KR20000072894A - 반도체 종형로 설비 - Google Patents

Abstract

반도체장치 제조에 사용되는 종형로 설비에 관한 것이다.

본 발명의 설비는, 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로 설비에 있어서, 상기 로드록 챔버에는 보트에 웨이퍼가 안착된 상태를 검사할 수 있도록 보트를 중심에 놓고 볼때 한 쪽에 설치되는 스크류 축과 반대편에 설치되는 반사판, 상기 스크류 축의 일정 위치에 고정 설치되며 수광부와 발광부를 가진 광센서, 타이밍 벨트 및 상기 타이밍 벨트의 한 쪽에 연결되면서 상기 타이밍 밸트의 다른 쪽에 연결된 상기 스크류 축을 상하로 동작시키는 모터를 구비하여 이루어지는 센서장치가 부가된다.

따라서 보트의 웨이퍼 적재 이상을 간단하게 감지할 수 있게 된다.

Description

반도체 종형로 설비{Vertical furnace machine for semiconductor devices fabrication}

본 발명은 반도체장치 제조에 사용되는 종형로 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 적재상 오류를 검사할 수 있는 장치가 설치된 종형로 설비에 관한 것이다.

반도체장치의 제조공정에서는 소자 형성을 위한 여러 가지 물질막을 형성하고 패턴닝하기 위해 다양한 공정이 다양한 환경에서 이루어지게 된다. 이들 공정 가운데 상당 부분이 고온에서 이루어지고 이러한 고온 환경을 부여하기 위해 몇 가지 형태의 가열방법이 사용된다.

그 가운데에는 히터 벽체 내부 공간에 석영의 튜브를 설치하고 이 튜브 내에 웨이퍼를 넣어 고온의 공정 환경을 만들어주는 경우가 있다. 흔히 이런 형태를 로(Furnace)형 설비라 한다. 일반적으로 이런 로설비에는 대량의 웨이퍼가 한꺼번에 적재도구에 실려 공정 공간에 투입되는 배치방식을 사용하게 되며, 반도체장치 제조공정상 열산화막을 형성하거나, 주입된 원소를 확산시키는 확산로로 많이 사용되었다.

이러한 로형 설비 가운데 현재 많이 사용되는 것으로 종형로(縱形爐:vertical type furnace) 설비가 있다. 여기서는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition) 공정이 주로 이루어진다. LPCVD는 고온 진공 분위기에서 공간 내로 소오스 가스를 투입하면 투입된 가스는 서로 반응하여 반응물질을 형성하면서 동시에 진공 공간에서 확산되어 그 과정 속에서 웨이퍼상에 막으로 적층되는 현상을 이용한 것이다.

웨이퍼를 석영 튜브 내로 옮겨서 공정을 진행하기 위해서는 보트라는 웨이퍼 적재장치가 사용된다. 보트는 주로 석영재질로 만들어지며 상하방향으로 형성된 복수개의 지지 로드에 슬릿이라고 불리는 다수의 홈을 형성하고 이 홈에 직접 웨이퍼를 끼우거나 혹은 홈에 판재를 끼운후 이 지지판재 위에 웨이퍼를 얹어서 공정을 진행할 수 있도록 만들어진다. LPCVD 공정을 통해 웨이퍼에 막형성이 균일하게 이루어지도록 하기 위해서는 공정 공간 즉, 튜브에 투입된 소오스 가스들이 반응하면서 고르게 확산되어 나가야 하므로 보트는 측면이 벽체로 막히지 않는 것이 바람직하다. 이 경우 가스가 보트의 슬릿에 놓인 웨이퍼 사이사이로 흘러가면서 웨이퍼 상에 자연스럽게 증착막을 형성하게 된다.

도1은 일반적인 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 웨이퍼는 수직으로 형성되는 보트(10)의 슬릿(12) 사이에 위치하고 보트는 아래에 설치된 로드록 챔버(40)에서 웨이퍼를 적재하여 수직으로 움직이는 엘리베이터에 의해 로 내부로 투입된다. 로는 가장 안쪽의 실린더형으로 된 내측 튜브(14), 그 바깥 쪽에 설치된 그리고 실린더 위쪽이 돔형으로 폐쇄된 형태의 외측 튜브(16) 및 외측 튜브 외측의 히터(18)로 되어 있다. 튜브는 주로 석영재질로 이루어지며 히터의 열이 복사와 전도로 튜브를 통해 보트에 적재된 웨이퍼 및 튜브 내부 공간에 미치게 된다.

