KR20040045942A - 반도체 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 수직관상의 반응튜브 내에 복수의 반도체 기판을 로딩하여 열처리 공정할 수 있는 열처리 공정용 반도체 제조장치에 있어서, 반응튜브 내에 장착되고, 수직 길이방향을 따라서 소정의 간격으로 형성되어 반도체 기판을 올려놓을 수 있는 판 상의 기판 홀더를 수용하는 복수의 홀더 지지부가 형성된 제1기판 로딩용 보트와, 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 배치 및 장착되어 기판 홀더 상의 반도체 기판을 지지할 수 있도록 하부에 형성된 기판 지지부를 갖는 제2기판 로딩용 보트와, 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트를 하부에서 지지하도록 형성된 보트 캡과, 보트 캡의 하부에서 보트 캡을 지지하는 도어 플레이트, 및 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중에 어느 하나를 소정거리 상하로 이동시켜 상기 기판 지지판 상에 로딩된 상기 반도체 기판을 소정 높이로 이격시키는 리프팅 구동장치를 포함한다.
이렇게 반응튜브 내에 기판 홀더를 지지할 수 있는 제1기판 로딩용 보트 내측 또는 외측으로 반도체 기판을 리프팅할 수 있는 별도의 제2기판 로딩용 보트를 마련하면, 별도의 기판 핸들러(wafer handler)가 없이도 반도체 기판을 보트 내에 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 용이하게 할 수 있다.

Description

반도체 제조장치{Semiconductor manufacturing system for thermal process}
본 발명은 열처리 공정용 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히, 한 번에 다량의 반도체 기판을 공정 처리할 수 있는 수직관상의 반응튜브를 가진 반도체 열처리 공정용 반도체 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 열처리용 반도체 제조장치는, 공정 특정상 시간이 많이 소요되므로 한 번에 다량의 반도체 기판을 처리할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 반응가스의 균일한 흐름에 의해서 공정의 균일도가 영향을 받기 때문에, 반도체 기판을 수평으로 적층할 수 있는 기판 로딩용 보트와 수직 관상용 반응 튜브관을 사용하는 것이 일반적이다. 이때, 기판 로딩용 보트에는 반도체 기판을 수평으로 지지하기위해서 상하 길이방향으로 일정한 간격을 두고 슬롯들이 형성되어 있다. 그리하여, 이들 슬롯에 반도체 기판의 가장자리 부분이 걸리도록 끼워 넣어 반도체 기판을 고정시킨다.
그런데, 이러한 종래의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 반도체 기판이 가장자리 부분에 걸려 지지되기 때문에 대부분의 지지력이 가장자리 부분에 집중된다. 고온의 공정을 진행할 경우에는 반도체 기판의 팽창에 의해서 가장자리 부분에 힘이 모여 반도체 기판에 스트레스를 가하게 되고, 이에 따라서 반도체 기판이 휘는 현상이 발생한다. 이러한 반도체 기판의 휨현상(warping)은 반도체 기판의 구경이 12인치 이상 증가하는 차세대에서는 더 큰 문제가 되고 결국 공정의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
이러한 휨현상을 방지하기 위해서는 반도체 기판의 하부를 전면적으로 지지하는 별도의 지지 수단을 수용할 수 있는 기판 로딩용 보트가 필요하다. 그러나, 별도의 지지 수단을 사용하는 반도체 제조장치는, 그 구성 자체가 복잡하고 반도체 기판을 로딩 및 언로딩 시에 조작이 복잡하여 작업자가 작업하기가 매우 난해한 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 기판이 대구경화 되더라도 반도체 기판의 휨현상을 방지할 수 있고, 통상적으로 기판 지지판을 이용하는 보트에 있어서 발생하는 반도체 기판 로딩 및 언로딩 시의 취급의 난이함을 해결하여 반도체 기판의 로딩 및 언로딩 시의 시간 단축 및 이에 따른 제조단가를절감할 수 있는 열처리 공정용 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 제조장치의 개략 단면도이다.
도 2a는 도 1의 'A' 부분을 확대하여 도시한 측단면도이다.
