KR20020018823A - A chemical vapor deposition apparatus for a semiconductor device fabrication installation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 공정에서 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 수직형의 화학기상 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on the surface of a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process.
반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 장비중에서 박막을 증착하기 위해 사용되는 장비로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 칭함)장치가 있다. CVD공정의 개념은 적층될 물질원자를 포함한 가스상태의 화학물질을 공정 챔버로 보내고, 이 공정 챔버에서 화학물질이 다른 가스와 반응하여 원하는 물질을 만들어 이 물질을 웨이퍼에 증착한다. 이러한 CVD장비 중에서 0.1~100 Torr 압력하에서 박막을 증착하는 것이 저압(Low Pressure; LP)CVD 방법이다.Among the equipment used in the manufacturing process of the semiconductor device is a device used for depositing a thin film is a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as 'CVD') device. The concept of the CVD process sends gaseous chemicals, including material atoms, to be deposited into the process chamber, where the chemicals react with other gases to form the desired material and deposit the material onto the wafer. In such CVD equipment, the deposition of a thin film under a pressure of 0.1 to 100 Torr is a low pressure (LP) CVD method.
상술한 박막증착설비중에서 종형(Vertical)구조를 갖는 저압 CVD장치는 일반적으로 이중 튜브 구조로 되어 있다. 상기 공정 조건을 위한 챔버의 온도는 튜브 외부에 설치된 히터에 의해 조절된다.Among the above-described thin film deposition facilities, the low pressure CVD apparatus having a vertical structure generally has a double tube structure. The temperature of the chamber for the process conditions is controlled by a heater installed outside the tube.
도 1은 상술한 용도로 사용되는 종래 종형 CVD장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1에서 보인 바와 같이, 캡 플랜지(16)의 온도는 웨이퍼 보우트(18)로부터 웨이퍼(20)를 로딩/언로딩하기 위해 공정 튜브(12)로부터 내려진 상태에서 시간이 경과할수록 떨어지게 된다. 이렇게 온도가 떨어진 캡 플랜지(16)가 공정 튜브(12)로 로딩된 후 공정이 진행되는 경우, 상기 캡 플랜지(16)에 의해 공정 튜브(12)의 상하 영역에 따른 온도 차이를 유발시키게 되고, 이는 결국 공정 튜브(12) 하단 쪽(캡 플랜지와 근접한)의 위치한 웨이퍼들의 박막 균일도를 저하시키는 문제점이 되었다. 즉, 종래의 종형 CVD장치는 공정 진행시 상대적으로 낮은 온도의 캡 플랜지(16)에 의한 공정 튜브(12) 내부의 온도차이로 박막의 균일도를 저하시켰다.1 is a view schematically showing a conventional vertical CVD apparatus used for the above-mentioned use. As shown in FIG. 1, the temperature of the cap flange 16 drops over time with the temperature lowered from the process tube 12 to load / unload the wafer 20 from the wafer boat 18. When the process is performed after the cap flange 16, which has been dropped in temperature, is loaded into the process tube 12, the cap flange 16 causes a temperature difference along the upper and lower regions of the process tube 12. This in turn caused a problem of lowering the film uniformity of wafers located at the bottom side of the process tube 12 (close to the cap flange). That is, in the conventional vertical CVD apparatus, the uniformity of the thin film is reduced due to the temperature difference inside the process tube 12 by the cap flange 16 having a relatively low temperature during the process.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 공정 진행시 낮은 온도의 캡 플랜지에 의한 공정 튜브의 온도 불균형을 방지할 수 있는 새로운 형태의 화학기상 증착장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, an object of the present invention is to provide a new type of chemical vapor deposition apparatus that can prevent the temperature imbalance of the process tube by the low temperature cap flange during the process.