튜브 하부의 한 편에는 소오스 가스 투입을 위해 인입된 분사 노즐(20)이 있다. 그리고 대략 반대편에는 내측 튜브에서 확산되어 내측 튜브 외측과 외측 튜브 사이의 공간을 따라 내려간 반응물이나 미반응된 가스들을 배기시킬 수 있도록 외측 튜브쪽 공간에 형성하는 배기구(22)가 있다. 배기구는 관형으로 외부로 돌출되어 있으며 말단에는 플랜지를 형성하여 배기라인(24)과 연결을 쉽게 하고 있다.

배기라인에는 공정이 이루어지는 로 내부를 진공으로 형성하고, 반응물이나 미반응 가스를 배출하기 위한 진공펌프가 설치된다. 기타 부수적으로 로의 온도를 측정하기 위한 열전대 온도계 등도 함께 설치될 수 있다.

로드록 챔버(40)에서 웨이퍼 보트(10)에 웨이퍼를 적재하면서 사용되는 것이 트랜스퍼(Transfer) 장치이다. 트랜스퍼는 웨이퍼를 얹어서 옮기는 역할을 하는 보통 5매 1조로 된 포크(fork)로 되어 있고 포크 좌우로는 포크가 웨이퍼를 정확히 적재했는가를 확인할 수 있도록 웨이퍼 확인용 센서를 설치하였다. 센서는 외부에서 투입된 웨이퍼 박스에서 웨이퍼를 일정 갯수씩 얹어서 이동시켜 보트에 적재시키는 과정에서 웨이퍼가 포크에 잘 적재되었는지를 확인하게 되며 보통 수/발광부를 포함하는 광센서로 이루어진다.

그런데 외부에서 이송된 웨이퍼를 트랜스퍼를 이용하여 웨이퍼 보트(10)로 적재하는 과정에서 트랜스퍼 포크의 수준에 이상이 발생하여 웨이퍼가 이송되면서 보트(10) 일부분과 충돌하거나 웨이퍼 좌우측이 비스듬하게 서로 다른 보트 홈에 거치되는 경우가 생길 수 있다. 그리고 고온의 공정을 진행하면서 튜브 속에서 웨이퍼가 파손된 상태로 보트 홈에 남아있을 수도 있다.

이러한 문제는 즉시 공정 오퍼레이터에 의해 발견되어 교정되지 않을 경우, 자동장비에 의해 이루어지는 반복적 배치 공정에서 다음 순번의 웨이퍼를 적재할 때 비스듬하게 적재된 웨이퍼 혹은 깨어져서 본래의 위치를 이탈한 웨이퍼가 새로 적재될 웨이퍼들과 충돌하여 새로운 웨이퍼 파손을 야기할 수 있다. 더욱이, 파손되거나 외부 충격 등으로 보트상의 정위치를 이탈한 웨이퍼나 트랜스퍼 장치의 작동 이상 등으로 정확한 적재 위치에서 보트 바깥쪽으로 튀어 나온 웨이퍼는 오퍼레이터에 의해 즉시 발견되고 제거되지 않을 경우 로드록 챔버(40)에서 종형로 설비 튜브(14)로 웨이퍼 보트가 투입되는 과정에서 튜브(14) 입구와 닿아 파손되면서 보트의 위치를 바꾸거나 기울어지게 할 수 있다.

이러한 현상으로 보트(10)가 정위치를 이탈하면 계속적으로 튜브(14)에 투입되는 과정에서 튜브와 닿아 튜브를 파손시키고 자신도 파괴되는 심각한 장비 이상을 초래할 수도 있다. 결국 처음 발생한 작은 문제가 더 큰 문제를 야기시키는 이러한 형태의 자동장비 이상은 당시 공정에 투입된 다수 공정 웨이퍼의 파손을 가져오는 동시에 고가의 장비를 파손, 오염시켜 그 복구에 많은 노력과 시간, 비용을 소모하게 하므로 큰 문제가 되고 있다.

