KR101108579B1 - 퍼니스형 반도체 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 퍼니스형 반도체 설비에 관한 것으로, 내부에 반응공간을 형성하도록 하부가 개방된 개구부를 갖는 공정 튜브; 상기 공정튜브의 개구부를 개폐할 수 있도록 작동하는 시일캡; 상기 공정튜브의 반응공간 중앙부에 수직하게 위치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 상기 공정 튜브의 반응공간으로 공정가스를 분사하는 노즐 유닛; 및 상기 공정 튜브 내부에 상기 노즐 유닛을 중심으로 방사상으로 배치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 기판들이 상하방향으로 적층되는 보우트들을 포함한다.

보우트,반도체

Description

퍼니스형 반도체 설비{Semiconductor Apparatus of Furnace Type}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 퍼니스형 반도체 설비에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 실리콘 웨이퍼 상에 증착 공정, 확산 공정, 사진 및 식각 공정 등을 수행하여 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.

반도체 장치의 제조 과정에서, 저압 화학 기상 증착 공정 및 확산 공정은 통상적으로 종형의 퍼니스 내에서 이루어진다. 구체적으로, 퍼니스형 반도체 설비는 히터 블록이 구비되고 히터 블록 내부에 석영으로 이루어지는 아우트 튜브 및 이너 튜브로 구성된다. 또한, 이너 튜브 내에는 웨이퍼들을 적재하기 위한 보트가 구비되며, 상기 보트에 적재된 다수매의 웨이퍼는 한꺼번에 공정 공간, 즉 공정 챔버에 투입되어 증착 또는 확산 공정이 수행된다.

그런데, 종래의 수직 퍼니스는 하나의 보트만이 설치되어 있다. 따라서, 종래의 수직 퍼니스는 한번 공정을 진행할 때 최대 150매의 반도체 웨이퍼만을 수행 할 수 있다. 그러나, 생산성을 향상시키기 위하여는 한번 공정을 진행할 때 더 많은 반도체 웨이퍼를 수행하여야 한다.

본 발명의 목적은 생산성을 향상시킬 수 있는 퍼니스형 반도체 설비를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 오존 가스 등 열에 취약한 가스의 안정적인 공급 및 분사가 가능한 퍼니스형 반도체 설비를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 퍼니스형 반도체 설비는 공정 튜브; 상기 공정 튜브 외곽에 배치되는 상기 공정 튜브를 가열하는 히터 어셈블리; 상기 공정 튜브 내부의 중앙부에 수직하게 위치되어 상기 공정 튜브 내부로 공정가스를 분사하는 노즐 유닛; 및 상기 공정 튜브 내부에 상기 노즐 유닛을 중심으로 방사상으로 배치되며, 기판들이 적재되는 보우트들을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보우트들은 상기 노즐 유닛을 중심으로 동심원상에 120도 또는 90도 간격으로 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐 유닛은 상기 보우트들 각각으로 공정가스가 균일하게 분사되도록 회전된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐 유닛은 서로 다른 공정 가스를 분사하기 위한 적어도 2개의 분사부들을 포함하는 몸체; 및 상기 몸체 내부에 위치되며, 상기 분사부들이 가열되지 않도록 상기 몸체를 냉각하는 냉각부재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐 유닛은 외부관; 상기 외부관 내측에 설치되는 내부관; 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 제공되는 환형의 공간에 서로 다른 공정가스가 제공되도록 상기 환형의 공간을 구획하는 수직한 격벽들; 상기 수직한 격벽들에 의해 구획된 공간들로 제공된 공정가스가 상기 보우트의 기판들 각각으로 분사되도록 상기 외부관에 형성되는 분사구들; 및 상기 내부관의 내측에 설치되며 공정가스가 외부 환경에 의해 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각부재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보우트들 각각은 상기 노즐 유닛으로부터 분사되는 공정가스가 기판상에 균일하게 제공되도록 회전된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보우트들은 상기 노즐 유닛을 중심으로 동심원상에 등간격으로 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐 유닛은 상기 보우트들 각각의 기판들로 공정가스를 분사하는 분사부들을 포함하되; 상기 분사부들은 상기 보우트들의 등간격과 동일하게 배치된다.

