근접시키는 탑재장치(90);

상기 대면된 반도체 기판(100)의 상부 영역을 포위하게 형성되는 공급노즐(76)과 별도로 상기 대면된 반도체 기판(100)의 하부 영역을 포위하게 형성되는 배기노즐(78) 및;

상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재/인출 전에 상기 배기노즐(78)을 최소한 상기 홀더(10)와의 간섭을 회피하여 반응챔버(24) 하부에서 대기시킴과 아울러, 탑재 완료 후에 상기 반도체 기판(100)의 하부 영역을 포위하게 상기 배기노즐(78)을 홀더(10) 사이로 삽입시키는 승강장치(90)가 포함되어 이루어진 반도체 제조장치이다.

여기서, 반응챔버(24)에는 대면된 서셉터(18)의 배면방향에서 반도체 기판(100)의 배면으로 상기 반도체 기판(100) 배면의 증착을 방해하는 퍼지가스가 공급되도록 퍼지가스 공급부(38)가 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 반응챔버(24)에 공급되는 퍼지가스는 H2 가스인것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반응챔버(24)에는 공정진행 중 밀폐를 수행하기 위하여 상기 반응챔버(24)와 분리되어 장착된 상기 구동장치(26)의 구동축(48)과 상기 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(69)가 장착되고, 상기 히터장치(80)와 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(87)가 장착되며, 상기 배기노즐(78)의 배기관(79)과 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(89)가 장착된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 반도체 제조장치에 의해 본 발명에서는 대면된 한 쌍의 반도체 기판을 처리하는 반도체 제조방법이 제공된다.

즉, 본 발명은 외부로부터 기밀된 공정공간인 반응챔버(24)로 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)을 탑재하는 반도체 기판 탑재 단계:

반도체 기판(100) 탑재 후, 상기 한 쌍의 대면된 반도체 기판을 공정처리하기 위하여 상기 서셉터(18)의 지지로울러 중 어느 하나의 지지로울러를 구동로울러(20')로 상기 구동로울러와 구동축(48)으로 접속하며, 아울러 히터장치(80)를 반도체 기판 배면방향으로 이동시켜 가열면을 반도체 기판(100) 배면에 근접시키며, 아울러 반도체 기판(100)의 절반된 하부를 포위하는 배기노즐(78)을 대면된 홀더(10) 사이의 간격으로 삽입시키는 공정장치 탑재단계:

공정장치 탑재 후 공정이 진행되는 공정진행단계로 이루어진 반도체 제조방법이다.

여기서, 공정장치 탑재단계에는 공정장치로서 구동로울러와 접속되도록 이동되는 구동축(48)과 반도체 기판 배면방향으로 이동되는 히터장치(80)와 홀더 사이의 간격으로 삽입되게 이동되는 배기노즐(78)은 반응챔버(24)와의 기밀을 유지하면 서 이동시킨 것을 특징으로 한다.

그리고, 공정진행단계에는 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 배면으로 각각 퍼지가스를 공급하여 반도체 기판(100)의 배면에 증착이 수행되는 것을 방해시키는 백사이드 증착 방해단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

아울러, 공정진행단계에는 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100)의 서셉터(18) 외주로 각각 퍼지가스를 공급하여 서셉터 외주의 지지로울러(20)와 서셉터(18) 외주 사이에 가스커튼(34)을 형성시켜 대면된 서셉터(18) 사이로 미세분진의 침투를 방지하는 방오단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

한편, 공정진행단계에는 히터장치에 의해 가열되는 가열영역을 반도체기판(100)과 동심상으로 형성되어 반도체 기판(100)의 중심부영역을 가열시키는 중심부영역(102)과, 이 중심부영역(102)을 포위하여 그 외측을 가열시키는 주변영역(104)과, 이 주변영역(104)을 포위하며 반도체 기판(100)의 외주가 포함되는 영역을 가열시키는 외주부영역(106) 및 이 외주부영역(106)을 포위하여 이것과 실온의 간섭을 완화시키는 공간으로서 가열되는 완충영역(108)으로 구분하여 가열을 수행하며, 상기 주변영역(104)과 외주부영역(106)과 완충영역(108)은 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할시켜 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 별도로 담당하는 열처리단계가 포함된 것을 특징으로 한다.

여기서, 완충영역(108)에 공급노즐(76)의 출구를 배치시켜 반응가스를 예열시킨 다음 분사시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 외주부영역(106)에서 상부의 영역은 반응가스의 공급노즐(76) 출구와 반도체 기판(100) 사이의 공간을 포함시켜 분사된 반응가스를 가열시킨 다음 반도체 기판(100)으로 공급시키는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 한 쌍의 반도체 기판을 대면시켜 공정처리하는 반도체 제조장치 및 반도체 제조공정을 제공한다.

이러한 본 발명의 반도체 제조장치는 크게 공정공간을 제공하는 반응챔버와 이 반응챔버에 탑재되는 공정처리 장치로서 서셉터를 포함한 보트 및 서셉터를 회전시키기 위한 구동장치와, 히터장치 및 히터장치를 상기 서셉터의 내부공간으로 삽입시키기 위한 탑재장치와, 배기노즐 및 이 배기노즐을 서셉터의 홀더 사이의 공간으로 삽입시키기 위한 승강장치로 이루어진다.

이러한 각 구성요소를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전체적으로는 예시도면 도 1 과 같이, 공정공간을 제공하는 반응챔버가 마련되며, 반응챔버(24)는 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 및 이를 보유지지하는 서셉터(18)와 이 서셉터가 설치되는 보트(22)를 수용하는 크기를 갖는다.

이러한 반응챔버(24)의 상부에서 하부로 반응가스의 흐름이 조성되며, 이를 위해 반응챔버(24)의 상부에는 공급노즐(76)이 배치되고, 하부에는 배기노즐(78)이 배치된다.