도 2b는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 듀얼 보트의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 듀얼 보트를 상부에서 본 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 제조장치에 장착된 듀얼 보트를 상부에서 본 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 듀얼보트의 다른 실시예를 나타낸 평단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예에 사용되는 기판 홀더를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 실시예를 변형한 실시예를 나타낸 듀얼보트의 평단면도이다.
도 8은 도 7의 'B'부분을 확대한 평면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 제2기판 로딩용 보트형성된 기판 지지부들의 실시예들을 나타낸 단면도들이다.
도 10a는 본 발명의 반도체 제조장치의 제2기판 로딩용 보트의 기판 지지부의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 10b는 도 10a의 제2기판 로딩용 보트의 기판 지지부에 올려진 반도체 기판이 고온 상태에서 휘어진 형태를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 듀얼보트의 또 다른 실시예를 나타낸 평단면도이다.
도 12a는 튜브 내에 장착된 상태에서 듀얼 보트의 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 12b는 로딩 및 언로딩 시 듀얼 보트의 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 12c는 본 발명의 듀얼 보트에서 반도체 기판을 핸들링(handling)하는 것을 나타낸 측단면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 수직관상의 반응튜브 내에 복수의 반도체 기판을 로딩하여 열처리 공정할 수 있는 열처리 공정용 반도체 제조장치에 있어서, 반응튜브 내에 장착되고, 수직 길이방향을 따라서 소정의 간격으로 형성되어 반도체 기판을 올려놓을 수 있는 판상의 기판 홀더를 수용하는 복수의 홀더 지지부가 형성된 제1기판 로딩용 보트와, 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 배치 및 장착되어 홀더 지지부 상의 반도체 기판을 별도로 지지할 수 있도록 하부에 형성된 기판 지지부를 갖는 제2기판 로딩용 보트와, 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트를 하부에서 지지하도록 형성된 보트 캡과, 보트 캡의 하부에서 상기 보트 캡을 지지하는 도어 플레이트, 및 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중에 어느 하나를 소정거리 상하로 이동시켜 기판 홀더 상에 로딩된 반도체 기판을 기판 지지부에 의해서 소정 높이 이격시키는 리프팅 구동장치를 포함한다.
여기서, 제2기판 로딩용 보트는 제1기판 로딩용 보트의 내측으로 수용 배치되는 것이 듀얼보트를 구성하기에 바람직하다. 이때, 제1기판 로딩용 보트는, 내측으로 원기둥형의 수용공간이 형성되도록 적절히 배치된 적어도 세 개의 제1지지기둥과, 제1지지기둥을 양측단에서 하나의 판 면상에 고정시키는 판상의 제1상부판 및 제1하부판, 및 기판 홀더를 수평으로 지지할 수 있도록 제1지지기둥들에 상하 길이방향으로 소정의 일정한 간격을 가지고 형성된 상기 홀더 지지부들을 포함한다. 홀더 지지부는, 제1지지기둥들의 내측에 소정깊이 함몰 형성된 슬롯으로 형성되어 있다. 이러한 슬롯은 제1지지기둥으로부터 소정길이 수용공간의 중심을 향하여 수직으로 돌출 형성된 돌기 지지부일 수도 있다. 그리하여, 기판 홀더를 각 홀더 지지부에 안정적으로 로딩할 수 있다.
한편, 제1지지기둥은 각각 하나씩 배치될 수도 있지만 소정의 작은 간격을 두고 이격하여 각각 두 개씩으로 형성될 수도 있다. 그러면, 추후 설명되는 제2기판 로딩용 보트의 제2지지기둥과 위치가 중첩되는 것을 효과적으로 피할 수 있다.