이와 같은 본 발명은 복수개의 보우트가 설치되어 한번 공정을 진행할 때 많은 수량의 기판들을 처리할 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래에 비하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있어 생산 물량을 고객이 요구하는 납기에 보다 손쉽게 맞출 수 있다.

또한, 본 발명은 원자층 증착 공정 등을 효율적으로 진행할 수 있게 되어, 신뢰성 있는 반도체 장치의 단위시간 당 처리량을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 노즐 유닛의 온도 상승을 억제하여 공정가스가 기판에 도달하기 전에 열분해되는 것을 예방함으로써 기판에 형성되는 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 측단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 평단면도이다. 도 3은 도 1의 요부확대도이다. 도 4는 노즐 유닛의 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 퍼니스형 반도체 설비(1)는 공정 튜브(100), 제1 내지 제4보우트(200a,200b,200c,200d)들, 히터 어셈블리(300), 노즐 유닛(400)을 포함한다.

-공정 튜브-

공정 튜브(100)는 돔 형상의 원통관 형상으로 이루어진다. 공정 튜브(100)는 웨이퍼(w)가 적재된 보우트(200a,200b,200c,200d)들이 로딩되어 웨이퍼들 상에 화학 기상 증착(박막 증착 공정, 확산 공정 등)이 진행되는 내부 공간을 제공한다. 공정 튜브(100)는 높은 온도에서 견딜 수 있는 재질, 예컨대 석영으로 제작될 수 있다. 공정 튜브(100)는 하단부 일측에 공정 튜브(100) 내부를 감압시키기 위해 내부 공기를 강제 흡입하여 배기하기 위한 배기 포트(120)가 마련된다.

배기 포트(120)는 공정시 공정 튜브(100) 내 공기 및 미반응가스 그리고 반응부산물 등을 외부로 배출시키기 위해 제공된다. 배기 포트(120)는 배기라인과 연결되며, 배기 포트(120)를 통해 공정 튜브(100)로 공급되는 공정 가스의 배기 및 내부 감압이 이루어진다.

-히터 어셈블리-

히터 어셈블리(300)는 공정 튜브(100)의 바깥둘레에 배치된다. 도시하지 않았지만, 히터 어셈블리(300)는 공정튜브(100)를 가열하는 히터와, 히터로부터 발생되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하도록 히터 외곽에 설치되는 단열부재를 포함한다.

-웨이퍼 보우트-

보우트(200a,200b,200c,200d)들 각각은 25장 내지 150장의 웨이퍼들이 삽입 되는 슬롯(202)들이 형성된 지지기둥(204)들을 포함한다. 보우트(200a,200b,200c,200d)는 시일캡(210) 상에 장착된다.

시일 캡(210)은 엘리베이터 장치인 구동부(230)에 의해 공정 튜브(100) 안으로 로딩되거나 또는 공정 튜브(100) 밖으로 언로딩된다. 보우트(200a,200b,200c,200d)가 공정 튜브(100)에 로딩되면, 시일캡(210)은 공정 튜브(100)의 플랜지(130)와 결합된다. 한편, 공정 튜브(100)의 플랜지(130)와 시일 캡(210)이 접촉하는 부분에는 실링(sealing)을 위한 오-링(O-ring)과 같은 밀폐부재가 제공되어 공정가스가 공정 튜브(100)와 시일 캡(210) 사이에서 새어나가지 않도록 한다.

보우트(200a,200b,200c,200d)는 노즐 유닛(400)을 중심으로 동심원상에 90도 간격으로 배치된다. 보우트(200a,200b,200c,200d) 각각은 회전가능하게 시일캡(210)상에 설치되며, 보우트(200a,200b,200c,200d) 각각에는 회전부재(290)가 설치된다. 회전부재(290)는 공정 진행시 보우트를 회전시킨다.

