KR20030039101A - 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로 - Google Patents

Abstract

다수 매의 웨이퍼들을 장착한 보우트를 수용하며 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 웨이퍼들의 표면에 기상반응을 수행하는 공정튜브를 구비한 횡형 확산로에 있어서, 공정튜브내 보우트의 상부에 위치하며 웨이퍼들에 대응하는 복수개의 분사노즐들이 형성된 적어도 하나 이상의 분사노즐로드와, 공정튜브내 보우트의 하부에 위치하며 복수개의 분사노즐들에 대응하여 복수개의 배출공들이 형성되어 반응이 완료된 가스를 배출하는 통합 배출채널을 포함하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로가 개시된다.

Description

반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로{Horizontal type Diffusion Furnace for manufacturing semiconductor wafer}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부에 복수개의 분사노즐을 일정한 회전각으로 배치하고 하부에 복수개의 배출공에 연통되는 통합 배출통로를 설치함으로서 웨이퍼 내에서의 균일도와 웨이퍼 간의 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에 있어서, 불순물 확산 공정에서는 웨이퍼의 표면을 마스크처럼 보호함과 동시에 그 다음 공정인 사진 식각(Photo Etching)을 위해서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 웨이퍼 표면에 산화막(SiO₂) 등을 입히는 공정을 수행하게 된다.

이러한 공정은 약 900℃ 내지 1200℃에 이르는 온도로 제어되는 확산로

(Diffusion Furnace)의 석영관(Quartz Tube) 속에서 이루어지게 되는데, 대체로 30분 내지 수 시간 동안 이루어지며, 확산로의 석영관 속에는 산소 및 질소가스나 증기 또는 수소 및 산소가스 등의 산화제, 즉 반응가스가 주입되어 실리콘이 산화되면서 단결정체인 웨이퍼 위에 산화막을 형성시키게 된다.

한편, 확산로는 그 구조 및 형태에 따라 횡형과 종형으로 분류되고, 확산의 균일도가 높고 자동화할 수 있는 장점으로 인해 근래에는 횡형에 비해서 종형이 많이 사용되고 있는 실정에 있다.

그러나, 웨이퍼의 대구경화에 따른 12인치의 웨이퍼 수요가 증가하게 되면 종형으로는 그 생산능력의 한계가 있어 횡형의 확산로가 12인치 웨이퍼의 생산라인에서는 보편화될 것으로 예상되고 있다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 횡형 확산로는 전후방으로 관통된 원통체로 된 반응실(1) 내부에 석영으로 된 튜브(tube)(2)가 수평방향으로 구비되어 있고, 튜브(2)의 양단은 한 쌍의 지지부재(3)(4)에 의해서 반응실(1)에 고정 및 지지되도록 구성되어 있다.

그리고 지지부재(3)(4)에는 바깥쪽으로 향하도록 장착홈(3A)(4A)이 형성되어 있고, 장착홈(3A)(4A)에는 연질제로 된 칼라(Collar)(5)(6)가 튜브(2)의 외측으로부터 끼워져서 반응시 지지부재(3)(4)와 튜브(2) 사이의 틈새를 통해서 반응실(1) 내부의 열이 외부로 빠져나가지 못하도록 밀폐하도록 구성되어 있다.