제2기판 로딩용 보트는, 내측으로 원기둥형의 수용공간을 형성할 수 있도록 적어도 세 개 이상의 제2지지기둥과, 이 제2지지기둥들을 길이방향의 양측 단부에서 하나의 판 면상에 고정 지지하는 판 상의 제2상부판과 제2하부판, 및 제2지지기둥에 형성된 홀더 지지부와 대응하여 지지기둥을 따라서 일정한 간격을 가지고 형성된 기판 지지부를 포함한다. 그리하여, 제2지지기둥 내에 소정 간격을 유지하면서 반도체 기판을 지지할 수 있다. 기판 지지부는, 제2지지기둥으로부터 수직으로 소정길이 돌출 형성된 돌기부이다. 이때, 돌기부는 수평 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 상향 또는 하향하여 경사지게 형성될 수도 있어, 반도체 기판과의 접촉면적을 최소화할 수 있다.
기판 지지부는, 돌기부의 단부로부터 소정 높이 상향 연장된 지지돌기를 더 포함할 수도 있다. 이때, 돌기부는 그 단부에 외향 또는 내향으로 경사진 평면을 갖도록 형성되는 것이 반도체 기판과의 접촉면을 최소화할 수 있어 취급이 용이하다. 기판 지지부는 제2지지기둥에 함몰 형성된 슬롯이고, 이 슬롯은, 상기 반도체기판이 지지되는 하부면이 소정의 경사각을 가지고서 내측 방향으로 하향 경사져 형성되어 반도체 기판과의 접촉면적을 최소화시킬 수 있다. 이때, 경사각은, 수평에 대해서 0.1° 내지 89°인 것이 바람직하다.
기판 홀더는, 원형 판 상으로 형성된 본체판과, 이 본체판에 제2기판 로딩용 보트 및 기판 지지부가 상기 본체판을 상하로 통과하여 이동할 수 있도록 외측으로 개방되어 형성된 열개부를 포함하는 것이 바람직하다. 열개부는 본체판의 가장자리로부터 중앙으로 소정 너비 연장되어 형성되어 있다.
보트캡은 제1 및 2기판 로딩용 보트의 하부를 지지하고 있고 그 형태는 원형판상으로 형성되는 것이 바람직하다.
리프팅 구동장치는 정밀 제어가 가능한 모터 조절 방식이나, 상하 슬라이딩 이동 가능한 유압 실린더 방식인 것이 바람직하며, 리프팅 구동장치는 제2기판 로딩용 보트의 하부와 연결되어 상기 제2기판 로딩용 보트를 상하로 이동시킬 수도 있고, 제1기판 로딩용 보트의 하부와 연결되어 상기 제1기판 로딩용 보트를 상하로 이동시킬 수도 있다. 이때, 리프팅 구동장치는 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 사이의 상하 이동거리를 제1기판 로딩용 보트에 형성된 상기 홀더 지지부들 사이의 너비 사이에서 정밀하게 조절될 수 있도록 너비 제어부를 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치에 장착되는 듀얼보트는, 제1기판 로딩용 보트가 제2기판 로딩용 보트의 내측으로 배치되고, 반도체 기판을 지지할 수 있도록 형성된 기판 지지부가 돌기형으로 형성될 수 있도록 구성할 수도 있다.
이렇게 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 듀얼 보트를 마련하여 외측의 제1기판 로딩용 보트에는 기판 홀더를 로딩할 수 있도록 하고, 내측의 제2기판 로딩용 보트는 반도체 기판을 소정 높이 들어올릴 수 있도록 구성함으로써, 제1기판 로딩용 보트로부터 기판 홀더를 언로딩(unloading)하지 않은 상태에서 반도체 기판을 로딩 및 언로딩(loading/unloading)할 수 있다. 그리하여, 반도체 기판을 로딩/언로딩하는 데 걸리는 시간을 절감할 수 있다.