그리고, 상기 반응챔버(24)의 양측부에는 고온의 환경을 조성하기 위한 히터(80)와, 서셉터(18)의 구동로울러(20')와 접속하는 구동장치(26)가 설치된다.

그리고, 상기 보트(22)는 반응챔버(24)로 투입된 서셉터(18)의 후방을 폐쇄하여 밀폐된 공간을 제공하는 보트캡(82)을 포함하며, 보트캡(82)은 이동레일(84) 에 설치된다.

이러한 보트(22)에 엔드이펙터(미도시)를 통해 반도체 기판(100)이 홀더(10)에 탑재되고, 홀더(10)는 다시 엔드이펙터를 통해 서셉터(18)에 탑재된다.

여기서, 구동장치를 포함한 서셉터의 구성요소를 도 1 과 도 5 및 도 6 에 의해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

서셉터(18)는 구체적으로 서셉터(18)와 홀더(10)와 지지패널(14)로 구분되며, 서셉터(18)는 탄착구(16)를 통해 홀더(10)를 탄착시키며, 홀더(10)는 탄착구(12) 및 지지패널(14)을 통해 반도체 기판(100)을 거치시키게 되고, 여기에 방오구가 추가된다.

더욱 구체적으로 상기 도 2 와 도 3 을 참조하여 서셉터(18)에 장착되는 반도체 기판(100)을 설명하면, 홀더(10)는 반도체 기판의 정면(공정반응면)에 대하여 그 외주단, 구체적으로는 정면 외주단에 간섭될 정도로 개방되어 있으며, 그 배면으로는 반도체 기판의 배면 외주단에 간섭될 정도의 링형상의 지지패널(14)이 탄착구에 의해 장착된다. 이에 의해 탄착구에 의한 반도체 기판의 압박력은 작용되지 않게 된다.

다음으로, 상기 서셉터(18)는 탑재된 반도체 기판을 서로 근접하게 대면시키기 위해 정면으로 볼록한 접시형상을 취하게 되며, 그 외주로는 지지로울러(20)와 접촉되는 구동외주부(28)가 돌출되게 형성된다.

그리고, 상기 서셉터(18)에는 상기 지지로울러(20)에 대하여 반도체 기판 방향으로 서셉터의 외주를 둘러싸게 설치되며 반도체 기판(100) 방향으로 분진침투를 방지하는 방오구가 형성된다.

여기서, 방오구는 지지로울러(20)와 접촉되는 서셉터의 구동외주부(28)와 장착된 반도체 기판(100)와 사이에서 상기 서셉터(18)의 외주상에 방오링(30)이 돌출되어 이루어진다.

즉, 상기 방오링(30)은 미세분진의 침투방향에 대하여 물리적으로 대응되는 돌출구조물로서 작용을 수행한다.

더 나아가, 상기 방오구는 반응챔버(24)에는 대면된 서셉터(18) 사이로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부(36)가 형성되고, 이 퍼지가스 공급부(36)에 의해 제공된 퍼지가스로 가스커튼부(34)가 형성된다.

이와는 별도로, 반응챔버(24)에는 대면된 서셉터(18)의 배면방향에서 반도체 기판(100)의 배면으로 상기 반도체 기판(100) 배면의 증착을 방해하는 퍼지가스가 공급되도록 퍼지가스 공급부(38)가 형성된다.

상기 가스커튼부(34)를 형성하기 위하여 퍼지가스 공급부가 반응챔버(24)에 설치되며, 공급되는 퍼지가스는 H2가스이다.

상기 반응챔버(24)내로 투입된 퍼지가스는 상기 대기챔버(120)에 형성된 퍼지배기관(122)를 통해 배출된다.

한편, 이러한 서셉터(18)에 반도체 기판이 탑재되면 반도체 기판은 입상되어 서로 대면되며, 지지로울러(20)에 의해 서셉터(18)는 회전이 가능하게 대기된다.

상기 서셉터(18)의 지지로울러(20) 중 어느 하나에는 도 2b 와 같이 접속구(52)가 형성되며, 접속구(52)에는 구동장치의 구동축(48)과 접속되기 위하여 도 시된 바와 같이 스플라인홈이 형성되어 있다.

이러한 접속구(52)를 통해 보트가 반응챔버(24)에 탑재가 완료된 다음, 구동장치가 이송되어 도 2c 도 4a,4b 와 같이 접속이 수행된다.

이때, 서셉터 구동장치는 벨로우즈 커버(69)를 통해 반응챔버(24)와 밀폐되게 장착된다. 이것은 상기된 바와 같이 퍼지가스로 폭발성의 H2 가스가 유입되므로, 반응챔버(24) 외측으로의 유출을 방지할 필요가 있고, 또한 공정을 진행하기 위한 저압(진공) 환경을 위하여 밀폐될 필요가 있으며, 공정진행 중의 폐가스(독가스)의 유출방지를 위하여도 밀폐될 필요가 있기 때문이다.

이러한 밀폐장치와 구동장치를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 구동장치(26)는 반응챔버(24) 외부로 지지프레임(40)이 설치되고, 이 지지프레임(40)에 레일(42)과 이 레일에서 슬라이딩되는 이송패널(44)이 설치된다.

그리고, 상기 이송패널(44)을 왕복시키는 이송장치(46)가 지지프레임에 설치되며, 상기 이송패널에는 상기 구동로울러(20')를 회전시키기 위한 구동축(48)을 포함하는 구동모우터(50)가 설치됨과 더불어, 상기 구동로울러(20')에는 상기 구동축(48)과 접속되는 접속구(52)가 형성된다.

여기서, 상기 구동축(48)은 상기 반응챔버(24)에 관통되면서 반응챔버(24)의 기밀을 유지하기 위하여, 구동축(48)이 관통되어 이동되는 반응챔버(24)의 관통홀에 반응챔버 장착링(64)이 설치되고 상기 접속구와 접속된 구동축의 반응챔버(24)와 근접한 위치에 구동축(48)을 포위하여 기밀시키는 실링구(66)가 설치된다.

