KR101056363B1 - Heat treatment apparatus of semiconductor substrate and its method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공소재들을 열처리하기 위한 방법들 및 제조장치의 개선에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자기기 제조장치 및 그 반도체 웨이퍼들의 열처리 방법으로 기판의 에피택셜 프로세싱 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 즉, 열벽인 상부챔버와 상기 상부챔버 하부 방향으로 이격되며 상기 기판을 지지하기 위하여 반응기 내 중앙으로 형성되는 서셉터로 구성된 내부챔버, 상기 기판을 가열하기 위하여 상기 반응기 내부에 전자기 에너지를 공급하기 위한 유도기를 구비하고, 상기 상부챔버 및 서셉터를 상기 유도기를 통하여 적정한 온도로 가열하고, 공정별로 상기 상부챔버 및 서셉터 간격을 조절하여 상기 기판의 온도를 균일하게 제공할 수 있도록 하고 있다. 이에 따라서, 반응기 내부 열 손실을 줄이고, 기판의 불균일한 온도분포로 발생되는 결정결함(Slip), 기판의 휨(warpage, bow), 서셉터의 조건에 따라 기판 뒷면이 오염되는 문제 등을 해결할 수 있게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to methods for manufacturing heat treatment materials and to improvements in manufacturing apparatuses, and more particularly, to an epitaxial processing apparatus for a substrate and a method for heat treating electronic wafers and semiconductor wafers thereof. That is, an inner chamber composed of an upper chamber, which is a hot wall, and a susceptor spaced apart in the lower direction of the upper chamber and formed in the center of the reactor to support the substrate, for supplying electromagnetic energy to the reactor to heat the substrate. An inductor is provided, and the upper chamber and the susceptor are heated to an appropriate temperature through the inductor, and the upper chamber and the susceptor spacing are adjusted for each process to uniformly provide the temperature of the substrate. Accordingly, it is possible to reduce heat loss inside the reactor and to solve problems such as slippage caused by non-uniform temperature distribution of the substrate, warpage and bow of the substrate, and contamination of the back surface of the substrate according to the conditions of the susceptor. Will be.

열처리, 장치, 기판, 반응기, 증착 Heat treatment, equipment, substrate, reactor, deposition

Description

반도체 기판의 열처리 장치 및 그 방법 {Methods and apparatus for epitaxial processing wafers}Heat treatment apparatus for semiconductor substrate and method thereof {Methods and apparatus for epitaxial processing wafers}

본 발명은 가공 소재들을 열처리하기 위한 방법들 및 제조장치의 개선에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자기기 제조장치 및 그 반도체 웨이퍼들의 열처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvements in methods and manufacturing apparatuses for heat treating workpiece materials, and more particularly, to an apparatus for manufacturing electronic devices and a method for heat treating semiconductor wafers thereof.

반도체 소자 제조 공정은 고온에서 기판의 균일한 열처리를 요한다. 이러한 공정의 예로는 물질층이 기체 상태로부터 반응기 내의 서셉터에 놓여있는 반도체 기판 위로 증착 되는 화학 기상증착, 실리콘 에피택셜 성장 등을 들을 수 있는데, 이때 서셉터는 저항가열, 고주파 가열, 적외선 가열에 의해 대체로 400℃ 내지 1250℃ 범위의 고온으로 가열되고, 가스가 반응기를 통과하고 화학 반응에 의해 기체 상태에서 증착 공정이 기판 표면에 매우 근접해서 발생한다. 이 반응으로 인해 기판 위에 원하는 생성물이 증착되게 된다.Semiconductor device manufacturing processes require uniform heat treatment of the substrate at high temperatures. Examples of such processes include chemical vapor deposition, silicon epitaxial growth, etc., in which a layer of material is deposited from a gaseous phase onto a semiconductor substrate placed in a susceptor in a reactor, where susceptors are subjected to resistive heating, high frequency heating, and infrared heating. Thereby heating to a high temperature, generally in the range of 400 ° C. to 1250 ° C., where gas passes through the reactor and a chemical reaction occurs in close proximity to the substrate surface in a gaseous state. This reaction causes the desired product to be deposited on the substrate.

이와 같이 반도체 제조 및 기판들의 열처리 가공에 관해 설명하는 수많은 표준 교본들과 참고 문헌들이 존재한다. 일부 예의 참고 도서들로는, Sorab K. Ghandhi, “VLSI Fabrication Principles”, Wiley Interscience, 1883 John L. Vossen and Werner Kern, "Thin Film Processes", Academic Press, Orlando, 1978; S.M. Sze, "VLSI Technology", McGraw-Hill, New York, 1988 이 있다.There are numerous standard textbooks and references that describe semiconductor fabrication and heat treatment of substrates. Some example reference books include Sorab K. Ghandhi, “VLSI Fabrication Principles”, Wiley Interscience, 1883 John L. Vossen and Werner Kern, “Thin Film Processes”, Academic Press, Orlando, 1978; S.M. Sze, "VLSI Technology", McGraw-Hill, New York, 1988.

한편, 반도체 제조장치는 가시 크게 구분하여 보면 냉벽(cold wall) 반응기와 열벽(hot wall) 반응기가 있다.Meanwhile, the semiconductor manufacturing apparatus includes a cold wall reactor and a hot wall reactor.

이 중, 열벽 반응기의 장점은 기판 내의 온도를 균일하게 가열할 수 있고, 반응기 벽에 증착된 퇴적물을 쉽게 정위치(in-situ)에서 가스 반응을 이용하여 세정을 용이하게 실시할 수 있다는 점이다. 그러나, 이러한 열벽 반응기는 챔버 전체 온도를 올리고 (ramp up) 내려야 (cool down) 하기 때문에 시간이 오래 걸린다. Among them, the advantage of the hot wall reactor is that the temperature in the substrate can be uniformly heated, and the deposit deposited on the reactor wall can be easily cleaned by using a gas reaction in-situ. . However, these hot wall reactors take a long time because they have to ramp up and cool down the entire chamber temperature.

그래서, 최근에는 냉벽 반응기가 주로 사용된다. 냉벽 반응기는 기판이 로딩된 서셉터를 집중적으로 가열하여 공정을 진행한다. 그러기 때문에 쉽게 온도를 올리고 내릴 수 있다. 그러나 기판 사이즈가 대구경화 되면서 열가공 시 기판내 온도 균일도가 더욱 더 요구되고, 온도 구배에 의한 기판의 슬립(slip), 휨(bowing, warpage) 등의 문제점이 심각해지고 있다. 이는 서셉터에 의해 기판이 가열되기 때문에 기판이 서셉터에 닿는 부위와 반대 부위에 온도차가 발생하기 때문이다. Thus, in recent years, cold wall reactors are mainly used. The cold wall reactor proceeds by intensively heating the susceptor loaded with the substrate. This makes it easy to raise and lower the temperature. However, as the substrate size is increased in size, the temperature uniformity in the substrate during heat processing is further required, and problems such as slip, bowing, and warpage of the substrate due to the temperature gradient become serious. This is because the substrate is heated by the susceptor, so that a temperature difference occurs in a region opposite to the region where the substrate touches the susceptor.

특히, 반도체 소자 제조공정 중 실리콘 에피택시층의 도핑 층 두께, 농도, 및 결정 형태 등 특성을 결정하는 주요 변수 중에는 기판 온도의 균일성이 매우 중요하다. In particular, the uniformity of the substrate temperature is very important among the main variables that determine the characteristics such as the thickness, concentration, and crystalline form of the silicon epitaxy layer during the semiconductor device manufacturing process.

기판 온도의 비균일성은 슬립이라고 불리는 소성 변형을 야기시키게 된다. 이러한 슬립은 결정 내에서 임의의 결정 평면에 걸쳐서 임의의 결정 방향을 따라 발생하며, 물질의 일부가 나머지에 대해 변위 되도록 한다. 결정 내의 슬립의 통상적 인 원인은 필름 성장 중 온도구배 때문이나, 기판이 지지되는 방식, 기판에 가열되는 메카니즘, 또는 에피택셜 공정의 온도 변화율의 결과일 수도 있다. 슬립과 같은 결정 결함은 기판의 가장자리에서 주로 발견되며, 짧은 선들로 나타난다.The nonuniformity of the substrate temperature causes a plastic deformation called slip. This slip occurs along any crystal direction across any crystal plane in the crystal, causing some of the material to displace relative to the rest. Common causes of slip in crystals may be due to temperature gradients during film growth, or may be the result of the manner in which the substrate is supported, the mechanism by which the substrate is heated, or the rate of temperature change of the epitaxial process. Crystal defects such as slip are often found at the edges of the substrate and appear as short lines.

기판 내 온도 구배는 CVD 반응기 내부의 열 환경이 불균일성에 의해 야기될 수 있다. 이와 같이 기판의 가열 방식과 열 전달 메커니즘 즉 열전도, 대류 및 복사 방식이 CVD 반응기 내부의 형태에 따라 다르게 된다.Temperature gradients in the substrate can be caused by non-uniformity of the thermal environment inside the CVD reactor. As such, the heating method and heat transfer mechanism of the substrate, that is, the heat conduction, convection, and radiation methods, vary depending on the shape inside the CVD reactor.

현재까지 상용화된 실리콘 에피성장 장치에 대한 특징과 문제점을 언급하면 다음과 같다.The features and problems of the commercialized silicon epitaxial growth device to date are as follows.

종래 장치의 미니노(Furnace) 타입의 반응기는 열벽의 방열에 의해 기판을 가열시킨다. 이러한 반응기 장치는 기판 위치에 따라 방열원의 거리가 일정하지 않고, 기판 가장자리는 기판 중앙보다 거리가 가깝고, 뜨겁기 때문에 기판의 결정 격자에 열응력에 의해 결정 결함 등의 문제를 야기하고, 필름이 불균일하게 증착된다. 또한 기판들을 유지하기 위한 석영 또는 SiC 보트 슬롯(Slot)에 실어진다. The Furnace type reactor of the conventional apparatus heats the substrate by heat dissipation of the hot wall. In this reactor apparatus, the distance of the heat dissipation source is not constant according to the position of the substrate, and the edge of the substrate is shorter than the center of the substrate and is hot. Is deposited. It is also loaded into a quartz or SiC boat slot for holding the substrates.

슬롯들 주위의 영역들은 가공 중에 온도 불균일성 문제를 야기한다. 또한 슬롯에 의해 기판들은 죄어져서 국소화된 응력(Thermal Stress)으로 결정결함 문제를 야기한다. 그리고 이러한 반응기(Furnace)들은 기판들의 싣기(loading) 및 부리기(unloading)하는데 장시간의 가열 및 냉각시간을 요하는 단점들을 가진다. Areas around the slots cause temperature non-uniformity problems during processing. The substrates are also clamped by the slots, causing crystal defect problems with localized stresses. And such reactors have the disadvantage of requiring a long heating and cooling time to load and unload the substrates.