그리고, 반도체 기판을 로딩시에 판 상의 열전도체인 기판 홀더 상에 반도체 기판을 올려놓음으로써, 반도체 기판 상에 균일한 열전도를 보증할 수 있고, 따라서, 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 반도체 기판과 기판 지지부 사이의 접촉면적을 최소화하여 반도체 기판의 가장자리부분에서 발생하는 슬립이나 물리적 결함 등을 방지할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치의 개략도이다. 그리고, 도 2a는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 듀얼 보트전체를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 내부에 공정용 수용공간을 마련하는 반응튜브(30)와, 이 반응튜브(30) 내에 반도체 기판(100)을 로딩하기 위해서 마련된 제1기판 로딩용 보트(10)와 제2기판 로딩용 보트(20)로 형성된 듀얼 보트와, 상기 제1기판 로딩용 보트(10)에 수평으로 걸쳐져서 로딩된 복수의 기판 지지판(25)과, 상기 듀얼 보트(10,20)의 하부를 지지하고 있는 보트캡(40)과, 상기 보트 캡(40)을 하부에서 연결지지하고서 듀얼 보트(10,20)를 반응튜브(30) 내로 인입 및 인출시키는 도어부(50)와, 이 듀얼 보트(10,20) 중 어느 하나를 상하로 제한적 높이 내에서 구동시키는 리프팅 구동장치(70)를 포함한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 듀얼 보트는 전술한 바와 같이, 외측에 배치된 제1기판 로딩용 보트(10)와, 제1기판 로딩용 보트(10)의 내측으로 배치된 제2기판 로딩용 보트(20)로 구성되어 있다.
제1기판 로딩용 보트(10)는, 적어도 세 개의 제1지지기둥(11)이 중앙에 추후 반도체 기판(100)이 수용할 수 있게 원기둥형의 공간이 형성되도록 상호 평행하게 배치되어 있다. 본 실시 예에서는 네 개의 제1지지기둥(11)이 마련되어 있다. 이들 제1지지기둥(11)의 길이방향의 양측 단 부에는 이들 제1지지기둥(11)을 하나의 평면에서 고정시키는 제1상부판(12a) 및 제1하부판(12b)이 연결되어 있다. 각각의 제1지지기둥(11)에는 소정 깊이의 슬롯(11a)이 제1지지기둥(11)의 중앙 내측으로 형성된 홀더 지지부(11a)를 포함하고 있어 판상의 원형판을 올려놓을 수 있다. 홀더 지지부(11a)의 형태는 슬롯형태로 형성되어 있다. 이 슬롯들(11a)에는 원형 판상의 기판 지지판(25)이 올려지게 된다. 한편, 홀더 지지부(11a)는제1지지기둥(11)으로부터 내측으로 소정 길이 돌출 형성된 돌기부일 수도 있다. 그리고, 이들 홀더 지지부(11a)들 사이의 간격은 추후에 언급되지만, 반도체 기판(100) 하부로 기판 로딩용 블레이드(미도시)가 들어갈 수 있을 정도 이상의 간격을 갖는다.
제2기판 로딩용 보트(20)는, 역시 적어도 세 개의 제2지지기둥(21)이 중앙에 원기둥형의 공간을 형성할 수 있도록 평행하게 배치한다. 이들 제2지지기둥들(21)의 상부와 하부 단부에는 이들 제2지지기둥(21)을 동일 면상에서 고정시키는 제2상부판(22a)과 제2하부판(22b)이 연결되어 있다. 각각의 제2지지기둥(21)에는 제2기판 로딩용 보트의 내측으로 소정 돌출되어 반도체 기판(100)의 가장자리를 들어올릴 수 있는 기판 지지부(20a)가 형성되어 있다. 이때, 기판 지지부(20a)의 위치는 기판 지지판(25)의 하부에 위치하여 반도체 기판 리프팅 시에는 홀더 지지부(11a)와 홀더 지지부(11a) 사이에 위치하게 된다.
여기서, 제1지지기둥들(11)과 제2지지기둥들(21)은 원주방향으로 상호 중첩되지 않도록 배치하여, 기판 홀더(25)의 열개부(25a)에 의해서 기판 홀더(25)에 기판 지지부(20a)가 관통되어 지지되지 못하는 것을 방지한다.
이들 제1기판 로딩용 보트(10)와 제2기판 로딩용 보트(20)는, 하부에서 하나의 보트캡(40)으로 지지된다. 그리고, 보트캡(40)을 통하여 하부로부터 연장된 리프팅 구동장치(70)는 제1기판 로딩용 보트(10) 또는 제2기판 로딩용 보트(20)의 하부에 연결되어 이를 상하로 소정높이 구동함으로써, 반도체 기판(100)을 기판 홀더(25)로부터 소정 높이 들어올릴 수 있다.
