KR100899895B1 - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조 장치에서 한 쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 서로 대면시켜 공정 처리하는 반도체 제조 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 밀폐된 공정 공간을 제공하는 반응 챔버(24); 상기 반응 챔버로 대면하는 한 쌍의 웨이퍼(100)를 탑재/인출시키는 보트(22) - 보트(22)는 한 쌍의 웨이퍼가 각각 장착되는 중앙이 개방된 링 형상을 갖는 한 쌍의 서셉터(10)와, 복수개의 지지 롤러(20)에 의해 회전 가능하게 지지되면서 한 쌍의 서셉터(10)가 각각 장착되는 한 쌍의 회전테이블(18)을 포함함 -; 반응 챔버(24) 내에서 소정의 에피 공정을 수행하기 위하여 한 쌍의 반도체 기판(100)의 배면에 각각 배치되는 한 쌍의 히터부(80); 및 한 쌍의 반도체 기판(100)의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐(76)과, 한 쌍의 반도체 기판(100)의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 배기시키는 배기 가스 노즐(78)을 포함한다.
반도체, 에피층, 실리콘 웨이퍼

Description

반도체 제조 장치{Semiconductor Manufacturing Apparatus}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 한 쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 서로 대면시켜 공정 처리하여 반도체 기판 상에 에피층을 형성하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
에피층(epitaxial layer) 형성은 단결정 웨이퍼 표면에 웨이퍼 재질과 동일한 또는 다른 재질의 단결정층을 성장시키는 것으로서, 양질의 에피층을 형성시켜야지만 이러한 에피층에 제조되는 반도체 소자의 특성 또한 양질일 수가 있다.
일반적으로 실리콘 에피층을 형성하는 방법으로는 고온으로 가열된 실리콘 웨이퍼 상에 수소와 같은 캐리어 가스와 같이 실리콘 소스가스(SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH4 등)가 공급되면서 실리콘 단결정이 성장되는 화학 기상 증착 방법이 채택되어 왔다.
그리고, 통상적으로 에피층 형성시에는 웨이퍼의 처짐이 야기되는 고온 열 환경이 조성된다는 점, 막 특성의 균일성을 얻기 위한 공정 가스의 분포 제어가 중요하다는 점 등을 고려하여 장치 설계가 용이한 매엽식, 즉 한 배치에 하나의 웨이 퍼가 처리되는 방식이 선호되어 왔으나, 이러한 매엽식 장치는 생산성 측면에서 치명적인 약점을 가지고 있기 때문에 두 개 이상의 웨이퍼 상에 동시에 에피층을 성장시킬 수 있는 반도체 제조 장치의 개발 필요성이 대두되고 있다.
하지만 에피층 성장은 실제 공정 온도가 1,000℃ 근방의 고온 환경을 요구하므로, 이러한 환경 하에서는 동시에 처리해야 할 웨이퍼의 개수가 설령 두 개라고 하여도 장치 설계상 어려운 점이 많다. 특히, 동시에 입상되는 한 쌍의 웨이퍼 각각에 대하여 기판 온도, 가스 압력, 가스 조성 및 가스의 흐름 등 에피층 특성에 영향을 미칠 수 있는 모든 공정 변수가 균일하게 제어될 수 있는 반도체 제조 장치의 개발이 필수적이다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한 쌍의 반도체 기판을 입상된 상태로 대면시켜 에피층을 형성할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 밀폐된 공정 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응 챔버로 대면하는 한 쌍의 웨이퍼를 탑재/인출시키는 보트 - 상기 보트는 한 쌍의 웨이퍼가 각각 장착되는 중앙이 개방된 링 형상을 갖는 한 쌍의 서셉터와, 복수개의 지지 롤러에 의해 회전 가능하게 지지되면서 상기 한 쌍의 서셉터가 각각 장착되는 한 쌍의 회전테이블을 포함함 -; 상기 반응 챔버 내에서 소정의 에피 공정을 수행하기 위하여 상기 한 쌍의 반도체 기판의 배면에 각각 배치되는 한 쌍의 히터부; 및 상기 한 쌍의 반도체 기판의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐과, 상기 한 쌍의 반도체 기판(100)의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 배기시키는 배기 가스 노즐 - 상기 배기 가스 노즐은 복수개의 배기 라인을 가지고 있음 - 을 포함한다.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 밀폐된 공정 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응 챔버로 대면하는 한 쌍의 웨이퍼를 탑재인출시키는 보트 - 상기 보트는 한 쌍의 웨이퍼가 각각 장착되는 중앙 이 개방된 링 형상을 갖는 한 쌍의 서셉터 와, 복수개의 지지 롤러에 의해 회전 가능하게 지지되면서 상기 한 쌍의 서셉터 가 각각 장착되는 한 쌍의 회전테이블을 포함함- ; 상기 반응 챔버 내에서 소정의 에피 공정을 수행하기 위하여 상기 한 쌍의 반도체 기판의 배면에 각각 배치되는 한 쌍의 히터부; 및 상기 한 쌍의 반도체 기판의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐(76)과, 상기 한 쌍의 반도체 기판의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 배기시키는 배기 가스 노즐 - 상기 배기 가스 노즐의 배기 라인에는 배기홀이 형성되어 있음 - 을 포함한다.