그리고, 원통형 타입(Barrel Type)의 냉벽(Quartz) 반응기는 적외선 램프를 이용하여 서셉터(susceptor)를 가열하는 복사열 가열방식 또는 코일을 이용한 유도 가열방식이 있다. 이 반응기는 균일한 가스공급의 제한으로 증착 필름의 두께 불균 일과 냉벽(Cold wall)에 의한 열손실로 기판의 결정결함(Slip) 및 가공문제들을 야기하게 된다. In addition, the Barrel Type Coldz reactor has a radiant heat heating method for heating a susceptor using an infrared lamp or an induction heating method using a coil. The reactor has a uniform gas supply limitation, which causes the thickness variation of the deposited film and the heat loss due to the cold wall, causing the substrate to slip and process problems.

또 다른 형태의 반응기로는 기판 내에 온도와 가스 공급을 균일하게 하기 위한 팬케이크(Pancake) 형태를 들 수 있다. 이 반응기는 기판(110)을 서셉터(111) 위에 올려놓고(loading) 서셉터(111)를 가열시키면서 회전시키고, 반응 가스의 분사 노즐은 서셉터(111) 중앙에서 분사하여 서셉터(111) 가장자리로 배기시키는 방식이다. Another type of reactor may be a pancake type for uniform temperature and gas supply within the substrate. The reactor loads the substrate 110 on the susceptor 111 and rotates it while heating the susceptor 111, and the injection nozzle of the reaction gas is injected from the center of the susceptor 111 to susceptor 111. Exhaust to the edge.

도 1은 현재 상용화된 고주파를 이용한 유도가열 방식으로 고온 공정에서 기판의 모습이다. 이러한 반응기에서는 유도 코일(105)에 의해 서셉터(111)가 가열되고, 이 가열된 서셉터에 기판(110)이 직접 접촉되어 열이 전달되기 때문에 기판의 앞 뒷면 온도 차이로 도 1의 기판(110)처럼 휘게 된다. 이렇게 기판이 휘게 되면 기판의 중심부와 가장자리에 서셉터 열전도 차이로 기판 내 온도 구배가 발생되고 슬립이 발생한다. 1 is a view of a substrate in a high temperature process by the induction heating method using a commercially available high frequency. In such a reactor, the susceptor 111 is heated by the induction coil 105, and since the substrate 110 is directly contacted with the heated susceptor to transfer heat, the substrate of FIG. Bent like 110). When the substrate is bent in this way, a temperature gradient in the substrate is generated due to the difference in susceptor thermal conductivity at the center and the edge of the substrate, and slip occurs.

또한, 서셉터의 열이 기판으로 전달될 때에 서셉터의 상태에 따라 오염입자, 실리콘 등이 기판으로 이동되어 도 2의 기판처럼 기판의 뒷면오염인 폴리실리콘 증착(121) 및 변형의 결과를 초래 한다. 그리고 반응가스 분사노즐이 서셉터 중앙에서 분사하여 서셉터 가장자리로 배기되기 때문에 서셉터 온도 상승시 서셉터 중앙에서 가장자리로 가스흐름과 대류가 일어나기 때문에 서셉터 가장자리의 온도가 급격히 상승하는 문제를 유발한다. 이러한 서셉터의 온도 구배로 기판에 응력이 발생되어, 슬립(Slip, 결정결함) 문제가 야기된다. 그리고 냉벽에 가까운 기판은 차가 운 벽에 의한 열손실로 웨이퍼의 온도 분포가 불균일 해진다. 이를 보상하기 위해 서셉터의 가장자리에서는 RF 코일을 보다 촘촘히 이격 시킨다. 그러나 이러한 방식은 가열 램프-업(ramp-up) 및 냉각(cool down) 등에 대해서는 온도 프로파일이 최적이 되지 못하고, 에피층 증착 스템(Deposition step)에서는 가장자리의 과열을 초래한다. 이러한 문제를 줄이기 위해서 온도 상승률을 낮추면 오랜 시간이 걸리기 때문에 작업처리량(throughput)이 문제가 된다. In addition, when heat of the susceptor is transferred to the substrate, contaminant particles, silicon, etc. are moved to the substrate according to the state of the susceptor, resulting in polysilicon deposition 121 and deformation, which is the back contamination of the substrate as in the substrate of FIG. 2. do. In addition, since the reaction gas injection nozzle is injected from the center of the susceptor and exhausted to the edge of the susceptor, when the temperature of the susceptor rises, gas flow and convection occur from the center of the susceptor to the edge, causing a sudden rise in temperature of the susceptor edge. . The susceptor's temperature gradient causes stress on the substrate, causing a slip problem. In addition, the temperature distribution of the wafer becomes uneven due to heat loss caused by the cold wall of the substrate close to the cold wall. To compensate for this, the RF coil is more closely spaced at the edge of the susceptor. However, this approach causes the temperature profile not to be optimal for heating ramp-up and cooling down, etc., and leads to overheating of the edges in the epilayer deposition step. To reduce this problem, lowering the rate of temperature rise takes a long time, so throughput is a problem.

도 3은 적외선 램프에 의한 서셉터 가열 방법에서 기판의 모습이다. 이러한 적외선 가열 방식으로써 기판의 싣기/부리기 시간들을 더 고속으로 할 수 있고, 적외선램프(127)의 열원이 반응기 벽(107)을 통과하여 기판(110) 및 서셉터(111)를 복사가열 하는 방식이다. 처리될 기판은 서셉터 위에 위치 하게 되고, 서셉터의 고열 전도성 때문에 열을 횡으로 전도할 수 있어서 기판의 온도를 균일하게 유지한다. 이 서셉터는 통상적으로 기판보다 넓고, 서셉터로 하여금 기판 가장자리에서 복사열 손실을 보상하도록 한다.3 is a view of a substrate in a susceptor heating method by an infrared lamp. This infrared heating method allows the loading / unloading times of the substrate to be faster, and a heat source of the infrared lamp 127 passes through the reactor wall 107 to radiate heat the substrate 110 and the susceptor 111. to be. The substrate to be treated is placed on the susceptor, and because of the high thermal conductivity of the susceptor, it can conduct heat laterally, keeping the temperature of the substrate uniform. This susceptor is typically wider than the substrate and allows the susceptor to compensate for radiant heat losses at the edge of the substrate.

그러나 이러한 제조 장치는 얇은 층(Thin Epitaxial Layer)을 증착하는 장치에는 적합하나, 두꺼운 층(Thick Epitaxial Layer)을 증착하는 경우에는 공정상 많은 문제점과 소모품 사용에 많은 비용이 드는 문제점이 있다. 이 경우, 석영 챔버는 램프들로부터의 에너지의 일부를 흡수할 뿐 아니라 기판 및 세셉터 로부터의 복사열도 흡수한다. 그러므로 두꺼운 층을 증착하는 경우에는 원치 않는 퇴적물들이 석영 챔버벽에 코팅(126)된다. 이 퇴적물은 복사 에너지가 기판에 전해지는 것을 방해하고, 원치 않는 퇴적물은 팽창 계수의 차로 인해 박리되고 그 박편이 기판상에 떨어져, 오염물들의 원인이 된다.However, such a manufacturing apparatus is suitable for a device for depositing a thin layer (Thin Epitaxial Layer), but when depositing a thick layer (Thick Epitaxial Layer) there are a lot of problems in the process and costly to use consumables. In this case, the quartz chamber not only absorbs some of the energy from the lamps, but also absorbs radiant heat from the substrate and the acceptor. Therefore, in the case of depositing a thick layer, unwanted deposits are coated 126 on the quartz chamber wall. These deposits interfere with the transfer of radiant energy to the substrate, and the unwanted deposits peel off due to the difference in coefficient of expansion and the flakes fall on the substrate, causing contaminants.

이러한 퇴적물(126)은 서셉터에 증착된 폴리 실리콘과의 식각 특성과는 불일치하거나 양립할 수 없는 식각 특성을 갖는 막들을 포함한다. 일치하지 않거나 양립할 수 없는 식각 특성들은 반응기 챔버를 세정하는 것을 더 어렵게 만들고, 이는 정위치(in situ) 세정 공정들에서 특히 심각한 문제가 될 수 있다. Such deposits 126 include films having etching characteristics that are inconsistent or incompatible with etching characteristics with polysilicon deposited on the susceptor. Inconsistent or incompatible etching characteristics make cleaning the reactor chamber more difficult, which can be a particularly serious problem in in situ cleaning processes.

또한, 반응기 벽이 냉벽으로 기판 가장자리에서는 온도 구배가 발생한다. 이는 결정결함, 도판트 농도의 불균일 등 가공 문제들을 야기할 수 있다. 또한 이러한 반응기 구성품 즉 반사기(132)들 및 램프필라멘트(127)들은 시간과 사용에 의해 성능이 떨어져 원치 않는 기판 온도 변화를 야기한다. 게다가, 방사 가열 시스템은 하나의 기판을 가열처리 하는데 많은 램프와 다량의 전력(300㎾까지)을 필요로 하는 문제점을 내재하고 있다. In addition, the reactor wall is a cold wall and a temperature gradient occurs at the substrate edge. This can cause processing problems such as crystal defects, non-uniformity of dopant concentration. These reactor components, ie reflectors 132 and lamp filaments 127, also degrade in time and use, causing unwanted substrate temperature variations. In addition, radiant heating systems suffer from the problem of requiring many lamps and a large amount of power (up to 300 kW) to heat one substrate.

상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반도체의 기판과 같은 가공 소재들의 열처리 공정에서 야기되는 기판의 불균일한 온도분포로 발생되는 결정결함(Slip), 기판의 휨(warpage, bow), 서셉터의 조건에 따라 기판 뒷면이 오염되는 문제, 반응기 벽의 퇴적물들이 박리되어 그 박편이 기판 및 반응기를 오염시키는 문제등을 제거하여 고품질의 실리콘 단결정을 성장시키며, 반응기 소모품의 수명을 길게 할 수 있는 장치를 제공하고, 향상된 작업처리량(throughput)을 이룰 수 있는 반도체 기판 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the conventional problems as described above, the crystal defect (Slip) caused by the non-uniform temperature distribution of the substrate caused in the heat treatment process of the workpiece, such as the substrate of the semiconductor, warpage, bow), contaminants on the back of the substrate according to the condition of the susceptor, deposits on the wall of the reactor are peeled off, and flakes contaminate the substrate and the reactor. To provide an apparatus capable of lengthening, and to provide a semiconductor substrate heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of achieving an improved throughput.

상기한 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 반도체 기판의 열처리 장치에 있어서, 열벽인 상부챔버와 상기 상부챔버 하부 방향으로 이격되며 상기 기판을 지지하기 위하여 반응기 내 중앙으로 형성되는 서셉터로 구성된 내부챔버; 상기 기판을 가열하기 위하여 상기 반응기 내부에 전자기 에너지를 공급하기 위한 유도기; 상기 기판 상에 원하는 필름 증착을 위해 반응기 내부로 가스를 공급하는 가스 소스; 상기 반응기 내부 분위기 조성을 위하여 공급되는 퍼지 가스(H2 Gas Purge); 기판 싣기/부리기를 위한 기판 핸들링 장치; 및 공정별 구간에 따라 상기 서셉터의 상하 운동을 매개하기 위한 승강 장치;를 포 함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.The configuration of the present invention for solving the above-mentioned conventional problems and to achieve the object according to the present invention, in the heat treatment apparatus of the semiconductor substrate, spaced apart in the upper chamber and the lower direction of the upper chamber which is a hot wall reactor to support the substrate An inner chamber composed of a susceptor formed in the center thereof; An inductor for supplying electromagnetic energy inside the reactor to heat the substrate; A gas source supplying gas into the reactor for depositing the desired film on the substrate; Purge gas (H 2 Gas Purge) supplied to form an atmosphere inside the reactor; A substrate handling device for loading / unloading a substrate; And a lifting device for mediating the up and down movement of the susceptor according to each section of the process.