상기 실링구(66)는 회전되는 구동축(48)의 기밀을 유지시키는 수단으로서, 예를 들어 마그네틱 쉴드이다.

이러한 실링구(66)를 통해 구동축(48)의 기밀을 유지시키고, 이 실링구(66)와 반응챔버장착링(64) 사이에 구동축(48)의 이동을 유지시키면서 구동축의 외주를 기밀시키는 벨로우즈 튜브(68)가 설치된 것이다.

다음으로, 이러한 장치들이 설치된 이송패널(44)을 이송시키기 위한 이송장치(46)는 상기 지지프레임(40)에 이송모우터(54)가 설치되고, 이 이송모우터(54)의 구동축이 이송보울트구(56)가 장착되며, 이 이송보울트구(56)에는 이와 결합되어 회전운동을 직선운동으로 변형시켜 왕복을 수행하는 이송너트구(58)가 장착된다.

그리고, 상기 이송너트구(58)에 지지로드(60)가 완충스프링(61)과 함께 결합되며, 완충스프링(61)은 도시된 바와 같이 스프링시트를 통해 지지프레임(40)을 지점으로 지지로드(60)를 이송너트구(58)에 탄착시킨다. 그리고, 이러한 지지로드(60)가 이송패널(44)과 결합되어 이송장치가 이루어진다.

상기 이송너트구(58)와 지지로드(60)의 분리 및 완충스프링(61)을 통한 지지로드(60)의 후방 탄착은 구동축(48)의 이동에 대한 접속공차 또는 접속충격을 완화시키기 위함으로, 구동축(48)의 접속시 그 선단이 어느 정도 접속한계를 넘어서 이동되더라도 그 변위만큼 지지로드가 뒤로 밀려나며, 이때 완충스프링(61)은 지지로드(6)의 어느 정도 유격이동을 허락하면서도 상기 지지로드(60)를 탄성지지시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 접속구(52)와 구동축(48)은 스플라인 결합되며, 구동축의 선단에는 스플라인 결합을 유도하기 위한 가이드 테이퍼면(62)이 형성된다.

상기 가이드 테이퍼면(62)은 스플라인의 암수 결합에 있어서, 수부가 점차 확대되도록 구비되어 최초 접속시 암수의 홈과 돌기가 정확히 일치되지 않더라도, 그 삽입의 완료시점에서 이들이 서로 일치되도록 유도하는 경사면의 조합이다.

상기 도 2b 에 도시된 스플라인은 다각형으로서 4각의 스플라인이 형성된 것을 나타내고 있으나, 여기에 국한된 것은 아니며, 좀 더 많은 수의 다각 또는 곡면으로 마무리된 스플라인이 적용되어 무방하다.

이러한 서셉터 구동장치(26)에 의해 기밀이 유지되면서 서셉터의 접속구(52)와 접속되고, 각각의 서셉터(18)는 직결되는 구동장치에 의해 정밀한 회전수 제어가 수행된다.

이때, 서셉터(18)의 구동, 즉 공정의 진행 중에 에피공정과 같은 고온공정은 구동축으로 상당량의 열이 전달될 우려가 있으며, 구동축에 전달된 열은 구동모우터, 특히 자력을 손상시킬 우려가 있다.

이에 의해 구동모우터(50)로의 열전달을 차단시킬 필요가 있고, 또한 구동축(48)의 열손상을 방어할 필요가 있다.

이러한 이유에서, 본 발명은 상기 구동축(48)은 구동모우터의 회전축(70) 사이에 단열재로 이루어지며 스플라인 결합되는 커플러(72)에 의해 결합된다.

더 나아가, 상기 구동축(48)은 냉각장치를 포함하며, 냉각장치는 구동축(48)에 냉각수로(74)가 형성되고, 이 냉각수로에는 회전되는 구동축의 상기 냉각수로에 냉각수를 공급시키는 링형상의 냉각수 커넥터(75)가 형성되어 이루어진다.(도 4 참조)

상기 구동축(48)으로의 냉각수로(74)는 입구와 출구를 가지며, 여기에 냉각수 커넥터(75)가 각각 설치된다.

상기 냉각수 커넥터(75)는 회전되는 구동축 외주를 밀폐시키는 실링(미도시)을 포함하여, 구동축(48) 외주에 각각의 냉각수로(74) 입출구 어느 방향에 대하여도 연결되는 연결공간을 제공하며, 이에 의해 구동축이 회전되더라도 고정된 냉각수 커넥터(75)는 그 각각으로 냉각수로의 입구와 출구에 연결되어 냉각수를 공급 배출시키게 된다.

이러한 본 발명에 의해 상기 냉각수로(74)에 공급된 냉각수는 구동축에 전달된 열을 냉각시켜 구동축이 열손상(열변형)되는 것을 방지시키게 된다.

다음으로, 탑재장치를 포함한 히터장치의 구성요소를 도 1 과 도 5 및 도 6 에 의해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 도 5 는 반응챔버의 정단면 설명도로서, 상기 도 3 과 대응되어지나, 도면상 상기 구동장치와 탑재장치의 중첩을 피하기 위해 상기 구동장치의 도시는 제외된 것을 나타내고 있다.

그리고, 설명의 편의를 위해 절반이 도시되며, 나머지는 대칭된 구조이다.

먼저, 상기 서셉터(18)는 그 외주로 지지로울러(20)에 접촉되어 회전가능하게 상기 보트에 설치되고, 이 지지로울러(20)의 접촉선상 내측으로 반도체 기판(100)을 근접하게 대면시키기 위해 그 대면방향으로 볼록한 접시형상을 취하게 된다.

