KR20010091670A - 슬릿형 공정가스 인입부와 다공구조의 폐가스 배출부를포함하는 공정튜브 및 반도체 소자 제조장치 - Google Patents

슬릿형 공정가스 인입부와 다공구조의 폐가스 배출부를포함하는 공정튜브 및 반도체 소자 제조장치 Download PDF

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Abstract

박막이 형성되는 속도를 증대시킬 수 있는 반도체소자 제조장치에 관해 개시한다. 본 발명은 반도체소자 제조장치의 공정튜브에 슬릿형태로 된 공정가스 인입부를 구성하고, 복수개의 홀을 갖는 폐가스 배출부를 구성하며, 이러한 공정가스 인입부와 폐가스 배출부를 공정튜브 본체 내부에 일체형으로 구성한다.

Description

슬릿형 공정가스 인입부와 다공구조의 폐가스 배출부를 포함하는 공정튜브 및 반도체소자 제조장치{Process tube having a slit type process gas injection portion and a waste gas exhaust portion of multi hole type and apparatus for semiconductor fabricating}
본 발명은 반도체소자 제조장치에 관한 것으로, 상세하게는 튜브(tube)를 사용하는 화학기상증착 장치 또는 산화/확산장치에 관한 것이다.
산화막, 질화막, BST(Barium Strontium Titanates) 및 비정질 또는 다결정실리콘막과 같은 막질을 반도체 기판위에 성막하는 저압 화학기상증착(LPCVD: LowPressure Chemical Vapor Deposition)장비는 웨이퍼를 탑재하여 처리하는 방식에 따라 매엽식 및 배치식으로 구분된다. 이중 배치방식의 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비는 다수의 웨이퍼를 석영으로 된 보트에 탑재하여 공정튜브내로 로딩(loading)하고, 형성하고자 하는 박막에 적합한 가스를 공정튜브내로 흘려보내면서 적정한 온도와 진공압력을 이용하여 박막을 형성한다.
상기 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비의 구성은 크게 석영을 재질로 하는 공정튜브와, 상기 공정튜브안에 구성되는 공정가스 인입부와, 상기 공정가스 인입부에서 공급된 공정가스를 배출시키는 폐가스 배출부와, 상기 공정튜브로 열을 공급하는 역할을 하는 히팅 챔버와, 상기 공정가스 인입부와 연결된 가스 컨트롤 시스템과, 상기 폐가스 배출부와 연결된 진공펌프 및 상기 진공펌프로 뽑아낸 폐가스를 세정하는 가스 세정기(gas scrubber)로 구성된다.
종형으로 웨이퍼를 보트에 적재하는 일반적인 배치형 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비에서는, 상기 공정가스 인입부가 공정튜브 안에서 가스노즐(gas nozzle) 형태로 구성된다. 따라서, 상기 가스노즐에 형성된 구멍을 통하여 공정튜브로 공정가스를 흘려보낸다.
그러나 상술한 일반적인 방식의 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비의 공정가스 인입부는 다음과 같은 문제점을 지니고 있다.
첫째, 300㎜ 웨이퍼와 같은 대구경화 된 웨이퍼를 가공하는 경우에 성막 속도(deposition rate)가 너무 늦어서 장비의 효율이 떨어진다. 일예로 폴리실리콘막을 가공할 경우에는 막질의 성막속도가 12Å／min으로서, 10,000Å의 폴리실리콘막을 형성할 경우 약 14시간이라는 긴 공정진행 시간이 요구된다. 따라서, 전체 공정을 통하여 볼 때, 병목현상(bottle neck)이 발생한다. 이러한 병목현상을 방지하고, 반도체 소자 제조공정의 전체적인 생산성을 높이기 위해서는 많은 장비 댓수가 필요한 실정이다.
또한, 불순물이 포함된 산화막과 같은 특정 박막을 형성할 경우, 박막 형성 가스 예컨대 SiH4,PH3와 같은 가스의 사용이 많기 때문에 가스용기를 자주 교체해야 하고, 가스의 사용량을 수시로 점검하여 박막 형성도중에 박막 형성을 위한 가스가 떨어지지 않도록 해야한다. 따라서 이를 관리해야 하는 많은 인력이 소요된다. 이렇게 박막형성 공정에서 요구되는 많은 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비의 댓수/인력은 제조원가 측면에서도 부담을 주며 경쟁력을 저하시키는 원인이 된다.