이 경우, 상기 유도기는 전자기 유도 코일로 구성하며 내부챔버 상벽 상부와 상기 서셉터 하부에 설치하는 것을 특징으로 한다.In this case, the inductor is composed of an electromagnetic induction coil, characterized in that installed on the upper upper wall and the susceptor of the inner chamber.

또한, 기판의 균일한 온도를 제어하기 위하여 상기 상부챔버, 서셉터 및 유도 코일과 연결되어 기판 온도를 제어 명령하도록 구성된 제어기를 더 구성한 것을 특징으로 한다.In addition, in order to control the uniform temperature of the substrate is characterized in that the controller is further configured to be connected to the upper chamber, the susceptor and the induction coil to control the substrate temperature.

이 경우, 상기 제어기는 기판의 상하 온도를 균일하게 형성할 수 있도록 상기 상부챔버(108-1)의 온도를 상승시키면서 상기 서셉터 온도를 점진적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.In this case, the controller may increase the susceptor temperature gradually while increasing the temperature of the upper chamber 108-1 so as to uniformly form the upper and lower temperatures of the substrate.

아울러, 상기 제어기는, 상기 서셉터 온도가 기판 온도보다 높지 않게 하도록 상기 승강 장치의 상하 운동을 공정별로 동작 제어 가능하도록 하며, 상기 제어기는 서셉터 높이 조절대, 웨이퍼 리프터, 반응기 도어, 웨이퍼 운반대와 기구적으로 연결시킨 것을 특징으로 한다.In addition, the controller, the operation of the vertical motion of the elevating device can be controlled by the process so that the susceptor temperature is not higher than the substrate temperature, the controller is a susceptor height adjuster, wafer lifter, reactor door, wafer carrier And mechanically connected.

또한, 상기 유도코일은 사각 또는 원형 형상의 RF 코일 조립판과, 상기 조립판에 방사 형태로 조립한 다수 RE 코일 및 상기 RF 코일 상에 코일 길이를 따라 주기적인 간격으로 설치되는 코일 스터드로 구성한 것을 특징으로 한다.In addition, the induction coil is composed of a square or circular RF coil assembly plate, a plurality of RE coils assembled in a radial form on the assembly plate and coil studs are installed on the RF coil at regular intervals along the coil length. It features.

여기서, 상기 유도코일의 과열을 막기 위해 순도의 냉매를 상기 RF코일을 통해 순환 시키는 것을 특징으로 한다.Here, the refrigerant of purity is circulated through the RF coil in order to prevent overheating of the induction coil.

그리고, 상기 기판의 온도 균일도를 유지하기 위하여 상기 코일 스터드의 높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.The height of the coil stud is adjusted to maintain the temperature uniformity of the substrate.

또한, 상기 서셉터 승강 장치에 연결되는 제어기는, 작업 완료 후 챔버를 냉각시키기 위하여 상기 서셉터를 하강시키도록 승강 장치를 명령하도록 구성한 것을 특징으로 한다.The controller connected to the susceptor elevating device may be configured to instruct the elevating device to lower the susceptor to cool the chamber after completion of the work.

또한, 상기 제어기는 상기 서셉터 온도 하강시 상기 기판 싣기/부리기 명령을 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the controller is characterized in that to perform the load / unload command to the substrate susceptor temperature decreases.

또한, 상기 상부챔버와 서셉터는 실리콘 카바이드 코팅된 흑연으로 두께는 두께는 0.5 내지 1.5 인치 범위에서 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper chamber and the susceptor are silicon carbide coated graphite, characterized in that the thickness is configured in the range of 0.5 to 1.5 inches.

또한, 상기 서셉터를 회전시키는 회전 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises a rotating member for rotating the susceptor.

여기서, 상기 회전 부재를 구성하는 서셉터 높이조절 커넥터는 기판의 온도유지를 위하여, 서셉터의 높이를 조절하고, 서셉터에 회전력을 제공하며, 서셉터 승강판은 서셉터를 상승/ 하강 시키기 위해 선형작동기에 의해 상하 구동되고 회전 운동은 모터로부터 회전 피드쓰루를 통해 상기 선형작동기에 전달시키는 것을 특징으로 한다.Here, the susceptor height adjustment connector constituting the rotating member to adjust the height of the susceptor, to maintain the temperature of the substrate, to provide a rotational force to the susceptor, the susceptor lifting plate to raise / lower the susceptor It is driven up and down by the linear actuator and the rotary motion is characterized in that it is transmitted to the linear actuator through a rotary feed-through from the motor.

그리고, 상기 서셉터 승강판의 정렬은 승강 가이드 베어링을 사용하여 유지되고, 서셉터 승강판에 의한 상하운동은 탑재탑에 의해 서셉터가 공정단계에 따라 상승(D1) 또는 하강(D2)하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And, the alignment of the susceptor lifting plate is maintained using a lifting guide bearing, the vertical movement by the susceptor lifting plate is made by the susceptor is raised (D1) or lowered (D2) according to the process step by the mounting tower It is characterized by.

또한, 상기 서셉터 영역별로 반응 가스분사의 유량을 조절할 수 있게 영역별로 가스노즐과 조절밸브를 장착하며, 도판트 가스 유량조절 밸브를 상기 서셉터 영역별로 각각 설치하여 반응기 측면에서 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, a gas nozzle and a control valve are installed for each region to control the flow rate of the reactive gas injection for each susceptor region, and a dopant gas flow control valve is installed for each susceptor region and supplied from the reactor side. do.

여기서, 상기 도판트 가스는 서셉터 중앙부(130)의 도판트 가스농도와 서셉터 가장자리(131)의 도판트 가스 농도 분사량을 독립적으로 조절될 수 있도록 하여 증착층의 최적 도판트 농도 균일성을 제공하는 것을 특징으로 한다.In this case, the dopant gas may independently adjust the dopant gas concentration of the susceptor center 130 and the dopant gas concentration injection amount of the susceptor edge 131 to provide the optimum dopant concentration uniformity of the deposition layer. Characterized in that.

또한, 상기 상부챔버를 둘러싸는 외부챔버의 영역들을 보호하도록 하우징, 본체, 뚜껑을 분리 가능하게 구성되고, 실링(Sealing)을 형성하며 상기 실링(Sealing)은 반응기의 뚜껑과 하우징 간에 전기 절연이 되는 밀봉물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the housing, the body, and the lid are detachably configured to protect the areas of the outer chamber surrounding the upper chamber, form a sealing, and the sealing is electrically insulated between the lid and the housing of the reactor. It is characterized by consisting of a seal.

그리고, 상기 하우징, 본체, 뚜껑의 구성 재료는 세라믹, 알루미늄 합금, 및 스테인레스강 중 어느 하나로 구비하고, 상기 내부챔버 벽의 냉각을 위해 냉매(Cooling Water)가 냉각수 관으로 순환되며, 상기 내부챔버 벽의 온도를 온도센서를 이용하여 측정하고 피드백하여 유체의 흐름량을 조절 밸브상에 작용시킴으로써 제어하는 것을 특징으로 한다.The housing, the main body, and the lid may be formed of any one of ceramic, aluminum alloy, and stainless steel, and cooling water may be circulated through a cooling water pipe to cool the inner chamber wall. It is characterized by measuring the temperature of the temperature using a temperature sensor and feedback by controlling the flow rate of the fluid on the control valve.

한편, 상기한 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위한 방법은, 반도체 기판의 처리 방법에 있어서, 상기 서셉터를 회전시켜 상부챔버에 인접하게 위치시키는 a단계; 상기 상부챔버를 가열하기 위해 유도기로부터 상기 서셉터로 에너지를 유도적으로 커플링하는 b단계; 상기 서셉터를 가열하기 위해 유도기로부터 상기 서셉터로 에너지를 유도적으로 커플링하는 c단계: 반응 가스를 반응기 내부로 주입하는 d단계; 상기 기판 위에 물질층을 증착하는 e단계; 상기 증착 공정 후 상기 기판 냉각을 위하여 상부챔버로부터 이격시키 위해 서셉터를 하강시키는 f단계; 상기 기판과 서셉터를 냉각시키는 g단계; 상기 증착 완료된 기판은 부 리고, 새로운 기판을 서셉터에 싣는 h단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, a method for solving the above-mentioned conventional problems and to achieve the object according to the present invention, the method of processing a semiconductor substrate, comprising: a step of rotating the susceptor to position adjacent to the upper chamber; B inductively coupling energy from an inductor to the susceptor to heat the upper chamber; C) inductively coupling energy from an inductor to the susceptor to heat the susceptor: d, injecting a reaction gas into the reactor; Depositing a material layer on the substrate; F lowering a susceptor to separate from the upper chamber for cooling the substrate after the deposition process; G for cooling the substrate and susceptor; The deposited substrate is broken, h step of loading a new substrate on the susceptor; characterized in that it comprises a.

이 경우, 상기 상부챔버와 서셉터 간의 이간 거리는 반응 단계에서 보다 챔버 냉각 구간에서 더 크게 유지하는 것을 특징으로 한다.In this case, the separation distance between the upper chamber and the susceptor is characterized in that it is maintained larger in the chamber cooling section than in the reaction step.

또한, 상기 상부챔버와 서셉터 간의 이간 거리를 조절할 수 있는 이간 거리 조절 단계를 상기 a 단계 내지 g 단계 중 어느 한 단계의 실시 이전에 더 포함시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of adjusting the separation distance between the upper chamber and the susceptor characterized in that it further comprises before performing any one of the steps a to g.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 반도체 기판 열처리 장치 및 방법에 의한 공정 진행시에는, 반응기의 내부챔버를 열벽 반응기로 구성함으로써 벽에 의한 열 손실 없이 균일하고 효율적인 대류로 기판을 가열 할 수 있다. As described above, during the process by the semiconductor substrate heat treatment apparatus and method according to the present invention, by configuring the inner chamber of the reactor as a hot wall reactor it is possible to heat the substrate in a uniform and efficient convection without heat loss by the wall.

또한, 챔버 상부와 하부의 온도를 독립적으로 가열시킬 수 있으므로 기판의 온도와 서셉터의 온도 차이를 줄인다. 챔버 상부 가열의 방열원 조절로 기판의 앞 뒷면 온도구배 없이 동일하게 가열함으로써 기판의 응력을 줄일 수 있고, 서셉터의 온도와 기판의 온도 차이를 제거하여 서셉터로부터 기판으로의 실리콘 이동 및 오염원 이동을 줄일 수 있게 된다.In addition, since the temperature of the upper and lower chambers can be heated independently, the temperature difference between the substrate temperature and the susceptor is reduced. By controlling the radiant source of the upper chamber heating, it is possible to reduce the stress of the substrate by heating the same without the temperature gradient of the front and back of the substrate, and remove the susceptor temperature and the temperature difference of the substrate to move the silicon from the susceptor and the substrate Can be reduced.

