KR20030032461A - Cap for vertical diffuser furnace - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cap of a vertical diffusion furnace is provided to prevent a sagging phenomenon in which the upper plate of the cap on which a wafer boat is placed is recessed, and to prevent a wafer from being damaged by a mistakenly positioned wafer boat. CONSTITUTION: A cylinder is formed of a sidewall(181). An upper plate(183) closes one end of the cylinder, positioned on the top of the sidewall. A pillar(187) supports the center part of the upper plate, connected to the lower surface of the upper plate. The pillar is made of the same material as the sidewall and the upper plate.

Description

수직 확산로 장비의 캡 {CAP FOR VERTICAL DIFFUSER FURNACE}Cap of Vertical Diffusion Furnace Equipment {CAP FOR VERTICAL DIFFUSER FURNACE}

본 발명은 반도체 장치 제조 장비 가운데 수직 확산로와 같은 저압 확산로에 관한 것이며, 보다 상세하게는 저압 확산로에서 웨이퍼 보트가 놓이는 캡에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to low pressure diffusion furnaces, such as vertical diffusion furnaces, in semiconductor device manufacturing equipment, and more particularly to caps on which wafer boats are placed in low pressure diffusion furnaces.

저압 확산로에서는 기판 표면을 통한 산소의 확산에 의해 열 산화가 이루어진다. 열 산화 공정은 낮게는 700 내지 800 도씨에서 높게는 1200도씨 정도까지의 고온에서 이루어지므로 장비를 이루는 부품들은 내열성 장비로 이루어져야 한다. 따라서, 저압 확산로의 상당 부분은 내열성이 뛰어난 석영을 사용한다. 확산로 내에서 실리콘 기판이 적재되는 웨이퍼 보트도 석영 재질을 많이 사용하며, 기타 탄화 규소 재질을 사용하기도 한다.In low pressure diffusion furnaces, thermal oxidation occurs by diffusion of oxygen through the substrate surface. Since the thermal oxidation process is performed at a high temperature of 700 to 800 degrees Celsius to as high as 1200 degrees Celsius, the components constituting the equipment must be made of heat resistant equipment. Therefore, a large part of the low pressure diffusion furnace uses quartz excellent in heat resistance. Wafer boats in which silicon substrates are loaded in the diffusion furnace also use many quartz materials and other silicon carbide materials.

수직 확산로의 주요 구성 부분으로는 크게 히터와 쿼츠(QUARTZ)류 및 수직 이송장치(BOAT 이송장치) 등으로 분류된다. 수직 확산로 아래에는 로드록 챔버가 설치된다. 수직 확산로 설비를 이용한 가스 확산 공정 및 증착 공정은 최적의 환경 구성이 이루어져야 막질 두께를 균일하게 가져갈 수 있다.The main components of the vertical diffusion furnace are largely classified into heaters, quartz products, and vertical conveyers. A load lock chamber is installed below the vertical diffusion path. Gas diffusion process and deposition process using the vertical diffusion furnace equipment should be made of the optimum environmental configuration to bring uniform film thickness.

히터의 양측면에 부착된 히터 코일은 파워가 인가되면 히터 내부의 온도를 상승시키는 기능을 수행한다. 반응관은 히터 내부에 부착되어 있으며 웨이퍼와 가스의 반응을 촉진하는 기능을 수행한다. 가스 인렛부는 반응관 내부로 가스를 주입시키기 위한 것이다. 가스 아웃렛부는 반응관 내부에 잔존하는 가스를 배출하는 곳이다. 보우트는 가스와 반응시키기 위하여 웨이퍼를 반응관 내부로 이송하는 장치이다. 기판은 수직 확산로 아래쪽에 설치된 로드록 챔버에서 로봇 아암에 의해 웨이퍼 보트에 차례로 적재된다. 배치 방식 장비이므로 웨이퍼 보트에는 수십 내지 백 수십 개의 웨이퍼가 적재되며, 적재가 완료되면 로드록 챔버와 수직 확산로 사이의 격벽이 열리고 엘리베이터에 의해 웨이퍼 보트가 수직 확산로 공간에 투입된다.The heater coils attached to both sides of the heater increase the temperature inside the heater when power is applied. The reaction tube is attached inside the heater and serves to promote the reaction between the wafer and the gas. The gas inlet part is for injecting gas into the reaction tube. The gas outlet part is a place for discharging the gas remaining in the reaction tube. A boat is a device that transfers a wafer into a reaction tube to react with gas. The substrate is in turn loaded onto the wafer boat by the robot arm in a loadlock chamber installed below the vertical diffusion path. Because of the batch system, dozens to hundreds of wafers are loaded in the wafer boat, and when the loading is completed, the partition wall between the load lock chamber and the vertical diffusion path is opened and the wafer boat is introduced into the vertical diffusion path space by an elevator.