이러한 서셉터(18)에 반도체 기판(100)이 탑재되면 반도체 기판은 입상되어 서로 대면되며, 전기된 바와 같이 지지로울러(20)에 의해 서셉터(18)는 회전이 가능하게 대기된다.

이때, 반응챔버(24)에 히터장치(80)는 서셉터(18) 외측에 대기되며, 탑재완료 후 탑재장치(92)를 통해 서셉터의 오목한 홈으로 삽입되어 반도체 기판(100)의 배면에 근접하게 탑재된다.

한편, 이러한 탑재장치(92)를 통한 히터장치의 이송을 허락하면서 반응챔버의 기밀을 확보하기 위하여 히터장치(80)와 반응챔버(24)는 분리되고, 벨로우즈 커버(87)가 히터장치(80)와 반응챔버(24)에 매개된다.

구체적으로 벨로우즈 커버(87)는 반응챔버의 관통홀의 외주를 포위하여 장착되는 반응챔버 장착링(112)과 히터장치(80) 및 상기 탑재장치(92)와 결합되는 히터 장착링(114)으로 구분된다.

그리고, 상기 반응챔버 장착링(112)과 히터 장착링(114) 사이에 이를 기밀시키면서 상기 탑재장치를 통한 이송을 허락하는 벨로우즈 튜브(86)가 설치된다.

여기서, 탑재장치(92)는 도시된 바와 같이, 이송을 위한 구동력을 발생시키는 이송모우터(93)가 지지프레임(94)에 설치되고, 이 지지프레임(94)에 상기 이송모우터(93)의 동력을 전달하기 위한 1쌍의 풀리(95)가 설치되어 어느 하나의 풀리(95)가 상기 이송모우터의 회전축과 연결된다.

그리고, 다른 하나의 풀리(95)에는 이송보울트구(96)의 일단과 연결되며, 이송보울트구(96)의 타단은 반응챔버(24)에 회전가능하게 지지된다.

이 이송보울트구(96)와 연동되어 회전에 따른 피치이동(직선이동)을 수행하 는 이송너트구(97)가 이송보울트구(96)에 나합되며, 이 이송너트구(97)가 상기 히터 장착링(114)에 결합되어 이와 일체로 이동되고, 이 히터 장착링(114)이 히터장치(80)와 결합됨으로써, 결국 이송너트구(97)의 이동은 히터 장착링(114)과 함께 히터장치(80)를 이송시켜 반응챔버(24) 내의 반도체 기판(100) 배면으로 탑재를 수행하게 된다.

한편, 이러한 히터 장착링(114)에는 상기 탑재장치와 별도로, 상기 히터장치의 탈장착을 위한 가이드레일(116)이 설치되고, 상기 히터장치(80)는 상기 가이드레일(116)에서 슬라이딩되게 결합된다.

또한, 히터장치(80)는 히터커버(81)와 별도로 탈장착되도록 히터 장착링(114)과 히터장치(80)의 본체 사이에 히터커버(81)의 외주단이 끼워지게 결합된다.

여기서, 히터커버(81)는 투광성의 예를 들어 쿼츠(Quartz) 커버이며 상기 히터장착링(114)과 히터장치(80) 사이에 끼워져 반응챔버(24)로부터 히터장치를 기밀 경계시키게 된다.

이에 따라, 히터장치(80)와 히터 장착링(114)을 체결시키는 체결구(118)를 탈거하여 그 결합을 해제시키면, 상기 가이드레일(116)을 따라 히터장치(80) 본체 만을 간편하게 탈거할 수 있는 것이다.

이러한 히터장치가 반응챔버로 탑재완료된 다음, 서셉터가 회전되면서 공정이 진행되며, 공정은 반응가스가 상기 대면된 반도체 기판(100) 사이로 투입 배출되고, 이때 히터장치(80)에 의해 고온환경이 조성된다.

이러한 고온환경은 반도체 기판(100)의 반응면에 막을 성장시키기 위하여 반도체 기판(100) 상으로 적절한 온도구배를 조성시킬 것이 요구되며, 이를 위한 본 발명은 히터장치(80)로서, 대면된 반도체 기판(100)의 배면방향에서 반도체 기판(100)을 가열시키기 위하여 상기 반도체 기판(100)의 모든 영역을 수용하는 영역으로 가열면을 갖으며, 이 가열면이 제공하는 가열영역은 중심부영역(102)과, 주변영역(104)과, 외주부영역(106) 및 완충영역(108)으로 구분된다.(도 6 참조)

상기 구분된 영역은 모두 독립된 전원공급라인을 가지고 구분되어 서로 다른 가열온도를 갖을 수 있도록 구비되며, 상기 중심부영역을 제외하고 나머지 영역들은 반도체 기판(100)의 상하부에 따라 적어도 2분된 영역을 가지게 된다.

이에 따라, 구분된 가열영역은 적어도 7개의 구분된 영역을 가지며, 이것은 중심부영역(102)과 이를 둘러싸는 2개의 주변영역(104)과, 이 주변영역을 둘러싸는 2개의 외주부영역과, 이 외주부영역을 둘러싸는 2개의 완충영역으로 이루어지는 것이다.(도 6a 참조)

구체적으로, 히터패턴으로 도시된 것은 4분된 영역으로 설정된 것을 나타내고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 4분된 영역의 것은 더욱 미세한 온도제어가 가능하고, 또한 어느 하나의 영역을 히터유닛으로 할 경우, 히터유닛의 손상시 교체에서 재료의 이득을 볼 수 있다.(도 6b 참조)

이러한 본 발명에 따라 설정된 가열영역을 좀 더 상세히 설명하면, 상기 중심부영역(102)은 반도체 기판(100)과 동심상으로 형성되며, 예를 들어 반도체 기판(100)의 1/2직경을 갖는 원형의 영역으로 중심부영역(102)이 형성되고, 이것은 종래에 조성되는 온도로서 수행된다.