둘째, 300㎜ 웨이퍼와 같은 대구경화 된 웨이퍼를 가공할 경우에는 막질의 균일도(uniformity)가 떨어져서 웨이퍼내에 형성된 반도체 소자의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
셋째, 공정가스가 주입되는 통로인 작은 구멍(hole)에 화학기상증착 공정에서 미반응가스가 흡착되어 파티클(particle) 발생의 원인이 된다. 일반적인 가스노즐의 구멍크기는 0.5∼0.8㎜의 크기인데, 가스가 주입(flow)되면서 가스노즐의 구멍주변에 미반응성 가스가 파티클의 형태로 흡착된 이물질이 발생된다. 이러한 파티클 형태의 이물질로 인하여 가스노즐을 주기적 혹은 비주기적으로 교체해야 하고, 상기 파티클 형태의 이물질이 반도체 기판에 떨어짐으로 인하여 여러종류의 공정 결함을 유발시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대구경화 된 웨이퍼를 이용하여 박막을 형성할 때, 성막속도를 증가시키면서 막질의 균일도를 유지하고 파티클의 발생을 방지할 수 있는 반도체소자 제조용 공정튜브를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 공정튜브를 포함하는 반도체소자 제조장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 공정가스 인입부를 설명하기 위해 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 폐가스 배출부를 설명하기 위해 도시한 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 페가스 배출부와 가스배기 배관과의 연결을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 가스배기 배관과 진공펌프 배관과의 연결을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 6은 웨이퍼를 탑재한 보트가 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치의 공정튜브에 투입되었을 때를 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 함몰부와 공정가스 인입부의 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 8은 본발명에 의한 반도체소자 제조장치의 공정튜브내에서 웨이퍼가 처리되는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 공정튜브(tube), 110: 튜브본체,
120: 가스인입 배관, 130: 버퍼용 가스배관,
140: 연결통로, 150: 공정가스 인입부,
160: 함몰부, 170: 가스배기 배관,
180; 폐가스 배출부, 200: 보트(boat),
210: 웨이퍼, 220: 보트 지지 막대(rod),
230: 석영평판, 240: 웨이퍼 장착수단,
300: 히팅 챔버, 400: 가스컨트롤 시스템 배관,
500: 진공펌프 배관, 600: 가스컨트롤 시스템,
700: 진공펌프(Vacuum pump)
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 두께를 갖는 원통형의 튜브본체 제1측에는 원주방향으로 띠형상의 함몰부가 수직방향으로 복수개 형성되어 있으며, 상기 각 함몰부의 바닥에는 공정가스를 공급할 수 있는 슬릿형상의 공정가스 인입부와, 상기 공정가스 인입부에 대향하는 원통 튜브본체 제2측에는 공정 수행후의 폐가스를 배출할 수 있으며 수직방향으로 복수개 형성되어 있는 폐가스 배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브를 제공한다.
상기 튜브본체는 상기 제1측의 내부에 원통의 원주방향을 따라서 공간형태로 구성되고, 상기 공정가스 인입부들과 연결된 버퍼용 가스배관과, 상기 제2측 내부에 원통의 원주방향을 따라서 공간형태로 구성되며, 상기 폐가스 배출부들과 연결된 가스배기 배관을 구비하는 것이 적당하다.
여기서, 상기 버퍼용 가스배관은 상기 튜브본체에 구성된 가스인입 배관과 복수개의 연결통로를 통하여 연결되고, 상기 가스인입 배관은 다시 가스 컨트롤 시스템 배관과 연결되는 것이 적합하며, 상기 가스배기 배관은 진공펌프 배관과 연결되는 것이 바람직하다.