그리고, 제1기판 로딩용 보트(10)와 제2기판 로딩용 보트(20)는 일반적으로 전체가 고온에서도 잘 견디는 석영(quartz) 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 형성되어 있다. 그리고, 반도체 기판(100)을 올려놓는 기판 홀더(25)는 역시 석영이나 실리콘 카바이드로 형성되지만 열전도율(thermal conductivity)이나 열흡수율(thermal absorption)을 고려하여 고온에서는 실리콘 카바이드(SiC)로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 초고온의 열공정을 진행하는 경우에는, 제1 및 제2기판 로딩용 보트(10,20) 및 기판 홀더(25)를 모두 실리콘 카바이드로 형성하는 것이 바람직하다.
도 3은 듀얼 보트에 반도체 기판이 로딩된 상태를 상부에서 본 평면도이고, 도 4는 도 3의 듀얼 보트를 분해하여 본 평면도이다.
이들을 참조하면, 최외각에는 제1기판 로딩용 보트(10)가 설치되고, 이 제1기판 로딩용 보트(10)에 형성된 홀더 지지부(11a)에 기판 홀더(25)가 올려진다.
기판 홀더(25)는 원형 판 상의 본체판(25b)과, 가장자리 부분에서부터 중앙으로 연장된 소정 크기의 열개부(25a)를 포함한다. 이 열개부(25a)는 제2기판 로딩용 보트(20)의 제2지지기둥들(21)이 기판 홀더(25)를 상하로 통과할 수 있도록 제2지지기둥(21)과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 관통부(25a)의 너비는 반도체 기판(100)을 들어올리기 위해서 형성된 기판 지지부(20a)까지 연장되어 형성되어 있다.
제1기판 로딩용 보트(10)의 내측으로는 제2기판 로딩용 보트(20)가 설치되어 있다. 그리고 이 제2기판 로딩용 보트(20)의 내측으로 반도체 기판(100)이 배치되고 이 반도체 기판(100)의 가장자리 부분은 제2기판 로딩용 보트(20)의 기판 지지부(20a)에 의해서 지지되어 있다. 그리하여, 기판 홀더(25)는 제1기판 로딩용 보트(10)의 홀더 지지부(11a)에만 지지되어 있고, 반도체 기판(100)은 기판 홀더(25) 이외에도 제2기판 로딩용 보트(20)에 지지되어 있어, 제1기판 로딩용 보트(10)나 제2기판 로딩용 보트(20) 중 어느 하나를 상하로 이동시키면, 반도체 기판(100)을 기판 홀더(25)로부터 소정 높이 들어올릴 수 있다. 이때, 들어 올리는 높이는 기판 홀더(25)는 로딩되는 슬롯과 슬롯(11a) 사이의 중앙 부근에 위치하도록 하는 것이 로딩된 반도체 기판(100) 전체에 대해서 상하로 일정한 공간이 발생하여 인접한 반도체 기판들(100)에 부딪히지 않고 로딩 또는 언로딩(loading/unloading)을 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 듀얼 보트를 나타낸 다른 실시예이다.
이를 참조하면, 제1지지기둥(11)의 형태가 그 단면이 중앙에 함몰부를 가진 요(凹)형으로 형성되어 함몰부가 수용공간의 중앙을 향하여 내측으로 배치, 제2지지기둥(21)은 제1지지기둥(11)과 원주 상의 동일한 위치에서 이 함몰부 영역과 정렬되도록 배치되어 있다. 제2지지기둥(21)에는 소정의 간격을 가지고 기판 지지부(20a)로서 슬롯(slot)들이 형성되어 있다. 그리하여, 요형의 단부에 기판 홀더(25)가 지지되도록 홀더 지지부(11a)가 형성되어 있다. 이러한 구성의 듀얼보트는 제1지지기둥(11)과 제2지지기둥(21)의 위치를 상호 엇갈리게 배치하지 않아도 되므로 제조와 구성이 간편하다.