상기 주변영역(104)은 상기 중심부영역(102)을 포위하며 중심부영역(102) 외측을 가열시키는 주변영역으로서, 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할되어 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 감당하도록 구비된다.

더욱 구체적으로 상기 주변영역(104)은 상기 중심부영역(102)의 경계로부터 반도체 기판(100) 외주에 근접되는 내부영역을 포위하며, 반응가스의 투입초기에 의하여 반도체 기판(100) 절반 상방의 주변영역 온도가 하방의 것보다 낮을 수 있음에 따라 상방의 주변영역이 더 높게 가열될 수 있다.

다음으로, 주변영역(104)의 외측으로는 상기 주변영역(104)을 포위하며 반도체 기판(100)의 외주가 포함되는 영역을 가열시키는 외주부영역(106)이 형성된다.

구체적으로 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할되어 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 감당하도록 구비되고, 반도체 기판(100)의 외주가 외주부영역(106) 내에 포함되어 외주라인의 내외측으로 외주부영역(106)이 존재되며, 이 외주부영역(106)은 특히 반도체 기판(100)의 외주의 온도가 하락되는 것을 보상시킬 수 있다.

아울러, 외주부영역에서 상부의 영역은 최초 공급되는 반응가스를 가열시킨 다음 반도체 기판(100)으로 공급하는 반응가스의 분사 후 가열영역으로 역할을 수행한다.(도 6c 참조)

이것은 특히, 반응가스의 반도체기판(100)으로의 투입시 반도체기판(100)과의 초기 반응구역상에서 반응가스의 온도에 의한 반도체기판(100)의 공정온도 저하 를 방지시켜 주게 된다.

다음으로, 이러한 외주부영역(106)의 외측으로는 상기 외주부영역을 포위하며 외주부영역과 실온의 간섭을 완화시키는 공간을 형성하는 완충영역(108)이 형성된다.

구체적으로 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할되어 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 감당하도록 구비되며, 상기 외주부영역(106)이 실온과 간섭되어 온도구배가 하락되거나 불균일하게 조성되는 것을 완화시키게 된다.

이것은 상기 외주부영역이 그 자체로서도 반도체 기판(100)의 외주라인을 벗어나는 영역으로 확장되어 있지만, 이것만으로는 반도체 기판(100)의 외주(에지)부분의 온도저하를 충분히 방어할 수 없기 때문이며, 이러한 외주부영역(106)과 실온과의 경계사이에 완화된 구역으로서 완충영역(108)을 설정하여 실온과 외주부영역이 직접 간섭되는 것을 방해한 것이다.

특히, 이러한 완충영역(108)에서 상부의 영역은 반응가스의 공급노즐(76) 출구부위가 배치되며, 이에 의해 반응가스는 분사되기 직전에 반응가스를 예열되면서 분사된다.(도 6c 참조)

따라서, 상기 완충영역(108)에서 그 상부의 영역은 반응가스의 분사 전 예열영역이며, 전기 외주부영역인 반응가스 분사 후 가열영역과 순차적으로 연동되어, 완충영역(108)에 의해 예열된 다음 분사되고, 분사후에 다시 외주부영역(106)에 의해 2차 가열되어 반도체 기판(100)으로 투입되는 것이다.

이러한 본 발명의 가열영역에 의해 반도체 기판(100)에 조성되는 온도구배를 여기에 대한 외란(반응가스 온도, 간섭되는 실온)에 대응하여 더욱 균일하게 조성시킬 수 있는 것이다.

이러한 가열영역은 인가라인과 접지라인을 갖는 하나의 저항가열라인(110)로서 구분된 영역을 담당하는 면적 내로 독립적으로 배치되기 위하여 상기 하나의 저항가열라인이 굴곡되어 이웃되게 배치되어서 하나의 저항가열라인(11)이 상기 해당영역의 면적을 담당하게 된다.(도 6b 참조)

상기 도 6b 에 표시된 점은 인가라인과 접지라인을 나타내며, 가열면의 후방으로 인출되어 전원라인이 연결된다.

도면상으로는 간략한 도시를 위하여 하나의 인가라인과 접지라인을 표시하고 있지만, 해당 인가라인과 접지라인에 모두 전원라인이 연결된다.

이러한 히터패턴을 통해 해당영역에 독립적으로 하나의 저항가열라인이 구비되고, 이 저항가열라인이 촘촘하게 굴곡되어 해당영역인 면적을 채움으로써, 독립된 가열면을 형성하게 되는 것이다.

다음으로, 승강장치를 포함한 배기노즐의 각 구성요소를 도 1과 도 7 에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 상기 도 7c 에서는 도면상 상기 구동장치와 탑재장치의 중첩을 피하기 위하여 구동장치가 제외된 것을 나타낸다.

전기된 바와 같이, 상기 서셉터(18)는 그 외주로 지지로울러(20)에 접촉되어 회전가능하게 상기 보트에 설치되고, 이 지지로울러(20)의 접촉선상 내측으로 반도 체 기판(100)을 근접하게 대면시키기 위해 그 대면방향으로 볼록한 접시형상을 취하게 된다.

그리고, 반응챔버(24)의 상부에서 하부로 반응가스의 흐름이 조성되며, 이를 위해 반응챔버(24)의 상부에는 공급노즐(76)이 배치되고, 하부에는 배기노즐(78)이 배치된다.(도 1b 참조)

이때, 공급노즐(76)은 보트(22)의 탑재와 해제가 수행될 때, 홀더(10) 사이에서 홀더와 간섭을 우려하지 않을 정도로 충분히 얇은 노즐두께를 가지고 있으므로, 반응챔버(24)에 고정되게 구비되어도 무방하다.

반면, 배기노즐(78)은 반응챔버(24)와 분리되어 구분되며, 또한 상기 보트(22)와도 별도로 구비되고, 이에 따라 반응챔버(24)로의 보트 탑재/인출 전에 보트(22)와의 간섭을 회피하기 위하여 보트 하부에 대기된다.