그러나 오퍼레이터가 이런 문제를 사전에 검사하기 위해서는 웨이퍼를 보트에 적재시킨 후 공정을 잠시 보류시키고 오퍼레이터가 일일이 설비의 뒤쪽 서비스 에어리어(service area)로 이동하여 웨이퍼 보트가 있는 도어(door)를 열고 웨이퍼 안착상태를 점검하여야 하며 이러한 점검을 항상 실시하는 것은 공정의 능률을 떨어뜨리는 문제가 있다. 그러므로 오퍼레이터가 항시 이러한 점검을 하지 않으면서도 종형로 설비의 적재시 웨이퍼의 이탈 등 이상을 즉시로 검출해낼 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명은 이러한 종형로 설비에서 웨이퍼의 적재가 잘못되는 등의 이유로 웨이퍼가 적절하고 보트에 놓이지 못한 경우 이를 즉시 검지하여 조처할 수 있도록 함으로써 설비가 잘못된 상태로 계속 진행됨에 의한 웨이퍼 파손과 설비 파손을 방지할 수 있으며 별도의 오퍼레이터가 항상 대기하면서 수작업으로 점검을 할 필요가 없는 종형로 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 일반적인 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도2는 본 발명의 종형로 설비의 개략적인 구성을 나타내는 측단면도이다.

도3은 도2에서 본 발명의 특징부인 센서장치 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 요부 측단면도이다.

도4는 광경로가 보트 중심축과 나란한 수직을 이루도록 설치된 실시예를 나타내는 종형로 설비의 부분 단면도이다.

※ 도면 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 보트 12: 슬릿

14: 내측 튜브 16: 외측 튜브

18: 히터 26: 스크류 축

28: 반사판 30: 광센서

32: 모터 34: 타이밍 벨트

36: 센서장치 40: 로드록 챔버

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 종형로 설비는, 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로 설비에 있어서 상기 로드록 챔버에는 보트에 웨이퍼가 안착된 상태를 검사할 수 있는 센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 상기 센서는 보트에서 웨이퍼를 들어내는 과정 및 보트로 웨이퍼를 적재하는 과정에서 웨이퍼가 보트에 안착된 상태를 검사하게 된다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 종형로 설비의 개략적인 구성을 나타내는 측단면도이다. 실질적인 로부분의 아래쪽에 설치된 로드록 챔버(40)는 적어도 본 공정이 진행되는 동안에는 튜브내 공간과 분리된다. 보트(10)는 엘리베이터 상부에 장착되며 아래쪽에는 웨이퍼가 적재되지 않고 소오스 가스의 흐름을 제어할 수 있도록 플레이트가 웨이퍼 장착 간격보다 넓은 간격으로 장착되어 있다. 보트(10)가 웨이퍼를 내려 놓거나 적재하기 위해 로드록 챔버(40)에 내려와 있는 상태에서 보트 축과 평행하게 본 발명의 특징적인 부분을 구성하는 센서장치의 스크류 축(26)이 설치되어 있고 보트를 사이에 두고 스크류 축과는 반대편으로 반사판(28)이 설치되어 있다.

도3은 도2에서 본 발명의 특징부인 센서장치 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 측단면도이다. 도2에서와 같이 보트를 사이에 두고 한 쪽에는 센서장치의 스크류 축(26)이 다른 쪽에는 반사판(28)이 설치되어 있다. 스크류 축의 일정 위치에는 수광부와 발광부를 가진 광센서(30)가 설치되며 스크류 축은 축 아래쪽의 모터(32)가 돌아감에 따라 모터축과 연결된 타이밍 벨트(34)가 회전하면서 타이밍 벨트의 다른 쪽에 연결된 스크류 축을 회전방향에 따라 상방 혹은 하방으로 움직이게 한다.