상기 공정가스 인입부 및 상기 페가스 배출부는 상기 제1측 및 제2측에서 160도의 범위내에서 형성되는 것이 적합하며, 상기 공정가스 인입부는 적어도 하나 이상으로서 바람직하게는, 중앙, 좌측 및 우축에 세 곳에 형성된 것이 적합하며, 상기 폐가스 배출부는 와류현상을 방지할 수 있도록 일정간격으로 서로 이격되어 복수개 형성된 것이 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 공정튜브는 상부가 밀폐된 형태인 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 두께를 갖는 원통형 튜브본체의 제1측에 원주방향으로 띠형상의 함몰부가 수직방향으로 복수개 형성되어 있으며, 상기 각 함몰부의 바닥에는 공정가스를 공급할 수 있는 슬릿이 형성되어 있는 공정가스 인입부가 구성되며, 상기 공정가스 인입부에 대향하는 상기 원통형 튜브 본체의 제2측에는 공정 수행후의 폐가스를 배출할 수 있는 배출구가 수직방향으로 형성되어 있는 폐가스 배출부가 구성되어 있는 공정튜브와, 상기 공정튜브의 외부에서 상기 공정튜브로 열을 인가할 수 있는 히팅 챔버와, 상기 공정튜브의 가스인입부에 가스를 공급해주는 가스 컨트롤 시스템 배관과, 상기 공정튜브의 폐가스 배출부와 연결되는 진공펌프 배관과, 공정 수행용 웨이퍼를 수평으로 복수개 적재하여 상기 공정튜브내로 왕복이동할 수 있는 보트를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반도체소자 제조장치는 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비 또는 산화/확산 장비인 것이 적합하다.
상기 보트는 박막이 형성되는 동안에 1∼70 RPM의 속도로 회전하는 것이 적합하며, 웨이퍼가 놓이는 석영평판끼리의 피치(pitch)가 3.5∼15㎜의 범위인 것이 적합하다.
또한, 상기 가스 컨트롤 시스템 배관은 상기 공정튜브에 구성된 가스인입 배관 및 버퍼용 가스배관을 통하여 상기 공정가스 인입부와 연결되고, 상기 버퍼용 가스배관의 압력은 1∼40 torr의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 슬릿형의 공정가스 인입부와 다공성 폐가스 배출부가 공정튜브내에 모두 형성된 일체형 공정튜브를 이용하여 공정튜브 내부에 공정가스의 공급기능과 배출기능을 강화함으로서, 대구경화 된 웨이퍼에서 박막을 형성할 때 성막속도를 개선할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치는 공정튜브(100)와, 보트(200), 히팅챔버(300), 가스컨트롤 시스템 배관(400) 및 진공펌프 배관(500)으로 이루어진다. 상기 공정튜브(100)는 석영을 재질로 하며, 상부가 밀폐되고 일정 두께를 갖는 원통형 구조이다. 또한 상기 공정튜브는 슬릿(slit)형의 공정가스 인입부(150)와, 다공의 폐가스 배출부(180)를 가지고 있으며, 상기 공정튜브(100)의본체 내에서 상기 공정가스 인입부(150) 및 폐가스 배출부(180)가 일체형으로 구성된 특징을 지니고 있다.
상기 저압 화학기상증착 장비는 일정기간 사용한 후 이를 해체하여 공정튜브(100)에 부착된 박막을 제거해야 한다. 이는 습식세정(wet cleaning) 방식 혹은 CLF3가스를 사용하여 인-시튜(In-situ) 세정으로 제거한다.
이때, 기존의 분리형인 경우에는, 내부 공정튜브, 외부 공정튜브, 가스노즐등에 누적된 박막들이 모두 부착되어 있다. 따라서 각각의 누적된 박막들을 세정하는데 많은 시간과 인력 및 넓은 장소가 요구된다. 또한, 이를 다시 조립할 때, 약간의 오정렬이 발생하더라도 장비의 성능이 변화하기 때문에, 조립에 많은 어려움이 뒤따랐다. 또한 해체하고 조립할 때, 석영으로 된 공정튜브에 충격이 발생하여 깨어지거나(broken)나 , 긁히거나(scratch), 금(crack)이 발생할 수 있는 가능성이 많았다.