상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에 상기 복수개의 지지 롤러 중 어느 하나에 접속되어 상기 한 쌍의 회전테이블을 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에 상기 서셉터의 내부 공간으로 상기 히터부를 삽입시켜 상기 반도체 기판의 배면에 근접시키는 히터 탑재부를 더 포함할 수 있다.
상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재되기 전에는 상기 배기 가스 노즐과 상기 한 쌍의 서셉터간에 간섭이 일어나지 않도록 상기 배기 가스 노즐을 상기 반응 챔버(24)의 하측에서 대기시키며, 상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에는 상기 배기 가스 노즐(78)이 상기 한 쌍의 반도체 기판의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 상기 배기 가스 노즐을 상기 한 쌍의 서셉터 사이로 삽입시키는 노즐 승강부를 더 포함할 수 있다.
상기 공정 가스 노즐의 외벽 증착을 억제하도록 하는 퍼지 가스가 공급되는 퍼지 가스 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 반응 챔버 내에 분위기를 유지하면서 반도체 기판의 배면 증착을 억제하도록 하는 분위기 가스가 공급되는 분위기 가스 노즐을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 양질의 에피층을 두 개의 웨이퍼 상에 동시에 성장시킬 수 있어서 생산성이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 나타내는 외관 설명도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 반도체 제조 장치에서 공정 가스 노즐과 배기 가스 노즐의 배치 상태를 나타내는 개념 설명도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 회전테이블을 나타내는 분해 설명도이며, 도 2b 및 도 2c는 회전테이블 및 회전테이블에 접속되는 구동부를 나타내는 확대 설명도이다.
도 3a는 회전테이블이 포함된 반도체 제조 장치의 동작 상태를 나타내는 정단면 설명도이고, 도 3b는 도 3a의 상부의 확대 단면 설명도이다. 또한, 도 3c는 본 발명에서 사용하는 배기 가스 노즐의 승강 상태를 나타내는 동작 상태도이다.
도 4는 구분된 가열 영역에 배치된 반도체 기판과 노즐을 나타내는 개념설명도이다.
도 5a는 배기 가스 노즐에 홀이 추가된 본 발명의 일 실시예의 구성을 나타 내는 정면도이고, 도 5b는 측면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a와 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 공정 공간을 제공하는 반응 챔버(24)가 마련되며, 반응 챔버(24)는 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 및 이를 보유지지하는 회전테이블(18)과 회전테이블(18)이 설치되는 보트(22)를 수용하는 크기로 형성된다.
이러한 반응 챔버(24)의 상부에서 하부로 공정 가스의 흐름이 조성되며, 이를 위해 상부에는 반응 챔버(24)에 수용되는 반도체 기판(100)의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 공정 가스 노즐(76)이 배치되고, 하부에는 반도체 기판(100)의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 배기 가스 노즐(78)이 배치된다. 이때, 배기 가스 노즐(78)은 공정 가스의 배기를 위해 복수개의 배기 라인(79)으로 형성되어 있다.
반응 챔버(24)의 양측부에는 고온의 환경을 조성하기 위한 히터부(80)와 회전테이블(18)의 지지 롤러(20)와 접속하는 구동부(26)가 설치된다.
그리고, 보트(22)는 반응 챔버(24)로 투입된 회전테이블(18)의 후방을 폐쇄하여 밀폐된 공간을 제공하는 보트 캡(82)을 포함하며, 보트 캡(82)은 이동 레일(84)에 설치된다.
