KR20010073606A - 반도체 소자 제조용 수직 확산로 - Google Patents

반도체 소자 제조용 수직 확산로 Download PDF

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Abstract

보트와 보트캡의 결합구조를 개선하여 보트 캡에 결합된 보트가 흔들리는 것을 방지한 반도체 소자 제조용 수직 확산로가 개시된다. 상기 수직 확산로는, 외벽체를 이루는 히터부, 상기 히터부의 내부에 수직으로 설치되며 잔류 가스를 배출하기 위한 배출관이 마련된 반응관, 상부판과 하부판 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되어 웨이퍼가 적재되는 다수의 지지바를 가지며, 웨이퍼와 반응하는 가스가 반응관으로 유입되도록 안내하는 유로가 형성된 보트(Boat), 상기 유로와 연통되는 가스 공급로가 형성되며 상기 보트를 탑재시켜 승강하는 보트 캡, 상기 보트가 보트 캡 상에서 흔들리지 않으면서 탑재되어 있도록 하는 결합수단, 그리고 상기 보트의 유로와 보트 캡의 공급로를 상호 밀폐하여 연통시키는 수단을 구비한다. 상기 수직 확산로는 보트와 보트 캡이 이중으로 상호 직접 결합되어 있으므로, 보트 캡 상에서 보트가 유동되는 일이 없다. 이로인해, 증착 공정 중 웨이퍼가 파손되지 않는다.

Description

반도체 소자 제조용 수직 확산로{VERTICAL DIFFUSION FURNACE FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR ELEMENT}
본 발명은 반도체 소자 제조용 수직 확산로에 관한 것으로, 더 상세하게는 보트와 보트캡의 결합구조를 개선하여 보트 캡에 결합된 보트가 흔들리는 것을 방지한 반도체 소자 제조용 수직 확산로에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중에는, 공급 가스의 화학적 반응을 이용하여 웨이퍼(Wafer)의 표면에 소정의 박막을 형성하는 다수의 방법이 있다. 그 방법 중의 하나로서, 균일한 막질을 얻기 위하여 진공 펌프를 이용한 저압상태(0.1-10 Torr)에서 박막을 형성하는 저압 화학 기상 침적(LPCVD ; LOW PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) 방법이 있다.
저압 화학 기상 침적 방법에 사용되는 종래의 수직 확산로의 보트와 보트 캡의 결합구조를 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다. 도 1은 종래의 수직 확산로의 단면도이고, 도 2a는 종래의 보트의 저면도이며, 도 2b는 종래의 보트 캡의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 외벽체를 형성하는 히터부(11)의 내부에 석영(Quartz)으로 제작된 원통형의 반응관(13)이 수직으로 설치된다. 반응관(13)에는 웨이퍼(15)가 적재되는 석영재의 보트(21)가 위치되고, 보트(21)는 승강수단(17)에 의하여 승강되는 석영재의 보트 캡(26)에 탑재된다. 그리고, 반응관(13)에는 웨이퍼(15)와 반응하는 가스를 공급하기 위한 공급관(19a)과 배출하기 위한 배출관(19b)이 연통된다.
보트(21)는 상부판(22)과 하부판(23) 및 상부판(22)과 하부판(23) 사이에 마련되어 웨이퍼(15)를 지지하는 지지바(24)를 가진다. 하부판(23)의 저면에는 링 형상으로 파여진 함몰부(23a)가 형성되고, 보트 캡(26)의 상면에는 함몰부(23a)와 대응하는 형상으로 마련되어 함몰부(23a)에 삽입되는 돌출부(26a)가 형성된다. 그리고, 하부판(23)과 보트 캡(26)에는 핀(29)이 관통하는 핀홀(23b, 26b)이 각각 형성된다.