-노즐 유닛-

노즐 유닛(400)은 공정 튜브(100) 내부의 중앙부에 수직하게 위치되도록 시일캡(210)의 중앙에 수직하게 설치된다. 노즐 유닛(400)은 박막 형성을 위한 공정가스를 복수의 기판들 표면으로 분사하는 4개의 분사부(410)들을 포함한다. 4개의 분사부(410)들은 보우트들 처럼 90도 간격으로 배치되어 각각의 해당 보우트에 적재되어 있는 기판들로 공정가스를 분사하게 된다. 각각의 분사부(410)들의 분사구(412)들은 보우트에 놓여진 기판들 각각에 수평한 방향으로 공정가스를 분사할 수 있도록 위치된다.

노즐 유닛(400)의 분사구(412)들을 통해 분사되는 공정가스는 보우트(200a~200d)에 적재되어 있는 기판들 전면에 고르게 유동되고, 공정 튜브(100) 하부로 흘러내려 배기포트(120)를 통해 배기된다.

노즐 유닛(400)은 외부관(402)과, 외부관(402) 내측에 설치되는 내부관(404)으로 이루어지는 이중관 구조로 이루어지며, 내부관(404)의 내측에는 노즐 유닛(400)의 온도 상승을 억제하기 위한 냉각부재(480)가 설치되는데, 냉각부재(480)는 냉각매체가 흐르는 냉각라인으로 이루어진다.

한편, 외부관(402)은 90도 간격으로 돌출되어 형성된 분사부(410)들을 갖으며, 외부관(402)과 내부관(404) 사이에 제공되는 환형의 공간은 수직한 격벽(406)에 의해 4개의 독립된 공간으로 구획되며, 각각의 구획된 공간에는 서로 다른 공정가스가 공급될 수 있으며, 수직한 격벽(406)들에 의해 구획된 공간들로 제공된 서로 다른 공정가스는 각각의 해당 분사부(410)의 분사구(412)들을 통해 보우트의 기판들 각각으로 분사된다. 물론, 노즐 유닛(400)은 필요에 따라서는 수직한 격벽을 생략하고 하나의 공정가스만을 공급받아 4개의 보우트들로 분사할 수도 있다.

도 1에서와 같이, 노즐 유닛(400)에는 공정가스를 공급하는 공급라인(490)들 및 냉각부재(480)로 냉각매체를 공급하고 회수하는 라인(486,488)이 연결된다. 도면에는 편의상 공급라인(490)을 하나만 도시하였으나, 사용하고자 하는 가스에 따라 4개의 공급라인이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 노즐 유닛의 위치를 공정 튜브의 측면이 아닌 중심에 설치를 하고, 내부에 냉각 부재를 구비하여 열로 인한 공정 가스의 사전 반응을 억제할 수 있다. 또한, 보우트가 회전됨으로써 막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 노즐 유닛이 중심에 있어 공정가스 공급시 평균자유행정(mean free pass) 내에서 공급이 가능하여 박막 성장의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비를 보여주는 측단면도 및 평단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제2실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비(1a)는 도 1에서 설명한 퍼니스형 반도체 설비(1)와 동일한 구성과 기능을 갖는다. 다만, 앞에 언급한 실시예에서는 보우트(200a~200d)들 각각이 회전되는 것으로 설명하였으나, 제2실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비(1a)에서는 보우트(200a~200d)가 회전되는 것이 아니라 노즐 유닛(400a)이 회전되는 것에 차이가 있다. 도면에서 보여주는 바와 같이, 노즐 유닛(400a)의 하단에는 노즐 유닛(400)을 회전시키기 위한 회전부재(450)가 시일캡 내에 설치되어 있다.

본 발명의 퍼니스형 반도체 설비는 다양한 웨이퍼 프로세싱 작동들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에치하도록 구성된 에치 챔버일 수 있다. 또는 장벽(barrier) 막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있으며, 금속막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있다. 또는 원자층을 증착하는 챔버이거나 확산 챔버일 수 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 평단면도이다.

도 3은 도 1에 표시된 점선 부분의 요부확대도이다.