도 1은 종래 종형 CVD장치를 개략적으로 보여주는 도면;1 is a schematic view of a conventional vertical CVD apparatus;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종형 CVD장치를 보여주는 도면이다.2 is a view showing a vertical CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110 : 공정 튜브 112 : 고정 플랜지110: process tube 112: fixed flange
114 : 히터 120 : 웨이퍼 보우트114: heater 120: wafer boat
130 : 캡 플랜지 140 : 엘리베이터 장치130: cap flange 140: elevator device
152 : 열선 154 : 전원 공급부152: heating wire 154: power supply
156 : 열감지 센서156: thermal sensor
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 수직형의 화학기상 증착장치는 공정 튜브가 설치된 고정 플랜지와; 복수의 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼 보우트와; 상기 웨이퍼 보우트가 놓여지고, 상기 고정 플랜지에 결합되는 캡 플랜지와; 상기 캡 플랜지를 상기 공정 튜브로/로부터 로딩/언로딩시키기 위한 장치 및; 상기 캡 플랜지를 일정 온도로 유지시키기 위한 히팅 수단을 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a vertical chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on the surface of a semiconductor wafer and a fixed flange is provided with a process tube; A wafer boat on which a plurality of wafers are stacked; A cap flange on which the wafer boat is placed and coupled to the fixed flange; An apparatus for loading / unloading the cap flange into / from the process tube; Heating means for maintaining said cap flange at a constant temperature.
이와 같은 본 발명에서 상기 히팅 수단은 상기 캡 플랜지의 내부에 내장된 열선과, 상기 열선으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부 그리고 상기 캡 플랜지의 온도를 감지하기 위한 열감지 센서를 포함할 수 있다.In the present invention, the heating means may include a heating wire embedded in the cap flange, a power supply for supplying power to the heating wire, and a heat sensor for sensing a temperature of the cap flange.
이와 같은 본 발명에서 상기 히팅 수단은 상기 캡 플랜지의 외주면에 고온의 물 또는 가스가 순환되는 히팅 라인을 포함할 수 있다.In the present invention, the heating means may include a heating line through which hot water or gas is circulated on the outer circumferential surface of the cap flange.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the drawings, the same reference numerals are denoted together for components that perform the same function.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종형 CVD장치를 보여주는 도면이다.2 is a view showing a vertical CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 종형 CVD장치(100)는 크게 공정 튜브(110), 고정 플랜지(112), 히터(114), 보우트(120), 캡 플랜지(130), 엘리베이터 장치(elevator apparatus;140) 그리고 히팅 수단으로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the vertical CVD apparatus 100 includes a process tube 110, a fixing flange 112, a heater 114, a boat 120, a cap flange 130, and an elevator apparatus; 140) and heating means.
상기 고정 플랜지(112)에는 상기 공정 튜브(110)가 세팅되어 있고, 상기 고정 플랜지(112)의 하단에는 웨이퍼 보우트(120)가 놓여진 캡 플랜지(130)가 결합된다. 상기 캡 플랜지(130)는 상기 엘리베이터 장치(140)에 의해 상기 고정 플랜지(112)로/로부터 로딩/언로딩된다.The process tube 110 is set on the fixing flange 112, and a cap flange 130 on which the wafer boat 120 is placed is coupled to a lower end of the fixing flange 112. The cap flange 130 is loaded / unloaded into / from the fixed flange 112 by the elevator device 140.
한편, 상기 캡 플랜지(130)에는 캡 플랜지(130)의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 히팅 수단이 설치된다. 이 히팅 수단은 상기 캡 플랜지(130)의 내부에 설치되는 열선(152)과, 상기 열선(152)으로 전원을 공급하기 위한 공급부(154) 그리고 상기 캡 플랜지(130)의 온도를 감지하는 열감지 센서(156)를 갖는다. 예컨대, 히팅 수단으로는 열선 이외에도 고온의 물 또는 고온의 가스가 순환되는 가열 라인이 설치되어 사용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the cap flange 130 is provided with a heating means for maintaining a constant temperature of the cap flange 130. The heating means includes a heating wire 152 installed inside the cap flange 130, a heat sensing unit for sensing a temperature of the supply unit 154 for supplying power to the heating wire 152, and the cap flange 130. Has a sensor 156. For example, as a heating means, a heating line through which hot water or hot gas is circulated in addition to the hot wire may be installed and used.
이처럼, 상기 캡 플랜지(130)는 상기 히팅 수단에 의해 온도 저하 현상이 발생되지 않는다.As such, the cap flange 130 does not generate a temperature decrease phenomenon by the heating means.