그러나 본 발명과 같이 하나의 공정튜브(100) 속에 공정가스 인입부(150) 및 폐가스 배출부(180)를 일체형으로 만들면, 장비를 유지 보수하는데 있어서 상술한 문제점들을 방지할 수 있다. 또한 장비의 성능에 있어서 신뢰성(reliability), 재현성(repeatability) 측면에서도 기존의 분리형과 비교하여 우수한 특징을 갖는다. 이러한 공정튜브(100)의 내부 구조 특징에 대해서는 후속되는 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기 보트는 상기 공정튜브(100)의 원통 내부에서 다수의 웨이퍼(210)를 적재하고 상하운동을 수행하는 수단으로서 석영을 재질로 한다. 상기 히팅챔버(300)는 상기 석영튜브(100) 외부에서 석영튜브(100)로 열을 인가하는 수단으로서 본 발명에서는 원통형으로 구성된다. 상기 가스컨트롤 시스템 배관(400)은 가스 컨트롤 시스템(600)으로부터 상기 석영튜브(100)의 공정가스 인입부(150)로 가스를 공급하는 통로이다. 상기 가스 컨트롤 시스템(600)은 박막을 형성하기 위한 가스를 혼합(mixing)하고, 퍼지(purge)시키고, 흘려보내는 가스량을 조절하는 시스템을 의미한다.
상기 진공펌프 배관(500)은 상기 공정튜브(100)의 폐가스 배출부(180)와 연결되어 박막형성 공정을 수행한 후, 발생하는 폐가스를 공정튜브(100) 외부로 뽑아내는 통로로서 진공펌프(700)의 작동에 의해 운용된다. 따라서 진공펌프(700)를 통하여 공정튜브(100)의 내부로부터 뽑아진 폐가스들은 다시 가스세정기(gas scrubber, 미도시)에서 안전 및 환경에 적합한 가스로 치환되는 연소 및 흡착의 가공 공정을 거친 후 최종적으로 건물밖으로 배출된다.
도 2는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 공정가스 인입부를 설명하기 위해 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 공정튜브(100)에서 공정가스가 인입되는 과정을 설명하기 위한 사시도로서 공정튜브의 제1측을 나타낸다. 공정가스는 가스 컨트롤 시스템 배관(400)을 통해 공정튜브 본체(100) 내부로 유입된다. 상기 공정튜브(100) 내부로 유입된 공정가스는 다시 가스인입 배관(120)으로 흘러 들어가고, 상기 가스인입 배관(120) 내의 가스는 복수개의 연결통로(140)를 통하여 버퍼용 가스배관(130)으로 흘러 들어온다. 그 후, 공정가스는 구멍이 아닌 슬릿(slit)형상으로 구성된 공정가스 인입부(150)를 통하여 보트(도1의 200)의 웨이퍼로 분사된다.
상기 슬릿형상의 공정가스 인입부(150)가 구성된 튜브 본체(110) 제1측의 내표면에는 함몰부(160)가 구성되어 있다. 상기 함몰부(160)는 튜브본체(110) 제1측의 내표면을 사각형태의 홈으로 깍은 부분으로서, 공정가스가 직진성을 가지고 보트(boat)에 있는 웨이퍼로 분사되는 통로 역할을 한다. 상기 사각형태의 홈으로 깍은 함몰부(160)의 형태는 다른 모양으로 변형이 가능하다. 즉, 공정가스의 흐름에 직진성을 향상시킬 수 있는 구조이면 어떤 형태로든 변형시킬 수 있다.
따라서, 기존의 저압 화학기상증착(LPCVD) 장비에서는, 공정튜브와 별개의 구조물로 구성된 노즐의 구멍을 통하여 공정가스를 흘려보냈으나, 본 발명에서는 슬릿형상의 가스인입부(150)와 함몰부(160)를 통하여 보트에 탑재된 웨이퍼로 공정가스를 방향성있게 분사한다. 따라서, 기존 방식보다 보다 많은 양의 공정가스를 보트에 있는 웨이퍼로 흘려보낼 수 있으며, 이로 인해 박막의 성장속도를 빠르게 할 수 있다. 이때, 공정가스 인입부의 압력은 1∼40 torr로서 기존의 약 1.5 torr에 비해 현저하게 압력을 높여주는 것이 적합하다.
기존의 노즐 형태의 공정가스 인입부를 사용한 경우, 폴리실리콘막의 성장속도가 13Å／min으로 저조하였으나, 본 발명과 같은 구조를 채택하여 폴리실리콘막을 형성한 경우 120∼150Å／min의 성막속도를 보여 박막의 형성속도가 현저하게 개선됨을 보여주었다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 폐가스 배출부를 설명하기 위해 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3을 참조하면, 튜브본체(110)의 제2측에서 내부의 원주방향을 따라서 공간형태로 구성된 가스배기 배관(170)이 구성되어 있고, 상기 가스배기 배관(170)은 다공의 폐가스 배출부(180)와 연결되어 있다. 이때 상기 폐가스 배출부(180)는 복수개의 구멍들이 튜브본체(110)의 제2측 내표면을 따라서 일정간격으로 이격되어 형성된 구조를 가지고 있다. 상술한 본 발명에 의한 공정가스 인입부는 슬릿형태로서 가스분사가 웨이퍼당 1:1 방식으로 직접적으로 이루어진다.
