KR200191155Y1 - Heat treatment apparatus of semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
본 고안은 반도체 장치의 장벽금속(barrier metal)으로 사용되는 Ti 막질의 열처리에 있어서 발생할 수 있는 막질의 비정상적인 변화를 방지하는 반도체 기판의 열처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate that prevents abnormal changes in film quality that may occur in heat treatment of the Ti film quality used as a barrier metal of the semiconductor device.
본 고안의 열처리장치는 일단이 가스주입구에 연결되어 운송자(carrier)에 적재된 다수의 웨이퍼를 열처리 하기 위한 프로세스 튜브와, 상기 프로세스 튜브의 타단에 접속되고 자동개폐기(Auto Door)가 장착된 엘레펀트(Elephant)튜브와, 상기 엘레펀트 튜브와 미세 배기홀을 통한 배기자바라(Exhaust Javara)에 의해 연결되어 상기 프로세스 튜브내의 가스 유속 및 유량을 조절하기 위한 배기본체(40)를 포함하고, 상기 배기본체에 배기량을 제어하기 위한 밸브로서 압력계의 유동 및 플로우(flow) 유지에 반작용이 없는 정밀한 볼 밸브(ball valve)를 사용하여, 유량등의 공정조건 상의 제약없이 웨이퍼의 공정불량을 억제한다.The heat treatment apparatus of the present invention has a process tube for heat treating a plurality of wafers loaded at a carrier, one end of which is connected to a gas inlet, and an element having an auto door connected to the other end of the process tube. (Elephant) includes an exhaust tube (40) for controlling the gas flow rate and flow rate in the process tube is connected by the tube and the exhaust tube (Exhaust Javara) through the fine exhaust hole, the exhaust body As a valve for controlling the amount of exhaust gas, a precise ball valve that does not react to the flow and flow maintenance of the pressure gauge is used to suppress process defects of the wafer without restricting process conditions such as flow rate.
Description
제1도는 본 고안에 의한 열처리장치의 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing the configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 프로세스 튜브 12 : 가스주입구10 process tube 12 gas inlet
14 : 웨이퍼 16 : 운송자14: wafer 16: carrier
17 : 히터 20 : 엘레펀트 튜브17: heater 20: element tube
22 : 자동개폐기 31 : 배기홀22: automatic switch 31: exhaust hole
32 : 배기자바라 40 : 배기본체32: exhaust gas turbine 40: ship body
44 : 볼 밸브 46 : 테프론호스44: ball valve 46: Teflon hose
47 : 압력계 34 : 가스스크러버47: pressure gauge 34: gas scrubber
본 고안은 반도체 기판의 열처리장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 장벽금속(barrier metal)으로 사용되는 Ti 막질의 열처리에 있어서 발생할 수 있는 막질의 비정상적인 변화를 방지하는 반도체 기판의 열처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate, and more particularly, to a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate that prevents abnormal changes in film quality that may occur in heat treatment of the Ti film quality used as a barrier metal of the semiconductor device.
반도체 장치의 제조공정에 있어서, 반도체장치를 구성하는 소정의 막을 증착한 후, 통상적으로 증착막의 특성 향상을 위하여 열처리 공정을 수행하고 있다. 특히, 반도체 기판과의 접합(junction)을 위한 접합금속인 알루미늄막을 증착하기 전에 실리콘기판과 상기 알루미늄막과의 장벽층으로서 통상 Ti/TiN막을 사용하고 있다. 이러한 Ti/TiN 장벽층은 기판물질인 실리콘이 알루미늄에 용해되어 발생하는 접합 스파이크 현상을 억제하기 위해 사용되고 있다. 이러한 목적으로 증착된 Ti/TiN는 막의 장벽특성을 향상시키기 위해 열처리공정을 수반한다.In the manufacturing process of a semiconductor device, after depositing the predetermined film | membrane which comprises a semiconductor device, the heat processing process is normally performed in order to improve the characteristic of a deposited film. In particular, a Ti / TiN film is usually used as a barrier layer between a silicon substrate and the aluminum film before depositing an aluminum film, which is a bonding metal for junction with a semiconductor substrate. The Ti / TiN barrier layer is used to suppress the junction spike phenomenon caused by dissolving silicon, which is a substrate material, in aluminum. Ti / TiN deposited for this purpose involves a heat treatment process to improve the barrier properties of the film.