이것은 상기 배기노즐(78)은 상기 공급노즐(76)과 달리 반응가스를 수집하기 위하여 공급노즐(76) 대비 대면적의 흡입부(공간)이 필요하게 된다. 즉, 대면된 홀더(10)와 홀더(10) 사이에 최대한 근접하게 배치되어 투입된 반응가스를 수거할 것이 요구된다.

그런데, 보트(22)의 이동범위가 큰 것을 감안할 때, 고온의 배기가스를 수거하기 위한 배기노즐 및 그 주변장치를 보트에 함께 구비하는 것은 기기의 신뢰성 측면에서 바람직하지 못하다.

이때, 상기 배기노즐(78)을 반응챔버(24)에 고정되게 장착시킬 경우, 보트(22)의 이송경로에 대하여 홀더(10) 사이에서 마찰될 수 있으며, 마찰은 반응챔 버(24) 내에 미세분진을 발생시켜 공정공간을 오염시킬 우려를 발생시킨다.

따라서, 상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재/인출 전에 최소한 상기 홀더(10)의 하부에서 대기되면서 탑재 완료 후 홀더(10) 사이로 탑재되도록 배기노즐(78)에 승강장치가 설치된 것이다.

구체적으로, 배기노즐(78)은 대면된 반도체 기판의 하부 영역을 포위하게 반원상으로 홀더(10) 사이에 배치되며, 배기노즐(78)의 대기시 상기 반원상의 배기노즐 양단이 홀더(10)와 상하상으로 이격되도록 반응챔버(24)에 설치된다.

여기서, 홀더(10)와의 이격은 홀더 사이의 공간에서 그 외주경계를 이루는 부분과의 이격을 의미하며, 구체적으로는 홀더를 보유지지하기 위하여 중앙으로 볼록한 서셉터(18)의 부분도 포함한다.

그리고, 반응챔버(24)에는 그 하부에 상기 배기노즐(78)이 대기되는 대기챔버(120)가 형성된다.

이러한 대기챔버(120)를 통해 배기노즐(78)의 상당구역이 수납되며, 또한 공정진행 중에는 상기 반응챔버에 별도로 마련된 고정된 장소인 대기챔버(120)에서 퍼지가스를 수거하게 된다.

한편, 이러한 반응챔버(24)의 하부에 승강장치(90)가 구비되며, 이 승강장치(90)에 벨로우즈 커버(89)와 함께 배기노즐(78)이 결합된다.

구체적으로 벨로우즈 커버(89)는 배기노즐의 배기관(79) 배치를 위해 형성된 반응챔버의 일부로서 상기 대기챔버(120)의 관통홀 외주를 포위하여 장착되는 반응챔버 장착링(124)과, 상기 배기노즐(78)의 승강을 위해 승강장치(90)의 체결브라 켓(126)에 장착되며 배기관(79)의 외주를 밀폐시키는 패킹(128)이 설치된 브라켓 장착링(130)으로 구분된다.

그리고, 상기 반응챔버 장착링(124)과 상기 브라켓 장착링(130) 사이에 기밀되면서 상기 승강장치(90)를 통한 이동을 허락하는 벨로우즈 튜브(88)가 설치되어 이루어진다.

다음으로, 상기 승강장치는 반응챔버(24) 외부로 지지프레임(132)이 설치되고, 이 지지프레임(132)에 레일(134)과 이 레일(134)을 따라 슬라이딩되는 승강패널(136)이 설치된다.

그리고, 상기 승강패널(136)에 체결브라켓(126)이 형성되어 상기 배기관(79)과 결합되며, 상기 체결브라켓(126)은 상기 브라켓 장착링(130)과 다시 결합된다.

한편, 상기 지지프레임(132)에 승강모우터(138)가 설치되며, 이에 이웃되어 승강모우터(138)로부터 구동력을 전달받는 이송보울트(140)가 설치된다. 여기서, 이송보울트(140)는 풀리(144)에 의해 승강모우터(138)로부터 구동력을 전달받게 된다.

상기 이송보울트(140)에는 이와 나합되어 회전을 직선이동(승강)으로 전환시키는 이송너트구(142)가 설치되며, 이송너트구(142)는 상기 승강패널(136)과 결합되어 일체로 이동된다.

따라서, 반도체 기판(100)이 반응챔버(24)에 탑재되기 전 또는 공정이 완료되어 배출되기 전에는 배기노즐(78)이 하강되어 탑재대기상태를 유지하게 된다.

이때, 벨로우즈 커버(89)는 승강장치에서 배기관(79)의 외주를 둘러싸면서 인장된 상태를 유지하게 된다.

다음으로, 반도체 기판(100)이 반응챔버(24)에 탑재된 후, 승강모우터(138)가 구동되어 풀리(144)에 의해 이송보울트구(140)가 회전되고, 여기에 결합된 이송너트구(142)가 상승되면서 레일(134)을 따라 승강패널(136)이 상승된다.

상기 승강패널(136)과 결합된 체결브라켓(126) 및 브라켓 장착링(130)이 일체로 상승되면서 배기노즐(78)이 상승되며, 이에 의해 배기노즐(78)의 흡입구는 홀더(10) 사이로 삽입되면서 반도체 기판(100)의 외주 하부를 둘러싸게 배치된다.

이때, 상기 벨로우즈 커버(89)는 체결브라켓(126)에 장착되어 압축되면서도 배기관(79)과 반응챔버(24)를 기밀시키게 된다.