도 4는 노즐 유닛의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 측단면도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 퍼니스형 반도체 설비의 개략적인 구성을 보여주는 평단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 공정 튜브

200a : 제1보우트

300 : 히터 어셈블리

400 : 노즐 유닛

Claims (12)

1. 퍼니스형 반도체 설비에 있어서:

   공정 튜브;

   상기 공정 튜브 외곽에 배치되는 상기 공정 튜브를 가열하는 히터 어셈블리;

   상기 공정 튜브 내부의 중앙부에 수직하게 위치되어 상기 공정 튜브 내부로 공정가스를 분사하는 노즐 유닛; 및

   상기 공정 튜브 내부에 상기 노즐 유닛을 중심으로 방사상으로 배치되며, 기판들이 적재되는 보우트들을 포함하되;

   상기 노즐 유닛은 상기 보우트들 각각으로 공정가스가 균일하게 분사되도록 회전되는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보우트들은 상기 노즐 유닛을 중심으로 동심원상에 120도 또는 90도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 노즐 유닛은

   서로 다른 공정 가스를 분사하기 위한 적어도 2개의 분사부들을 포함하는 몸체; 및

   상기 몸체 내부에 위치되며, 상기 분사부들이 가열되지 않도록 상기 몸체를 냉각하는 냉각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
5. 제1항에 있어서,

   상기 노즐 유닛은

   외부관;

   상기 외부관 내측에 설치되는 내부관;

   상기 외부관과 상기 내부관 사이에 제공되는 환형의 공간에 서로 다른 공정가스가 제공되도록 상기 환형의 공간을 구획하는 수직한 격벽들;

   상기 수직한 격벽들에 의해 구획된 공간들로 제공된 공정가스가 상기 보우트의 기판들 각각으로 분사되도록 상기 외부관에 형성되는 분사구들; 및

   상기 내부관의 내측에 설치되며 공정가스가 외부 환경에 의해 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
6. 제1항에 있어서,

   상기 보우트들 각각은 상기 노즐 유닛으로부터 분사되는 공정가스가 기판상에 균일하게 제공되도록 회전되는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
7. 삭제
8. 삭제
9. 퍼니스형 반도체 설비에 있어서:

   내부에 반응공간을 형성하도록 하부가 개방된 개구부를 갖는 공정 튜브;

   상기 공정튜브의 개구부를 개폐할 수 있도록 작동하는 시일캡;

   상기 공정튜브의 반응공간 중앙부에 수직하게 위치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 상기 공정 튜브의 반응공간으로 공정가스를 분사하는 노즐 유닛; 및

   상기 공정 튜브 내부에 상기 노즐 유닛을 중심으로 방사상으로 배치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 기판들이 상하방향으로 적층되는 보우트들을 포함하되;

   상기 보우트들은 상기 노즐 유닛을 중심으로 동심원상에 등간격으로 배치되며,

   상기 노즐 유닛은

   상기 보우트들의 등간격과 동일하게 배치되고, 상기 보우트들 각각의 기판들로 공정가스를 분사하는 분사부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
10. 제9항에 있어서,

    상기 보우트들 각각에 설치되어 상기 보우트를 회전시키는 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
11. 제9항에 있어서,

    상기 노즐 유닛에 설치되어 상기 노즐 유닛을 회전시키는 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.
12. 퍼니스형 반도체 설비에 있어서:

    내부에 반응공간을 형성하도록 하부가 개방된 개구부를 갖는 공정 튜브;

    상기 공정튜브의 개구부를 개폐할 수 있도록 작동하는 시일캡;

    상기 공정튜브의 반응공간 중앙부에 수직하게 위치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 상기 공정 튜브의 반응공간으로 공정가스를 분사하는 노즐 유닛; 및

    상기 공정 튜브 내부에 상기 노즐 유닛을 중심으로 방사상으로 배치되도록 상기 시일캡에 설치되며, 기판들이 상하방향으로 적층되는 보우트들을 포함하되;

    상기 노즐 유닛은

    외부관;

    상기 외부관 내측에 설치되는 내부관;

    상기 외부관과 상기 내부관 사이에 제공되는 환형의 공간에 서로 다른 공정가스가 제공되도록 상기 환형의 공간을 구획하는 수직한 격벽들;

    상기 수직한 격벽들에 의해 구획된 공간들로 제공된 공정가스가 상기 보우트의 기판들 각각으로 분사되도록 상기 외부관에 형성되는 분사구들; 및

    상기 내부관의 내측에 설치되며 공정가스가 외부 환경에 의해 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼니스형 반도체 설비.

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