또한, 기판의 균일한 온도분포, 서셉터의 회전과 서셉터 영역별로 반응가스 분사의 유량 조절로 기판의 증착 두께, 특성 균일도를 향상시킬 수 있으며, 기판의 싣기/ 부리기 단계에서는, 기판과 서셉터를 챔버 상부로부터 거리를 이격시키면 냉벽(Cold wall) 반응기가 되어 기판의 온도를 빨리 냉각 시킬 수 있게 된다.In addition, by uniform temperature distribution of the substrate, rotation of the susceptor, and control of the flow rate of the reaction gas injection for each susceptor region, the deposition thickness and the uniformity of the substrate can be improved. If the distance from the top of the chamber becomes a cold wall (Cold wall) reactor to be able to cool the temperature of the substrate quickly.

아울러, 열벽에 증착된 실리콘 등 증착물은 폴리(Poly) 구조로 구성하여 할로 겐 가스를 이용한 세정공정에 의해 쉽게 제거 되기 때문에 반응기의 오염을 줄이고, 작업처리량을 향상 시킬 수 있게 된다.In addition, since deposits such as silicon deposited on the thermal walls are easily removed by a cleaning process using a halogen structure by using a poly structure, it is possible to reduce contamination of the reactor and improve throughput.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 기판 열처리 장치 및 열처리 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a semiconductor substrate heat treatment apparatus and a heat treatment method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 에피택셜 성장 장치의 구성을 도시한 개념도, 도 5는 상부챔버 코일 평면도, 도 6은 서셉터 코일 평면도, 도 7은 에피택셜 성장 장치의 제어 개념도, 도 8은 에피택셜 성장 장치의 구성을 도시한 개념도, 도 9는 반응기 내부챔버 구성도, 도 10은 에피택셜 성장 장치의 웨이퍼 로딩, 언로딩 스텝 도면이다.4 is a conceptual diagram showing the configuration of the epitaxial growth apparatus, FIG. 5 is a plan view of the upper chamber coil, FIG. 6 is a plan view of the susceptor coil, FIG. 7 is a conceptual diagram of the control of the epitaxial growth apparatus, and FIG. 8 is a configuration of the epitaxial growth apparatus. 9 is a schematic diagram illustrating a reactor internal chamber, and FIG. 10 is a wafer loading and unloading step diagram of the epitaxial growth apparatus.

(실시 예 1) (Example 1)

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적 실시 예를 기술한다. 본 발명은 게시된 실시 예에 한정되도록 의도하지 않으며, 여기에 게시된 원리와 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위에 따르도록 의도되었다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The invention is not intended to be limited to the disclosed embodiments, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features disclosed herein.

도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 CVD 반응기의 단면도이다. 이 반응기는 높은 온도에서도 기판 온도의 균일성을 유지할 수 있고, 오염도가 낮은 실리콘의 에피택셜 증착에 적합하다.4 is a cross-sectional view of a CVD reactor according to Embodiment 1 of the present invention. The reactor can maintain substrate temperature uniformity even at high temperatures and is suitable for epitaxial deposition of silicon with low contamination.

먼저, 도 4을 참고하면, 이 장치의 외부챔버(107)는 반응 가스와 접촉하기에 매우 적절한 석영 또는 도자기로 구성되었다. 그리고, 외부챔버(107)의 영역들을 보호하도록 바깥쪽에는 하우징(133), 본체(109), 뚜껑(134)등으로 분리 가능하게 구성되고, 이것은 실링(Sealing)을 형성하도록 구성된다. 이 실링(Sealing)은 반응 기의 뚜껑(134)과 하우징(133)간에 전기 절연이 되는 밀봉물(135)로 이루어 진다. First, referring to FIG. 4, the outer chamber 107 of the device is made of quartz or porcelain which is very suitable for contact with the reaction gas. In addition, the outer side of the outer chamber 107 to protect the area 133, the main body 109, the lid 134 and the like is detachably configured, which is configured to form a sealing (Sealing). This sealing consists of a seal 135 which is electrically insulated between the lid 134 of the reactor and the housing 133.

하우징(133), 본체(109), 뚜껑(134)의 구성 재료들은 세라믹, 알루미늄 합금, 및 스테인레스강과 같은 철합금으로 구비하고, 챔버 벽의 냉각을 위해 냉매(Cooling Water)가 냉각수 관(102)으로 순환된다. 이 경우, 챔버 벽의 온도를 측정하고 피드백하여 유체의 흐름량을 조절 밸브상에 작용시킴으로써 제어 가능하도록 구성함이 바람직하다.The constituent materials of the housing 133, the main body 109, and the lid 134 are made of iron alloy such as ceramic, aluminum alloy, and stainless steel, and cooling water is supplied to the cooling water pipe 102 to cool the chamber wall. Circulated to In this case, it is preferable that the temperature of the chamber wall is controlled and fed back so that the flow rate of the fluid acts on the regulating valve.

이 냉각벽 구성의 이점은 내부챔버(108, 111)로부터 탈출할 수도 있는 처리 기체가 외부챔버(107)상에 퇴적할 수 있는 것을 줄일 수 있다는 것이다. 외부챔버(107)와 본체(109) 간에는 열전달을 가능케 하는 접촉물들의 설계를 통해 냉각을 유지할 수 있다. 이 외부챔버(107)에 적합한 재료들의 예들로는 석영 및 도자기 등으로 표면의 퇴적물을 제거하는 액체세정, 기체세정 및 물리적 세정처리 들을 받기에 적합한 재료들을 포함한다. An advantage of this cooling wall configuration is that it can reduce the amount of process gas that may escape from the inner chambers 108, 111 can deposit on the outer chamber 107. Cooling may be maintained between the outer chamber 107 and the body 109 through the design of the contacts to enable heat transfer. Examples of materials suitable for this outer chamber 107 include materials suitable for liquid cleaning, gas cleaning and physical cleaning treatments to remove surface deposits with quartz and porcelain.

그리고 도 9b에서와 같이, 에피층 성장을 위해 기판(110)에 기체반응을 하는 내부챔버(108)는 납작한 원통형 모양의 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)로 구성되어 있고, 구성재료들은 탄화규소, 탄화규소 코팅된 흑연으로 구비한다. In addition, as shown in FIG. 9B, the inner chamber 108 that performs gas reaction on the substrate 110 for epitaxial growth is composed of a flat cylindrical upper chamber 108-1 and susceptor 111. The materials are comprised of silicon carbide, silicon carbide coated graphite.

이 경우, 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)는 두 개의 유도기(RF Coil 105)에 의해 각각 가열되고, 유도코일(105)의 과열을 막기 위해 순도의 냉매가 RF코일을 통해 순환 된다. 상부챔버(108-1)는 내부챔버 지지대(128)에 의해 고정되어 있고, RF코일 조립판(103)은 조립판 지지대(101)에 의해 지지된다. In this case, the upper chamber 108-1 and the susceptor 111 are heated by two inductors RF coil 105, respectively, and a refrigerant of purity is circulated through the RF coil to prevent overheating of the induction coil 105. do. The upper chamber 108-1 is fixed by the inner chamber support 128, and the RF coil assembly plate 103 is supported by the assembly plate support 101.

그리고, 서셉터 홀더(112)는 서셉터(111)의 중심에 부착되어 서셉터(111)를 회 전시키고, 서셉터 지지대(114)는 서셉터(111)의 높이를 조절할 수 있도록 하우징(133)의 바닥면을 통해 연장되도록 구성함이 바람직하다. In addition, the susceptor holder 112 is attached to the center of the susceptor 111 to rotate the susceptor 111, and the susceptor support 114 allows the housing 133 to adjust the height of the susceptor 111. It is preferable to configure so as to extend through the bottom surface.

도 5는 상부챔버(108-1)의 코일 모형도이다. RF코일(105)은 특정 스터드(117)에 의해 RF코일 조립판(103)에 지지되고, 코일(105) 높이와 간격은 코일의 길이를 따라 주기적인 간격으로 스터드(117)가 위치하여 조절 가능하다. 서셉터(111)는 내부챔버(108) 구역에서 기판(110)을 지지하며, 주된 공정 중에 기판(110)이 실질적으로 등온 가공온도를 유지하면서 회전한다. 5 is a coil model diagram of the upper chamber 108-1. The RF coil 105 is supported on the RF coil assembly plate 103 by a particular stud 117, and the height and spacing of the coil 105 can be adjusted by positioning the stud 117 at periodic intervals along the length of the coil. Do. The susceptor 111 supports the substrate 110 in the inner chamber 108 region, and rotates while maintaining the isothermal processing temperature of the substrate 110 during the main process.

도 6는 서셉터(111)의 코일 모형도 이다. 이 RF코일(105) 또한 특정 스터드(117)에 의해 RF코일 조립판(103)에 지지되고, 코일 높이와 간격은 코일의 길이를 따라 주기적인 간격으로 스터드(117)가 위치하여 조절 가능하다. 스터드 높이는 RF코일 세그먼트(105)와 내부챔버(108, 111) 사이의 간격을 가리킨다. 6 is a coil model diagram of the susceptor 111. The RF coil 105 is also supported by the RF coil assembly plate 103 by a particular stud 117, the coil height and spacing is adjustable by the stud 117 is positioned at periodic intervals along the length of the coil. The stud height indicates the spacing between the RF coil segment 105 and the inner chambers 108, 111.

내부챔버(108, 111)의 온도 균일성은 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)의 적절한 간격 변화(D1)와 내부챔버(108)의 탄화규소 코팅된 흑연 두께로 온도 균일성을 유지할 수 있다. 그러므로 공정단계 동안 기판(110)이 실질적으로 등온 가공 온도로 유지된다. The temperature uniformity of the inner chambers 108 and 111 maintains the temperature uniformity with the appropriate gap change D1 between the upper chamber 108-1 and the susceptor 111 and the thickness of the silicon carbide coated graphite of the inner chamber 108. Can be. Therefore, the substrate 110 is maintained at substantially the isothermal processing temperature during the process step.

도펀트 가스는 기판(110) 온도의 변화에 매우 민감하므로 최적 온도 균일성을 위해 코일의 높이를 미세 조정하는 탁월한 수단을 제공한다. 그러므로 내부챔버(108, 111)와 유도기(105) 간의 이간 거리를 변화시킴으로써 온도 균일성이 개선된다. 최종 코일 프로파일은 에피택셜 필름 저항도의 균일성을 측정하고 전체 웨이퍼 내의 저항도 균일성을 얻도록 조절함으로써 얻어진다The dopant gas is very sensitive to changes in substrate 110 temperature, providing an excellent means of fine tuning the height of the coil for optimum temperature uniformity. Therefore, the temperature uniformity is improved by changing the separation distance between the inner chambers 108 and 111 and the inductor 105. The final coil profile is obtained by measuring the uniformity of the epitaxial film resistivity and adjusting the resistivity within the entire wafer to achieve uniformity.

