KR101331557B1 - 웨이퍼 처리장치 - Google Patents

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박용훈
용문석
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Abstract

실시 예의 웨이퍼 처리장치는 상부부터 하부까지 복수의 구간들로 구분되는 확산로와, 상기 복수의 구간들 각각에 이격하여 배치되는 복수의 슬롯(slot)들을 포함하는 보트(boat) 및 상기 복수의 구간들 중 적어도 하나의 구간에 배치되는 슬롯들 중 적어도 하나에 마련되고, 상기 적어도 하나의 구간에 소스 가스를 공급하는 서브 가스 공급부를 포함한다.

Description

웨이퍼 처리장치{Device for treating wafer}
실시 예는 웨이퍼 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼를 제조하기 위해 실리콘 단결정 잉곳(Ingot) 성장장치에서 단결정 잉곳을 성장시키고, 상기 성장된 잉곳을 절단한 후 성형 공정을 진행한다. 성형 공정 이후에는 웨이퍼 내부에 형성되는 결함을 제거하기 위해 고온 열처리 공정을 진행한다. 고온 열처리 공정은 다수개의 웨이퍼 지지대가 수직방향의 일정 간격으로 형성된 열처리용 보트(boat)에 열처리할 웨이퍼를 순차적으로 적재한 후, 확산로 내부에 보트를 로딩시켜 일정 시간 동안 열처리한다.
종래의 확산로의 내부는 가스의 확산량의 분포가 일정하지 않기 때문에 온도 분포가 일정하지 않다. 이와 같이 확산로 내부의 온도 분포가 일정하지 않으면, 예를 들어 확산로 내부에서 진행되는 웨이퍼에 대한 산화공정(oxidation)의 균일도가 낮아지게 된다.
실시 예는 확산로 내부의 가스 확산량을 제어하여 온도 분포 균일도(uniformity)를 높임으로써 웨이퍼 처리작업의 효율성 증대와 아울러 생산성 향상을 도모할 수 있는 웨이퍼 처리장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시 예는 확산로 내의 웨이퍼 전면으로 열 전달을 증대시켜 웨이퍼 공정의 효율을 높임으로써, MCLT(Minority Career Life Time) 신뢰성을 확보할 수 있는 웨이퍼 처리장치를 제공하고자 한다.
실시 예의 웨이퍼 처리장치는 상부부터 하부까지 복수의 구간들로 구분되는 확산로와, 상기 복수의 구간들 각각에 이격하여 배치되는 복수의 슬롯(slot)들을 포함하는 보트(boat) 및 상기 복수의 구간들 중 적어도 하나의 구간에 배치되는 슬롯들 중 적어도 하나에 마련되고, 상기 적어도 하나의 구간에 소스 가스를 공급하는 서브 가스 공급부를 포함한다.
상기 서브 가스 공급부는, 상기 적어도 하나의 구간에 배치되는 슬롯들 중 적어도 하나를 관통하는 제1 홀을 포함할 수 있다.
상기 보트는 상기 복수의 슬롯들과 연결되고, 상기 복수의 슬롯들을 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 가스 공급부는 상기 지지대를 관통하고, 상기 제1 홀과 연결되는 제2 홀을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 가스 공급부는 상기 제1 홀과 연결되고, 상기 확산로 내부로 개구되는 제3 홀을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 홀은 인접하는 슬롯들 사이에 위치하는 상기 지지대 부분에 마련될 수 있다.
상기 복수의 구간들 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 개수는 상기 복수의 구간들 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 개수와 다를 수 있다.
상기 복수의 구간들 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 직경은 상기 복수의 구간들 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 직경과 서로 다를 수 있다.
상기 제1 홀 내지 제3 홀의 직경은 0.5㎜ 내지 1.5㎜일 수 있다.
상기 슬롯은 상기 웨이퍼와 접촉하는 영역으로부터 가장자리까지 일정 각도로 하향 경사질 수 있다.
상기 지지대의 상기 하향 경사 각도는 10°~ 15°일 수 있다.
상기 확산로 내에 설치되어 가스를 상기 확산로 내에 공급하는 튜브; 및
상기 확산로에 설치되고, 외부로부터 상기 가스를 상기 튜브와 상기 서브 가스 공급부에 공급하는 가스 공급 노즐부를 더 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예의 웨이퍼 처리장치를 도시한 도면이고,
도 2는 실시 예의 웨이퍼 처리장치의 일부를 도시한 도면이고,
도 3은 실시 예에 의한 웨이퍼 처리장치의 일부 측단면도이고,
도 4는 실시 예에 의한 웨이퍼 처리장치의 일부 상세도이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시 예에 의한 웨이퍼 처리장치를 도시한 도면이고, 도 2는 실시 예의 웨이퍼 처리장치의 서브 가스 공급부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예의 웨이퍼 처리장치(100)는 확산로(furnace, 10), 히터(15), 튜브(tube, 20), 보트(boat, 30), 배플(baffle) 적층부(40), 페데스탈(pedestal, 50), 보트 엘리베이터(boat elevator, 60), 가스 공급 노즐부(70) 및 서브 가스 공급부(90)를 포함한다.