스크류 축이 상방 혹은 하방으로 움직이면 스크류 축의 일정 위치에 고정되어 있던 광센서(30)가 함께 움직이면서 수직의 이동 경로상에서 발광부가 빛을 보트쪽으로 투사하고 반대편 반사판(28)에서 반사된 빛을 수광부가 검지하게 된다. 따라서 보트에 웨이퍼가 적재된 상태에서 광센서의 검사가 행하여지므로 광센서는 이동경로상에서 웨이퍼에 의해 광경로가 차단되는 곳에서는 수광부에 빛이 검지되지 않고 웨이퍼 사이 공간에 해당하는 부분을 이동할 때는 빛이 검지되므로 이 변화를 수광부에 전기적으로 연결된 카운터에 보내 웨이퍼 갯수 카운팅이 이루어지도록 한다.

카운터는 설비에서 배치식으로 이루어지는 공정에 적재될 예정 웨이퍼 갯수를 미리 입력받아 광센서의 수광부 신호에 의해 카운팅된 갯수와 일치하면 종형로 설비의 공정을 계속 진행하도록 하고 만약 일치하지 않을 경우 인터락(inter lock)신호를 설비 콘트롤러로 보내어 오퍼레이터가 웨이퍼 안착 이상을 조치하도록 한다.

카운터가 광센서(30)의 신호를 받아 웨이퍼 개수를 카운팅하는 방법에는 몇 가지가 있을 수 있으나 가장 간단한 방법의 하나는 수광부에 빛이 감지되다가 감지되지 않게 되는 순간에 숫자를 하나씩 올려가는 방법이다. 모터(32)는 별도의 콘트롤러를 통해 전원을 인가하도록 하여 일정 구간만을 움직이도록 하며 광센싱을 위해 적절한 구동속도를 갖도록 전류를 조절한다. 그리고 보트에 웨이퍼를 적재할 때는 스크류 축(26)을 하강시키면서 카운팅을 하고 보트에서 웨이퍼를 꺼낼 경우에는 스크류 축(26)을 상승시키면서 카운팅을 하는 등 광센서(30)가 스크류 축을 따라 올라가는 경우와 내려가는 경우 모두에서 카운팅이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 웨이퍼가 엇갈리게 홈에 끼워진 경우에 웨이퍼 면이 광센서에서 투사한 광경로와 평행하면 카운팅으로는 적재이상이 검출되지 않을 수가 있으므로 같은 방식의 센서장치를 서로 일정 각도를 이루도록 2개 설치하여 사용하면 바람직할 것이다. 또한 보트에 있는 수직으로 형성된 로드들이 광경로를 가로막지 않도록 보트를 회전시켜 설치하거나 센서장치를 회전시켜 설치하여야 함은 당연하다.

그리고 도4와 같이 광경로가 보트 중심축과 나란한 수직을 이루면서 보트의 슬롯 정위치에서 많이 튀어나온 웨이퍼가 있으면 광경로가 가로막혀 경고신호를 발생하도록 하는 센서장치(36)를 단독으로 혹은 위에서 설명된 센서장치에 부가하여 이용하는 것도 바람직하다.

본 발명에 따르면 종형로 설비에서 웨이퍼가 보트에 적재되면서 혹은 반출되면서 고온공정으로 인한 열충격으로 파손되거나 적재장치의 잘못 또는 외부의 충격 등으로 웨이퍼가 바르게 보트의 슬롯에 안착되지 않은 경우에 공정이 계속되면서 더 많은 웨이퍼가 파손되거나 장비가 파손됨이 없이 사전에 적재 이상을 검출하여 교정할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로 설비에 있어서,

   상기 로드록 챔버에는 보트에 웨이퍼가 안착된 상태를 검사할 수 있는 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로 설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서장치는 보트를 중심에 놓고 볼때 한 쪽에 설치되는 스크류 축과 반대편에 설치되는 반사판, 상기 스크류 축의 일정 위치에 고정 설치되며 수광부와 발광부를 가진 광센서, 타이밍 벨트 및 상기 타이밍 벨트의 한 쪽에 연결되면서 상기 타이밍 밸트의 다른 쪽에 연결된 상기 스크류 축을 상하로 동작시키는 모터를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로 설비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서장치는 광경로가 상기 보트의 중심축과 나란한 수직을 이루면서 상기 보트의 슬롯 정위치에서 튀어나온 웨이퍼가 있으면 광경로가 가로막혀 경고신호를 발생하도록 설치된 광센서장치인 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로 설비.