도 6은 도 5의 실시예에 사용되는 기판 홀더를 나타낸 평면도이다. 이를 참조하면, 원형 판 상의 본체판(25b)에 제2지지기둥(21)이 배치되는 영역에 제1지지기둥(11)의 단면 형태가 사각형일 경우를 대비해서 직사각형 형태의 열개부(25a)가 형성되어 있다. 열개부(25a)의 형태는 제2지지기둥(21)의 단면 형태와 동일한 형태를 이루는 것이 바람직하다.
도 7은 도 5의 실시예를 변형한 실시예를 나타낸 듀얼보트의 평단면도이고, 도 8은 도 7의 'B'부분을 확대한 평면도이다.
이를 참조하면, 제1기판 로딩용 보트(10)의 제1지지기둥(11)은 도 5의 실시예와 동일하고, 다만, 제2기판 로딩용 보트(20)의 제2지지기둥(21)의 형태에 형성된 기판 지지부가 슬롯(slot)형태 대신에 돌기부(protrusion type)를 적용한 것이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 듀얼보트의 기판 지지부들의 실시예들을 나타낸 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 돌기부(20a)는 단순히 제2지지기둥(21)에 대해서 수직으로 수평하게 돌출되어 형성된 돌출기둥이다. 이때, 돌출기둥의 상부는 반도체 기판과 접하는 부분 전체가 편평한 면을 가지고 있어 반도체 기판(100)이 안정적으로 지지될 수 있다. 특히, 상부에서 본 평면도에서 보이는 형태는 거의 직사각형 형태로 반도체 기판(100)을 돌출기둥의 상부면에 평평하게 올려놓을 수 있다.
도 9b 내지 도 9d는 도 9a의 돌기부를 변형한 실시예들로서, 이들을 참조하면, 돌출기둥을 수평방향에 대해서 소정 각도 상향 또는 하향하여 경사지도록 형성할 수도 있다. 이때, 도 9b와 같이 돌출기둥을 상향 경사지도록 형성할 경우에는, 그 돌출기둥의 접촉 단부를 라운딩 처리하거나, 반도체 기판(100)이 접촉되는 부분을 평면 처리한다. 이러한 처리는 반도체 기판(100)의 접촉부분에 스크래치(scratch)와 같은 결함을 방지할 수 있어 바람직하다.
이러한 형태의 돌기부(20a)는, 반도체 기판(100)이 지지되는 접촉부분을 최소화할 수 있어 반도체 기판(100)이 돌기부(20a)와 접촉되면서 발생할 수 있는 슬립(slip)이나 스크래치(scratch) 등의 결함들을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 9d를 참조하면, 도 9a의 돌출기둥의 단부에서 상향 돌출된 돌출 지지부(201a)를 더 포함한다. 이러한 기판 지지부(20a)에서는, 반도체 기판(100)을 돌출기둥의 상부면에서 지지하지 않고 돌출지지부(201a)의 단부에서 지지하게 된다. 이러한 돌출 지지부(201a)단부는 수평면으로 형성할 수도 있고, 소정 경사각을 가지고 상향 및 하향 경사진 평면을 형성할 수도 있다. 그리하여, 공정의 용도에 따라서 고온의 경우에는, 돌출 지지부(201a)가 경사진 평면을 가진 기판 지지부(20a)를 적용하고, 보통의 온도에서 공정을 진행할 때는 돌출 지지부(201a)의 단부가 평면인 기판 지지부(20a)를 적용한다.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 반도체 제조장치의 제2기판 로딩용 보트의 기판 지지부를 나타낸 다른 실시예의 단면도이다.
도 10a는 최초 반도체 기판(100)이 기판 지지부(20a)에 로딩되었을 때의 단면도로서, 이를 참조하면, 제2지지기둥(21)을 함몰하여 슬롯형태의 기판 지지부(20a)가 형성되어 있다. 여기서, 기판 지지부(20a)의 함몰된 슬롯의 하부면이 하향 경사지도록 형성되어 있다. 이는 반도체 기판(100)이 기판 지지부(20a)와 접촉하는 면적을 최소화하기 위한 방법으로서. 반도체 기판(100)의 가장자리 끝부분이 기판 지지부(20a)에 걸쳐진다.