확산로(10)는 종형의 확산로(vertical-type diffusion furnace) 형태일 수 있고, 확산로(10)는 히터(15), 튜브(tube, 20), 보트(30), 배플 적층부(40)를 수용할 수 있다.
히터(15)는 확산로(10)의 외주면과 소정간격 이격되도록 설치되고, 내부에 전기를 사용하여 열을 발생하여 확산로(10)에 열을 전달한다. 히터(15)는 열전도성 및 내열성이 우수하고 열팽창율이 낮아 열에 의해 쉽게 변형되지 않으며 열충격에 강한 소자로 형성됨이 바람직하다. 예를 들면, 흑연(GRAPHITE) 재질이 이용될 수 있다.
보트(30)는 웨이퍼를 탑재한 상태로 상하이동 가능하게 설치된다.
배플 적층부(40)를 구성하는 배플(baffle)은 석영(quartz) 또는 탄화규소(SiC)를 재질로 하여 디스크 형태로 제작되며, 통상적으로 두 가지 타입이 혼용된다. 석영 재질의 배플은 외부의 낮은 온도에 의한 열전달을 막아주며, 탄화규소 재질의 배플은 열전도도가 높아 보트(30)와 하부 구조물 간의 온도 차이를 줄여주는 역할을 한다.
페데스탈(50)은 배플 적층부(40) 하부에 위치하여 구조물들(15, 20, 30, 40)을 지지한다. 페데스탈(50)은 외부의 차가운 온도에 의한 열출입을 차단하고 튜브(20) 내부의 가스가 누출되는 방지하기 위해 석영(quartz)으로 제작될 수 있다.
보트 엘리베이터(60)는 페데스탈(50)을 장착하며, 보트(30)를 승강하시키는 역할을 하고, 고온의 열 충격에 견딜 수 있도록 스테인레스 재질로 구성되며, 그 내부에 냉각수가 흐르도록 설계될 수 있다.
가스 공급 노즐부(45)는 튜브(20)와 연결되고, 튜브(20)를 통하여 확산로(10)의 내부로 공정 가스 또는 소스 가스(source gas)를 공급한다. 가스 공급 노즐부(45)는 상기 소스 가스를 열처리(heating)하기 위한 가스 토치(touch, 47)를 더 포함할 수 있다.
확산로(10)의 내부로 공급된 공정가스는 소정의 공정(예컨대, 웨이퍼의 표면에 소정의 물질막이 증착 공정)에 사용되고, 사용된 공정 가스는 튜브(20)와 연결된 배출부(70)를 통해 배기될 수 있다. 배출부(70)는 배출되는 가스의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(72)를 더 포함할 수 있다.
서브 가스 공급부(90)는 확산로(10) 내부에 부족한 가스 확산량을 보충함으로써, 온도 균일도를 높여주는 역할을 할 수 있다.
확산로 내에 가스 확산량이 많을수록 온도 균일도(uniformity)가 높아진다. 온도 균일도가 높아지면, 예를 들어, 확산로 내부에서 진행되는 웨이퍼에 대한 산화공정(oxidation)의 균일도가 높아지게 된다.
따라서, 실시 예는 확산로(10)로 공급되는 공정 가스가 확산로(10) 내부에서 원활하게 확산되도록 하기 위하여 서브 가스 공급부를 구비하는 기술을 채택한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 실시 예의 서브 가스 공급부에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선적으로, 실시 예의 확산로(10)는 하부(L)로부터 상부(H)까지 측정된 온도 균일도에 기초하여 다수 개(n)의 가스공급 제어구간으로 분리될 수 있다.
실시 예는 도 1에 도시된 바와 같이 확산로(10)의 하부(L)로부터 상부(H)까지 1구간(10-1), 2구간(10-2), 3구간(10-3) 및 n구간(10-n)으로 분리하기로 한다.
일반적으로 확산로는 웨이퍼를 고온 열처리하기 위해 사용될수록 내부의 온도 분포가 불균일하게 되는데, 측정에 의하면, 확산로(10)의 1구간(10-1), 2구간(10-2), 3구간(10-3), 4구간(10-4) 및 n구간(10-n)은 온도 분포가 서로 균일하지 않고, 확산로(10)의 하부(L)에 근접한 n구간(10-n)으로부터 상부(H)에 근접한 1구간(10-1)으로 갈수록 온도 균일도가 낮아진다.
n구간(10-n)의 경우, 공정 가스의 확산량이 상대적으로 많기 때문에 온도 균일도가 높고, 1구간(10-1)의 경우 공정 가스의 확산량이 상대적으로 적기 때문에 온도 균일도가 낮다.
여기서, 1구간 내지 n구간(10-1 ~ 10-n) 각각의 온도 균일도는 산화 공정(oxidation) 처리한 각 구간(10-1 ~ 10-n)의 웨이퍼들의 산화 균일도(통상 Oxide Uniformity로 부름)들을 수치화하여 온도 균일도의 판단기준으로 정할 수 있다. 예컨대, 상기 산화 균일도가 3% 이하이면 온도 균일도가 높다고 할 수 있다.
실시 예의 확산로(10)는 1구간 내지 n구간(10-1~10-n)의 온도 균일도에 기초하여 각 구간별로 서브 가스 공급부(90)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 측정 결과에 따라 온도 균일도가 제일 낮은 1구간(10-1)에만 서브 가스 공급부(90)를 포함할 수 있다. 서브 가스 공급부(90)는 1구간(10-1)에 부족한 가스 확산량을 보충함으로써, 온도 균일도를 높여주는 역할을 한다.