또한, 반응실(1)의 내측면에는 히팅코일(heating coil)(7)이 구비되어 전원 공급에 의해서 반응실(1) 내부를 가열하도록 구성되어 있고, 튜브(2)의 일측에는 가스주입구(2A)가 형성되어 튜브(2) 내부로 반응가스를 주입할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 가스주입구(2A)의 반대쪽 타측단부는 개방되어져 이 개방부(2B)를 통해서 보트(8)에 적재된 다수 매의 웨이퍼 W가 출입할 수 있도록 되어 있고, 개방부(2B)는 배출구(9A)를 갖는 셔터(Shutter)(9)의 작동에 의해서 개폐되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로는 먼저, 셔터(9)가 상향으로 작동하면서 튜브(2)의 개방부(2B)가 개방된다. 그런 후에는 개방부(2B)를 통해서 웨이퍼 W가 적재된 보트(8)가 튜브(2) 내부로 인입되고, 다시 셔터(9)가 하강하면서 튜브(2)의 개방부(2B)를 폐쇄시키게 되며, 이러한 상태에서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 웨이퍼 W의 표면에 산화막을 입히는 공정을 수행하게 된다. 이를 위해서는 반응실(1) 내측면에 구비된 히팅코일(7)에 전원이 공급되어 반응실(1) 내부의 튜브(2)를 가열하게 되고, 일정온도에 도달하면 튜브(2)의 가스주입구(2A)를 통해 반응가스가 주입됨으로써 확산이 진행되도록 하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 횡형 확산로의 경우는 여러 가지의 문제점을 가지고 있다.

먼저, 튜브의 일측 가스주입구에서 타측 배출구로 흐르는 반응가스에 의한 웨이퍼 표면의 산화막 두께가 튜브 내부의 보트에 적재된 웨이퍼들의 로딩위치에 따라 서로 다르게 형성됨으로써 웨이퍼 산화막의 균일도가 저하되는 문제점이 있다. 즉, 도 1에서 볼 때, 반응가스가 주입되는 우측을 기준을 좌측으로 배치된 웨이퍼들의 산화막 두께가 서로 다르게 형성되어 웨이퍼들 간(Wafer To Wafer)의 균일도가 저하된다.

또한, 튜브의 일측 가스주입구에서 타측 배출구로 배치된 웨이퍼들에 수직으로 반응가스가 흐르기 때문에 단위 웨이퍼에 있어서도 위치에 따라 형성되는 산화막의 두께가 달라져서 웨이퍼내(Wafer In Wafer) 균일도가 저하되는 문제점이 있다.

더욱이, 반응가스가 주입되는 가스주입구와 배출되는 배출구 사이의 거리가 길기 때문에 반응로 내의 압력이 불안정하며, 가스흐름이 불안정하다는 문제를 항상 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 확산로 내에 배치되는 웨이퍼들 간(Wafer ToWafer)의 균일도를 향상시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배치된 각각의 웨이퍼들에 있어서 웨이퍼내(Wafer In Wafer) 균일도를 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응가스가 분사되는 위치와 배출되는 위치 사이의 거리를 짧게 하여 반응로 내의 압력을 안정화시키며, 가스흐름을 안정시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적들과 특징은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 배출공의 일실시예를 보여주는 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 다수 매의 웨이퍼들을 장착한 보우트를 수용하며 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 웨이퍼들의 표면에 기상반응을 수행하는 공정튜브를 구비한 횡형 확산로에 있어서, 공정튜브내 보우트의 상부에 위치하며 웨이퍼들에 대응하는 복수개의 분사노즐들이 형성된 적어도 하나 이상의 분사노즐로드와, 공정튜브내 보우트의 하부에 위치하며 복수개의 분사노즐들에 대응하여 복수개의 배출공들이 형성되어 반응이 완료된 가스를 배출하는 통합 배출채널을 포함하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로가 개시된다.

배출공들은 웨이퍼들 사이에 대응하여 형성되며, 바람직하게 배출공의 에지로부터 통합 배출채널로 일정 높이의 돌출부가 형성된다. 일예로, 배출공은 웨이퍼의 직경에 대응하는 길이를 갖는 슬롯 형태로 형성될 수 있다.

바람직하게 분사노즐로드는 적어도 2개 이상이 웨이퍼의 에지로부터 일정간격으로 동일한 회전각으로 설치되며, 더욱 바람직하게 분사노즐로드는 3개 설치된다. 또한, 분사노즐로드들은 인입단에서 통합되거나 분리되어 구성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다. 편의상 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 표시한다.