내부챔버인 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)는 코일 덮개(Coil Cover104)에 의해 RF유도 코일(105)과 분리되어 있다. 반응기 내 압력 유지와 반응가스가 서셉터 밑부분으로 유입되는 것을 억제하기 위하여 수소공급 노즐(116)을 통해 분사된다. 그리고 메인(Main) 반응가스는 반응기 챔버의 측면에 구성되어 있는 가스노즐 어셈불리(124)을 통해 유입된다. 이러한 메인(Main) 반응가스는 반응가스, 증착가스, 캐리어가스, 불활성가스, 도펀트가스, 및 다른 여러 형태의 가스를 포함할 수 있다. The upper chamber 108-1 and the susceptor 111, which are internal chambers, are separated from the RF induction coil 105 by a coil cover 104. It is injected through the hydrogen supply nozzle 116 to maintain the pressure in the reactor and to inhibit the reaction gas from entering the bottom of the susceptor. The main reaction gas is introduced through the gas nozzle assembly 124 configured on the side of the reactor chamber. Such a main reaction gas may include a reaction gas, a deposition gas, a carrier gas, an inert gas, a dopant gas, and various other types of gases.

도 7은 에피택셜 성장 장치의 제어 개념도이다. 온도제어 시스템은 RF전력 조절 커넥터(139, 140)에 전해지는 전력을 제어한다. 이 경우, 하나 이상의 온도감지기는 서셉터 바깥쪽 온도감지센서 커넥터(137)와 안쪽 온도감지센서 커넥터(138)에 연결되어 상부챔버(108-1), 서셉터(111), 기판(110) 중 하나 이상의 온도 정보를 이끌어낸다, 본 장치에서는 상부챔버(108-1)의 전력 제어는 서셉터(111) 방향으로 방열하면서 기판(110)의 앞 뒷면에 온도 구배가 발생되지 않게 조절한다. 7 is a control conceptual diagram of the epitaxial growth apparatus. The temperature control system controls the power delivered to the RF power control connectors 139 and 140. In this case, the one or more temperature sensors are connected to the susceptor outer temperature sensor connector 137 and the inner temperature sensor connector 138 so that the upper chamber 108-1, the susceptor 111, and the substrate 110 are connected. Deriving one or more temperature information, in the present apparatus, power control of the upper chamber 108-1 prevents a temperature gradient from occurring on the front and rear surfaces of the substrate 110 while radiating toward the susceptor 111.

또한 제어기는 코일을 통하는 냉매의 흐름을 조절하기도 한다. 실시 예는 온도제어 시스템을 위해 온도 정보를 이끌어내도록 배치된 복수의 온도 감지기(106)들을 구비한다. 온도 감지기들의 일부 예들로는 열전쌍, 고온계(pyrometers), 및 방사온도계가 있다.The controller also regulates the flow of refrigerant through the coil. The embodiment includes a plurality of temperature sensors 106 arranged to derive temperature information for the temperature control system. Some examples of temperature sensors are thermocouples, pyrometers, and radiation thermometers.

가스조절 커넥터(142)는 반응가스를 주입하고, 가스유량(Gas Flow Rate)을 조절하기 위해 가스 메인 라인(Main Gas Line)에 연결된다.The gas control connector 142 is connected to a main gas line to inject a reaction gas and to adjust a gas flow rate.

서셉터(111) 높이조절 커넥터(141)는 기판의 적절한 온도 유지를 위하여, 서셉 터(111)의 높이를 조절하고, 서셉터(111)에 회전을 제공하는데 이용될 수 있다. The susceptor 111 height adjusting connector 141 may be used to adjust the height of the susceptor 111 and provide rotation to the susceptor 111 in order to maintain an appropriate temperature of the substrate.

그리고, 가스 배기 커넥터(143)는 반응기 내의 배기가스 배출과 적절한 반응기 압력을 유지하도록 조절될 수 있다. In addition, the gas exhaust connector 143 may be adjusted to maintain exhaust gas discharge in the reactor and proper reactor pressure.

실시 예의 서셉터(111)에 로딩된 기판(110)은 제1의 위치(D1)에서 실리콘이 증착되고, 증착이 완료되면, 서셉터(111)는 제2 위치(D2)로 이동하여, 챔버(108)와 서셉터(111)가 온도를 낮추고, 기판 핸들링장치(미도시)가 기판 싣기/부리기를 제공한다.In the substrate 110 loaded on the susceptor 111 of the embodiment, silicon is deposited at the first position D1, and when the deposition is completed, the susceptor 111 moves to the second position D2, and the chamber 108 and susceptor 111 lower the temperature, and a substrate handling device (not shown) provides substrate loading / loading.

도 8은 서셉터(111) 회전과 상하 운동을 위한 장치의 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of a device for susceptor 111 rotation and vertical movement.

이 경우의 반응기는 기판을 싣기/부리기 위한 온도 하강 단계이다. 즉, 서셉터 승강판(148)은 서셉터(111)를 상승/ 하강 시키기 위해 선형작동기(149)에 의해 상하 구동된다. 이 회전 운동은 모터(152)로부터 회전 피드쓰루(150)를 통해 선형작동기(149)에 전달된다. 그리고, 서셉터 승강판(148)의 정렬은 승강 가이드 베어링(153)을 사용하여 유지되고, 서셉터 승강판(148)에 의한 상하운동은 탑재탑(147)에 의해 서셉터(111)가 공정단계에 따라 상승(D1) 또는 하강(D2)하게 된다. The reactor in this case is a temperature dropping step for loading / bending the substrate. That is, the susceptor lifting plate 148 is driven up and down by the linear actuator 149 to raise / lower the susceptor 111. This rotational motion is transmitted from the motor 152 to the linear actuator 149 via the rotary feedthrough 150. The alignment of the susceptor lifting plate 148 is maintained using the lifting guide bearing 153, and the vertical movement of the susceptor lifting plate 148 is performed by the mounting tower 147. Depending on the stage, it will rise (D1) or fall (D2).

주름상자(151)는 하우징(133)에서 탑재판(147) 위에 완전 밀폐 부착되어 서셉터 지지대(114)를 둘러싸고 있다. 그리고 서셉터(111)는 회전 피드쓰루(154), 회전 슬리브상의 기어(122), 회전모터(155)에 의해 서셉터 회전판축(146)에 회전 운동이 전달되어 서셉터(111)를 회전시킨다. 서셉터(111)의 상하운동 간격 변화는 선택된 작동모드에 의해 결정될 수 있다. The corrugated box 151 is completely sealed to the mounting plate 147 in the housing 133 and surrounds the susceptor support 114. In addition, the susceptor 111 transmits a rotational motion to the susceptor rotating plate shaft 146 by the rotation feedthrough 154, the gear 122 on the rotation sleeve, and the rotation motor 155 to rotate the susceptor 111. . The vertical movement interval change of the susceptor 111 may be determined by the selected operation mode.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반응기 내부챔버는 상부챔버(108-1), 서 셉터(111), 가스노즐 어셈불리(124), 가스유량조절 밸브(129, 130, 131), 배기가스 조절판(115), 기판 출입구(145), 반응기 도어(144)로 구성되어 있는 실시 예의 평면도와 측면도를 참조한다. 가스노즐 어셈불리(124)와 배기가스 조절판(115)의 내부 구성 물질은 석영, 탄화실리콘 및 도자기와 같은 내열성의 재료들로 만들어진다.As shown in FIG. 9, the reactor internal chamber of the present invention includes an upper chamber 108-1, a susceptor 111, a gas nozzle assembly 124, a gas flow control valve 129, 130, and 131, exhaust gas. Reference is made to the top and side views of an embodiment consisting of a gas throttling plate 115, a substrate entrance 145, and a reactor door 144. The internal components of the gas nozzle assembly 124 and the exhaust gas control plate 115 are made of heat resistant materials such as quartz, silicon carbide, and ceramics.

이 경우, 기판(110)의 증착 균일도를 향상시키기 위하여 서셉터(111)를 회전하면서 가스분사는 가스노즐 어셈블리(124)의 모듈을 5개 이상의 영역으로 나누고 3개 이상의 유량조절 밸브(129, 130, 131)가 각기 독립적으로 유량 조절을 하여 내부챔버(108)로 주입되게 된다. In this case, while spraying the susceptor 111 to improve the deposition uniformity of the substrate 110, the gas injection divides the module of the gas nozzle assembly 124 into five or more regions and three or more flow control valves 129 and 130. , 131 is injected into the inner chamber 108 by adjusting the flow rate independently.

이 때, 도펀트 가스는 기판(110) 온도 변화에 매우 민감하므로 서셉터 중앙부(130)의 도판트 가스농도와 서셉터 가장자리(131)의 도판트 가스 농도 분사량을 독립적으로 조절하여 증착층의 최적 도판트 농도 균일성을 제공한다. 그리고, 배기가스 조절판(115)은 배기가스가 흐르게 하는 1개 이상의 홀(Hole)을 형성하도록 함이 바람직하다. 이 경우, 배기가스 조절판(115)의 기능은 반응가스 흐름의 속도와 증착 속도를 결정하고, 반응 완료 후 배기가스가 반응 구역으로 되돌아가는 역순환 가스를 줄이도록 하는 것이다.At this time, since the dopant gas is very sensitive to the temperature change of the substrate 110, the dopant gas concentration of the susceptor center 130 and the dopant gas concentration injection amount of the susceptor edge 131 are independently adjusted to optimize the deposition of the deposition layer. Provide uniform concentration uniformity. In addition, the exhaust gas control plate 115 is preferably formed to form one or more holes (Hole) through which the exhaust gas flows. In this case, the function of the exhaust gas throttling plate 115 is to determine the rate and deposition rate of the reaction gas flow and to reduce the reverse circulating gas back to the reaction zone after the reaction is completed.

도 4에 도시되어 있듯이, 서셉터(111)는 제 1의 위치(D1)에 위치하여 웨이퍼에 실리콘이 증착되고, 증착이 완료되면 서셉터(111)는 제2 위치(D2)로 이동하여, 웨이퍼는 실어지고 부려지게 된다. As shown in FIG. 4, the susceptor 111 is positioned at the first position D1, and silicon is deposited on the wafer. When the deposition is completed, the susceptor 111 moves to the second position D2. The wafer is loaded and poured.

그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 싣고 부리기 위한 포트(145)로 웨이퍼 운반대(119)가 웨이퍼를 운송한다. 이 경우, 제어기(136)는 서셉터 높이 조절대(114), 웨이퍼 리프터(113), 반응기 도어(Slit Valve 144), 웨이퍼 운반대(119)와 연결되어 웨이퍼 싣기/부리기를 제어한다.Then, as shown in FIG. 10, the wafer carrier 119 carries the wafer to the port 145 for loading and releasing the wafer. In this case, the controller 136 is connected to the susceptor height adjuster 114, the wafer lifter 113, the reactor door Slit Valve 144, and the wafer carrier 119 to control the loading / unloading of the wafer.

웨이퍼를 싣기/부리기 하기 위해서는 서셉터 높이 조절대(114)가 세셉터(111)를 아래로 이동시킨다(D2). 아래로 이동한 서셉터(111)의 웨이퍼는 웨이퍼 리프터(113)와 웨이퍼 리프터핀(120)에 의해 웨이퍼는 웨이퍼 운반대(119)가 웨이퍼를 운송 할 수 있도록 서셉터(111)에서 올리고 웨이퍼 운반대(119)가 웨이퍼를 운송하게 된다. 그리고 서셉터(111)는 회전하여 다른 웨이퍼를 운송하도록 회전한다. In order to load / bake the wafer, the susceptor height adjuster 114 moves the acceptor 111 downward (D2). The wafer of the susceptor 111 moved down is lifted from the susceptor 111 by the wafer lifter 113 and the wafer lifter pin 120 so that the wafer carrier 119 can transport the wafer. Base 119 carries the wafer. And the susceptor 111 rotates to transport another wafer.