이와 같은 반도체 소자 제조용 수직 확산로는, 웨이퍼(15) 상에 침적 공정을 수행한 후, 일정 시점을 주기로 세정작업을 수행하여야 한다. 구체적으로, 설명하면, 질산(HNO3) 및 불산(HF) 또는 이들의 혼합액 등과 같은 화학 세정액에 보트(21)와 보트 캡(26)을 담가서 세정을 하게 된다.
이때, 종래의 수직 확산로는 상기와 같은 화학적 세정 작업이 반복되므로 인하여, 보트(21)와 보트 캡(26)의 결합이 느슨해지게 되는 문제점이 있다. 상세히 설명하면, 화학적 세정액으로 보트(21)와 보트 캡(26)을 반복하여 세정하다 보면, 하부판(23)의 핀홀(23b)과 보트 캡(26)의 핀홀(26b)에 삽입된 핀(29)이 식각되어 핀(29)의 두께가 얇아지게 된다. 그러면, 보트(21)가 보트 캡(26) 상에서 흔들리게 되므로, 보트(21)에 적재된 웨이퍼(15)가 공정 중에 파손되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 화학 세정액에 의하여 식각되는 결합 매체를 사용하지 않고, 보트와 보트 캡을상호 직접 결합시키므로서 보트가 보트 캡 상에서 흔들리지 않도록 한 반도체 소자 제조용 수직 확산로를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 수직 확산로의 단면도.
도 2a는 종래의 보트의 저면도.
도 2b는 종래의 보트 캡의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 확산로의 단면도.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트의 저면도.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트 캡의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트와 보트 캡을 분리한 상태의 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
50 : 히터부, 60 : 반응관,
70 : 웨이퍼, 80 : 보트,
82a : 함몰부, 85 : 유로,
85aa : 삽입홈, 90 : 보트 캡,
91 : 공급로 92 : 결합돌기,
93 : 돌출관.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 수직 확산로는, 외벽체를 이루는 히터부; 상기 히터부의 내부에 수직으로 설치되며 잔류 가스를 배출하기 위한 배출관이 마련된 반응관; 상부판과 하부판 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되어 웨이퍼가 적재되는 다수의 지지바를 가지며, 웨이퍼와 반응하는 가스가 반응관으로 유입되도록 안내하는 유로가 형성된 보트(Boat); 상기 유로와 연통되는 가스 공급로가 형성되며 상기 보트를 탑재시켜 승강하는 보트 캡; 상기 보트가 보트 캡 상에서 흔들리지 않으면서 탑재되어 있도록 하는 결합수단; 그리고, 상기 보트의 유로와 보트 캡의 공급로를 상호 밀폐하여 연통시키는 수단을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 소자 제조용 수직 확산로를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 확산로의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 권선된 코일(51)을 가지는 외벽체의 히터부(50)가 마련되고, 히터(50)의 내부에는 석영(Quartz) 재질로 제작된 반응관(60)이 설치된다. 반응관(60)은 히터부(50)의 저면으로부터 삽입되어 수직으로 배치되고, 웨이퍼(70)와 반응하는 가스가 주입되면 소정의 공정이 진행된다.
반응관(60)의 내부에는 웨이퍼(70)가 적재되는 보트(Boat)(80)가 승강가능하게 설치된다. 보트(80)는 상부판(81)과 하부판(82) 및 상부판(81)과 하부판(82) 사이에 설치된 다수의 지지바(83)를 가진다. 또, 보트(80)에는 웨이퍼(70)와 반응하는 가스를 반응관(60)의 내부로 유입되게 안내하는 유로(85)가 형성된다.
지지바(83)는 세 개를 설치하는 것이 바람직하고, 지지바(83)의 측면에는 웨이퍼(70)의 테두리부가 지지되는 슬롯(Slot)(83a)이 등간격으로 다수개 형성된다. 즉, 지지바(83)에 동일한 고도로 순차적으로 형성된 슬롯(83a)에 웨이퍼(70)가 지지되어 적재되는 것이다.