도 1을 참조하면, 보우트는 4 개의 보우트 바(14)를 가지고 보우트 바(14)에는 슬롯이 형성되어 있다. 웨이퍼(16)는 4 개의 보우트 바 사이의 슬롯 위에 적재된다. 각 슬롯 간격은 반응관 내부에서 가스와 웨이퍼(16) 간의 균일한 반응을 위해 동일하게 제작된다. 일반적으로, 수직 확산로 설비를 이용한 웨이퍼 산화막 공정은 웨이퍼상의 막질 두께를 균일하게 분포시키기 위해서는 가스 인렛부를 통해반응관으로 주입되는 가스의 흐름과 웨이퍼에 가해지는 온도가 매우 중요하다. 즉, 수직 확산로 설비를 이용한 웨이퍼 산화막 공정에서 웨이퍼상에 균일한 온도 및 가스가 가해져야 막질의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있다. 이를 위해서는 보우트의 하부 영역(BOTTOM ZONE)의 온도 손실을 최대한 막아 보우트 전체의 온도를 균일하게 유지해야 한다. 통상, 보우트 슬롯은 6 lot capa의 경우 총 166 슬롯으로 되어 있다. 그리고, 슬롯 간격을 크게 나눠 보우트의 맨 상단을 TOP ZONE(상단 영역)이라 하고 보우트의 중앙을 CENTER ZONE(중앙 영역) 이라 한다. 또한, 보우트의 맨 하단을 BOTTOM ZONE(하단 영역) 이라한다. 여기서, 하단 영역이 히터의 맨 밑부분에 위치하는 관계로 타 영역에 비해 온도 손실이 가장 많이 발생한다.Referring to FIG. 1, the boat has four boat bars 14 and slots are formed in the boat bars 14. Wafer 16 is loaded onto a slot between four boat bars. Each slot spacing is made identical for uniform reaction between the gas and the wafer 16 inside the reaction tube. In general, in the wafer oxide film process using the vertical diffusion furnace equipment, the flow of the gas injected into the reaction tube through the gas inlet and the temperature applied to the wafer are very important to uniformly distribute the film thickness on the wafer. That is, in the wafer oxide film process using the vertical diffusion furnace equipment, a uniform temperature and gas must be applied on the wafer to uniformly form the thickness of the film. To do this, the temperature of the bottom of the boat (BOTTOM ZONE) must be prevented as much as possible to maintain a uniform temperature throughout the boat. Typically, the bolt slots total 166 slots for 6 lot capa. The top of the boat is called TOP ZONE and the center of the boat is called CENTER ZONE. In addition, the bottom of a boat is called BOTTOM ZONE (lower area). Here, since the lower region is located at the bottom of the heater, the temperature loss occurs the most than the other regions.

공정 단계에서 열 손실을 막기 위해 엘리베이터 테이블과 웨이퍼 보트 사이에는 도시된 바와 같이 캡(18)을 설치한다. 즉, 웨이퍼 보트는 캡(18) 위에 놓인다. 캡(18)은 문자대로 캡(CAP)의 형태를 가진다. 즉, 실린더형이며 위쪽이 판재인 상판으로 폐쇄되어 있고, 캡의 아래쪽은 단열 보온 효과를 높이기 위해 통상 석면(20)같은 보온 재료가 채워져 있다. 캡(18)의 위쪽은 빈 공간으로 되어 있고 공정 중에는 수직 확산로와 같은 정도의 진공 상태가 된다.A cap 18 is installed between the elevator table and the wafer boat as shown to prevent heat loss in the process step. In other words, the wafer boat rests on the cap 18. The cap 18 literally takes the form of a cap CAP. That is, it is cylindrical and closed by the upper plate which is the upper part, and the lower part of the cap is filled with heat insulating materials like asbestos 20 normally in order to raise the thermal insulation thermal insulation effect. The upper portion of the cap 18 is an empty space, and during the process, it is in the same vacuum as the vertical diffusion path.