웨이퍼 싣기/부리기가 끝나면, 반응기 도어(Slit Valve 144)를 닫는다. 그리고 서셉터(111)는 서셉터 높이 조절대(114)에 의해 상향 이동하게 된다(D1). 이동한 서셉터(111)는 서셉터 지지대(112)에 의해 회전 가능하도록 함이 바람직하다.When the loading / unloading of the wafer is finished, close the reactor door (Slit Valve 144). And the susceptor 111 is moved upward by the susceptor height adjuster 114 (D1). The moved susceptor 111 is preferably rotatable by the susceptor support 112.

상기한 실시 예에서와 같이, 본 발명은 에피택셜 공정을 위한 CVD 반응기를 제공하는 것으로, 이 반응기는 에피택셜 층이 증착되는 반응기의 내부챔버(108)가 열벽 반응기로 구성되어 기판(110) 내의 열기울기 감소, 반응기 오염 감소, 반응 가스의 효율적 분사, 서셉터(111)의 상하 이동에 의한 냉각으로 작업 처리량을 향상 시킬 수 있도록 구성된다.As in the above-described embodiment, the present invention provides a CVD reactor for an epitaxial process, in which the inner chamber 108 of the reactor in which the epitaxial layer is deposited is composed of a hot wall reactor in the substrate 110. It is configured to improve the throughput by reducing the heat balance, reducing reactor contamination, efficient injection of the reaction gas, cooling by the vertical movement of the susceptor (111).

여기서, 에피택셜 반응기는 탄화 실리콘 코팅된 흑연 재질의 상부챔버(108-1)와 상하이동 및 회전운동을 할 수 있는 서셉터(111), 이를 가열시키는 RF 유도 코일(105)을 포함하여 이루어진다. Here, the epitaxial reactor includes a silicon carbide-coated graphite upper chamber (108-1) and a susceptor (111) capable of rotating and rotating motion, and an RF induction coil (105) for heating it.

그리고, 코일 세그먼트를 흐르는 교류는 각 세그먼트 주위로 떨림 자기장을 생 성하고, 유도 전류와 연계된 전기 에너지는 열 에너지로 변환되어 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)를 독립적으로 각각 조절 가열한다.The alternating current flowing through the coil segments generates a tremor magnetic field around each segment, and the electrical energy associated with the induced current is converted into thermal energy to independently control the upper chamber 108-1 and the susceptor 111, respectively. Heat.

한편, 상기 코일(105)은 다수의 지지 스터드(117)로 지지되고, 코일(105)의 상이한 세그먼트들은 상이한 높이로 설정될 수 있어서 코일 세그먼트들 간의 거리를 변화시킨다.On the other hand, the coil 105 is supported by a plurality of support studs 117, and different segments of the coil 105 can be set at different heights to change the distance between the coil segments.

이에 따라서, 내부챔버(108) 내 온도 프로파일은 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)의 간격, 그리고 코일(105) 세그먼트들의 간격, 스터드(117) 높이 등으로 조절 하고, 서셉터(111) 가장 자리에서 열 손실 보상을 위하여 상부챔버(108-1)의 크기를 서셉터(111) 보다 넓게 구성하고 있으며 특히 가스 주입 부분의 열손실 보상과 배기가스 출구 부분의 미반응 가스에 의한 재증착 및 난류를 고려하여 서셉터(111) 영역보다 더 넓게 구성한다. 이 경우, 상기 서셉터(111)의 온도 기울기를 최소화하기 위해 서셉터(111)를 회전 가능하도록 구성함이 바람직하다.Accordingly, the temperature profile in the inner chamber 108 is adjusted by the gap between the upper chamber 108-1 and the susceptor 111, the gap between the segments of the coil 105, the height of the stud 117, and the susceptor ( 111) In order to compensate for the loss of heat at the edge, the upper chamber 108-1 has a larger size than the susceptor 111. In particular, the heat loss compensation of the gas injection portion and ash caused by the unreacted gas at the exhaust gas outlet portion are made. Considering the deposition and turbulence, it is configured to be wider than the susceptor 111 region. In this case, the susceptor 111 is preferably configured to be rotatable in order to minimize the temperature gradient of the susceptor 111.

한편, 기판(110) 내의 열적 평형상태를 이룰 수 있게 내부챔버(108)를 열벽(Hot Wall) 반응기로 구성하고, 기판(111)의 뒷면과 앞면의 온도 차이를 줄이기 위해 기판(111) 가열 방법을 상부챔버(108-1)의 온도와 하부챔버인 서셉터(111)의 온도를 독립적으로 가열, 조절할 수 있게 하여 기판(110)의 온도 차이를 줄일 수 잇도록 구성함이 바람직하다. Meanwhile, the inner chamber 108 is configured as a hot wall reactor to achieve a thermal equilibrium in the substrate 110, and a method of heating the substrate 111 to reduce the temperature difference between the rear surface and the front surface of the substrate 111. The temperature of the upper chamber 108-1 and the temperature of the susceptor 111, which is the lower chamber, can be independently heated and controlled to reduce the temperature difference of the substrate 110.

또한, 기판(110) 내의 온도차를 줄이기 위해 방열원과 기판(110)의 거리 차이를 균일하게 하도록 반응기를 팬케이크 타입으로 구성하고, 기판(110)에 균일한 가스 분사와 증착 두께를 균일하게 조절 할 수 있게 서셉터(111)를 회전시키고, 서셉 터(111) 영역별로 반응 가스분사의 유량을 조절할 수 있게 영역별로 가스노즐과 조절밸브를 장착하며, 도판트 가스 유량조절 밸브를 서셉터 영역별로 각각 설치하여 반응기 측면에서 공급함이 바람직하다.In addition, to reduce the temperature difference in the substrate 110, the reactor is configured in the pancake type so as to equalize the distance difference between the heat dissipation source and the substrate 110, and the uniform gas injection and deposition thickness on the substrate 110 can be uniformly adjusted. Rotating the susceptor 111 so as to be able to adjust the flow rate of the reaction gas injection for each susceptor 111 region, the gas nozzle and the control valve for each region, and the dopant gas flow control valve for each susceptor region It is preferable to install and feed from the reactor side.

또한, 기존의 열벽 반응기는 챔버의 온도를 내릴 때 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기판(110)의 싣기/ 부리기를 위해 챔버(108) 온도를 내리는 단계에는 서셉터(111)를 상부챔버(108-1)로부터 거리를 하강 이격시켜서 서셉터(111)에 수소 가스를 퍼지(Purge) 하기 때문에 기판(110)의 온도를 빨리 냉각 시킬 수 있도록 구성한다.In addition, the conventional hot wall reactor has a disadvantage in that it takes a long time to lower the temperature of the chamber. In order to solve this problem, in the step of lowering the chamber 108 temperature for loading / bending the substrate 110, the susceptor 111 is spaced apart from the upper chamber 108-1 by lowering the distance from the susceptor 111. Since the purge (hydrogen gas) to the temperature is configured to cool the temperature of the substrate 110 quickly.

또한. 반응기 열벽에 증착된 실리콘 등 증착물은 폴리(Poly) 구조로 온도 차로 인해 쉽게 박리되지 않는다. 이렇게 증착된 폴리 실리콘은 서셉터(111)에 증착된 폴리 실리콘과의 식각 특성과 일치하기 때문에 정위치(in situ,)에서 할로겐 가스를 이용한 세정 공정에 의해 쉽게 제거 가능하게 된다.Also. Deposits such as silicon deposited on the reactor heat walls are not easily peeled off due to the temperature difference due to the poly structure. The polysilicon deposited as described above coincides with the etching characteristics of the polysilicon deposited on the susceptor 111, and thus may be easily removed by a cleaning process using a halogen gas in situ.

이에 따라서, 높은 온도의 가공 단계에서는 기판(110)을 실은 서셉터(111)와 상부챔버(108-1)가 가까이 위치되도록 하여 기판(110)의 열균형을 조절하면서 열처리 하고, 균일한 반응 기체의 흐름이 달성되도록 퍼지가스 유량을 조절한다. Accordingly, in the high temperature processing step, the susceptor 111 carrying the substrate 110 and the upper chamber 108-1 are positioned close to each other, thereby performing heat treatment while controlling the thermal balance of the substrate 110 and providing a uniform reaction gas. Adjust the purge gas flow rate to achieve a flow of.

또한 기판 싣기 / 부리기 단계에서는 온도를 빨리 낮추기 위해 상부챔버(108-1)로부터 이격시켜 온도를 빨리 낮출 수 있게 장치를 구비한다.In addition, the substrate loading / unloading step is provided with a device that can quickly lower the temperature by separating from the upper chamber (108-1) in order to lower the temperature quickly.

이 열처리 방식은 1차 상부챔버(108-1)를 가열하고 2차 서셉터(111)를 열처리하기 때문에 매우 안정적이고, 균일한 온도로 기판(110)을 가공할 수 있다.Since the heat treatment method heats the primary upper chamber 108-1 and heats the secondary susceptor 111, the substrate 110 can be processed at a very stable and uniform temperature.

본 발명의 한 가지 실시 예에서, 상부챔버(108-1)와 서셉터(111) 간의 바람직 한 간격과 온도 조정은 기판(100)의 가스분사 균일성과 기판(110) 온도들에서 균일성을 유지하도록 결정하는 하나의 알고리즘이 사용된다.In one embodiment of the present invention, the preferred spacing and temperature adjustment between the upper chamber 108-1 and the susceptor 111 maintains uniformity in gas injection uniformity of the substrate 100 and at substrate 110 temperatures. One algorithm is used to decide to do so.

이 알고리즘에 따라 상부챔버(108-1)와 서셉터(111)를 적정한 온도로 가열하고, 일정한 간격을 유지하여 기판(110)의 온도를 균일하게 제공하도록 한다.According to this algorithm, the upper chamber 108-1 and the susceptor 111 are heated to an appropriate temperature, and the temperature of the substrate 110 is uniformly provided by maintaining a constant interval.

또한, 기판(110) 증착이 완료된 서셉터(111)는 냉각 기간 동안 상부챔버(108-1) 로부터 멀리 이동될 수 있다. 이 경우 서셉터(111)의 상하 방향 운동에 의해 제공되는 다른 장점은 기판(110)의 온도를 쉽게 냉각시키고, 기판(110)을 용이하게 싣기/부리기 할 수 있다.In addition, the susceptor 111 having completed the deposition of the substrate 110 may be moved away from the upper chamber 108-1 during the cooling period. In this case, another advantage provided by the vertical movement of the susceptor 111 is that the temperature of the substrate 110 can be easily cooled, and the substrate 110 can be easily loaded / loaded.

물론, 상기한 실시 예를 이용한 본 발명의 다양한 양태들을 이용하여 다른 여러 프로세스가 수행될 수 있을 것이다.Of course, other various processes may be performed using various aspects of the present invention using the embodiments described above.

