KR20020068780A - 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형 열처리장치에 관한 것으로서, 반응로와, 상기 반응로의 상측에 연결되어 반응가스를 상기 반응로의 내부로 공급하는 가스공급관과, 상기 가스공급관에 설치되어 상기 반응로의 내부로 유입되는 반응가스를 소정의 온도로 가열시키는 예열수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성됨에 따라 반응로 내부로 공급되는 반응가스를 상기 반응로 내부로 유입되기 전에 소정의 온도로 가열시키도록 구성함으로써, 반응로 내부 상부측의 온도가 저하되어 반응로 상측부의 웨이퍼 표면의 반응온도가 떨어지는 것을 방지함으로써 산화막 두께가 낮게 나타나는 것을 해소시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치{Semiconductor Thermal Treatment Equipment having Suppling Gas Pre-Heating Apparatus}

본 발명은 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 확산 설비에 관한 것으로서, 특히, 가스가 반응로에 유입되기 전 실온의 가스를 예열시키도록 구성하여 반응로상부에서 반응에너지가 감소하여 반응로 상측에 배치되는 웨이퍼의 산화막 두께가 낮게 형성되는 것을 방지하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산화막 성장 공정은 반도체의 기본소자로 이용되는 재료인 순수 실리콘(Si) 기판상에 산화막을 형성하는 공정으로 산화막 성장 공정에서 형성된 산화막은 표면 보호, 확산방지층, 유전체의 역할을 한다.

반도체 산화막의 형성을 고온으로 가열된 석영관 내의 웨이퍼에 산화소(예컨데, O₂, H₂O)를 넣어 산화막을 만들고, 저온에서 각종 촉매를 사용하여 촉매에 의한 가속 산화를 만드는 방법이 있다.

산화막 성장 공정은 불순물 확산 공정 시 원하는 부분에 선택적으로 마스킹을 할 수 있으며, 반도체 소자의 표면을 이물질로부터 보호하여 반도체 소자의 비저항 전도도를 균일하게 만들어 주는 표면 안정 작용과 소자간의 절연체로 사용된다.

이와 같은 산화막 확산 공정을 진행하는 반응로(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 종형 튜브(11)가 마련되고, 그 튜브(11)의 상측부는 가스공급관(13)과 연결되어 반응가스를 튜브(11)내에 주입하도록 하고, 튜브(11)의 측면 하부에는 튜브(11)내의 폐가스를 배기시키는 배기구(14)가 형성되며, 산화막 성장공정이 원활히 이루어지도록 튜브(11)내부의 온도를 세팅해주는 전기로(미도시)가 튜브의 외부에 설치된다.

상기 튜브(11)의 내부에는 다수매의 웨이퍼를 적재시킨 보트(15)가 설치된다.

이와 같이 구성되는 산화막 성장 공정용 수직형 반응로(10)는 먼저, 반응로(10)의 튜브(11)가 전기로(미도시)에 의해 산화막 성장 공정을 위한 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(15)가 보트엘리베이터에 의해 튜브(11)의 내부로 이송 완료되고, 반응가스 공급원의 반응가스가 가스공급관(13)을 거쳐 튜브(11)내의 하측 방향으로 이동하면서 보트(15)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 튜브(11)내의 폐가스는 배기구(14)를 통하여 배기된다.

종래에는 또한, 상술한 바와 같은 구조에 산화막의 두께를 10A° 대역까지 낮추기 위하여 그 배기라인(14)에 진공장치(23)를 부착하여 반응가스의 흐름을 급속히 진행하도록 하여 사용하고 있다.

즉, 낮은 대역의 산화막을 성장시키기 위하여 진공상태에서 산소가스를 플로우(Flow)함으로써, 산화막 성장률(Growing Rate)을 낮추어 원하는 양의 제어가 가능하도록 하여 사용하고 있다.

그러나, 이와 같이 진공장치(23)를 부착시켜 사용하여 진공상태에서 산화막 성장 매체인 0₂가스를 플로우하다보니 가스의 흐름이 빨라지므로 가스의 온도가 상온의 상태에서 바로 반응로(10) 내부로 유입되어 반응로(10) 상부 즉, 가스가 처음 도달하는 부위에 있는 상부측 웨이퍼의 산화막 두께가 가스의 온도에 의하여 낮게 나오는 현상이 발생하게 되고, 그로 인해 수직 반응로(10) 상에 구간별 두께의 균일성이 좋지 못하여 생산량의 저하를 가져온다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응로 내부로 유입되기 전에 가스를 예열시켜 반응로내로 가열된 가스가 공급되도록 함으로써, 반응로 내부에서 웨이퍼와 반응을 일으켜 반응물질인 산화막을 형성할 때 웨이퍼 표면의 온도를 낮추는 현상을 방지하여 반응로 전구간에 걸쳐 산화막이 균일하게 형성되도록 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 다수의 웨이퍼가 적재된 보트가 마련된 반응로와, 상기 반응로의 상측에 연결되어 반응가스를 상기 반응로의 내부로 공급하는 가스공급관과, 상기 가스공급관에 설치되어 상기 반응로의 내부로 유입되는 반응가스를 소정의 온도로 가열시키는 예열수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 반도체 종형열처리장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 의한 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치의 구성을 도시한 도면,

도 3은 상기 도 2에 도시된 예열장치의 구성을 확대해서 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반응로11 : 튜브

13 : 가스공급관13a : 가스흐름지연부

15 : 보트23 : 진공장치

30 : 예열수단31 : 히팅코일

33 : 온도감지수단

이하, 첨부된 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 1에 도시된 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 붙이며, 중복되는 설명은 생략한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 도 1에 도시된 반응로(10)의 구조에서 가스공급관(13)에 별도의 예열수단(30)이 마련된다.