이러한 Ti/TiN 열처리공정 시에 고려되어야 할 중요 인자들로는(1) 웨이퍼들이 놓여 있는 전 영역에 대하여 450℃의 균열장과 일정량(예를 들어, 201)의 가스가 흘러야 하며, (2) 튜브를 완전히 차단하여 외부공기(O2)의 유입이 없어야 하며, (3) 튜브내의 잔여 가스를 배출시키는 배출압력이 일정하게 유지되어야 하는 등의 여러 공정상의 제약이 따른다. 이들 가운데, 상기 배기 압력이 Ti 막질에 가장 큰 영향을 끼치고 있다.Important factors to be considered in the Ti / TiN heat treatment process include (1) a crack field of 450 ° C. and a certain amount of gas (for example, 201) must flow for the entire region where the wafers are placed, and (2) It must be completely shut off to avoid the inflow of external air (O 2 ), and (3) various process constraints such as the constant discharge pressure for releasing residual gas in the tube. Among these, the exhaust pressure has the greatest influence on the Ti film quality.
이러한 배기(exhaust) 압력의 균일한 제어를 위하여, 동출원인은 배기본체 부위에 배기조절 밸브로서 1/3 개방 상태로 설정(setting)된 버터플라이 밸브(butterfly valve)를 설치하여 배기능력을 개선한 고안을 출원한 바 있다(실용신안 출원번호 제 92-13761호).For uniform control of the exhaust pressure, the same cause is to install a butterfly valve which is set to 1/3 open state as an exhaust control valve in the exhaust body part to improve the exhaust capacity. The invention has been filed (Utility Model Application No. 92-13761).
그러나, 이러한 열처리 장치를 실제 생산라인에 적용한 결과, 열처리(annealing) 공정후 웨이퍼에 색깔 차이를 유발시키는 공정상의 불량이 발생하였다. 그 원인을 분석한 결과, 배기부로 너무 많은 양의 N2가스가 유출되어 튜브내의 가스분위기를 균일하게 유지하지 못하기 때문인 것으로 관측되었다. 예를 들어, 열처리 공정이 양호하게 진행된 경우, 공정 후의 웨이퍼 색깔은 연보라빛을 띠나 일정치 않은 N2가스로 인한 불량인 경우, 웨이퍼는 노란색을 띠게 된다.However, as a result of applying the heat treatment apparatus to an actual production line, a process defect that causes color difference in the wafer after the annealing process occurs. As a result of analyzing the cause, it was observed that a large amount of N 2 gas flowed out into the exhaust portion, and thus the gas atmosphere in the tube was not kept uniform. For example, when the heat treatment process proceeds well, the wafer color after the process is light purple, but when the defect is caused by inconsistent N 2 gas, the wafer becomes yellow.
버터플라이 밸브를 완전히 닫은 상태에서 공정을 수행하여도 버터플라이 밸브 자체의 정밀성이 낮기 때문에 균일한 가스 상태를 유지하지 못하여 불량 발생이 관측되고 있다. 이러한 이유로 인하여, 가시적인(visual)공정 불량이 빈번히 발생되는 문제점이 있다.Even if the process is performed while the butterfly valve is completely closed, the butterfly valve itself is not accurate, and thus a failure is observed because it cannot maintain a uniform gas state. For this reason, there is a problem in that visual process defects frequently occur.