즉, 본 발명의 다른 양태로, 상부챔버(108-1)에서 받은 열에너지는 기판(110)에 균일하게 전달되어 서셉터(111)로부터 받은 열에너지와 동등하게 유지되도록 하여 기판(110) 내의 온도를 균일하게 유지시키는 기능을 제공한다That is, in another embodiment of the present invention, the thermal energy received from the upper chamber 108-1 is uniformly transmitted to the substrate 110 to maintain the same temperature as the thermal energy received from the susceptor 111 to maintain the temperature in the substrate 110. Provides the ability to keep uniform

본 발명의 다른 양태는 반응기 가장자리 근방에서, 즉 가장자리 둘레로 열이 손실되는 것을 줄이기 위해 상부챔버(108-1)가 옆면 둘레를 차단시킬 수 있도록 구성한다. 이러한 상부챔버(108-1)는 가장자리로부터 열 손실을 감소시키므로, 서셉터(111)에 보다 균일한 열을 제공할 수 있게 된다.Another aspect of the invention is such that the upper chamber 108-1 can block the side circumference to reduce heat loss near the reactor edge, ie around the edge. Since the upper chamber 108-1 reduces heat loss from the edge, it is possible to provide more uniform heat to the susceptor 111.

본 발명의 또 다른 양태는 종래의 반응기 내에 사용되던 것보다 두꺼운 서셉터(111)를 사용할 수 있기 때문에 온도 변동이 균일해지고, 수명이 길어지게 된다.In another embodiment of the present invention, since the susceptor 111 thicker than that used in the conventional reactor can be used, the temperature fluctuation becomes uniform and the life is long.

또한, 반응기 벽 재질이 탄화 실리콘 코팅된 흑연이기 때문에 반응기 벽에 의 한 열 손실 문제를 해소할 수 있고, 반응기 벽에 원치 않는 퇴적물들이 팽창 계수의 차로 인해 박리되어 그 박편이 기판 및 반응기를 오염시키는 문제점을 해결할 수 있게 된다. In addition, since the reactor wall material is silicon carbide coated graphite, the problem of heat loss by the reactor wall can be solved, and unwanted deposits on the reactor wall are peeled off due to the difference in expansion coefficient, which causes the flakes to contaminate the substrate and the reactor. The problem can be solved.

본 발명의 실시 예들의 이점은, 반응기의 내부챔버(108) 재료와 열벽에 의한 기판(110)의 온도 균일성으로 인한 실리콘 에피택시와 같은 응용들에 대한 기존의 문제점을 해결하고, 실리콘 에피층의 높은 성장률과 두꺼운 에피층 성장, 높은 진성 저항값의 실리콘을 성장할 수 있게 한다. 그리고, 염소(Cl) 없는 실리콘 소스가스를 이용하여 패터닝된 기판(110)들도 에피택셜 성장 후에도 패턴이동, 찌그러짐 및 유실이 없다는 이점이 있다.Advantages of embodiments of the present invention solve existing problems for applications such as silicon epitaxy due to the temperature uniformity of the substrate 110 by the inner chamber 108 material of the reactor and the heat walls, and the silicon epilayer Its high growth rate, thick epitaxial growth, and high intrinsic resistance make it possible to grow silicon. In addition, the substrates 110 patterned using the silicon source gas without chlorine (Cl) also have the advantage that there is no pattern shift, distortion and loss even after epitaxial growth.

또한, 본 발명의 실시 예들은 반도체 기기 제조를 위한 각종 높은 온도의 공정들에 이용될 수 있다. 선택되는 처리 기체에 따라 어닐링, 도핑제 활성화, 화학기상 증착, 에피택셜 성장, 실리 사이드의 형성, 산화막의 리플로우와 같은 반도체 기판 가공 단계들에 있어서도 적합한 공정으로 이용이 가능할 것이다.In addition, embodiments of the present invention may be used in various high temperature processes for manufacturing a semiconductor device. Depending on the process gas selected, semiconductor substrate processing steps such as annealing, dopant activation, chemical vapor deposition, epitaxial growth, silicide formation, and oxide reflow may be used in suitable processes.

이하, 본 발명에 따른 반도체 기판(110) 열처리 방법의 일 실시 예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the heat treatment method of the semiconductor substrate 110 according to the present invention will be described.

먼저, 서셉터(111)를 회전시켜 상부챔버(108-1)에 인접하게 위치시킨다.First, the susceptor 111 is rotated to be positioned adjacent to the upper chamber 108-1.

이어서, 상기 상부챔버(108-1)를 가열하기 위해 유도기(105)로부터 상기 상부챔버(108-1)로 에너지를 유도적으로 커플링한다.Subsequently, energy is inductively coupled from the inductor 105 to the upper chamber 108-1 to heat the upper chamber 108-1.

그리고, 상기 서셉터(111)를 가열하기 위해 유도기(105)로부터 상기 서셉터(111)로 에너지를 유도적으로 커플링시킨다. Then, energy is inductively coupled from the inductor 105 to the susceptor 111 to heat the susceptor 111.

이어서, 반응 가스를 반응기 내부로 주입하고, 상기 기판(110) 위에 물질층을 증착시킨다. Subsequently, a reaction gas is injected into the reactor, and a material layer is deposited on the substrate 110.

이어서, 상기 증착 공정 후 상기 기판(110) 냉각을 위하여 상부챔버(108-1) 로부터 이격시키 위해 서셉터(111)를 하강시키고, 상기 기판(110)과 서셉터(111)를 냉각시킨다. Subsequently, after the deposition process, the susceptor 111 is lowered to separate from the upper chamber 108-1 for cooling the substrate 110, and the substrate 110 and the susceptor 111 are cooled.

마지막으로, 상기 증착 완료된 기판(110)은 부리고, 새로운 기판을 서셉터(111)에 실음으로써 1 공정이 완료된다.Finally, the deposited substrate 110 is loaded, and one process is completed by loading a new substrate into the susceptor 111.

이 때, 상기 상부챔버(108-1)와 서셉터(111) 간의 이간 거리는 상기 반응 단계에서 보다 챔버 냉각 구간에서는 이간 거리를 더 크게 유지하도록 하며, 상기 상부챔버(108-1)와 서셉터(111) 간의 이간 거리를 조절할 수 있는 이간 거리 조절 단계를 상기 공정 중 필요에 따라 더 포함시키는 것이 바람직하다.At this time, the separation distance between the upper chamber 108-1 and the susceptor 111 is to maintain a larger separation distance in the chamber cooling section than in the reaction step, the upper chamber 108-1 and the susceptor ( 111, it is preferable to further include a separation distance adjustment step that can adjust the separation distance between as needed during the process.

기타, 열처리 관련 상세한 설명은 상기한 열처리 장치와 중복되므로 이에 대한 부분은 생략하였다.In addition, the detailed description related to the heat treatment is omitted because it overlaps with the heat treatment apparatus described above.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims to be described later.

도 1은 고주파 유도가열 방식의 기판 단면도.1 is a cross-sectional view of the substrate of the high frequency induction heating method.

도 2는 에피성장후 기판 뒷면에 증착된 폴리실리콘 (Halo)의 사진.Figure 2 is a photograph of polysilicon (Halo) deposited on the back of the substrate after epi growth.

도 3은 적외선 램프 가열 방식의 기판 단면도.3 is a cross-sectional view of the substrate of the infrared lamp heating method.

도 4는 에피택셜 성장 장치의 구성을 도시한 개념도.4 is a conceptual diagram showing the configuration of the epitaxial growth apparatus.

도 5는 상부챔버 코일 평면도5 is a plan view of the upper chamber coil

도 6은 서셉터 코일 평면도6 is a susceptor coil top view

도 7은 에피택셜 성장 장치의 제어 개념도7 is a control conceptual diagram of the epitaxial growth apparatus;

도 8은 에피택셜 성장 장치의 구성을 도시한 개념도8 is a conceptual diagram showing the configuration of the epitaxial growth apparatus;

도 9는 반응기 내부챔버 이다. 9 is a reactor inner chamber.

도10: 에피택셜 성장 장치의 웨이퍼오딩, 언로딩 스텝 도면10 is a wafer ordering and unloading step diagram of the epitaxial growth apparatus.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of reference numerals for main parts of the drawings>

101 : 조립판지지대 102 : 냉각수관101: assembly plate support 102: cooling water pipe

103 : RF 코일 조립판 104 : RF 코일 커버103: RF coil assembly plate 104: RF coil cover

105 : RF 코일 106 : 온도센서105: RF coil 106: temperature sensor

107 : 외부챔버 108 : 내부챔버107: outer chamber 108: inner chamber

109 : 본체 110 : 기판109 body 110: substrate

111 : 서셉터(Susceptor) 112 : 서셉터 홀더 111 susceptor 112 susceptor holder

113 : 기판 리프터 114 : 서셉터 지지대 113: substrate lifter 114: susceptor support

115 : 배기가스 조절판 116 : 수소공급 노즐 115: exhaust gas control plate 116: hydrogen supply nozzle

117 : 코일 스터드(coil stud ) 118 : 메인가스노즐 117: coil stud 118: main gas nozzle

119 : 기판 운반대 120 : 기판 리프트 핀 119: substrate carrier 120: substrate lift pin

121 : 폴리실리콘증착 (Halo) 122 : 회전 슬리브상의 기어 121: polysilicon deposition (Halo) 122: gear on the rotating sleeve

123 : 기판 리프트핀 덥개 124 : 가스노즐 어셈불리 123: substrate lift pin cover 124: gas nozzle assembly

125 : 서셉터 열전도 126 : 퇴적물 증착(Dome coating)125: susceptor heat conduction 126: deposit deposition (Dome coating)

127 : 적외선 램프 128 : 내부챔버 지지대127: infrared lamp 128: inner chamber support

129 : 가스유량조절 밸브 1 130 : 가스유량조절 밸브 2129: gas flow control valve 1 130: gas flow control valve 2

131 : 가스유량조절 밸브 3 132 : 반사경131: gas flow control valve 3 132: reflector

133 : 하우징 134 : 뚜겅 133: housing 134: cover

135 : 밀봉물(절연체) 136 : 제어기135: sealing material (insulator) 136: controller

137 : 서셉터 바깥쪽온도감지 커넥터137: susceptor outside temperature sensing connector

138 : 서셉터 안쪽온도감지 커넥터138: susceptor inner temperature sensing connector

139 : RF전력 조절 커넥터 (Top Chamber)139: RF Power Control Connector (Top Chamber)

140: RF전력 조절 커넥터 (susceptor) 140: RF power control connector (susceptor)

141: 서셉터높이 조절 커넥터 142 : 메인가스 조절 커넥터 141: susceptor height adjustment connector 142: main gas adjustment connector

143 : 배기가스 조절 커넥터 144 : 반응기 도어(Slit Valve)143: exhaust gas control connector 144: reactor door (Slit Valve)

145 : 기판 출입구 146 : 서셉터 회전판축145: substrate entrance 146: susceptor rotary plate shaft

147 : 탑재판(mounting plate) 148 : 서셉터승강판 147: mounting plate 148: susceptor lifting plate

149 : 선형작동기(linear actuator) 150 : 회전피드쓰루149: linear actuator 150: rotational feedthrough