보트(22)에는 엔드 이펙터(미도시)를 통해 반도체 기판(100)이 서셉터(10)에 탑재되고, 서셉터(10)는 엔드 이펙터를 통해 회전테이블(18)에 탑재된다.
회전테이블(18)은 회전테이블(18), 서셉터(10) 및 지지 패널(14)로 구분되 며, 회전테이블(18)은 후방 탄착구(16)를 통해 서셉터(10)를 탄착시키며, 서셉터(10)는 전방 탄착구(12) 및 지지 패널(14)을 통해 반도체 기판(100)을 거치시키게 된다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 회전테이블(18)에 장착되는 반도체 기판(100)을 설명하면 다음과 같다.
서셉터(10)는 반도체 기판의 정면(공정 반응면)에 대하여 그 외주단, 더 자세하게는 정면 외주단에 간섭될 정도로 개방되어 있으며, 배면으로는 반도체 기판의 배면 외주단에 간섭될 정도의 링 형상의 지지 패널(14)이 전방 탄착구(12)에 의해 장착된다. 전방 탄착구(12)에 의한 반도체 기판의 압박력은 작용되지 않게 된다.
다음으로, 회전테이블(18)은 탑재된 반도체 기판을 서로 근접하게 대면시키기 위해 정면으로 볼록한 접시 형상으로 이루어지며, 외주로는 지지 롤러(20)와 접촉되는 구동 외주부(28)가 돌출 형성된다.
회전테이블(18)에는 반도체 기판(100) 방향으로 분진 침투를 방지하기 위하여, 지지 롤러(20)에 대하여 반도체 기판(100) 방향으로 회전테이블(18)의 외주를 둘러싸게 설치되며 구동 외주부(28)와 반도체 기판(100)의 사이에서 회전테이블(18)의 외주상에 방진링(30)이 돌출되는 것이 바람직하다.
즉, 방진링(30)은 미세 분진의 침투 방향에 대하여 물리적으로 대응되는 돌출 구조물로서의 작용을 수행한다.
한편, 회전테이블(18)에 반도체 기판(100)이 탑재되면 반도체 기판(100)은 입상되어 서로 대면되며, 지지 롤러(20)에 의해 회전테이블(18)은 회전 가능하게 된다.
회전테이블(18)의 지지 롤러(20) 중 어느 하나에는 도 2b와 같이 접속구(52)가 형성되며, 접속구(52)에는 구동부(26)의 구동축(48)과 접속되기 위하여 스플라인홈이 형성되어 있다.
접속구(52)를 통해 보트(22)가 반응 챔버(24)에 탑재가 완료된 후, 구동부(26)가 이송되면, 도 2c와 같이 접속이 수행된다.
구동부(26)에는 반응 챔버(24) 외부로 지지 프레임(94)이 설치되고, 지지 프레임(94)에 레일(142)과 레일(142)에서 슬라이딩되는 이송 패널(44)이 설치된다.
그리고, 이송 패널(44)을 왕복시키는 이송 장치(46)가 지지 프레임(94)에 설치되며, 이송 패널(44)에는 지지 롤러(20)를 회전시키기 위한 구동축(48)을 포함하는 구동 모터(50)가 설치된다. 지지 롤러(20) 중 어느 하나에 구동축(48)과 접속되는 접속구(52)가 형성되는 것은 상술한 바와 같다.
이때, 구동부(26)는 반응 챔버(24)와 밀폐되게 장착된다. 이것은 퍼지 가스로서 폭발성의 H2 가스가 유입될 때, 반응 챔버(24) 외측으로의 퍼지 가스의 유출을 방지할 필요가 있고, 공정을 진행하기 위한 저압(진공) 환경을 위하여 밀폐될 필요가 있으며, 공정 진행 중의 폐가스(독가스)의 유출 방지를 위하여도 밀폐되는 것이 바람직하기 때문이다.
공정 가스 노즐(76)과 승강부(90)를 포함한 배기 가스 노즐(78)을 도 3a 내 지 도 3c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
회전테이블(18)은 외주로 지지 롤러(20)에 접촉되어 회전 가능하게 보트에 설치되고, 지지 롤러(20)의 접촉선상 내측으로 반도체 기판(100)을 근접하게 대면시키기 위해 대면 방향으로 볼록한 접시 형상을 취하게 된다.