캡(18)을 나타내는 사시도인 도2에 의하면, 캡(18)의 위쪽을 폐쇄하고 있는 상판(183)의 상면에는 웨이퍼 보트가 잘 정착될 수 있도록 홈(185)이 형성되어 있다. 그런데, 웨이퍼 보트와 다수 기판의 무게가 상당히 무겁고, 확산 공정이 고온에서 이루어지므로, 비록 석영의 융점에 미치지 못하는 온도에서도 캡에 변형이 생기는 새깅(sagging) 현상이 발생한다. 새깅 현상으로 인하여 캡의 상판(183)에서측벽(181)이 있는 주변부는 유지되지만, 홈(185)이 형성된 중앙 부분은 점차로 빈 공간이 있는 아래쪽으로 함몰된다. 결과적으로, 상판이 부분적으로 수준이 낮아질 수 있다. 캡의 상판이 함몰되어 낮아질 경우, 여기에 얹힌 웨이퍼 보트도 원래의 위치에서 벗어나 낮게 위치하며, 웨이퍼 보트에 형성된 슬롯의 수준도 모두 낮게 위치하게 된다. 이런 상태에서 외부에서 투입된 기판들이 로봇 아암에 의해 웨이퍼 보트로 맵핑(mapping)되면 로봇 아암이나 기판이 웨이퍼 보트의 슬롯 주변부에 충돌하거나 긁히는 문제가 발생한다.According to FIG. 2, which is a perspective view showing the cap 18, the groove 185 is formed on the upper surface of the upper plate 183 closing the upper portion of the cap 18 so that the wafer boat can be fixed well. However, since the wafer boat and many substrates are very heavy and the diffusion process is performed at a high temperature, a sagging phenomenon occurs in which the cap is deformed even at a temperature that is less than the melting point of quartz. Due to the sagging phenomenon, the periphery of the side wall 181 is retained in the top plate 183 of the cap, but the central portion where the groove 185 is formed is gradually recessed downward with empty space. As a result, the top plate may be partially lowered. When the top plate of the cap is recessed and lowered, the wafer boat placed on the cap is also positioned lower than the original position, and the level of the slots formed in the wafer boat is all lowered. In this state, when the substrates introduced from the outside are mapped to the wafer boat by the robot arm, the robot arm or the substrate collides or scratches the slot periphery of the wafer boat.

본 발명은 상술한 바와 같이 저압 확산로에서 웨이퍼 보트가 얹히는 캡 상판이 함몰되는 새깅 현상을 방지하기 위한 것으로, 새깅 현상을 방지할 수 있는 수직 확산로 장비의 캡을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to prevent the sagging phenomenon in which the cap top plate on which the wafer boat is mounted in the low pressure diffusion path as described above, to prevent the sagging phenomenon, it is an object to provide a cap of the vertical diffusion furnace equipment that can prevent the sagging phenomenon.

본 발명은 다른 관점에서 웨이퍼를 보트로 맵핑하는 과정에서 보트가 잘못된 위치에 있어 웨이퍼가 파손되는 것을 방지할 수 있는 수직 확산로 장비의 캡을 제공하는 것을 목적으로 한다.In another aspect, an object of the present invention is to provide a cap of equipment with a vertical diffusion that can prevent the wafer from being broken due to the boat in the wrong position in the process of mapping the wafer into the boat.

도1은 수직 확산로의 웨이퍼 보트가 엘리베이터 테이블에 놓인 상태를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing a state in which a wafer boat in a vertical diffusion path is placed on an elevator table.

도2는 종래 캡의 형태를 나타내는 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the shape of a conventional cap.

도3은 본 발명의 캡의 일 실시예를 나타내는 사시도,3 is a perspective view showing one embodiment of a cap of the present invention;

도4는 도3의 캡 하부에 보온재로서 석면이 채워진 상태에서의 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view of the asbestos filled state as a heat insulating material in the lower cap of Figure 3;

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캡은, 실린더를 이루는 측벽과 측벽의 상부에서 실린더를 폐쇄하는 상판과 함께 상판의 하면과 연결되어 상판 중앙부를 지탱할 기둥을 구비하여 이루어진다.The cap of the present invention for achieving the above object is provided with a pillar to support the center of the upper plate is connected to the lower surface of the upper plate together with the upper plate closing the cylinder at the upper side of the side wall constituting the cylinder and the side wall.

본 발명에서 기둥은 바람직하게는 캡의 재질인 석영과 동일한 재질로 일체로 형성된다. 기둥은 속을 채운 로드(rod) 형태이거나 속을 비운 실린더 형태로 만들어질 수 있다.In the present invention, the pillar is preferably formed integrally with the same material as the quartz material of the cap. The column may be in the form of a filled rod or in the form of a hollow cylinder.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 확산로 장비의 캡의 사시도이다.Figure 3 is a perspective view of the cap of the vertical diffusion furnace equipment according to an embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, 측벽(181)과 기둥(187)은 위에서 볼 때 동심원을 형성하는 두 개의 실린더를 이룬다. 이들 실린더는 상판(183)으로 폐쇄되어 있다. 상판(183)의 중앙부에는 웨이퍼 보트를 적재할 때 안정적으로 적재할 수 있도록 홈(185)이 형성되어 있다. 측벽(181)과 기둥(187) 및 상판(183)은 모두 석영 재질로 이루어지며, 일체로 성형된다.Referring to FIG. 3, the side wall 181 and the pillar 187 form two cylinders forming concentric circles when viewed from above. These cylinders are closed by the upper plate 183. A groove 185 is formed at the center of the upper plate 183 so as to stably load the wafer boat. The side walls 181, the pillars 187, and the upper plate 183 are all made of quartz and are integrally formed.

