KR20030072662A - 반도체 제조용 확산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 확산장치에 대한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 종형로(10)의 내부로 공정 가스를 도입하여 고온 저압의 분위기에서 증착공정을 수행하고, 공정 수행 중에 공정 가스를 진공펌프(60)에 의해 강제 배출되도록 하는 반도체 제조용 확산장치에 있어서, 상기 종형로(10)로부터 배출되는 반응 가스의 배출량 제어 및 배출 단속을 하는 배출단속부(50)의 직전에서 상기 배기 라인(20)을 유동하게 되는 반응 가스의 일부를 유도하고, 이 반응 가스 중의 O₂의 량을 체크하여 설비 구동이 단속되도록 하는 리크감지부(70)가 구비되도록 하는 구성인바 비록 공정 수행 중 종형로(10)의 내부에서 미세하게 리크가 발생하게 되더라도 이를 정확히 체크하여 공정 불량이 미연에 방지될 수 있도록 하는 동시에 미세 리크 발생시 공정 수행이 중단되게 하므로서 제품 수율 저하에 따른 웨이퍼의 품질 불량이 방지되도록 하여 제품에 대한 신뢰성이 향상되도록 하는 것이다.

Description

반도체 제조용 확산장치{Diffusion system for manufacturing semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 확산장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조시 확산 공정의 수행시 외부로부터 미세하게 유입되는 O₂에 의해 발생되는 수율저하가 방지되도록 하는 반도체 제조용 확산장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정 중에서 공급 가스의 화학적 반응을 이용하여 웨이퍼(Wafer)의 표면에 소정의 박막을 형성시키는 방법으로 저압 화학 기상 증착방법(LPCVD)을 사용하고 있는데 이러한 증착방법에는 통상 종형의 확산로를 사용한다.

LPCVD는 고온 저압의 진공 분위기에서 공간 내로 소오스 가스를 투입하여 투입된 가스가 서로 반응하면서 반응물질을 형성하는 동시에 진공 공간에서 확산되면서 그 과정에서 웨이퍼상에 막으로 적층되는 현상을 이용하는 것이다.

이러한 종형의 확산로는 크게 종형의 가열로와 이 가열로에 수납되는 보트(boat)로서 이루어진다.

가열로는 다시 원통형의 이너 튜브(inner tube)와 이 이너 튜브의 외측에서 일정한 반경의 이격간격을 두고 형성되는 캡형상의 아우터 튜브(outer tube)로서 이루어지는 공정 챔버와, 이 공정 챔버의 하단에 결합되는 매니폴드(manifold)로서 이루어진다.

매니폴드는 주로 스테인레스 스틸로서 이루어지며, 상단부는 아우터 튜브의 하단부와 플랜지 결합되고, 수직으로 하향 연장되는 내측면에는 이너 튜브의 하단부가 결합된다.

이같은 구성에서 아우터 튜브의 외측으로는 가열로의 내측 공간을 가열하는히터가 장착된다.

한편 가열로의 하향 개방된 저부로부터는 보트가 인출입된다.

보트는 수직으로 다수의 웨이퍼가 적재되는 구성이며, 엘리베이터에 의해서 승강이 가능하게 구비된다.

매니폴드에는 공정 챔버의 내부로 삽입되는 보트의 캡(cap)이 상호 면밀착되면서 공정 챔버의 내부를 이들 밀착면간으로 O링을 개재시켜 밀폐되도록 하고 있다.

한편 상기한 확산설비에서 종형로로부터 배기는 도 1에서와 같은 경로로서 수행된다.

즉 종형로(10)에서 배기되는 배출가스는 배기 라인(20)을 통해서 진공펌프(60)에 의해 강제 배출되도록 하고 있는바 진공펌프(60)는 종형로(10)에서의 공정 수행에 관계없이 지속적으로 구동되고, 단지 공정의 수행 여부에 따라 배출단속부(50)의 메인 밸브(51) 및 서브 밸브(52)를 개폐시켜 배기를 단속하게 된다.

따라서 종형로(10)에서의 공정이 수행되기 전 또는 공정 수행이 완료되는 상압의 조건에서는 배출단속부(50)는 닫혀진 상태를 유지하고, 대신 벤트부(40)를 통해 배기되도록 한다.

종형로(10)에 퍼지 가스를 주입시켜 고온 저압의 조건이 되면 배출단속부(50)의 메인 밸브(51)와 서브 밸브(52)가 개방되면서 공정 수행시의 종형로(10)로부터 가스를 강제 배기시킨다.

퍼지 가스를 주입하고 난 직후 웨이퍼 가공에 필요한 공정 가스를 주입한다.