반응 챔버(24)의 상부에서 하부로 공정 가스의 흐름이 조성되며, 이를 위해 반응 챔버(24)의 상부에는 공정 가스 노즐(76)이 배치되고, 하부에는 배기 가스 노즐(78)이 배치된다.
이때, 공정 가스 노즐(76)은 보트(22)의 탑재와 해제가 수행될 때, 서셉터(10) 사이에서 서셉터와 간섭을 우려하지 않을 정도로 충분히 얇은 노즐 두께를 가지고 있으므로, 반응 챔버(24)에 고정되게 구비되어도 무방하다.
공정 가스 노즐(76)을 통해 분사된 공정 가스는 공정 가스 노즐(76)에서 배출될 때, 여러 방향으로 확산되면서 배출되기 때문에, 반도체 기판(100)의 전면에 대한 접촉이 균일하게 이루어진다.
배기 가스 노즐(78)은 반응 챔버(24)와 분리되어 구분되며, 보트(22)와도 별도로 구비되고, 이에 따라 반응 챔버(24)로의 보트 탑재/인출 전에 보트(22)와의 간섭을 회피하기 위하여 보트(22) 하부에 대기된다.
배기 가스 노즐(78)은 공정 가스 노즐(76)과 달리 공정 가스를 수집하기 위하여 공정 가스 노즐(76) 대비 대면적의 흡입구가 필요하게 된다. 즉, 대면된 서셉터(10)와 서셉터(10) 사이에 최대한 근접하게 배치되어 투입된 공정 가스를 수거할 것이 요구된다.
그리고, 대면적의 흡입구를 갖도록 형성된 배기 가스 노즐(78)을 이용하여 수집된 공정 가스를 원활히 배출하기 위해 배기 가스 노즐(78)에는 복수개의 배기 라인(79)을 형성한다. 배기 라인(79)이 단일개로 형성되는 경우에는 대면적의 흡입구에 비하여 배기 라인(79)의 입구가 상대적으로 좁아 배기 라인(79)으로의 공정 가스의 유입이 원활치 못했다. 또한, 배기 라인(79)의 입구에서 퍼지가스와의 간섭으로 공정 가스의 와류가 발생하여 배기 라인(79)으로 공정 가스 유입이 방해되었다.
따라서, 대면적의 흡입구로 수집된 공정 가스를 원활히 배기하기 위하여 배기 가스 노즐(78)에는 배기 라인(79)을 복수개로 형성하여 배기 가스 노즐(78)을 통한 공정 가스의 배기가 원활히 이루어 지도록 하는 것이 바람직하다.
도면에 의하면 3개의 배기 라인(79)이 형성되어 있음을 알 수 있으나, 배기 라인(79)의 형성 개수는 그 이상으로 형성될 수 있다.
보트(22)의 이동 범위가 큰 것을 감안할 때, 고온의 배기 가스를 수거하기 위한 배기 가스 노즐(78) 및 그 주변 장치를 보트에 함께 구비하는 것은 기기의 신뢰성 측면에서 바람직하지 못한다.
이때, 배기 가스 노즐(78)을 반응 챔버(24)에 고정되게 장착시킬 경우, 보트(22)의 이송 경로에 대하여 서셉터(10) 사이에서 마찰될 수 있으며, 마찰은 반응 챔버(24) 내에 미세 분진을 발생시켜 공정 공간을 오염시킬 우려를 발생시킨다.
따라서, 보트(22)의 반응 챔버(24) 탑재/인출 전에 최소한 서셉터(10)의 하부에서 대기되면서 탑재 완료 후 서셉터(10) 사이로 탑재되도록 배기 가스 노 즐(78)에 승강부(90)가 설치된 것이다.
구체적으로, 배기 가스 노즐(78)은 대면된 반도체 기판의 하부 영역을 포위하게 반원상으로 서셉터(10) 사이에 배치되며, 배기 가스 노즐(78)의 대기시 반원상의 배기 가스 노즐 양단이 서셉터(10)와 상하상으로 이격되도록 반응 챔버(24)에 설치된다.
여기서, 서셉터(10)와의 이격은 서셉터(10) 사이의 공간에서 그 외주 경계를 이루는 부분과의 이격을 의미하며, 구체적으로 서셉터(10)를 보유 지지하기 위하여 중앙으로 볼록한 회전테이블(18)의 부분도 포함된다.
그리고, 반응 챔버(24)에는 그 하부에 배기 가스 노즐(78)이 대기되는 대기 챔버(120)가 형성된다.
