KR100922256B1 - 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 확산 공정이 진행되는 내측 튜브의 내부에 프로파일 써모커플을 고정설치하고, 히터상에 설치되는 스파이크 써모커플과 온도보상을 함으로써, 공정의 진행중에도 정확한 온도제어를 가능하게 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 다수의 웨이퍼를 적재한 웨이퍼 보트가 내부로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브와, 상기 내측 튜브의 외측을 둘러싸며 그 내부를 밀폐시키는 외측 튜브와, 상기 외측 튜브의 외부에 구비되어 상기 외측 튜브의 내부를 가열시키는 히터를 포함하여 이루어지는 반도체 제조용 수직형 확산로에 있어서, 상기 히터 상에 상하로 일정간격 이격되도록 배치되어 상기 히터의 온도를 측정하는 다수의 스파이크 써모커플과, 상기 내측 튜브의 내부에 삽입 고정되어 상기 웨이퍼의 온도를 측정하는 프로파일 써모커플을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 프로파일 작업 이후 공정의 진행중인 경우라도 온도보상을 위한 계속적인 모니터링이 가능한 장점이 있다.

CVD, 수직형 확산로, 프로파일 써모커플, 스파이크 써모커플.

Description

써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로{Semiconductor manufacturing vertical diffusion furnace equipped with thermocouple}

본 발명은 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 확산 공정이 진행되는 내측 튜브의 내부에 프로파일 써모커플을 고정설치하고, 히터상에 설치되는 스파이크 써모커플과 온도보상을 함으로써, 공정의 진행중에도 정확한 온도제어를 가능하게 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 폴리실리콘, 질화막 등을 웨이퍼 상에 증착시키는 데는 주로 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)법이 이용된다. 상기 CVD법은 화학소스를 가스 상태로 장치 내에 공급하여 웨이퍼 표면상에서 확산을 일으킴으로써 유전체막, 도전막 및 반도전막 등을 웨이퍼 표면에 증착시키는 기술이다.

이러한 CVD법은 통상 장치내의 압력에 따라 저압 CVD(LPCVD; Low Pressure CVD), 상압 CVD(APCVD; Atmospheric Pressure CVD)로 구분하고, 그 외에도 플라즈마 CVD(PECVD; Plasma Enhanced CVD) 및 광여기 CVD 등이 일반적으로 사용되고 있 다.

상기 LPCVD는 상압보다 낮은 압력에서 웨이퍼의 표면상에 필요한 물질을 침적시키는 방법으로서 확산공정에서 주로 사용되며, 상기 LPCVD 공정과 산화막성장 공정을 수행하는 장치로는 수직형 확산로(Vertical diffusion furnace)가 주로 사용된다.

도 1은 종래의 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로의 내부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

종래의 수직형 확산로(1)는 다수개의 웨이퍼(10)가 종방향으로 장착되어 있는 웨이퍼 보트(50), 상기 웨이퍼 보트(50)를 지지하며 상하로 이동되는 페데스탈(60), 상기 웨이퍼 보트(50)가 내측으로 로딩/언로딩되고 상단으로 반응가스가 유입되어 공정이 진행되는 내측 튜브(30), 상기 내측 튜브(30)를 감싸는 벨(bell) 형상으로 형성되는 외측 튜브(20), 상기 외측 튜브(20)의 외부에 구비되어 상기 외측 튜브(20)의 내부를 공정조건에 맞도록 가열시키는 히터(40), 상기 내측 튜브(30) 및 상기 외측 튜브(20)의 하단을 지지하는 한편 상기 내측 튜브(30)의 상측으로 반응가스를 공급하는 가스공급관(11)이 일측에 관통결합되고 내측 튜브(30)의 내부로 공급된 반응가스가 웨이퍼(10)와 반응한 후 배출되도록 배기관(12)이 타측에 형성된 고정프레임(15), 상기 고정프레임(15)의 하단을 지지 및 밀폐시키는 시일캡(16)을 포함하여 이루어진다.

상기 수직형 확산로(1)에서는 공정의 수행시 정확한 온도의 제어를 위하여, 써모커플(thermocouple)을 이용하여 온도보상을 실시하게 되며, 이러한 작업을 프 로파일(profile)이라고 한다.

상기 온도를 보상하는 방법에는 두 가지 방법이 있으며, 첫번째 방법은 외측 튜브(20)의 외벽에 설치되는 이너 써모커플(inner thermocouple, 85)과 히터(40)에 설치되는 스파이크 써모커플(spike thermocouple, 70)간의 온도차를 보상하는 방법이고, 두번째 방법은 내측 튜브(30)의 내부에 설치되는 프로파일 써모커플(profile thermocouple, 95)과 상기 스파이크 써모커플(70)간의 온도차를 보상하는 방법이다.