이하, 도 3을 참조하여 서브 가스 공급부(90)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 1구간(10-1)의 일부인 A영역을 확대한 도면이다.
보트(30)는 확산로(10)의 상부(H) 및 하부(L)를 지지하는 지지대(32) 및 지지대(32)에 일정간격으로 배열되어 웨이퍼를 지지하는 다수개의 슬롯(slot, 34)을 포함한다.
서브 가스 공급부(90)는 1구간 내지 n구간(10-1 ~ 10-n) 중 적어도 하나의 구간에 배치되는 슬롯들(34) 중 적어도 하나를 관통하는 제1 홀(92)을 포함하고, 지지대(32)를 관통하고 제1 홀(92)과 연결되는 제2 홀(94) 및 제1 홀(92)과 연결되고, 확산로(10) 내부로 개구되는 제3 홀(96)을 포함할 수 있다. 제3 홀(96)은 인접하는 슬롯들(34) 사이에 위치하는 지지대(32) 부분에 마련될 수 있다.
제1 홀(92), 제2 홀(94) 및 제3 홀(96)은 가스 공급 노즐부(70)로부터 연결되어 외부로부터 주입되는 공정 가스를 확산로(10) 내부에 공급할 수 있다.
복수의 구간들(10-1 ~ 10-n) 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀(92) 및 제3 홀(96)의 개수는 복수의 구간들(10-1 ~ 10-n) 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀(92) 및 제3 홀(96)의 개수와 다르게 마련될 수 있다. 부연하면, 적어도 하나의 제1 홀(92) 및 제3 홀(96)의 개수에 의하여 각 구간 내의 가스 확산량이 조절될 수 있다.
예를 들어, 온도 균일도가 상대적으로 낮은 1구간(10-1)에 온도 균일도가 상대적으로 높은 다른 구간들에 비하여 제1 홀(92) 및 제3 홀(96)의 개수가 더 많이 배치되면, 제1 홀(92) 및 제3 홀(96)을 통해 추가로 공급된 소스 가스에 의해 1구간(10-1) 내의 가스 확산량이 많아지고, 이에 따라 온도 균일도가 높아질 수 있다.
도 4는 제1 홀(92), 제2 홀(94) 및 제3 홀(96)을 상세히 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 구간들(10-1 ~ 10-n) 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀(92)의 직경(K) 및 제3 홀(96)의 직경(S)은 복수의 구간들(10-1 ~ 10-n) 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀(92)의 직경(K) 및 제3 홀(96)의 직경(S)과 서로 다르게 마련될 수 있다. 부연하면, 적어도 하나의 제1 홀(92)의 직경(K)및 제3 홀(96)의 직경(S)에 의하여 가스 확산량이 조절될 수 있다.
예를 들어, 온도 균일도가 상대적으로 낮은 1구간(10-1)의 적어도 하나의 제1 홀(92), 제2 홀(94) 및 제3 홀(96)의 직경(K, S)이 온도 균일도가 상대적으로 높은 다른 구간들에 비하여 더 크게 형성되면, 제1 홀(92), 제2 홀(94) 및 제3 홀(96)을 통해 추가로 공급된 소스 가스에 의해 1구간(10-1) 내의 가스 확산량이 많아지고, 이에 따라 온도 균일도가 높아질 수 있다.
또한, 서브 가스 공급부(90)는 홀(hole) 형태로써, 미세한 크기로 형성될 수 있어 가스 확산량의 미세 조절을 가능케 한다.
여기서 제1 홀(92) 및 제2 홀(94)의 직경(K) 및 제3 홀(96)의 직경(S)은 0.5㎜ 내지 1.5㎜로 형성될 수 있다.
슬롯(34)은 상기 웨이퍼와 접촉하는 영역으로부터 말단 영역까지 일정각도로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 슬롯(34)의 가장자리 영역이 하향 경사지게 형성되면 제1 홀(92)을 통해 공급되는 소스 가스가 상기 웨이퍼에 직접적으로 공급될 수 있는 효과가 있다. 여기서, 슬롯(34)의 상기 하향 경사 각도(θ)는 10°~ 15°로 형성될 수 있다.
실시 예는 확산로의 구간별 온도 균일도에 기초하여 외부로부터 주입되는 공정 가스를 서브 가스 공급부를 통하여 추가적으로 공급 및 확산시킴으로써, 확산로 내부에 가스가 충분히 확산되기도 전에 가스가 고갈되는 문제점을 해결하고, 온도 균일도를 높일 수 있다.
또한, 실시 예는 서브 가스 공급부를 통해 소스 가스를 지지대에 안착된 웨이퍼(wafer)에 직접적으로 분사시킴으로써, 웨이퍼 상의 공정 균일도를 높일 수 있다.
또한, 실시 예는 서브 가스 공급부를 통해 웨이퍼의 가장자리(edge)로부터 센터(center)로 열 전달을 증대시켜 예를 들어, 웨이퍼에 대한 산화공정의 균일도를 높임으로써, MCLT(Minority Career Life Time) 신뢰성을 확보할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 웨이퍼 처리장치, 10: 확산로
15: 히터, 20: 튜브
40: 배플 적층부, 50: 페데스탈
60: 보트 엘리베이터, 70: 가스 공급 노즐부
32: 지지대, 34: 슬롯
90: 서브 가스 공급부