이러한 대기 챔버(120)를 통해 배기 가스 노즐(78)의 상당 구역이 수납되면, 공정 진행 중에는 반응 챔버에 별도로 마련된 고정된 장소인 대기 챔버(120)에서 퍼지 가스를 수거하게 된다.
한편, 이러한 반응 챔버(24)의 하부에 승강부(90)가 구비되며, 승강부(90)에 벨로우즈 커버(89)와 함께 배기 가스 노즐(78)이 결합된다.
구체적으로, 벨로우즈 커버(89)는 배기 가스 노즐의 배기 라인(79) 배치를 위해 형성된 반응 챔버(24)의 일부로서, 대기 챔버(120)의 관통홀 외주를 포위하여 장착되는 반응 챔버 장착링(124)과, 배기 가스 노즐(78)의 승강을 위해 승강부(90)의 체결 브라켓(126)에 장착되며 브라켓 장착링(130)으로 구분되다.
그리고, 반응 챔버 장착링(124)과 브라켓 장착링(130) 사이에 기밀되면서 승 강부(90)를 통한 이동을 허락하는 벨로우즈 튜브(88)가 설치되어 이루어진다.
또한, 복수개로 형성되어 있는 배기 라인(79) 각각에 대하여 벨로우즈 커버(89)가 설치되고, 각각의 벨로우즈 커버(89)는 연동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 승강부(90)는 반응 챔버(24) 외부로 지지 프레임(132)이 설치되고, 지지 프레임(132)에 레일(142)과 레일(142)을 따라 슬라이딩되는 승강 패널(136)이 설치된다.
그리고, 승강 패널(136)에 체결 브라켓(126)이 형성되어 배기 라인(79)과 결합되며, 체결 브라켓(126)은 브라켓 장착링(130)과 다시 결합된다.
한편, 지지 프레임(132)에 승강 모터(138)가 설치되며, 이에 이웃되어 승강 모터(138)로부터 구동력을 전달받는 이송 볼트(140)가 설치된다. 여기서, 이송 볼트(140)는 풀리(144)에 의해 승강 모터(138)로부터 구동력을 전달받는다.
이송 볼트(140)에는 이와 나사 결합되어 회전을 직선 이동(승강)으로 전환시키는 이송 너트구(97)가 설치되며, 이송 너트구(97)는 승강 패널(136)과 결합되어 일체로 이동된다.
따라서, 반도체 기판(100)이 반응 챔버(24)에 탑재되기 전 또는 공정이 완료되어 배출되기 전에는 배기 가스 노즐(78)이 하강되어 탑재 대기 상태를 유지하게 된다.
이때, 벨로우즈 커버(89)는 승강부(90)에서 배기 라인(79)의 외주를 둘러싸면서 인장된 상태를 유지하게 된다.
다음으로, 반도체 기판(100)이 반응 챔버(24)에 탑재된 후, 승강 모터(138)가 구동되어 풀리(144)에 의해 이송 볼트(140)가 회전되고, 여기에 결합된 이송 너트구(97)가 상승되면서 레일(142)을 따라 승강 패널(136)이 상승된다.
승강 패널(136)과 결합된 체결 브라켓(126) 및 브라켓 장착링(130)이 일체로 상승되면서 배기 가스 노즐(78)이 상승되며, 이에 의해 배기 가스 노즐(78)의 흡입구는 서셉터(10) 사이로 삽입되면서 반도체 기판(100)의 외주 하부를 둘러싸게 배치된다.
이때, 벨로우즈 커버(89)는 체결 브라켓(126)에 장착되어 압축되면서도 배기 라인(79)과 반응 챔버(24)를 기밀시키게 된다.
다음으로, 회전테이블(18) 측으로 구동부(26)가 접속되며, 히터부(80)가 탑재부(미도시)에 의해 회전테이블(18)의 내부 공간으로 삽입된 후 공정이 진행되며, 공정 진행이 완료된 다음, 보트(22)를 인출하기 위해 배기 가스 노즐(78)이 하강되며, 상기와 역순으로 진행된다.
나아가, 반응 챔버(24) 내의 분위기를 유지하고 분진 침투 방지를 위하여 반응 챔버(24)에는 대면된 회전테이블(18) 사이로 분위기 가스를 공급하는 분위기 가스 노즐(38)이 형성되며, 분위기 가스 노즐(38)에 의해 제공된 분위기 가스에 의해 가스 커튼이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서 공급되는 분위기 가스는 H2 가스이다.