공정 가스 또한 퍼지 가스와 마찬가지로 종형로(10)내에 주입되어 통과하면서 웨이퍼 가공을 수행하고, 바로 배기 라인(20)을 통해 배출된다.

특히 이러한 확산공정의 수행시 가장 중요한 것이 종형로(10)내의 압력 유지이다.

즉 공정 수행중 종형로(10)내의 공정 압력이 정확히 필요로 하는 저압의 상태로서 유지되어야만 원하는 가공을 수행할 수가 있다.

이러한 정확한 공정 압력의 체크 및 유지를 위해 현재는 종형로(10)로부터 배출 가스를 유도하는 배기 라인(20)에 압력감지부(30)를 구비하여 배기 라인(20)을 통해 유동하는 반응 가스의 압력이 체크되도록 하고 있다.

압력감지부(30)에서 체크되는 압력 상태에 따라 배출단속부(50)의 개폐량을 조절하게 된다.

한편 확산설비에서 공정 수행 중 공정 압력은 외부로부터 유입되는 공기에 의해서 높아지는 경우가 대부분이다.

즉 종형로(10)에는 퍼지 가스 및 공정 가스들이 각각 파이프라인으로 연결되도록 하고 있어 이들 연결부위에서의 리크 발생이 예상되기도 하지만 가장 우려하는 부위는 종형로(10)의 가열부로 보트가 상승하면서 이들이 긴밀하게 결합되도록 이들간으로 기밀 유지용 링이 구비되도록 하고 있다.

하지만 이러한 기밀 유지용 링은 보트의 잦은 승강 작용에 의해 수축과 팽창이 반복되면서 변형이 초래되어 가열로에 보트를 결합시킨 상태에서 조차 기밀성이저하되기도 하므로 이를 통해 외부의 공기가 종형로(10)의 내부로 유입되는 폐단이 있다.

이와함께 보트를 승강시키는 엘리베이터에서의 레벨링 조정이 잘못되면 보트가 가열로에 정확히 결합되지 않게 되면서 연결 부위로 리크가 발생되기도 하는 단점이 있다.

또한 종래 압력감지부(30)에서 체크되는 압력의 감지력은 0.001 Torr/min 이상만이 가능하므로 한계가 있다.

한편 미세의 공기가 유입되더라도 공정은 정상적으로 수행되기는 하지만 웨이퍼의 품질 저하를 가져오게 될 뿐만 아니라 심하게는 공정 불량에 의해 배치단위로 가공되는 다수의 웨이퍼가 동시에 폐기되는 대단히 심각한 문제를 유발한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 외부로부터 유입되는 이물질에 의해 공정 수행시의 종형로내 압력이 누설되는데 따른 공정 불량률을 최소화하는데 있다.

또한 본 발명은 종형로에서 보다 정확하고 안정되게 공정 분위기를 유지시켜 공정이 수행될 수 있도록 하므로서 제품의 품질에 대한 신뢰성을 향상시키는데 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 반도체 제조용 확산장치의 배기구조를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산장치의 배기구조를 도시한 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 종형로 20 : 배기 라인

30 : 압력감지부 40 : 벤트부

50 : 배출단속부 60 : 진공펌프

70 : 리크감지부 72 : 디텍팅 센서

80 : 메인 컨트롤러

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 종형로의 내부로 공정 가스를 도입하여 고온 저압의 분위기에서 증착공정을 수행하고, 공정 수행 중에 공정 가스를 진공펌프에 의해 강제 배출되도록 하는 반도체 확산설비에 있어서, 상기 종형로로부터 배출되는 반응 가스의 배출량 제어 및 배출 단속을 하는 배출단속부의 직전에서 상기 배기 라인을 유동하게 되는 반응 가스의 일부를 유도하여 이 반응 가스 중의 O₂의 량을 체크하여 설비 구동이 단속되도록 리크감지부가 구비되도록 하는데 특징이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종형로의 배기 라인에 공정 수행 중 배출되는 가스의 성분 중 O₂의 양을 체크하여 종형로에서의 미세한 리크를 할 수 있도록 하는 구성이 구비되도록 하는데 특징이 있다.

종형로는 이너 튜브와 아우터 튜브 및 매니폴드의 결합으로 이루어지는 가열로와 이 가열로의 저부에서 다수의 웨이퍼를 수직으로 적층하고, 엘리베이터에 의해 승강하게 되는 보트로서 이루어진다.