이와 같이 캡 플랜지(130)를 갖는 종형 CVD장치(100)는 통상적인 방법에 의해서 웨이퍼에 소정의 박막을 증착시킨다. 그 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.As such, the vertical CVD apparatus 100 having the cap flange 130 deposits a predetermined thin film on the wafer by a conventional method. The process is briefly described as follows.
먼저, 공정 진행을 위해 복수의 웨이퍼(20)들은 상기 웨이퍼 보우트(120)에 적층된다. 이때, 상기 캡 플랜지(130)의 온도가 떨어지게 되는데, 이를 상기 열감지센서(156)에서 감지하게 되고, 전원 공급부(154)에서는 상기 열선(152)으로 전원을 공급하여, 상기 캡 플랜지(130)의 온도가 떨어지는 것을 막아준다. 따라서, 웨이퍼(20)들이 상기 웨이퍼 보우트(120)로 로딩되는 시간동안 캡 플랜지(130)는일정한 온도를 유지하게 된다. 웨이퍼들이 적층된 상기 웨이퍼 보우트(120)가 놓여진 캡 플랜지(130)는 상기 엘리베이터 장치(140)에 의해 상기 공정 튜브(110)안으로 로딩된다. 그리고 상기 캡 플랜지(130)는 상기 고정 플랜지(112)에 고정된다. 이렇게 공정 튜브가 밀폐된 상태에서 진공 펌프(미도시)와 히터(114)를 가동시켜 튜브내의 압력 및 온도를 적정 수준으로 유지시킨다. 상기 고정 튜브(110)내의 압력과 온도가 공정조건에 만족되면, 반응 가스가 상기 고정 플랜지의 가스 유입관을 통해 상기 공정 튜브로 유입된다. 유입된 반응 가스는 웨이퍼의 표면에 소정의 막질을 증착시킨다. 상기 웨이퍼들과의 반응을 마친 반응 가스는 상기 고정 플랜지(114)의 배기관을 통해 배기 라인으로 배기된다.First, a plurality of wafers 20 are stacked on the wafer boat 120 to proceed with the process. At this time, the temperature of the cap flange 130 falls, which is detected by the heat sensor 156, the power supply unit 154 supplies power to the heating wire 152, the cap flange 130 Prevents the temperature of falling. Thus, the cap flange 130 maintains a constant temperature during the time wafers 20 are loaded into the wafer boat 120. The cap flange 130 on which the wafer boat 120 on which the wafers are stacked is placed is loaded into the process tube 110 by the elevator device 140. The cap flange 130 is fixed to the fixing flange 112. In this way, the vacuum tube (not shown) and the heater 114 are operated while the process tube is sealed to maintain an appropriate level of pressure and temperature in the tube. When the pressure and temperature in the fixing tube 110 satisfy the process conditions, the reaction gas is introduced into the process tube through the gas inlet tube of the fixing flange. The introduced reaction gas deposits a certain film quality on the surface of the wafer. After the reaction with the wafers, the reaction gas is exhausted through the exhaust pipe of the fixing flange 114 to the exhaust line.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 캡 플랜지는 내부에 열선이 내장되어 있어, 캡 플랜지의 온도가 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 캡 플랜지에 의한 공정 튜브의 온도 불균형 현상이 발생되지 않는다.As described above, the cap flange of the vertical CVD apparatus according to the present embodiment has a built-in hot wire therein, so that the temperature of the cap flange can be prevented from falling, so that a temperature unbalance of the process tube caused by the cap flange occurs. It doesn't work.
이상에서, 본 발명에 따른 화학기상 증착장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is just described, for example, and various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Of course.
이와 같은 본 발명의 종형 CVD장치에 의하면, 열선에 의해 캡 플랜지의 온도가 떨어지는 것을 차단시켜 줌으로써, 공정 진행시 낮은 온도의 캡 플랜지에 의한 공정 튜브의 온도 불균형을 방지할 수 있어 공정의 균일성 및 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the vertical CVD apparatus of the present invention, the temperature of the cap flange is prevented from dropping by the hot wire, so that the temperature unevenness of the process tube due to the low temperature cap flange during the process can be prevented, thereby improving the uniformity of the process and There is an effect that can improve the quality of the semiconductor device.
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