Claims (12)

  1. 상부부터 하부까지 복수의 구간들로 구분되는 확산로;
    상기 복수의 구간들 각각에 이격하여 배치되는 복수의 슬롯(slot)들, 및 상기 복수의 슬롯들과 연결되고 상기 복수의 슬롯들을 지지하는 지지대를 포함하는 보트(boat); 및
    상기 복수의 구간들 중 적어도 하나의 구간에 배치되는 슬롯들 중 적어도 하나를 관통하는 제1홀, 상기 지지대를 관통하고 상기 제1홀과 연결되는 제2홀, 및 상기 제1홀과 연결되고 상기 확산로 내부로 개구되는 제3홀을 포함하고, 상기 제1홀 내지 제3홀들을 통하여 상기 적어도 하나의 구간에 소스 가스를 공급하는 서브 가스 공급부를 포함하며,
    상기 복수의 구간들 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1홀 및 제3홀의 개수는 상기 복수의 구간들 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1홀 및 제3홀의 개수와 다른 웨이퍼 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 홀은 인접하는 슬롯들 사이에 위치하는 상기 지지대 부분에 마련되는 웨이퍼 처리장치.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 구간들 중 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 직경은 상기 복수의 구간들 중 다른 어느 하나의 구간에 마련되는 제1 홀 및 제3 홀의 직경과 서로 다른 웨이퍼 처리장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 홀 내지 제3 홀의 직경은 0.5㎜ 내지 1.5㎜인 웨이퍼 처리장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 슬롯은
    상기 웨이퍼와 접촉하는 영역으로부터 가장자리까지 일정 각도로 하향 경사진 웨이퍼 처리장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 슬롯의 상기 하향 경사 각도는 10°~ 15°인 웨이퍼 처리장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 확산로 내에 설치되어 가스를 상기 확산로 내에 공급하는 튜브; 및
    상기 확산로에 설치되고, 외부로부터 상기 가스를 상기 튜브와 상기 서브 가스 공급부에 공급하는 가스 공급 노즐부를 더 포함하는 웨이퍼 처리장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010055573A (ko) * 1999-12-11 2001-07-04 윤종용 반도체 소자 제조용 수직 확산로
KR20080081828A (ko) * 2007-03-05 2008-09-10 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 시스템, 처리 방법 및 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록매체

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