이때 공정가스 인입부와 폐가스 배출부(180) 사이에서 진공의 와류(turbulence of vacuum) 발생을 균일하게 제어하는가는 본 발명에 의한 공정튜브에 있어서 대단히 중요한 문제이다. 따라서 마름꼴로 서로 일정간격으로 이격되어 구성된 페가스 배출부(180)는 진공의 와류를 제어하면서 공정튜브(100)내의 미반응 가스를 배출시키기에 적합한 구조이다. 상기 페가스 배출부(180)의 다공성 구멍의 수평열(row)은 상기 도2의 공정가스 인입부와 1:1로 대응시키거나 혹은 2:1로 대응시킬 수 있다. 또한, 상기 페가스 배출부(180)의 구멍은 타원, 원형등 여러형태의 모양으로 변형이 가능하다.
결국, 일정간격으로 이격되어 형성되고 진공의 와류 발생을 억제할 수 있는 형태로 구성된 다공성 폐가스 배출부(180)는 상기 슬릿형태의 공정가스 인입부의 구조와 함께 본 발명의 목적인 박막을 성장속도를 개선시키는 주요한 수단의 하나가 된다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 페가스 배출부와 가스배기 배관과의 연결을 설명하기 위해 도시한 개략적인 단면도이다. 상세히 설명하면, 도 3의 IV-IV'를 절개한 단면으로서 튜브본체(110) 내에서 공간형태의 배기가스 배관(170)과 폐가스 배출부(180)가 서로 직접적으로 연결된 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 가스배기 배관과 진공펌프 배관과의 연결을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 상세히 설명하면, 페가스 배출부(180)와 연결된 배기가스 배관(170)은 다시 진공펌프 배관(500)과 연결되어 진공펌프의 작동에 의하여 공정튜브내의 폐가스가 공정튜브 외부로 배출된다.
도 6은 웨이퍼를 탑재한 보트가 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치의 공정튜브에 투입되었을 때를 설명하기 위해 도시한 평면도이다. 상세히 설명하면, 상기 도2 내지 도5를 통하여 부분적으로 설명한 공정튜브의 형상은 본 평면도를 통하여 전체적으로 명확히 나타난다. 공정튜브(100)의 튜브본체(110)의 제1측에는 내부에 원주방향을 따라서 공간형태로 버퍼용 가스배관(130)이 구성되고, 상기 버퍼용 가스배관(130)은 슬릿형상의 공정가스 인입부(150) 및 가스인입 배관(120)과 연결되고, 가스인입 배관(120)은 다시 가스 컨트롤 시스템 배관(400)과 연결됨을 알 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 가스 컨트롤 시스템 배관(400)이 구성된 것을 일예로 설명하였으나, 이는 1개의 가스 컨트롤 시스템 배관(400)을 설치하는 형태로 변형이 가능하다.
또한, 공정튜브(100)의 튜브본체 제2측 내부에 구성된 가스배기 배관(170)은 튜브본체(110)의 내표면에 구성된 페가스 배출부(180) 및 진공펌프 배관(500)과 연결된다. 이때 상기 공정가스 인입부(150) 및 폐가스 배출부(180)가 튜브본체에(110)에 구성되는 각도(θ1, θ2)는 160도 이내로서 웨이퍼(210) 상에 헌팅부분이 최소화되도록 하였다. 여기서, 상기 헌팅부분(hunting area)은 보트가 회전하지 않을 때, 공정가스 인입부(150)와 페가스 배출부(180) 사이의 기류의 흐름에 의해 박막이 증착되지 않는 부분을 가리킨다.