다음으로, 서셉터(18)측으로 구동장치(26)가 접속되며, 히터장치(80)가 탑재장치(미도시)에 의해 서셉터(18)의 내부공간으로 삽입된 후 공정이 진행되며, 공정진행이 완료된 다음, 상기 보트를 인출하기 위해 다시 배기노즐(78)이 하강되며, 상기와 역순으로 진행된다.(도 7c 참조)

이러한 본 발명인 반도체 제조장치의 마련과 연동되어, 전기된 반도체 제조공정을 종합적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 외부로부터 기밀된 공정공간인 반응챔버로 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)이 탑재된다.

반도체 기판 탑재 후, 상기 한 쌍의 대면된 반도체 기판을 공정처리하기 위하여 이송장치(46)가 구동되고, 상기 서셉터(18)의 지지로울러(20) 중 어느 하나의 지지로울러를 구동로울러(20')로 상기 구동로울러와 구동축(24)이 접속된다.

이때, 구동장치(26)는 다른 공정장치의 탑재 완료를 위해 대기된다.

한편, 탑재장치(92)를 통해 히터장치(80)가 반도체 기판(100) 배면방향으로 이동되어 가열면이 반도체 기판(100) 배면에 최대한 근접되도록 배치된다.

아울러, 승강장치(90)를 통해 반도체 기판(100)의 절반된 하부를 포위하는 배기노즐(78)을 대면된 홀더 사이의 간격으로 삽입된다.

여기서, 공정장치로서 상기 구동로울러(20')와 접속되도록 이동되는 구동축(48)과 반도체 기판 배면방향으로 이동되는 히터장치(80)와 홀더 사이의 간격으로 삽입되게 이동되는 배기노즐(78)에는 전기 각각의 벨로우즈커버(69)(87)(89)에 의해 그 이동을 유지하면서 반응챔버와의 기밀을 수행하게 된다.

상기 공정장치의 탑재완료 후 공정이 진행되며, 이때 상기 구동장치(26)가 구동되어 서셉터(18)가 회전되고, 히터장치(80)의 가열면이 적열된다.

이때, 공정진행단계에는 전기 반응챔버(24)에 형성된 퍼지가스공급부(36)(38)로 부터 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 배면으로 각각 퍼지가스를 공급하여 반도체 기판의 배면에 증착이 수행되는 것을 방해시키는 백사이드 증착 방해단계와, 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판의 서셉터 외주로 각각 퍼지가스를 공급하여 서셉터(18) 외주의 지지로울러(20)와 서셉터 사이에 가스커튼(34)을 형성시켜 서셉터(18) 내측으로 미세분진의 침투를 방지하는 방오단계가 더 포함된다.

한편, 공정진행단계에는 히터장치(80)에 의해 가열되는 가열영역을 반도체 기판(100)과 동심상으로 형성되어 반도체 기판(100)의 중심부영역을 가열시키는 중심부영역(102)과, 이 중심부영역(102)을 포위하여 그 외측을 가열시키는 주변영역(104)과, 이 주변영역(104)을 포위하며 반도체 기판(100)의 외주가 포함되는 영역을 가열시키는 외주부영역(106) 및 이 외주부영역(106)을 포위하여 이것과 실온의 간섭을 완화시키는 공간으로서 가열되는 완충영역(108)으로 구분시켜 서로 다른 온도구배를 가지게 가열을 수행하며, 상기 주변영역(104)과 외주부영역(106)과 완충영역(108)은 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할되어 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 감당하는 열처리단계가 포함된다.

이때, 상기 완충영역(108)에 공급노즐(76)의 출구를 배치시켜 반응가스를 예열시킨 다음 분사시키게 되고, 상기 외주부영역(106)에서 상부의 영역은 반응가스의 공급노즐(76) 출구와 반도체 기판(100) 사이의 공간을 포함시켜 분사된 반응가스가 가열되어 반도체 기판(100)으로 공급되는 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 반응챔버 외부에서 반응챔버로 관통되어 서셉터와 직결되는 구동장치가 마련되어 정밀한 서셉터의 회전제어가 수행되는 효과가 있다.

이때, 상기 구동장치는 벨로우즈 커버로 매개되어 반응챔버와 함께 밀폐됨으로써, 반응챔버의 기밀을 유지하면서도 서셉터와 단락/접속이 수행되며, 가스커튼이 형성되어 서셉터로 미세분진이 침입되는 것이 더욱 방지되는 효과가 있다.

한편, 반도체 기판을 공정반응시키 위한 히터장치에서 반도체 기판을 포위하 는 가열영역을 그 외부조건에 따라 세부적으로 제어하는 가열영역으로서 중심으로부터 방사상으로 포위하는 영역으로 구분하여 제어함으로써, 반도체 기판의 균일한 온도구배의 형성이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 이러한 히터장치와 반응챔버는 벨로우즈 커버를 매개로 결합되어 상기 히터장치가 반도체 기판의 배면에 근접하게 배치되도록 반응챔버에 탑재될 때, 히터장치의 이동을 허락하면서도 반응챔버의 기밀을 충분히 유지시킬 수 있는 효과가 있으며, 이를 위한 히터 장착링에 가이드레일을 통해 히터장치가 결합됨으로써, 히터장치의 탈착이 용이하다는 이점도 있다.

한편, 한 쌍의 반도체 기판을 대면시켜 공정처리함에 있어서, 배기노즐을 보트 및 반응챔버와 분리되게 마련시키고, 보트의 반응챔버 탑재완료 후에 승강장치를 통해 배기노즐을 반도체 기판 사이로 탑재시킴으로써, 대면된 반도체 기판사이로 충분한 흡기구를 조성하는 배기노즐이 탑재되면서도 장치의 신뢰성이 확보되는 효과가 있다.

이때, 이러한 배기노즐과 반응챔버는 벨로우즈 커버를 매개로 결합되어 상기 배기노즐이 승강되어도 그 이동을 허락하면서도 반응챔버의 충분한 기밀이 유지되는 효과가 있다.