가열로의 일측으로는 퍼지 가스와 다양한 종류의 공정 가스가 주입되며, 그에 대응되는 타측에는 가열로의 내부를 통과한 퍼지 가스 및 공정 가스가 배출되도록 하는 배기 라인이 구비된다.

도 2는 종형로(10)로부터 배출되는 퍼지 가스 및 공정 가스들이 통과하게 되는 배기 라인(20)을 도시한 것이다.

즉 배기 라인(20)에는 종형로(10)측으로부터 압력 감지부(30)가 구비되고, 연속해서 벤트부(40)와 배출단속부(50) 및 진공펌프(60)가 각각 구비된다.

압력 감지부(30)는 배기 라인(20)을 통해 배출되는 가스의 압력을 체크하도록 하는 부위로서, 통상 압력 감지부(30)는 2개의 센서 즉 바라트론 센서(31)와 피라니 센서(32)로서 구비되며, 바라트론 센서(31)측으로는 제1아이솔레이션 밸브(33)가 구비된다.

벤트부(40)는 배출단속부(50)에서 폐쇄된 상태로 유지할 때 배기 라인(20)에 유동하는 잔류 가스들이 배출되도록 하기 위해 구비되는 구성으로 통상 2개의 밸브(41)가 병렬로 구비되어 잔류 가스가 원할하게 배출될 수 있도록 한다.

배출단속부(50)는 크게 메인 밸브(51)와 이 메인 밸브(51)에 병렬로 구비되는 서브 밸브(52)로서 이루어지는 구성인 바 서브 밸브(52)는 메인 밸브(51)의 개방직전 우선 개방되므로서 메인 밸브(51)의 유동 부하를 감소시키게 된다.

진공펌프(60)는 배기 라인(20)을 통해 강제적으로 반응 가스를 배출되도록 하는 구성이다.

상기와 같은 구성은 전술한 바와같이 종전과 동일하다.

다만 본 발명은 배출단속부(50)의 직전으로 배기 라인(20)을 유동하게 되는 반응 가스를 일부 유동시켜 이 반응 가스 중에서 O₂성분의 미세한 양을 체크하는 리크감지부(70)가 구비되도록 하는데 특징이 있다.

리크감지부(70)는 다시 제2아이솔레이션 밸브(71)와 디텍팅 센서(72)로서 이루어지며, 이 디텍팅 센서(72)에 체크되는 O₂의 양에 따라 공정 수행이 제어되도록 한다.

즉 디텍팅 센서(72)는 압력감지부(30)와 배출단속부(50)가 연결된 메인 컨트롤러(80)에 전기적으로 연결되면서 리크의 감지시 공정 수행이 중단되도록 한다.

디텍팅 센서(72)에 의해서는 0.001 Torr/min 이하까지도 체크가 가능하므로 비록 미세한 양일지라도 정확한 체크가 가능하다.

디텍팅 센서(72)에 의한 체크는 제2아이솔레이션 밸브(71)의 개방직후 약 1~2분 정도가 가장 바람직하다.

그리고 디텍팅 센서(72)로부터 정보를 체크하는 메인 컨트롤러(80)에는 알람수단(81)이 구비되게 하는 것이 보다 바람직하다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 확산설비는 가열로로부터 보트가 분리된 상압의 조건에서 보트에 다수의 웨이퍼가 적층되도록 한 후 엘리베이터의 구동에 의해 보트를 상승시켜 가열로와 긴밀하게 결합되도록 한 상태에서 공정이 수행되고, 공정 수행이 완료되면 일단 종형로(10)의 내부를 상압의 조건으로 형성한 후 가열로로부터 보트를 하강시켜 증착 공정을 마감하게 된다.

이처럼 공정 수행을 하기 직전이나 직후에는 가열로에 보트를 결합시킨 상태에서 반드시 상압의 조건이 되도록 해야한다.

이렇게 종형로(10)의 내부를 상압의 조건에서 고온의 저압상태가 되도록 하는 것이 퍼지 가스이다.

즉 밀폐된 종형로(10)의 내부로 퍼지 가스를 주입하여 웨이퍼 가공에 최적인 고온의 저압상태가 되도록 한다.

퍼지 가스의 주입시 배기 라인(20)으로는 지속적으로 종형로(10)를 통과한 퍼지 가스가 배출되되 이때 배기 라인(20)에는 진공펌프(60)가 지속적으로 구동하면서 배출단속부(50)가 개방되는 상태가 된다.

퍼지 가스의 주입으로 공정 수행 분위기가 이루어지면 공정 가스를 주입하여 웨이퍼 가공이 이루어지도록 한다.

이때의 퍼지 가스는 주로 N₂가스를 사용하는 것이 일반적이다.