상기 예열수단(30)은 반응로(10)에 유입되기 전의 실온의 반응가스를 소정의 온도로 가열시키는 목적으로 채용된 것으로서, 그 예열의 목적은 진공상태를 유지하는 반응로(10)의 내부로 산화막 성장 매체인 반응가스(0₂가스)를 유입시킬 경우 가스의 흐름이 빨라지므로 가스의 온도가 상온의 상태에서 바로 반응로(10) 내부로 유입되어 반응로(10) 상부 즉, 가스가 처음 도달하는 부위에 있는 상부측 웨이퍼의 산화막 두께가 가스의 온도에 의하여 낮게 나오는 것을 방지하기 위함이다.

그 예열수단(30)은 상기 가스공급관(13)의 외측에 외감되어 전기적으로 발열하는 히팅코일(31)과, 상기 히팅코일(31)의 온도를 감지하는 온도감지수단(33)으로 이루어지며, 그 온도감지수단(33)은 열전대가 바람직하다.

한편, 가스공급관(13)은 코일형태로 감겨진 가스흐름지연부(13a)가 마련되어 그 내부를 통과하는 가스의 흐름을 지연시킴으로써 히팅코일(31)의 가열작용에 의해 가열되도록 구성되며, 그 가스흐름지연부(13a)는 내열성을 갖는 재료 예컨데, 석영재질로 구성함이 바람직하다.

도면에서 미설명부호(35)는 히팅코일(31)을 고정시키기 위한 파이프를 나타낸다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 의한 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치의 동작원리에 대해서 설명한다.

먼저, 반응로(10) 튜브(11)의 내부는 진공장치(23)의 동작에 의해 진공상태로 만들어지게 되며, 반응로(10)의 튜브(11)가 전기로(미도시)에 의해 산화막 성장공정을 위한 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(15)가 보트엘리베이터에 의해 튜브(11)의 내부로 이송 완료되고, 반응가스 공급원의 반응가스가 가스공급관(13)을 거쳐 튜브(11)내로 유입된다.

그런데, 상기와 같이 튜브(11)의 내부가 진공상태가 됨에 따라 튜브(11)내부로 유입되는 가스의 흐름이 빨라지게 되어, 실온상태로 공급되는 반응가스가 튜브(11)의 내부 상측으로 급속히 공급되며, 따라서, 상대적으로 튜브(11)의 상측부 온도가 튜브(11)내부의 다른 부분에 비하여 낮아지게 된다.

따라서, 튜브(11) 내부의 상측부에 위치한 웨이퍼 표면의 반응온도를 떨어뜨려 산화막 성장률을 저하시킴으로써 산화막의 두께를 낮게 형성시키게 되어 생산량의 저하를 가져올 수 있게 된다.

이를 해소시키기 위하여 본 발명은 예열수단(30)을 채용하여 튜브(11)의 내부로 유입되기 전에 반응가스의 온도를 소정의 온도로 가열시킨 상태로 공급하도록 하고 있다.

그에 대해 좀더 자세히 설명하면, 가스공급관(13)에 외감된 히팅코일(31)에 전원이 공급되어 전기적으로 가열되어 가스공급관(13)의 내부를 통과하는 반응가스의 온도를 소정의 온도로 가열시키며, 그와 같은 동작을 하는 동안 온도감지수단(33)에 의해 그 가열온도가 측정되어 소정의 온도를 넘어 과도하게 가열되는 것을 방지하도록 한다.

히팅코일(31)이 가열되는 동안 상기 히팅코일(31)의 설치된 내부에 마련된 가스흐름지연부(13a)를 지나는 가스는 그 유속이 지연되며, 따라서, 상기히팅코일(31)의 발열동작에 의해 소정의 온도로 가열되게 된다.

이와 같이 소정의 온도로 가열된 반응가스는 튜브(11)내부의 온도와의 현저한 차이를 줄여서 튜브(11) 내부로 유입되며, 따라서, 튜브(11) 내부의 상측부에서 웨이퍼 표면의 반응온도가 떨어지는 것을 해소시켜 산화막 성장률이 떨어져 산화막 두께가 낮게 나타나는 현상을 줄일 수 있게 되는 것이다.

참고로, 상기 반응로(10) 내부의 온도는 850℃이며, 그 내부 압력은 20Torr임에 반해 상기 가스공급관(13)을 통해 공급되는 반응가스의 온도는 25℃이다.

상술한 바와 같이 구성되는 장치는 저압 산화막 형성장치에 적용시킴이 가장 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 공급가스 예열장치을 구비한 종형열처리장치에 의하면, 반응로 내부로 공급되는 반응가스를 상기 반응로 내부로 유입되기 전에 소정의 온도로 가열시키도록 구성함으로써, 반응로 내부 상부측의 온도가 저하되어 반응로 상측부의 웨이퍼 표면의 반응온도가 떨어지는 것을 방지함으로써 산화막 두께가 낮게 나타나는 것을 해소시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 반응로;

   상기 반응로의 상측에 연결되어 반응가스를 상기 반응로의 내부로 공급하는 가스공급관;

   상기 가스공급관에 설치되어 상기 반응로의 내부로 유입되는 반응가스를 소정의 온도로 가열시키는 예열수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 예열수단은 상기 가스공급관의 외측에 설치되어 전기적으로 발열하는 히팅코일과,

   상기 히팅코일의 온도를 감지하는 온도감지수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 온도감지수단은 열전대인 것을 특징으로 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치.
4. 제 1 또는 제 2항에 있어서,

   상기 가스공급관은 코일형태로 감겨진 가스흐름지연부가 구성된 것을 특징으로 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가스흐름지연부는 내열성재료로 구성된 것을 특징으로 하는 공급가스 예열장치를 구비한 반도체 종형열처리장치.