도 10b는 고온으로 공정이 진행될 때의 반도체 기판(100)과 기판 지지부(20a)의 형태를 상정하여 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 고온으로 공정이 진행될 때는, 반도체 기판(100)이 고온으로 가열되어 반도체 기판이 중력에 의하여, 도시된 바와 같이, 중앙 부분이 하부로 만곡된다. 이러한 만곡(warping)에 의해서 반도체 기판(100)의 가장자리 부분도 만곡되어 결과적으로 반도체 기판의 가장자리 내측으로 기판 지지부(20a)와의 접촉면적이 넓어진다. 그러면서 지지점이 상대적으로 반도체 기판(100)의 중앙부분으로 이동하여 만곡현상에 의해서 휘어진 반도체 기판(100)에 대한 지지력을 점접촉에서 면접촉으로 바꾸어 줌으로써 구조 역학적으로 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 반도체 장치에 장착되는 듀얼보트에 적용되는 제1기판 로딩용 보트의 다른 실시예를 나타낸 평단면도이다.
이를 참조하면, 제1지지기둥(11)이 각 위치에서 각각 두 개의 지지기둥으로 형성되어, 이들 사이에는 소정 너비를 가지고 나란히 배치되어 있다. 이 때, 너비는 제2지지기둥(21)의 단면 넓이 이상으로 배치된다. 그리하여, 제1지지기둥(11)과 제2지지기둥(21)이 중첩될 경우에, 기판 홀더(25)가 지지되는 부분이 없어지는 것을 방지할 수 있고, 제1 및 제2지지기둥(11,21)의 배치를 대칭적으로 형성할 수 있어 바람직하다. 이때, 지지기둥들(11,21)의 형태는 원기둥형일 수도 있지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 단면이 사각형 또는 그 밖의 다각형으로 형성된 다각기둥형으로 형성될 수도 있다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 듀얼 보트가 보트 내에 인입된 상태와 반도체 기판을 로딩 및 언로딩할 때의 상태를 나타낸 확대 단면도이다.
도 12a를 참조하면, 듀얼보트(10,20)에 반도체 기판(100)이 로딩되어 공정을 진행할 때는, 제1기판 로딩용 보트(10)의 슬롯(11a)에 제2기판 로딩용 보트(20)의 기판 지지부(20a)가 수평으로 일치되도록 정렬된다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 기판 지지판(25)과 접촉 지지되어 평평하게 안정된 상태로 유지된다. 그러면 반응튜브(30) 내로 공정가스를 공급하여 반도체 기판(100)을 열처리 공정을 한다.
도 12b를 참조하면, 공정을 진행하기 전에 혹은 공정을 진행한 후에 반도체 기판(100)을 로딩하거나 언로딩 할 때는, 먼저, 도어부(도 1의 50)가 하강하여 반응튜브(30) 내에서 듀얼보트(10,20)가 밖으로 빠져나와 반도체 기판(100)을 언로딩 할 수 있는 위치로 대기한다. 그런 다음, 리프팅 구동부(70)를 작동시켜 제1기판 로딩용 보트(10)나 제2기판 로딩용 보트(20) 중 어느 하나를 소정 높이 들어올려 반도체 기판(100)을 기판 지지판(25)으로부터 소정 높이 들어 올린다. 그러면, 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)이 홀더 지지부들(11a) 사이에 위치되어 반도체 기판(100) 하부에 공간이 형성된다.
도 12c는 듀얼 보트로부터 기판 이동기를 이용하여 반도체 기판을 언로딩하는 것을 도시한 측단면도이다.