상기 스파이크 써모커플(70)은 상기 히터(40)의 상하부에 일정 간격을 두고 이격되도록 다수개가 설치되며, 상기 이너 써모커플(85)과 상기 프로파일 써모커플(95)은 상기 스파이크 써모커플(70)의 높이에 대응하는 위치에 접점부(81,91)를 갖도록 다수의 가는 가닥으로 구성되어, 외측 튜브(20)와 내측 튜브(30)의 상하부에 따른 온도차이를 보상함과 아울러 상기 히터(40)와의 온도차이 또한 보상할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 이너 써모커플(85)은 이너 써모커플 튜브(80)로 둘러싸여져 보호되고, 상기 이너 써모커플(85)을 구성하는 가닥은 플러그(88)에 연결되며, 상기 플러그(88)는 온도제어장치(75)에 연결된다. 마찬가지로 상기 프로파일 써모커플(95)은 프로파일 써모커플 튜브(90)로 둘러싸여져 보호되고, 상기 프로파일 써모커플(95)을 구성하는 가닥은 플러그(98)에 연결되며, 상기 플러그(98)는 온도제어장치(75)에 연결된다.

그러나, 상기 종래의 수직형 확산로(1)에 있어서의 온도보상 방법 중, 첫번 째 방법은 상기 이너 써모커플(85)과 공정이 진행되는 웨이퍼(10) 사이에 거리가 많이 떨어져 있어 실제 공정중에 웨이퍼(10)가 받는 온도를 정확히 측정하기 어려운 문제점이 있으며, 두번째 방법은 프로파일 작업을 실시한 후에 상기 프로파일 써모커플(95)을 상기 내측 튜브(30)의 밖으로 빼내야 하는 구조로 되어 있어, 상기 프로파일 써모커플(95)과 상기 스파이크 써모커플(70) 간의 온도보상 이후에 보상되어 있는 값이 변경될 경우에는 공정의 진행중에 온도를 파악할 수 없게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 프로파일 써모커플(95)을 내측 튜브(30)로 넣고 빼내는 과정에서 프로파일 써모커플(95)이 손상되어 프로파일을 수행하는 예방정비 작업을 다시 수행해야 하는 불편함이 따를 수 있고, 작업자가 내측 튜브(30) 내부에 프로파일 써모커플(95)을 설치함에 있어서의 위치 편차가 발생할 경우에는, 온도보상 값의 편차를 유발하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 제조 장비의 수직형 확산로의 온도보상을 위한 프로파일 작업의 수행시에 있어서, 공정중 웨이퍼가 직접 받는 온도에 가장 가까운 온도로 프로파일이 되도록 하며, 프로파일 써모커플이 프로파일 진행 이후에도 계속적으로 온도제어를 위한 모니터링을 수행할 수 있도록 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로는, 다수의 웨이퍼를 적재한 웨이퍼 보트가 내부로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브와, 상기 내측 튜브의 외측을 둘러싸며 그 내부를 밀폐시키는 외측 튜브와, 상기 외측 튜브의 외부에 구비되어 상기 외측 튜브의 내부를 가열시키는 히터를 포함하여 이루어지는 반도체 제조용 수직형 확산로에 있어서, 상기 히터 상에 상하로 일정간격 이격되도록 배치되어 상기 히터의 온도를 측정하는 다수의 스파이크 써모커플과, 상기 내측 튜브의 내부에 삽입 고정되어 상기 웨이퍼의 온도를 측정하는 프로파일 써모커플을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프로파일 써모커플은 상기 외측 튜브의 상부로부터 하측의 내측 튜브에 관통되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 프로파일 써모커플은 상기 히터에 구비된 다수의 스파이크 써모커플 각 각의 높이에 대응하는 위치에 접점부를 갖는 다수의 가닥으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 내측 튜브에는 상기 프로파일 써모커플이 삽입될 수 있는 여유 공간인 프로파일 써모커플 삽입부가 상하로 개통되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 프로파일 써모커플의 외측 둘레에는 튜브로 둘러싸여진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로에 의하면, 수직형 확산로의 내측 튜브의 내부에 프로파일 써모커플을 고정형으로 삽입 설치하여 프로파일 작업 이후 공정의 진행중인 경우라도 온도보상을 위한 계속적인 모니터링이 가능한 장점이 있다.

또한, 프로파일 써모커플을 고정형으로 설치함으로써 종래 프로파일 써모커플을 넣고 빼내는 일련의 작업을 수행함에 있어서 프로파일 써모커플이 손상되는 문제점을 방지할 수 있게 되며, 고정된 위치에 설치되므로 위치의 변동에 따른 온도보상의 편차를 없앨 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로의 내부를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 프로파일 써모 커플 삽입부가 형성된 모습을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 수직형 확산로(100)에서는 프로파일 작업을 통하여 보상된 온도의 값으로 공정온도를 제어함과 아울러, 프로파일 작업 이후에 공정의 진행중에도 실시간으로 온도보상이 가능하도록 프로파일 써모커플(115)을 내측 튜브(130)의 내부에 삽입 고정시켜 놓은 것에 특징이 있다.

상기 프로파일 써모커플(115)은 내측 튜브(130)의 내부에서 공정이 진행되는 웨이퍼(10)를 적재한 웨이퍼 보트(50)의 측면에 설치되므로 웨이퍼(10)의 실제 온도에 가까운 온도값의 측정이 가능하다.