공정 가스는 수행 공정에 따라 그 종류가 매우 다양하다.

한편 공정 가스의 주입에 의해 웨이퍼 가공이 수행되면서 배기 라인(20)을 통해서는 이렇게 종형로(10)내에서 반응한 반응 가스가 지속적으로 배출된다.

반응 가스가 배기 라인(20)을 통해 유동하면서 배출될 때 배출단속부(50)의 직전에 구비되는 리크감지부(70)의 제2아이솔레이션 밸브(71)가 개방되면서 디텍팅 센서(72)에 일부가 유도된다.

디텍팅 센서(72)에서는 유도된 반응 가스를 분석하여 이중 O₂의 성분을 체크하고, 이를 메인 콘트롤러(80)에 전달하면 메인 컨트롤러(80)에서는 기준값과를 비교하여 웨이퍼 가공에 영향을 줄 정도의 O₂의 량이 체크되면 확산공정의 수행이 중지되도록 한다.

즉 본 발명은 공정 수행 중에 종형로(10)내의 압력이 미세하게 높아지면서 웨이퍼 가공성에 지장을 주는 정도로 인식되면 설비 구동 자체가 중지되게 하므로서 웨이퍼의 대량 불량이 미연에 방지될 수 있도록 하는 것이다.

한편 공정 수행 중에 설비 구동을 급격하게 중단시키게 되면 공정 오류가 발생되므로 우선 공정 가스의 공급을 중단시킨 상태에서 퍼지 가스를 종형로(10)에 공급한 후 상압의 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 디텍팅 센서(72)에 의한 체크는 제2아이솔레이션 밸브(71)를 개방시킨 직후 약 1~2분간 사이에 이루어지도록 하되 제2아이솔레이션 밸브(71)의 구동은 압력감지부(30)에 의한 반응 가스의 압력 체크 시기와 동시에 수행되게 할 수도 있다.

즉 공정 가스가 종형로(10)를 통과하면서 웨이퍼 가공을 하는 중에 배출되는 반응 가스의 압력을 체크시 반응 가스내에 포함되는 O₂의 성분을 체크하여 리크의 여부를 판단토록 하는 것이다.

이처럼 배출되는 반응 가스의 압력과 함께 O₂의 성분 체크에 의해 미세 리크까지도 정확히 체크하므로서 공정 수행 중에 종형로(10)내로 유입되는 공기에 의한 공정 불량과 함께 웨이퍼의 대량 불량을 미연에 방지시킬 수가 있게 된다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 확산설비의 배기 라인(20)에 배출되는 반응 가스 중 미세한 O₂의 성분을 체크하도록 리크감지부(70)를 구비시키는 간단한 구성에 의해 비록 공정 수행 중 종형로(10)의 내부에서 미세하게 리크가 발생하게 되더라도 이를 정확히 체크하여 공정 불량이 미연에 방지될 수 있도록 하는 것이다.

또한 본 발명은 미세 리크 발생시 공정 수행이 중단되게 하므로서 제품 수율 저하에 따른 웨이퍼의 품질 불량이 방지되도록 하여 제품에 대한 신뢰성이 향상되도록 하는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

Claims (6)

1. 종형로의 내부로 공정 가스를 도입하여 고온 저압의 분위기에서 증착공정을 수행하고, 공정 수행 중에 공정 가스를 진공펌프에 의해 강제 배출되도록 하는 반도체 제조용 확산장치에 있어서, 상기 종형로로부터 배출되는 반응 가스의 배출량 제어 및 배출 단속을 하는 배출단속부의 직전에서 상기 배기 라인을 유동하게 되는 반응 가스의 일부를 유도하고, 이 반응 가스 중의 O₂의 량을 체크하여 설비 구동이 단속되도록 하는 리크감지부를 구비하는 반도체 제조용 확산장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 리크감지부는 일부의 반응 가스가 유도되도록 개폐작용하는 제2아이솔레이션 밸브와 유도되는 반응 가스로부터 O₂의 량을 체크하는 디텍팅 센서로서 이루어지는 반도체 제조용 확산장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 디텍팅 센서는 0.001 Torr/min 이하의 감도를 갖는 반도체 제조용 확산장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 디텍팅 센서는 상기 제2아이솔레이션 밸브의 개방직후 약 1~2분간 구동하는 반도체 제조용 확산장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 리크감지부에서 리크가 감지되면 이를 경고하는 알람수단이 구비되는 반도체 제조용 확산장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 디텍팅 센서는 메인 컨트롤러에 체크되는 정보를 전달하는 반도체 제조용 확산장치.