유로(85)는 하부판(82)에 형성된 연통구(85a)와, 연통구(85a)와 연통되며 지지바(83)에 길이방향으로 형성된 안내로(85b)와, 안내로(85b)와 연통되어 웨이퍼(70)및 웨이퍼(70)와 웨이퍼(70)의 사이로 가스를 공급하기 위한 토출구(85c)를 가진다. 토출구(85c)는 슬롯(83a)을 형성하는 지지바(83)의 수직면 및 인접하는 슬롯(83a)과 슬롯(83a) 사이의 지지바(83)의 수직면에 형성하는 것이 바람직하다.
보트(80)의 하부판(82)은 보트 캡(Boat Cap)(90)에 탑재되고, 보트 캡(90)은 승강수단(55)에 의하여 승강되면서 보트(80)를 반응관(60)의 내부로 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading) 한다. 보트 캡(90)에는 보트(80)의 유로(85)와 연통되어, 외부에서 공급되는 가스를 유로(85)로 전달하기 위한 가스 공급로(91)가 형성된다. 미설명부호 89는 잔류가스를 외부로 배출하기 위한 배출관이고, 95는 외부의 가스공급원과 연결되는 연결구이다.
본 실시 예에 따른 수직 확산로의 보트(80)와 보트 캡(90)에는, 보트(80)가보트 캡(90) 상에서 흔들리지 않으면서 탑재되어 있도록 하는 결합수단과, 보트(80)의 유로(85)와 보트 캡(90)의 공급로(91)를 상호 밀폐시켜 연통시키는 수단이 마련된다. 이를 도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트의 저면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트 캡의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보트와 보트 캡을 분리한 상태의 도면이다.
결합수단은 하부판(82)의 저면에 함몰되어 형성된 함몰부(82a)와 상기 보트 캡(90)에서 연장되어 함몰부(82a)에 삽입되는 결합돌기(92)로 마련된다. 함몰부(82a)와 결합돌기(92)의 외면은 상호 대응되는 각이진 형상으로 마련된다. 보트(80)를 조금씩 움직이면서 함몰부(82a)를 결합돌기(92)에 삽입하면, 보트(80)와 보트 캡(90)은 결합된다. 그런데, 함몰부(82a)와 결합돌기(92)는 상호 대응되는 각이진 형상이므로, 보트(80)가 보트 캡(90) 상에서 유동되지 않는 것이다.
연통수단은 연통구(85a)의 단부측에 형성된 삽입홈(85aa)과 보트 캡(90)에서 연장된 돌출관(93)으로 마련된다. 삽입홈(85aa)은 하부판(82)의 내측으로 갈수록 지름이 작아지는 원뿔 형상으로 형성되되, 원뿔의 단부측은 잘려서 원을 이루는 형상이다. 또, 돌출관(93)은 삽입홈(85aa)과 대응되는 형상, 즉 보트 캡(90)의 외측으로 갈수록 지름이 작아지게 형성되어 삽입홈(85aa)에 삽입된다. 돌출관(93)이 삽입홈(85aa)에 삽입되면, 돌출관(93)의 상단부는 삽입홈(85aa)의 깊숙이 위치되고, 돌출관(93)의 외주면과 삽입홈(85aa)의 내주면이 밀착되어 있으므로 연통부(85a)와 공급로(91)는 밀폐되어 연통되는 것이다.
본 실시 예에 따른 수직 확산로의 작용을 설명한다.
보트(80)가 반응관(60)의 내부에 언로딩(Unloading)된 상태에서, 웨이퍼(70)를 보트(80)의 슬롯(83a)에 적재하고, 승강수단(55)을 동작시켜 보트(80)를 반응관(60)의 내부에 로딩(Loading)시킨다. 그후, 외부의 가스 공급원으로부터 가스가 공급되면, 가스는 연결구(95)→공급로(91)→돌출관(93)→삽입홈(85aa)→연통구(85a)→안내로(85b)→토출구(85c)를 통하여 반응관(60)의 내부로 공급된다. 이때, 토출구(85c)는 웨이퍼(70)의 측면 및 웨이퍼(70)와 웨이퍼(70)의 사이에 형성되어 있으므로, 균일한 양의 가스가 각 웨이퍼(70)로 공급된다. 그러므로, 각 웨이퍼(70)에는 균일한 두께의 박막이 증착되는 것이다.