151 : 주름상자(bellows) 152 : 승강모터(motor) 151: bellows 152: lifting motor

153 : 승강 가이드 베어링 154 : 회전 피드쓰루153: lifting guide bearing 154: rotary feedthrough

155 : 회전모터(motor) 155: rotation motor

Claims (21)

반도체 기판의 열처리 장치에 있어서,In the heat treatment apparatus of a semiconductor substrate, 열벽인 상부챔버와 상기 상부챔버 하부 방향으로 이격되며 상기 기판을 지지하기 위하여 반응기 내 중앙으로 형성되는 서셉터로 구성된 내부챔버; An inner chamber composed of an upper chamber, which is a hot wall, and a susceptor spaced apart in the lower direction of the upper chamber and formed in the center of the reactor to support the substrate; 상기 기판을 가열하기 위하여 상기 반응기 내부에 전자기 에너지를 공급하기 위한 유도기; An inductor for supplying electromagnetic energy inside the reactor to heat the substrate; 상기 기판 상에 원하는 필름 증착을 위해 반응기 내부로 가스를 공급하는 가스 소스; A gas source supplying gas into the reactor for depositing the desired film on the substrate; 상기 반응기 내부 분위기 조성을 위하여 공급되는 퍼지 가스(H2 Gas Purge); Purge gas (H 2 Gas Purge) supplied to form an atmosphere inside the reactor; 기판 싣기/부리기를 위한 기판 핸들링 장치; 및A substrate handling device for loading / unloading a substrate; And 공정별 구간에 따라 상기 서셉터의 상하 운동을 매개하기 위한 승강 장치;를 포함하되,Including; lifting device for mediating the vertical movement of the susceptor according to the process-specific section, including, 상기 상부챔버 및 서셉터를 상기 유도기를 통하여 적정한 온도로 가열하고, 공정별로 상기 상부챔버 및 서셉터 간격을 조절하여 상기 기판의 온도를 균일하게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The semiconductor substrate heat treatment apparatus for heating the upper chamber and the susceptor to an appropriate temperature through the induction apparatus, and maintaining the temperature of the substrate uniformly by adjusting the interval between the upper chamber and the susceptor for each process. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유도기는 전자기 유도 코일로 구성하며 상부챔버 상부와 상기 서셉터 하 부에 설치하는 것을 특징으로 한 반도체 기판 열처리 장치The induction apparatus is composed of an electromagnetic induction coil, and the semiconductor substrate heat treatment apparatus, characterized in that installed in the upper upper chamber and the lower susceptor 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기판의 균일한 온도를 제어하기 위하여 상기 상부챔버, 서셉터 및 유도 코일과 연결되어 기판 온도를 제어 명령하도록 구성된 제어기를 더 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치And a controller connected to the upper chamber, the susceptor and the induction coil, the controller configured to control the substrate temperature to control the uniform temperature of the substrate. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제어기는 기판의 상하 온도를 균일하게 형성할 수 있도록 상기 상부챔버의 온도를 상승시키면서 상기 서셉터 온도를 점진적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치Wherein the controller gradually increases the susceptor temperature while raising the temperature of the upper chamber to uniformly form the upper and lower temperatures of the substrate. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제어기는, 상기 서셉터 온도가 기판 온도보다 높지 않게 하도록 상기 승강 장치의 상하 운동을 공정별로 동작 제어 가능하도록 하며, 상기 제어기는 서셉터 높이 조절대, 웨이퍼 리프터, 반응기 도어, 웨이퍼 운반대와 기구적으로 연결시킨 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The controller enables operation control of the vertical movement of the elevating apparatus for each process so that the susceptor temperature is not higher than the substrate temperature, and the controller is susceptor height adjuster, wafer lifter, reactor door, wafer carrier and mechanism. Semiconductor substrate heat treatment apparatus 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 유도코일은 사각 또는 원형 형상의 RF 코일 조립판과, 상기 조립판에 방 사 형태로 조립한 다수 RE 코일 및 상기 RF 코일 상에 코일 길이를 따라 주기적인 간격으로 설치되는 코일 스터드로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치 The induction coil is composed of an RF coil assembly plate of a square or circular shape, a plurality of RE coils assembled in a radial form on the assembly plate, and coil studs installed at periodic intervals along the coil length on the RF coil. Semiconductor substrate heat treatment apparatus 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 유도코일의 과열을 막기 위해 순도의 냉매를 상기 RF코일을 통해 순환 시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치Semiconductor substrate heat treatment apparatus for circulating the refrigerant through the RF coil in order to prevent overheating of the induction coil 제 7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 기판의 온도 균일도를 유지하기 위하여 상기 코일 스터드의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치Semiconductor substrate heat treatment apparatus for adjusting the height of the coil stud to maintain the temperature uniformity of the substrate 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제어기는, 작업 완료 후 챔버를 냉각시키기 위하여 상기 서셉터를 하강시키도록 승강 장치를 구동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치Wherein the controller drives the elevating device to lower the susceptor to cool the chamber after completion of the operation. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제어기는 상기 서셉터 온도 하강시 상기 기판 싣기/부리기 명령을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The controller is a semiconductor substrate heat treatment apparatus characterized in that to perform the load / unload command to the substrate susceptor temperature decreases 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10, 상기 상부챔버와 서셉터는 실리콘 카바이드 코팅된 흑연으로 구성하고 두께는 0.5 내지 1.5 인치 범위에서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The upper chamber and the susceptor are made of silicon carbide coated graphite and the semiconductor substrate heat treatment apparatus, characterized in that formed in the range of 0.5 to 1.5 inches 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10, 상기 서셉터를 회전시키는 회전 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치 And a rotation member for rotating the susceptor. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 회전 부재를 구성하는 서셉터 높이조절 커넥터는 기판의 온도 유지를 위하여, 서셉터의 높이를 조절하고, 서셉터에 회전력을 제공하며, 서셉터 승강판은 서셉터를 상승/하강시키기 위해 선형작동기에 의해 상하 구동되고, 회전 운동은 모터로부터 회전 피드쓰루를 통해 상기 선형작동기에 전달시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치 The susceptor height adjusting connector constituting the rotating member adjusts the height of the susceptor to maintain the temperature of the substrate, provides a rotational force to the susceptor, and the susceptor lift plate is a linear actuator for raising / lowering the susceptor. Driven up and down by the semiconductor substrate, wherein the rotational movement is transmitted from the motor to the linear actuator through a rotational feedthrough. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 서셉터 승강판의 정렬은 승강 가이드 베어링을 사용하여 유지되고, 서셉터 승강판에 의한 상하운동은 탑재탑에 의해 서셉터를 공정 단계에 따라 상승(D1) 또는 하강(D2)시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The alignment of the susceptor lifting plate is maintained using a lifting guide bearing, and the vertical movement by the susceptor lifting plate is made by raising the susceptor (D1) or lowering (D2) according to the process step by the mounting tower. Semiconductor substrate heat treatment apparatus 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 서셉터 영역별로 반응 가스분사의 유량을 조절할 수 있게 영역별로 가스노즐과 조절밸브를 장착하며, 도판트 가스 유량조절 밸브를 상기 서셉터 영역별로 각각 설치하여 반응기 측면에서 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치A semiconductor nozzle comprising a gas nozzle and a control valve for each region to adjust the flow rate of the reaction gas injection for each susceptor region, and a dopant gas flow control valve is installed for each susceptor region and supplied from the reactor side Substrate Heat Treatment Equipment 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 도판트 가스는 서셉터 중앙부(130)의 도판트 가스농도와 서셉터 가장자리(131)의 도판트 가스 농도 분사량을 독립적으로 조절될 수 있도록 하여 증착층의 최적 도판트 농도 균일성을 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치 The dopant gas may be controlled to independently adjust the dopant gas concentration of the susceptor center 130 and the dopant gas concentration injection amount of the susceptor edge 131 to provide the optimum dopant concentration uniformity of the deposition layer. Semiconductor substrate heat treatment apparatus 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 상부챔버를 둘러싸는 외부챔버의 영역들을 보호하도록 하우징, 본체, 뚜껑을 분리 가능하게 구성하고, 실링(Sealing)을 형성하며, 상기 실링(Sealing)은 반응기의 뚜껑과 하우징 간에 전기 절연이 되는 밀봉물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치 The housing, the body and the lid are removably configured to protect the areas of the outer chamber surrounding the upper chamber and form a sealing, the sealing being electrically insulated between the lid and the housing of the reactor. Semiconductor substrate heat treatment apparatus comprising water 제 17항에 있어서, The method of claim 17, 상기 하우징, 본체, 뚜껑의 구성 재료는 세라믹, 알루미늄 합금, 및 스테인레 스강 중 어느 하나로 구비하고, 상기 내부챔버 벽의 냉각을 위해 냉매(Cooling Water)가 냉각수 관으로 순환되며, 상기 내부챔버 벽의 온도를 온도센서를 이용하여 측정하고 피드백하여 유체의 흐름량을 조절 밸브상에 작용시킴으로써 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 장치The housing, the body, and the lid may be formed of any one of ceramic, aluminum alloy, and stainless steel, and cooling water may be circulated to a coolant pipe for cooling the inner chamber wall, and the inner chamber wall may be A semiconductor substrate heat treatment apparatus characterized in that the temperature is measured by using a temperature sensor and fed back to control the flow of fluid on the control valve. 반도체 기판의 처리 방법에 있어서,In the processing method of a semiconductor substrate, 서셉터를 회전시켜 반응기 내 상부챔버에 인접하게 위치시키는 a단계;Rotating the susceptor and positioning the susceptor adjacent to the upper chamber in the reactor; 상기 상부챔버를 가열하기 위해 유도기로부터 상기 서셉터로 에너지를 유도적으로 커플링하는 b단계;B inductively coupling energy from an inductor to the susceptor to heat the upper chamber; 상기 서셉터를 가열하기 위해 유도기로부터 상기 서셉터로 에너지를 유도적으로 커플링하는 c단계:C) inductively coupling energy from an inductor to the susceptor to heat the susceptor: 반응 가스를 반응기 내부로 주입하는 d단계;D injecting the reaction gas into the reactor; 상기 기판 위에 물질층을 증착하는 e단계;Depositing a material layer on the substrate; 상기 증착 공정 후 상기 기판 냉각을 위하여 상부챔버로부터 이격시키 위해 서셉터를 하강시키는 f단계;F lowering a susceptor to separate from the upper chamber for cooling the substrate after the deposition process; 상기 기판과 서셉터를 냉각시키는 g단계; 및G for cooling the substrate and susceptor; And 상기 증착 완료된 기판은 부리고, 새로운 기판을 서셉터에 싣는 h단계;를 포함하는 반도체 기판 열처리 방법And depositing a new substrate on a susceptor. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 상부챔버와 서셉터 간의 이간 거리는 반응 단계에서 보다 챔버 냉각 구간에서 더 크게 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 방법The separation distance between the upper chamber and the susceptor is maintained larger in the chamber cooling section than in the reaction step. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,The method of claim 19 or 20, 상기 상부챔버와 서셉터 간의 이간 거리를 조절할 수 있는 이간 거리 조절 단계를 상기 a 단계 내지 g 단계 중 어느 한 단계의 실시 이전에 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 열처리 방법A semiconductor substrate heat treatment method further comprising the step of adjusting the separation distance between the upper chamber and the susceptor prior to any one of steps a to g.
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