도면에서 참조부호 220은 웨이퍼(210)를 탑재하는 보트의 지지막대(boat rod)를 가리킨다. 또한, 공정튜브(100)에서 제1측은 상기 θ1의 각도내에 있는 부분을 가리키고, 제2측은 상기 θ2의 각도내에 있는 부분을 가리킨다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체소자 제조장치에 있어서 공정튜브의 함몰부와 공정가스 인입부의 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다. 상세히 설명하면, 튜브본체(110)의 제1측에서 한 개의 함몰부(160) 내에 구성되는 슬릿형태의 공정가스 인입부(150)의 형상을 나타낸다. 상기 공정가스 인입부(150)는 θ1(도6 참조)의 각도내에서 중앙, 좌측 및 우측 세곳에 구성된다.
상기 슬릿의 형태는 타원, 마름모꼴 혹은 직사각형등의 여러 가지 형태로 변형이 가능하지만, 본 발명에서는 수평방향의 길이가 수직방향의 길이보다 더 길고 폐곡선 형태라면 어떤 모양을 갖더라도 이를 슬릿으로 정의한다. 그리고 본발명에서는 슬릿의 개수를 3개로 예시하였으나 이는 조정이 가능하다.
따라서, 종래에는 노즐의 구멍을 통해 가스를 주입하는 방식이였으나, 본 발명에서는 슬릿형상의 가스입입부(150)와 함몰부(160)를 이용하여 보다 많은 양은 공정가스를 공정튜브 내로 분사시킴으로서 공정가스의 대부분이 직진성을 가지고공정튜브 내에서 가공되는 웨이퍼 위로 흘러간다. 그러므로 보트의 웨이퍼에서 형성되는 박막의 성장속도를 크게 개선할 수 있다.
또한 기존의 가스노즐 구멍을 통하여 가스를 주입하는 방식에서는, PH3와 같은 특정 박막형성 가스의 주입이 원활하지 않아 PH3와 함께 공급되는 가스인 SiH4의 공급량도 제한되어 성막속도를 떨어뜨렸다. 그러나, 본 발명과 같은 슬릿형상의 가스인입부(150)는 PH3가스의 주입을 원할하게 할 수 있기 때문에 박막의 성막속도를 폴리실리콘인 경우 12Å／min에서 100Å／min으로 획기적으로 늘릴 수 있다.
도 8은 본발명에 의한 반도체소자 제조장치의 공정튜브내에서 웨이퍼가 처리되는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 상세히 설명하면, 튜브본체(110) 내에는 박막형성을 위한 웨이퍼(210)가 배치 방식으로 보트(200)에 실려 투입된다. 종래에는 100매 이상의 웨이퍼가 보트에 탑재되었으나 본 발명에서는 보트에 탑재되는 웨이퍼의 매수가 50∼80매 사이가 적합하다. 따라서 보트(200)의 석영평판(230) 사이의 피치가 종래에는 3.5∼12㎜ 사이로 다소 좁았지만 본 발명에서는 석영평판(230) 사이의 피치를 3.5∼15㎜로 넓게 구성하는 것이 바람직하다. 도면에서 참조부호 240은 웨이퍼 장착수단을 가리킨다.
또한 박막이 형성되는 동안에 보트(200)의 회전속도가 기존에는 1-9RPM으로 다소 느렸었다, 그러나 본 발명에서는 슬릿형의 공정가스 인입부(150)를 통하여 다량의 공정가스가 웨이퍼 상부로 분사되고, 또한 다공성의 폐가스 배출부(180)를 통하여 페가스가 배출되기 때문에 보트(200)의 회전속도를 1-70RPM의 수준으로 증가시켜 주는 것이 적합하다. 따라서 웨이퍼에 형성되는 박막에 대한 막질의 균일도를 기존과 동등하게 유지할 수 있다.
본 도면에서는 보트(200)의 형태를 링형 보트를 일예로 예시하였으나, 이는 본 발명이 기술적 특징을 포함하는 범위내에서 다른 형태, 예컨대 슬롯(slot) 타입등의 다른 형태로 변형하여 적용할 수 있다.
공정튜브 내의 온도는 형성되는 박막이 질화막인 경우 450∼750℃, 고온산화막(High Temperature Oxide)인 경우에는 800∼900℃, 실리사이드막인 경우에는 1000∼1200℃의 범위에서 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 첫째, 튜브를 사용하는 반도체 장치, 예컨대 저압 화학기상증착(LPCVD)에서 박막의 형성속도를 개선함으로써 장비의 효율을 높이고 생산성을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과는 웨이퍼의 구경이 대구경인 경우에 더욱 효과적이다.