본 고안은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 튜브내의 가스 분위기를 최적상태로 제어할 수 있도록 배기능력을 개선함으로써 공정 불량을 억제하고 라인(line) 안정화를 기할 수 있는 반도체 기판의 열처리 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to improve the exhaust capacity to control the gas atmosphere in the tube to the optimum state, the semiconductor substrate capable of suppressing process defects and line stabilization It is to provide a heat treatment apparatus of.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 열처리장치는 일단이 가스주입구에 연결되어 운송자(carrier)에 적재된 다수의 웨이퍼를 열처리 하기 위한 프로세스 튜브와, 상기 프로세스 튜브의 타단에 접속되고 자동개폐기(Auto Door)가 장착된 엘레펀트(Elephant) 튜브와, 상기 엘레펀트 튜브와 미세 배기홀을 통한 배기자바라(Exhaust Javara)에 의해 연결되어 상기 프로세스 튜브내의 가스 유속 및 유량을 조절하기 위한 배기본체(40)를 포함하고, 상기 배기본체에 배기량을 제어하기 위한 밸브로서 압력계의 유동 및 플로우(flow) 유지에 반작용이 없는 정밀한 볼 밸브(ball valve)를 사용하는 것을 특징으로 한다.The heat treatment apparatus of the present invention for achieving the above object is a process tube for heat treatment of a plurality of wafers, one end of which is connected to a gas inlet and loaded on a carrier, and the other end of the process tube is connected to an automatic switch (Auto Door). ) Is equipped with an element tube (Elephant), and the exhaust tube 40 for controlling the gas flow rate and flow rate in the process tube is connected by the exhaust tube (Exhaust Javara) through the element tube and the fine exhaust hole And a precise ball valve which does not react to the flow and flow of the pressure gauge as a valve for controlling the displacement of the exhaust body.
본 고안에 따르면, 완전 차폐 처리한 볼형의 볼 밸브를 사용하여 열처리 공정시 배기량을 최대한 억제함으로써 공정불량을 방지한다.According to the present invention, a process shielding is prevented by maximally suppressing the exhaust amount during the heat treatment process by using a ball valve of a ball type shielded completely.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
제1도는 본 고안에 의한 열처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 고안의 열처리장치는 로(furnace)로 들어가는 프로세스 튜브(10)와, 이 튜브(10)의 보조튜브로서 가스 배기가 이루어지는 엘레펀트 튜브(Elephant tube)(20)와, 배기부로 구성된다. 상기 프로세스 튜브(10)의 일단에는 가스 주입구(12)가 있고, 그 타단은 상기 엘레펀트 튜브(20)와 접목하고 있으며, 엘레펀트 튜브(20)의 타단은 웨이퍼(14)들을 적재한 운송자(16)가 출입하는 입구로 자동 개폐기(auto door)(22)가 장착되어 있다.1 is a view schematically showing the configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention. The heat treatment apparatus of the present invention comprises a process tube 10 entering a furnace, an element tube 20 through which gas is exhausted as an auxiliary tube of the tube 10, and an exhaust part. One end of the process tube 10 has a gas inlet 12, and the other end thereof is grafted with the element tube 20, and the other end of the element tube 20 is a carrier for loading wafers 14 ( An auto door 22 is mounted at the entrance to which 16 is entered.
또한, 상기 엘레펀트 튜브(20)에는 배기를 위한 작은 구멍(직경 2cm)의 배기홀(31)이 있으며, 이 배기홀(31)에 테프론으로 된 배기자바라(32)가 접속되고, 이 배기 자바라(32)의 타측은 가스 스크러버(Gas Scrubber)(34)에 연결되어 있는 배기본체(40)의 볼 밸브(44)에 연결되어 있다. 또한, 상기 배기본체(40)에는 1/4 인치 테프론호스(46)에 의해 용량 10mm of H2O 또는 50mm of H2O의 압력계(Magneheric gauge)(47)가 연결된다. 이때, 상기 배기본체(40)는 상기 배기자바라(32)에 약 45°의 각도로 연결되어 있다. 도면에서 미설명부호 17은 히터를 나타낸다.In addition, the element tube 20 has an exhaust hole 31 having a small hole (diameter 2 cm) for exhausting, and an exhaust bar 32 made of Teflon is connected to the exhaust hole 31, and this exhaust bellows is connected. The other side of 32 is connected to the ball valve 44 of the exhaust body 40 which is connected to the gas scrubber 34. In addition, a manometer gauge 47 having a capacity of 10 mm of H 2 O or 50 mm of H 2 O is connected to the exhaust base 40 by a 1/4 inch Teflon hose 46. In this case, the exhaust body 40 is connected to the exhaust bar 32 at an angle of about 45 °. In the drawings, reference numeral 17 denotes a heater.