도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 적용되는 배출공의 일실시예를 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 전후방으로 관통된 원통체로 된 반응실(1) 내부에 석영으로 된 공정튜브(process tube)(2)가 수평방향으로 구비되어 있고, 공정튜브(2)의 양단은 한 쌍의 지지부재(3)(4)에 의해서 반응실(1)에 고정 및 지지되도록 구성되어 있다.

그리고, 지지부재(3)(4)에는 바깥쪽으로 향하도록 장착홈(3A)(4A)이 형성되어 있고, 장착홈(3A)(4A)에는 연질제로 된 칼라(Collar)(5)(6)가 튜브(2)의 외측으로부터 끼워져서 반응시 지지부재(3)(4)와 튜브(2) 사이의 틈새를 통해서 반응실(1) 내부의 열이 외부로 빠져나가지 못하도록 밀폐하도록 구성되어 있다.

또한, 반응실(1)의 내측면에는 히팅코일(heating coil)(7)이 구비되어 전원 공급에 의해서 반응실(1) 내부를 가열하도록 구성되어 있고, 일측단부는 개방되어져 이 개방부(2B)를 통해서 보트(8)에 적재된 다수 매의 웨이퍼 W가 출입할 수 있도록 되어 있고, 개방부(2B)는 배출구(9A)를 갖는 셔터(Shutter)(9)의 작동에 의해서 개폐되도록 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 공정튜브(2)내 보우트(8)의 상부에 적어도 하나 이상의 분사노즐로드(10)가 설치된다. 분사노즐로드(10)에는 웨이퍼들 W에 대응하는 복수개의 분사노즐들(12)이 형성된다.

바람직하게, 분사노즐로드(10)는 적어도 2개 이상이 웨이퍼의 에지로부터 일정간격으로 동일한 회전각으로 설치되며, 도 3을 참조하면, 더욱 바람직하게 3개의 분사노즐로드(10)가 보우트(8)의 상부에 일정한 회전각으로 방사상으로 설치된다.

분사노즐로드들(10)은 인입단에서 통합되어 동일한 주입량으로 웨이퍼에 보다 고르게 주입하거나, 별도로 구성하여 서로 다른 반응가스를 동시에 주입하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 공정튜브내 보우트의 하부에는 복수개의 분사노즐들(12)에 대응하여 복수개의 배출공들(22)이 형성되어 반응이 완료된 가스를 배출하는 통합 배출채널(20)이 형성된다.

바람직하게, 배출공들(22)은 웨이퍼들 사이에 대응하여 형성될 수 있으며, 배출공(22)의 에지로부터 통합 배출채널(20)로 일정 높이의 돌출부(22a)를 형성하여 배출공(22)을 통과한 반응가스가 배출압에 의해 배출공 근처에서 교란을 발생하여 공정튜브 내부에 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다.

도 4를 참조하면, 일실시예로, 배출공(22)은 웨이퍼의 직경에 대응하는 길이를 갖는 슬롯의 형태로 형성되어 분사노즐(12)로부터 분산되는 반응가스가 형성하는 층류(laminar flow)를 교란없이 배출되도록 할 수 있다.

이하, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 확산로의 작동에 대해 설명한다.

셔터(9)가 상향으로 작동하면서 튜브(2)의 개방부(2B)가 개방된다. 그런 후에는 개방부(2B)를 통해서 웨이퍼 W가 적재된 보트(8)가 튜브(2) 내부로 인입되고, 다시 셔터(9)가 하강하면서 튜브(2)의 개방부(2B)를 폐쇄시키게 되는데, 이때 배출구(9A)와 통합 배출채널(20)의 배출구를 일치시킨다.

이어, 반응실(1) 내측면에 구비된 히팅코일(7)에 전원이 공급되어 반응실(1) 내부의 공정튜브(2)를 가열하게 되고, 일정온도에 도달하면 공정튜브(2) 내부로 연장된 분사노즐로드(10)를 통하여 반응가스가 주입된다. 이때, 상기한 바와 같이, 분사노즐로드들(10)은 인입단에서 통합되어 동일한 주입량으로 웨이퍼에 보다 고르게 주입하거나, 별도로 구성하여 서로 다른 반응가스를 동시에 주입하도록 할 수 있다.