아울러, 반응챔버로 퍼지가스가 공급되어 이 퍼지가스가 대면된 반도체 기판의 배면으로 공급됨으로써, 반도체 기판 배면으로 유출되어 막이 형성되는 것이 방지되는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 밀폐된 공정공간을 제공하는 반응챔버(24);

   상기 반응챔버 내에서 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)의 배면방향으로부터 열처리를 수행하기 위하여 중앙이 개방된 링형상의 홀더(10)가 탄착되어 반도체 기판(100)을 서로 대면되게 장착시키는 한 쌍의 서셉터(18) 및 지지로울러(22)에 의해 상기 서셉터(18)를 회전가능하게 지지하며 상기 반응챔버로 투입되는 보트(22) 및;

   상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재 후에 상기 한 쌍의 서셉터 지지로울러(20) 중 각각의 어느 하나 지지로울러를 구동로울러(20')로 상기 구동로울러(20')에 접속되어 상기 서셉터를 회전시키는 구동장치(26);

   상기 반응챔버 내에서 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)의 열처리를 수행하기 위하여 상기 반도체 기판(100)의 배면에 배치되는 한 쌍의 히터장치(80) 및;

   상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재 후에 상기 서셉터(18)의 내부 공간으로 히터장치(80)를 삽입시켜 히터장치(80)의 가열면을 대면된 반도체 기판(100)의 배면에 근접시키는 탑재장치(90);

   상기 대면된 반도체 기판(100)의 상부 영역을 포위하게 형성되는 공급노즐(76)과 별도로 상기 대면된 반도체 기판(100)의 하부 영역을 포위하게 형성되는 배기노즐(78) 및;

   상기 보트(22)의 반응챔버(24) 탑재/인출 전에 상기 배기노즐(78)을 최소한 상기 홀더(10)와의 간섭을 회피하여 반응챔버(24) 하부에서 대기시킴과 아울러, 탑재 완료 후에 상기 반도체 기판(100)의 하부 영역을 포위하게 상기 배기노즐(78)을 홀더(10) 사이로 삽입시키는 승강장치(90)가 포함되어 이루어진 반도체 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 반응챔버(24)에는 상기 반도체 기판(100) 배면의 증착을 방해하는 퍼지가스가 공급되도록 각 서셉터(18)의 배면방향으로 퍼지가스 공급부(38)가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
3. 제 2 항에 있어서, 반응챔버(24)에 공급되는 퍼지가스는 H2 가스인것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 반응챔버(24)에는 공정진행 중 밀폐를 수행하기 위하여 상기 반응챔버(24)와 분리되어 장착된 상기 구동장치(26)의 구동축(48)과 상기 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(69)가 장착되고, 상기 히터장치(80)와 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(87)가 장착되며, 상기 배기노즐(78)의 배기관(79)과 반응챔버(24) 사이에 벨로우즈 커버(89)가 장착된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
5. 외부로부터 기밀된 공정공간인 반응챔버(24)로 서셉터(18)를 통해 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)을 탑재하는 반도체 기판 탑재 단계:

   반도체 기판(100) 탑재 후, 상기 한 쌍의 대면된 반도체 기판을 공정처리하기 위하여 상기 서셉터(18)의 지지로울러 중 어느 하나의 지지로울러를 구동로울러(20')로 상기 구동로울러와 구동축(48)으로 접속하며, 아울러 히터장치(80)를 반도체 기판 배면방향으로 이동시켜 가열면을 반도체 기판(100) 배면에 근접시키며, 아울러 반도체 기판(100)의 절반된 하부를 포위하는 배기노즐(78)을 대면된 홀더(10) 사이의 간격으로 삽입시키는 공정장치 탑재단계:

   공정장치 탑재 후 공정이 진행되는 공정진행단계로 이루어진 반도체 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 공정장치 탑재단계에는 공정장치로서 구동로울러와 접속되도록 이동되는 구동축(48)과 반도체 기판 배면방향으로 이동되는 히터장치(80) 및 홀더 사이의 간격으로 삽입되게 이동되는 배기노즐(78)은 반응챔버(24)와의 기밀을 유지하면서 이동시킨 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서, 공정진행단계에는 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 배면으로 각각 퍼지가스를 공급하여 반도체 기판(100)의 배면에 증착이 수행되는 것을 방해시키는 백사이드 증착 방해단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
8. 제 5 항에 있어서, 공정진행단계에는 상기 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100)의 서셉터(18) 외주로 각각 퍼지가스를 공급하여 서셉터 외주의 지지로울러(20)와 서셉터(18) 외주 사이에 가스커튼(34)을 형성시켜 대면된 서셉터(18) 사이로 미세분진의 침투를 방지하는 방오단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
9. 제 5 항에 있어서, 공정진행단계에는 히터장치에 의해 가열되는 가열영역을 반도체 기판(100)과 동심상으로 형성되어 반도체 기판(100)의 중심부영역을 가열시키는 중심부영역(102)과, 이 중심부영역(102)을 포위하여 그 외측을 가열시키는 주변영역(104)과, 이 주변영역(104)을 포위하며 반도체 기판(100)의 외주가 포함되는 영역을 가열시키는 외주부영역(106) 및 이 외주부영역(106)을 포위하여 이것과 실온의 간섭을 완화시키는 공간으로서 가열되는 완충영역(108)으로 구분하여 가열을 수행하며, 상기 주변영역(104)과 외주부영역(106)과 완충영역(108)은 반응가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할시켜 반도체 기판(100)의 상부와 하부영역을 별도로 담당하는 열처리단계가 포함된 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 완충영역(108)에서 상부의 영역은 공급노즐(76)의 출구를 배치시켜 반응가스를 예열시킨 다음 분사시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서, 외주부영역(106)에서 상부의 영역은 반응가스의 공급노즐(76) 출구와 반도체 기판(100) 사이의 공간을 포함시켜 분사된 반응가스를 가열시킨 다음 반도체 기판(100)으로 공급시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조방법.

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