가스의 배기과정은 다음과 같다. 상기 프로세스 튜브(10) 일단의 가스 주입구(12)를 통하여 유입된 가스는 엘레펀트 튜브(20)의 배기홀(31)을 경유하여 배기자바라(32)와 배기조절밸브(44)를 통해 배출된다. 배출된 가스는 가스 스크러버(34)의 중수에 의해 희석되어 옥외로 배기되며, 상기 압력계(47)에 의해 배기 압력이 모니터링된다.The exhaust process of the gas is as follows. Gas introduced through the gas inlet 12 of one end of the process tube 10 is discharged through the exhaust bar 32 and the exhaust control valve 44 via the exhaust hole 31 of the element tube 20. . The discharged gas is diluted by the heavy water of the gas scrubber 34 and exhausted to the outdoors, and the exhaust pressure is monitored by the pressure gauge 47.
본 고안은 Ti 막질의 열처리공정율 수행한 후, 엘레펀트 튜브(20)에 인접한 웨이퍼(14)들 즉, 프로세스 튜브(17)의 후단에 적재된 웨이퍼(14)들에서 주로 발생하는 가시적인 공정불량(웨이퍼의 색깔차이)을 줄이기 위해 다음과 같이 공정조건을 달리하여 실험을 수행하였다.In the present invention, after performing the heat treatment process rate of the Ti film, visible process defect mainly occurring in the wafers 14 adjacent to the element tube 20, that is, in the wafers 14 loaded on the rear end of the process tube 17. In order to reduce the (difference in color of the wafer), the experiment was performed by changing the process conditions as follows.
1) 밸브를 완전 개방시킨 상태에서 N2가스의 유량을 151, 201, 251로 변화시키고, 2) 밸브를 1/2 개방한 상태에서 N2가스의 유량을 151, 201로 변화시키며, 3) 밸브를 완전히 닫은 상태에서 N2가스의 유량을 201로 설정한 6개의 그룹으로 테스트 아이템을 선정하여 공정을 진행하였다.1) the flow rate of N 2 gas, while it is fully open the valve is changed to 151, 201, 251, 2) varies the flow rate of N 2 gas in a state of half opening the valve 151, 201, 3) With the valve fully closed, the test items were selected from six groups in which the flow rate of N 2 gas was set to 201.
그 결과, 배기밸브를 완전히 개방한 상태에서는 가스의 유량에 관계없이 모두 색깔차이를 나타냈으며, 배기밸브를 1/2 개방한 상태에서는 가스의 유량이 많은 경우에 웨이퍼의 불량이 현저히 감소하였다. 배기밸브를 완전히 닫은 상황에서는 가시적 불량이 없었다. 이와같은 실험결과로 부터, 튜브내에 가스가 균일하게 분포되어 있지 않으며, 특히 후단의 가스량이 부족함을 알 수 있다.As a result, all of the color differences were shown regardless of the flow rate of the gas when the exhaust valve was completely opened, and defects of the wafer were significantly reduced when the flow rate of gas was large when the exhaust valve was half open. There was no visible failure with the exhaust valve fully closed. From these experimental results, it is understood that the gas is not uniformly distributed in the tube, and in particular, the amount of gas at the rear end is insufficient.
따라서, 본 고안에서는 배기량을 최대한 억제시킬 수 있도록 압력계의 유동 및 플로우(flow) 유지에 반작용이 없는 정밀한 볼 밸브(ball valve)를 사용함과 아울러 볼 밸브(44)의 배기압력을 압력계의 0∼1mm of H2O의 범위 내로 조절함으로써 공정불량을 제거하였다.Therefore, the present invention uses a precise ball valve that does not react to the flow and flow maintenance of the pressure gauge so that the displacement can be suppressed to the maximum, and the exhaust pressure of the ball valve 44 is adjusted to 0-1 mm of the pressure gauge. Process defects were removed by adjusting to within the range of H 2 O.
이상 설명한 바와같이 본 고안의 열처리 장치에 의하면, 완전 차폐 처리한 볼형의 볼 밸브를 사용함과 아울러 배기압력을 극소화함으로써 공정시의 배기량을 최대한 억제하였다. 따라서, Ti 막질의 열처리에 있어서 발생할 수 있는 막질의 변화를 방지할 수 있으며, 궁극적으로 반도체장치의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.As described above, according to the heat treatment apparatus of the present invention, the exhaust volume during the process was suppressed to the maximum by using the ball valve of the ball-type shielding process and minimizing the exhaust pressure. Therefore, it is possible to prevent a change in the film quality that may occur in the heat treatment of the Ti film quality, and ultimately, the effect of improving the yield of the semiconductor device is exerted.
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