주입된 반응가스는 분사노즐로드(10)에 형성된 분사노즐들(12)을 통하여 분사되어 하부에 위치하는 웨이퍼에 제공된다. 이때, 반응가스가 분사되는 분사노즐들(12)을 웨이퍼에 대응하여 수직상으로 위치시킴으로서 웨이퍼 전체에 균일하게 인가되므로서 웨이퍼 간(Wafer To Wafer)의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다. 더욱이, 각각의 웨이퍼에 대해서 복수 개의 분사노즐로드로부터 분사되는 반응가스에 의해 층류를 형성함으로서 웨이퍼 전면에서 균일한 기상반응을 수행할 수 있다.

웨이퍼 표면상에서의 기상반응에 제공되는 반응가스는 기상반응이 완료된후, 하부에 형성된 배출공(22)을 통하여 통합 배출채널(20)로 집합한 후 배출구

(9A)를 통하여 배출된다.

이때, 상기한 바와 같이, 슬롯 형태의 배출공(22)은 길이방향으로 길게 형성되어 분사노즐(12)로부터 분산되는 반응가스 층류(laminar flow)를 큰 교란없이 배출되도록 한다. 또한, 배출공(22)의 에지로부터 통합 배출채널(20)로 일정 높이로 형성된 돌출부(22a)는 배출공의 공정튜브 측에 배출압에 의한 반응가스의 교란이 발생하지 않도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 서술하였으나, 당업자의 수준에서 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양한 변경을 가할 수 있으며, 이는 본 발명의 범주에 속한다.

예를 들어, 통합 배출채널에 형성되는 배출공의 크기와 형상 및 개수는 공정조건에 따라 적절하게 변형하여 적용할 수 있다. 또한, 분사노즐로드의 개수, 분사노즐의 개수 및 사이즈 또는 반응가스의 주입방향 등에 대해서도 적절한 변경이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 여러 가지의 이점을 갖는다.

먼저, 반응가스가 분사되는 분사노즐들을 웨이퍼에 대응하여 수직상으로 위치시킴으로서 웨이퍼 전체에 균일하게 인가되므로서 웨이퍼 간(Wafer To Wafer)의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다. 이와 함께 종래의 동일사이즈의 확산로에비하여 보우트의 길이를 길게 할 수 있다.

더욱이, 각각의 웨이퍼에 대해서 복수 개의 분사노즐로드로부터 분사되는 반응가스에 의해 층류(laminar flow)를 형성함으로서 웨이퍼 전면에서의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 웨이퍼 막 파티클제어를 용이하게 할 수 있다.

또한, 반응가스가 분사되는 위치와 배출되는 위치 사이의 거리를 짧게 하여 반응로 내의 압력을 안정화시키며, 가스흐름을 안정시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 다수 매의 웨이퍼들을 장착한 보우트를 수용하며 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 상기 웨이퍼들의 표면에 기상반응을 수행하는 공정튜브를 구비한 횡형 확산로에 있어서,

   상기 공정튜브내 보우트의 상부에 위치하며 상기 웨이퍼들에 대응하는 복수개의 분사노즐들이 형성된 적어도 하나 이상의 분사노즐로드와;

   상기 공정튜브내 보우트의 하부에 위치하며 상기 복수개의 분사노즐들에 대응하여 복수개의 배출공들이 형성되어 반응이 완료된 가스를 배출하는 통합 배출채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출공들은 상기 웨이퍼들 사이에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분사노즐로드는 적어도 2개 이상이 상기 웨이퍼의 에지로부터 일정간격으로 동일한 회전각으로 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 분사노즐로드는 3개 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 분사노즐로드들은 인입단에서 통합되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 배출공의 에지로부터 상기 통합 배출채널로 일정 높이의 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 배출공은 상기 웨이퍼의 직경에 대응하는 길이를 갖는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로.