둘째, 대구경화 된 웨이퍼에서 박막을 형성할 경우 형성되는 막질의 균일도(uniformity)가 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
셋째, 공정가스가 주입되는 통로가 작은 구멍(hole)에서 슬릿형으로 커짐에 따라 미반응가스가 공정가스 인입부에 흡착되어 야기되는 파티클(particle) 발생을 억제할 수 있다.

Claims (20)

  1. 소정의 두께를 갖는 원통형의 튜브본체 제1측에는 원주방향으로 띠형상의 함몰부가 수직방향으로 복수개 형성되어 있으며, 상기 각 함몰부의 바닥에는 공정가스를 공급할 수 있는 슬릿형상의 공정가스 인입부; 및
    상기 공정가스 인입부에 대향하는 원통 튜브본체 제2측에는 공정 수행후의 폐가스를 배출할 수 있으며 수직방향으로 복수개 형성되어 있는 폐가스 배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 튜브본체는
    상기 제1측의 내부에 원통의 원주를 따라서 공간형태로 구성되며, 상기 공정가스 인입부들과 연결된 버퍼용 가스배관과,
    상기 제2측 내부에 원통의 원주를 따라서 공간형태로 구성되며, 상기 폐가스 배출부들과 연결된 가스배기 배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버퍼용 가스배관은 상기 튜브본체에 구성된 가스인입 배관과 복수개의 통로를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스인입 배관은 가스 컨트롤 시스템 배관과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가스배기 배관은 진공펌프 배관과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 튜브본체는 상부가 밀폐된 형태인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스 인입부는 상기 튜브본체의 제1측에서 원주방향으로 160도 범위 이내에 적어도 한 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폐가스 배출부는 상기 튜브본체의 제2측에서 원주방향으로 160도 범위 이내에서 적어도 한 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 함몰부의 바닥면을 따라서 형성된 공정가스 인입부는 중앙, 좌측 및 우측에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 폐가스 배출부는 상기 제2측에서 와류의 발생을 억제하기 위하여 일정간격으로 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 공정튜브.
  11. 소정의 두께를 갖는 원통형 튜브본체의 제1측에 원주방향으로 띠형상의 함몰부가 수직방향으로 복수개 형성되어 있으며, 상기 각 함몰부의 바닥에는 공정가스를 공급할 수 있는 슬릿형상의 공정가스 인입부가 구성되며, 상기 공정가스 인입부에 대향하는 상기 원통형 튜브 본체의 제2측에는 공정 수행후의 폐가스를 배출할 수 있으며 수직방향으로 형성되어 있는 폐가스 배출부가 구성되어 있는 공정튜브;
    상기 공정튜브의 외부에서 상기 공정튜브로 열을 인가할 수 있는 히팅 챔버;
    상기 공정튜브의 가스인입부에 가스를 공급해주는 가스 컨트롤 시스템 배관;
    상기 공정튜브의 폐가스 배출부와 연결되는 진공펌프 배관; 및
    공정 수행용 웨이퍼를 수평으로 복수개 적재하여 상기 공정튜브내로 왕복이동할 수 있는 보트를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보트는 저압 화학기상증착 장비 또는 산화/확산장치용인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보트는 박막이 형성되는 동안 1∼70rpm/min의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 보트는 웨이퍼가 장착되는 석영평판끼리의 피치가 3.5∼15㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 가스 컨트롤 시스템 배관은 상기 공정튜브에 구성된 가스인입 배관 및 버퍼용 가스배관을 통하여 상기 공정가스 인입부와 연결되고, 상기 버퍼용 가스배관의 압력은 1-40 torr의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 슬릿으로 된 공정가스 인입부는 상기 공정튜브의 제2측에서 원주방향으로 160도 범위내의 함몰부 바닥면에 구성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 폐가스 배출부는 상기 공정튜브의 제2측에서 원주방향으로 160도 범위내의 내표면에 구성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 공정가스 인입부는 상기 공정튜브의 함몰부 바닥에서 적어도 한 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 공정가스 인입부는 공정튜브의 함몰부 바닥면에서 중앙, 좌측 및 우측에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 공정튜브의 페가스 배출부는 와류의 발생을 억제하기 위하여 일정간격으로 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
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