도3과 같이 기둥(187)을 실린더 형으로 만들 경우, 빈 공간에는 종래에 측벽 사이의 빈 공간에 석면 등의 보온 재료를 채워 사용하듯이 하부에 보온재를 채워 사용한다. 동시에, 측벽과 기둥 사이의 공간에도 하부에 보온재를 채워 사용한다.When the column 187 is made in a cylindrical shape as shown in FIG. 3, a heat insulating material is filled in the lower portion of the empty space, as in the conventional case, a heat insulating material such as asbestos is filled in an empty space between the side walls. At the same time, the insulation between the side wall and the pillar is used to fill the bottom.

도4는 본 발명 캡의 측벽(181)과 기둥(187), 기둥(187) 내부의 빈 공간에 석면(20)을 채운 상태에서의 수직 단면을 나타내는 도면이다. 측벽(181)과 기둥(187)을 이루는 실린더 벽체의 하단에서 엘리베이터 테이블과 닿아 고정되는 부분은 테이블과의 마찰에 의한 스크래치를 줄일 수 있도록 각진 부분을 부드러운 곡면을 이루게 연마하는 것이 바람직하다.4 is a vertical cross-sectional view of the side wall 181, the pillar 187, and the empty space inside the pillar 187 of the present invention with the asbestos 20 filled. The lower portion of the cylinder wall forming the side wall 181 and the pillar 187 is preferably polished to form a smooth curved surface to reduce the scratch caused by friction with the table.

본 발명과 같은 구성의 캡을 사용할 경우, 900도씨 미만의 상대적 저온 공정을 실시할 경우는 상판 함몰이 큰 문제가 되지 않는 반면 기둥 부분이 늘면서 마찰로 인한 스크래치가 증가하므로 종래와 같이 5년 정도의 수명이 예상된다. 그러나,1050도씨 정도의 고온에서는 상판 함몰로 인한 문제를 상당 부분 방지할 수 있으므로 수명 3년 정도로 종래의 2년에 비해 150% 증가되는 양상을 보이며, 그 이상, 가령 1150도씨로 확산로를 운용하는 경우에는, 종래의 8개월에 비해 2배 이상 증가한 1년 6개월 정도로 캡 수명이 연장된다.In the case of using the cap of the same configuration as the present invention, when performing a relatively low temperature process of less than 900 degrees, the top plate is not a big problem, while the scratch portion due to friction increases as the pillar portion increases, 5 years as in the prior art Life expectancy is expected. However, at a high temperature of about 1050 degrees Celsius, the problem caused by top plate depression can be prevented to a large extent, so the life span is increased by 150% compared to the conventional two years with a life span of three years. In the case of operation, the cap life is extended to about one year and six months, which is more than doubled compared to the conventional eight months.

Claims (4)

실린더를 이루는 측벽,Cylinder sidewalls, 상기 측벽의 상부에서 상기 실린더의 일단을 폐쇄하도록 설치된 상판,An upper plate installed to close one end of the cylinder at an upper portion of the side wall, 상기 상판의 하면과 연결되어 상기 상판 중앙부를 지탱할 기둥을 구비하여 이루어지는 수직 확산로 장비의 캡.Cap of the vertical diffusion furnace equipment is connected to the lower surface of the upper plate and provided with a pillar to support the center of the upper plate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기둥은 상기 측벽 및 상기 상판과 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 확산로 장비의 캡.Cap of the vertical diffusion furnace equipment, characterized in that the pillar is made of the same material as the side wall and the top plate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 동일한 재질은 석영이며, 상기 측벽, 상기 상판 및 상기 기둥이 일체로 성형되어 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 확산로 장비의 캡.The same material is quartz, the cap of the vertical diffusion furnace equipment, characterized in that the side wall, the top plate and the pillar is formed integrally. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기둥은 상기 측벽과 위에서 볼 때 동심원을 형성하는 실린더 형태로 속이 비게 형성함을 특징으로 하는 수직 확산로 장비의 캡.The pillar is a cap of the vertical diffusion furnace equipment, characterized in that formed hollow in the form of a cylinder forming a concentric circle when viewed from the side wall.
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