이와는 별도로, 백 스트림(back stream)되는 공정 가스에 의해 공정 가스 노 즐(76)의 외벽에 불필요한 증착이 진행되는 현상을 방지하기 위하여 반응 챔버(24)에는 대면된 회전테이블(18) 사이로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 노즐(36)이 형성된다. 여기에서 공급되는 퍼지 가스는 H2 가스이다.
반응 챔버(24) 내로 투입된 퍼지 가스는 대기 챔버(120)에 형성된 퍼지 배기관(122)을 통해 배출된다.
반응 챔버(24)내로 투입된 분위기 가스는 반응 챔버(24) 내의 분위기를 유지하고 분진 침투 방지 목적을 위하여 사용된 후, 퍼지 배기관(122)을 통해 반응 챔버(24) 외부로 배출된다.
이때, 분위기 가스의 배기를 좀더 용이하게 하기 위해, 배기 라인(79)의 하부에 배기 라인(79)을 관통하는 배기홀(77)을 형성하여, 반응 챔버(24) 내부로 유입되었던 분위기 가스가 배기홀(77)을 통해 배기 라인(79)으로 유입되고, 이후, 배기 가스 노즐(78)로 유입된 공정 가스와 함께 배기될 수 있도록 한다.
도 5a에 의하면, 배기 라인(79)이 단일개로 경우에 배기홀(77)이 형성된 것을 나타내고 있으나, 배기 라인(79)이 복수개로 이루어진 경우에는 배기 라인간의 간격에 따라서는 분위기 가스의 배기가 더욱 어려워질 수 있으므로, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 복수개의 배기 라인(79) 각각에 배기홀(77)을 형성하여 분위기 가스의 배기가 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 히터 탑재부(92)를 포함한 히터장치의 구성요소를 도 1a, 도 1b 및 도 4에 의해 좀더 상세히 설명한다. 도면상 구동부(26)와 히터 탑재부(92)의 중첩을 피하기 위해 구동부(26)의 도시는 제외된 것을 나타내고 있다.
설명의 편의를 위해 절반이 도시되며 나머지는 대칭된 구조이다.
먼저, 회전테이블(18)의 외주는 지지 롤러(20)에 접촉되어 회전 가능하게 보트(22)에 설치되고, 지지 롤러(20)의 접촉선상 내측으로 반도체 기판(100)을 근접하게 대면시키기 위해 대면 방향으로 볼록한 접시 형상을 취하게 된다.
회전테이블(18)에 반도체 기판(100)이 탑재되면 반도체 기판(100)은 입상되어 서로 대면되며, 상술한 바와 같이 지지 롤러(20)의 동작에 의해 회전테이블(18)은 회전이 가능하게 대기된다.
히터부(80)는 회전테이블(18) 외측에 대기되며, 반도체 기판(100)의 탑재 완료 후 히터 탑재부(92)를 통해 회전테이블(18)의 오목한 홈으로 삽입되어 반도체 기판(100)의 배면에 근접하게 된다.
히터 탑재부(92)를 통한 히터 장치의 이송을 허락하면서 반응 챔버(24)의 기밀을 확보하기 위하여 히터부(80)와 반응 챔버(24)는 분리될 수 있다.
그리고, 히터 장치가 반응 챔버로 탑재된 상태에서는 회전테이블(18)이 회전되고, 공정 가스가 대면된 반도체 기판(100) 사이로 투입되며, 히터부(80)에 의해 고온 환경이 조성된다.
고온 환경은 반도체 기판(100)의 반응면에 막을 성장시키기 위하여 반도체 기판(100) 상으로 적절한 온도구배를 조성시킬 것이 요구되며, 히터부(80)를 사용하여 대면된 반도체 기판(100)의 배면 방향에서 반도체 기판(100)을 가열시키기 위하여 반도체 기판(100)의 모든 영역을 수용하는 영역으로 가열면을 갖는다.
본 발명을 사용하는 반도체 제조 공정을 종합적으로 설명하면 다음과 같다.
외부로부터 기밀된 공정 공간을 제공하는 반응 챔버(24)에 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)이 탑재된다.