상기 프로파일 써모커플(115)은 상기 외측 튜브(120)의 상부로부터 하측의 내측 튜브(130)에 관통되도록 삽입되어 설치되며, CVD 공정이 진행되는 동안에도 그대로 고정된 상태에 있게 된다.

종래의 프로파일 써모커플(95)의 경우는 그 설치에 있어서, 수직형 확산로(1) 저면의 시일캡(16)을 관통하여 상측방향으로 삽입되는 구조로 되어 있어서, 상기 프로파일 써모커플(95)의 설치 장소를 확보하기가 용이하지 않은 문제점이 있었고, 프로파일 작업후에는 프로파일 써모커플(95)을 내측 튜브(30)로부터 빼낸 후 공정을 진행하였으나, 본 발명의 프로파일 써모커플(115)의 경우는 상기한 바와 같이 상측에서 하측 방향으로 삽입되도록 하여 설치가 용이할 뿐만 아니라 고정방식으로 구성함으로써 공정의 진행중에도 웨이퍼(10)의 온도 변화를 계속적으로 모티터링 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서의 프로파일 써모커플(115)은 내측 튜브(130)의 내부에 설 치됨으로써 종래 외측 튜브(120)의 외벽에 설치되어 공정의 진행중 온도를 측정하는 역할을 하던 이너 써모커플(85)을 별도로 설치할 필요가 없게 된다.

상기 프로파일 써모커플(115)은 히터(40)의 상하부에 일정한 간격으로 이격되도록 설치되는 스파이크 써모커플(70)의 높이에 대응하는 위치에 접점부(111)가 형성되어 상기 접점부(111)에서 각각의 온도를 측정하게 되며, 상기 프로파일 써모커플(115)은 플러그(198)에 접속되어 온도제어장치(175)에 연결되며, 상기 온도제어장치(175)에서는 상기 측정된 온도에 대한 보상값을 기준으로 하여 상기 히터(40)에서의 가열 온도를 제어하게 된다.

한편, 공정에 따라서는 상기 내측 튜브(130)와 웨이퍼 보트(50) 사이에 프로파일 써모커플 튜브(110)를 삽입시킬 공간이 협소한 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내측 튜브(130)의 일측에 외측으로 굴곡되어 형성되는 프로파일 써모커플 삽입부(135)를 형성하여 삽입 공간을 확보할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스파이크 써모커플(70)과 프로파일 써모커플(115)이 고정된 상태이므로 온도보상 값이 종래 방법에 의한 프로파일 온도보상 값보다 안정된 값을 얻을 수 있게 된다.

따라서, 반도체 소자 제조용 확산장비를 운용하는 공정에서 온도보상의 편차 발생을 줄임으로써, 장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있게 된다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래의 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로의 내부를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로의 내부를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 3은 본 발명의 프로파일 써모커플 삽입부가 형성된 모습을 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,100 : 수직형 확산로 10 : 웨이퍼

11 : 가스공급관 12 : 배기관

15 : 고정프레임 20,120 : 외측 튜브

30,130 : 내측 튜브 40 : 히터

50 : 웨이퍼 보트 60 : 페데스탈

70 : 스파이크 써모커플 75,175 : 온도제어장치

80 : 이너 써모커플 튜브 81,91,111 : 접점부

85 : 이너 써모커플 88,98,198 : 플러그

90,110 : 프로파일 써모커플 튜브 95,115 : 프로파일 써모커플

135 : 프로파일 써모커플 삽입부

Claims (5)

1. 다수의 웨이퍼를 적재한 웨이퍼 보트가 내부로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브와, 상기 내측 튜브의 외측을 둘러싸며 그 내부를 밀폐시키는 외측 튜브와, 상기 외측 튜브의 외부에 구비되어 상기 외측 튜브의 내부를 가열시키는 히터를 포함하여 이루어지는 반도체 제조용 수직형 확산로에 있어서,

   상기 히터 상에 상하로 일정간격 이격되도록 배치되어 상기 히터의 온도를 측정하는 다수의 스파이크 써모커플;

   상기 내측 튜브의 내부에 삽입 고정되고 상기 다수의 스파이크 써모커플 각각의 높이에 대응하는 위치에 접점부를 갖는 다수의 가닥이 튜브로 둘러싸여진 형상으로 이루어져 상기 웨이퍼의 온도를 측정하는 프로파일 써모커플;및

   상기 프로파일 써모커플에서 측정된 온도에 대한 보상값을 기준으로 상기 히터에서의 가열 온도를 제어하는 온도제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로파일 써모커플은 상기 외측 튜브의 상부로부터 하측의 내측 튜브에 관통되어 설치되는 것을 특징으로 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 튜브에는 상기 프로파일 써모커플이 삽입될 수 있는 여유 공간인 프로파일 써모커플 삽입부가 상하로 개통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 써모커플이 구비된 반도체 제조용 수직형 확산로.
5. 삭제

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