이러한 공정의 수행 중 보트(80)를 세척할 시기가 되면, 보트(80) 및 보트 캡(90)을 질산(HNO3) 및 불산(HF) 또는 이들의 혼합액 등과 같은 화학 세정액에 담가서 세정한다. 그런데, 석영재로 제작된 보트(80)와 보트 캡(90)은 결합매체를 통하여 결합된 것이 아니라 상호 직접 결합되어 있다. 그러므로, 화학 세정액에 의하여 결합매체 와 보트(80) 및 보트 캡(90)이 식각되는 일은 발생하지 않는다. 그리고, 화학적 세정 후, 각이진 형상의 함몰부(82a)와 결합돌기(92)를 결합시키면 보트(80)와 보트 캡(90)이 결합되므로, 보트(80)가 보트 캡(90) 상에서 유동되지 않는 것이다. 또, 삽입홈(85aa)과 돌출관(93)에 의하여도 보트(80)가 보트 캡(90) 상에서 유동되는 것이 방지되므로, 보트(80)는 보트 캡(90) 상에 견고하게 탑재되는 것이다.
이상에서 설명하듯이, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 수직 확산로는, 보트와 보트 캡이 각이진 형상의 함몰부와 결합돌기 및 원뿔 형상의 삽입홈과 돌출관에 의하여 이중으로 결합되어 있으므로, 보트 캡 상에서 보트가 유동되는 일은 전혀 발생하지 않는다. 이로인해, 웨이퍼에 박막을 증착하는 공중의 수행 중, 웨이퍼가 파손되는 일이 없다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자가 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명으로부터, 본 발명의 사상 및 영역에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (4)

  1. 외벽체를 이루는 히터부;
    상기 히터부의 내부에 수직으로 설치되며 잔류 가스를 배출하기 위한 배출관이 마련된 반응관;
    상부판과 하부판 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되어 웨이퍼가 적재되는 다수의 지지바를 가지며, 웨이퍼와 반응하는 가스가 반응관으로 유입되도록 안내하는 유로가 형성된 보트(Boat);
    상기 유로와 연통되는 가스 공급로가 형성되며 상기 보트를 탑재시켜 승강하는 보트 캡;
    상기 보트가 보트 캡 상에서 흔들리지 않으면서 탑재되어 있도록 하는 결합수단; 그리고,
    상기 보트의 유로와 보트 캡의 공급로를 상호 밀폐하여 연통시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 수직 확산로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로는 하부판에 형성된 연통구와, 상기 연통구와 연통되며 상기 지지바에 길이방향으로 형성된 안내로와, 상기 안내로와 연통되어 상기 웨이퍼 및 웨이퍼와 웨이퍼의 사이로 가스를 공급하기 위한 토출구를 가지고,
    상기 결합수단은, 상기 하부판의 저면에 각이진 형상으로 함몰된 함몰부와,상기 보트 캡에서 연장되며 상기 함몰부와 대응되게 형성되어 상기 함몰부에 삽입되는 결합돌기로 마련된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 수직확산로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연통수단은, 상기 연통구의 단부측에 형성되며 하부판의 내측으로 갈수록 지름이 작아지는 삽입홈과, 상기 공급로에서 연장되며 상기 삽입홈과 대응되게 형성되어 상기 삽입홈에 삽입되는 돌출관으로 마련된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 수직확산로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보트 캡의 가스 공급로에는 외부의 가스 공급원이 연결되는 연결구가 설치된 것을 특징으로 하는 수직 확산로.
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