반도체 기판(100)이 탑재 후, 한 쌍의 대면된 반도체 기판(100)을 공정 처리하기 위하여 이송 장치(46)가 구동되고, 회전테이블(18)의 지지 롤러(20) 중 어느 하나의 지지 롤러(20)는 구동을 위해 구동축(48)과 접속된다.
한편, 히터 탑재부(92)를 통해 히터부(80)가 반도체 기판(100) 배면 방향으로 이동되어 가열면이 반도체 기판(100) 배면에 최대한 근접되도록 배치된다.
아울러, 승강부(90)를 통해 반도체 기판(100)의 절반의 하부를 포위하는 배기 가스 노즐(78)을 대면된 서셉터 사이의 간격으로 삽입된다.
여기서, 지지 롤러(20)와 접속되도록 이동되는 구동축(48), 반도체 기판(100) 배면 방향으로 이동되는 히터부(80)와 서셉터(10) 사이의 간격으로 삽입되게 이동되는 배기 가스 노즐(78)은 이동을 하면서 벨로우즈 커버(89)에 의해 반응 챔버(24)와의 기밀을 유지하게 된다.
히터 탑재부(92)에 의해 히터부(80)가 반도체 기판(100)의 후면에 배치 완료된 후 공정이 진행되며, 이때 구동부(26)가 구동하면서 회전테이블(18)이 회전되고, 히터부(80)의 가열면이 가열된다.
이때, 분위기 가스 노즐(38)로부터, 대면된 한 쌍의 반도체 기판(100) 배면으로 각각 분위기 가스(수소 가스)를 공급하여 반응 챔버(24) 내의 분위기를 유지 하고 회전테이블(18) 외주의 지지 롤러(20)와 서셉터 사이에 가스 커튼을 형성시켜 회전테이블(18) 내측으로 미세 분진의 침투를 방지한다. 또한, 퍼지 가스 노즐(36)로부터 회전테이블(18) 외주로 퍼지 가스(수소 가스)를 공급하여 공정 가스의 백 스트림에 의하여 공정 가스 노즐(76) 외벽에 실리콘층이 형성되는 것을 방지한다.
히터부(80)에 의해 가열되는 영역에는 반도체 기판(100)과 동심상으로 형성되어 반도체 기판(100)의 중심부, 외주부 및 완충 영역으로 구분하여 서로 다른 온도 구배를 갖도록 가열을 수행하며, 공정 가스가 흐르는 상하방으로 적어도 2분할하여 반도체 기판(100)의 상부와 하부 영역을 감당하는 열처리를 수행한다.
이때, 반도체 기판(100)의 완충 영역에 공정 가스 노즐(76)의 출구를 배치시켜 공정 가스를 예열시킨 다음 분사시키게 되고, 반도체 기판(100)의 외주부에서 상부의 영역은 공정 가스의 공정 가스 노즐(76) 출구와 반도체 기판(100) 사이의 공간을 포함시켜, 분사된 공정 가스가 가열되어 반도체 기판(100)으로 공급되는 것이다.
또한, 공정 가스 노즐(76)은 반도체 기판(100)을 향하는 공정 가스 노즐(76)의 단부가 반도체 기판(100)의 반대측 단부의 크기보다 크게 형성되어 있기 때문에 반도체 기판(100)을 향하여 공급되는 공정 가스는 확산이 용이하게 이루어진다. 즉, 반도체 기판(100)을 향하고 있는 공정 가스 노즐(76)의 폭은 동일하게 유지되지만, 공정 가스 노즐(76) 단부의 두께를 증가시켜 공정 가스 노즐(76)의 측단면이 나팔관 형태로 형성되어, 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이 공정 가스 노즐(76)을 통해 분사된 공정 가스는 공정 가스 노즐(76)에서 배출될 때, 여러 방향으로 확산되면서 배출되기 때문에, 반도체 기판(100)의 전면에 대한 접촉이 균일하게 이루어진다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 나타내는 외관 설명도.
도 1b는 본 발명에 따른 반도체 제조 장치에서 공정 가스 노즐과 배기 가스 노즐의 배치 상태를 나타내는 개념 설명도.
도 2a는 본 발명에 따른 회전테이블을 나타내는 분해 설명도.
도 2b 및 도 2c는 회전테이블 및 회전테이블에 접속되는 구동부를 나타내는 확대설명도.
도 3a는 회전테이블이 포함된 반도체 제조장치의 정단면 설명도.
도 3b는 도 3a의 상부의 확대 단면 설명도.
도 3c는 공정 가스 노즐을 통한 공정 가스의 공급 상태를 나타내는 도면.
도 4는 구분된 가열 영역에 배치된 반도체 기판과 노즐을 나타내는 개념설명도.
도 5는 구분된 가열 영역에 배치된 반도체 기판과 노즐을 나타내는 개념설명도.
도 5a는 도 1b가 참조된 측단면 설명도.
도 5b는 도 5a에서 승강부를 나타낸 확대 단면 설명도.
도 5c는 도 5a와 대응되는 정단면 설명도.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
10: 서셉터
12: 전방 탄착구
14: 지지 패널
16: 후방 탄착구
18: 회전테이블
20: 지지 롤러
22: 보트
24: 반응 챔버
26: 구동부
36: 퍼지 가스 노즐
38: 분위기 가스 노즐
50: 구동 모터
76: 공정 가스 노즐
77: 배기홀
78: 배기 가스 노즐
80: 히터부
89: 벨로우즈 커버
90: 승강부
92: 히터 탑재부
100: 반도체 기판
120: 대기 챔버
122: 퍼지 배기관

Claims (7)

  1. 밀폐된 공정 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응 챔버로 대면하는 한 쌍의 반도체 기판을 탑재 및 인출시키는 보트 - 상기 보트는 상기 한 쌍의 반도체 기판이 각각 장착되는 중앙이 개방된 링 형상을 갖는 한 쌍의 서셉터와, 복수개의 지지 롤러에 의해 회전 가능하게 지지되면서 상기 한 쌍의 서셉터가 각각 장착되는 한 쌍의 회전테이블을 포함함 - ;
    상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에 상기 복수개의 지지 롤러 중 어느 하나에 접속되어 상기 한 쌍의 회전테이블을 회전시키는 구동부;
    상기 반응 챔버 내에서 소정의 에피 공정을 수행하기 위하여 상기 한 쌍의 반도체 기판의 배면에 각각 배치되는 한 쌍의 히터부; 및
    상기 한 쌍의 반도체 기판의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐과, 상기 한 쌍의 반도체 기판의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 배기시키는 배기 가스 노즐 - 상기 배기 가스 노즐은 복수개의 배기 라인을 가지고 있음 -,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  2. 밀폐된 공정 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응 챔버로 대면하는 한 쌍의 반도체 기판을 탑재 및 인출시키는 보트 - 상기 보트는 상기 한 쌍의 반도체 기판이 각각 장착되는 중앙이 개방된 링 형상을 갖는 한 쌍의 서셉터와, 복수개의 지지 롤러에 의해 회전 가능하게 지지되면서 상기 한 쌍의 서셉터가 각각 장착되는 한 쌍의 회전테이블을 포함함 -;
    상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에 상기 복수개의 지지 롤러 중 어느 하나에 접속되어 상기 한 쌍의 회전테이블을 회전시키는 구동부;
    상기 반응 챔버 내에서 소정의 에피 공정을 수행하기 위하여 상기 한 쌍의 반도체 기판의 배면에 각각 배치되는 한 쌍의 히터부; 및
    상기 한 쌍의 반도체 기판의 상주연부(上周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 공급하는 공정 가스 노즐과, 상기 한 쌍의 반도체 기판의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 설치되어 공정 가스를 배기시키는 배기 가스 노즐 - 상기 배기 가스 노즐의 배기 라인에는 배기홀이 형성되어 있음 -,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에 상기 서셉터의 내부 공간으로 상기 히터부를 삽입시켜 상기 반도체 기판의 배면에 근접시키는 히터 탑재부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재되기 전에는 상기 배기 가스 노즐과 상기 한 쌍의 서셉터간에 간섭이 일어나지 않도록 상기 배기 가스 노즐을 상기 반응 챔버의 하측에서 대기시키며, 상기 보트가 상기 반응 챔버 내로 탑재된 후에는 상기 배기 가스 노즐이 상기 한 쌍의 반도체 기판의 하주연부(下周緣部)를 포위하도록 상기 배기 가스 노즐을 상기 한 쌍의 서셉터 사이로 삽입시키는 노즐 승강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공정 가스 노즐의 외벽 증착을 억제하도록 하는 퍼지 가스가 공급되는 퍼지 가스 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내에 분위기를 유지하면서 반도체 기판의 배면 증착을 억제하도록 하는 분위기 가스가 공급되는 분위기 가스 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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