이를 참조하면, 도 12b에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100) 하부로 공간이형성되면, 기판 이동기(150)의 블레이드(151)를 반도체 기판(100) 하부로 집어넣어 반도체 기판(100)을 제2기판 로딩용 보트(20)로부터 꺼내어 외부의 카세트(미도시)로 로딩시킨다. 또는, 카세트로부터 반도체 기판(100)을 이동시켜 제2기판 로딩용 보트(20) 내의 기판 지지부(20a) 상에 로딩한다.
리프팅 구동장치(70)는, 듀얼보트(10,20)의 하부 보트캡(40) 및 도어부(50)에 설치되어 있다. 리프팅 구동장치(70)는 원통형 실린더로 형성되어 있고, 일단은 제2기판 로딩용 보트(20)의 하부판(22b)에 연결되어 있고, 타측은 도어부(50)의 판상에 지지되어 있다. 그리하여, 제2기판 로딩용 보트(20)를 하부에서 밀어 올려 반도체 기판(100)을 들어 올린다. 이때, 리프팅(lifting) 중에 반도체 기판(100)과 기판 지지판(25)이 상호 부딪히지 않도록 하기 위하여, 리프팅 구동장치(70)가 상하로 움직이는 길이는 슬롯과 슬롯(11a) 사이의 길이를 넘지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 구동장치(70)를 작동시키는 방식은 정밀 제어가 가능한 모터 조절 방식이나, 유체의 압력을 이용한 유압식으로 하는 것이 큰 힘을 유연하게 전달할 수 있어 바람직하다. 이 외에도 전동식의 리프팅 구동장치를 사용할 수도 있다.
한편, 리프팅 구동장치(70)는, 제1기판 로딩용 보트(10)의 하부판(12b)과 연결될 수도 있다. 그리하여, 제1기판 로딩용 보트(10)를 상하로 움직여 반도체 기판(100)을 기판 지지판(25)으로부터 들어올릴 수도 있다. 이 경우에는, 제1기판 로딩용 보트(10)를 하향 이동시켜야 한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 두 개의 보트(10,20)를 중첩하여 형성된 듀얼보트를 마련하고 기판 지지판(25)을 이용하여 반도체 기판(100)을 지지하기 때문에, 대구경화 되는 12인치(300mm) 이상의 반도체 기판에서 휨현상(warping) 없이 고온의 열공정을 진행할 수 있다. 그리고, 열산화법(oxidation)에 의한 막형성이나 화학기상 증착법(CVD)에 의한 막형성 및 일반적인 어닐링(annealing) 공정에서 반도체 기판(100) 하부의 기판 지지판(25)이 히트 싱크(heat sink) 역할을 하여 반도체 기판(100)에 균일하게 열전달을 한다. 따라서, 반도체 기판(100)의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 제1기판 로딩용 보트(10)와 제2기판 로딩용 보트(20)를 별도로 소정 높이 리프팅 할 수 있게 구성하여, 듀얼 보트(10,20)로부터 기판 지지판(25)을 언로딩 하지 않은 상태에서 직접 듀얼 보트(10,20) 내에 반도체 기판(100)을 로딩 및 언로딩할 수 있다. 그리하여, 듀얼보트에 기판 지지판(25)을 사용하면서도 일반 보트와 동일하게 반도체 기판(100)을 로딩 및 언로딩할 수 있다.
한편, 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 듀얼 보트(10,20) 중에서 어느 쪽 보트를 리프팅 시키든지 반도체 기판(100)을 로딩 및 언로딩하는 데에는 큰 문제가 없으나, 가능하면, 중량이 적은 쪽의 보트를 리프팅하는 것이 조작(operation)의 안정성을 위하여 바람직하다.
또한, 전술한 기술에서와 같이, 리프팅 구동부(70)는, 제1 또는 제2기판 로딩용 보트(10,20)를 리프팅 하기 위해서 보트캡(40)의 하부 또는 도어부(50)에 별도로 마련할 수도 있다. 그리고, 별도의 리프팅 구동부(70)를 마련하지 않고 도어부(50)가 반응튜브(30)의 밖으로 내려와 정지하여, 바닥면에 정치되면서 제1기판 로딩용 보트(10)에 대해서 제2기판 로딩용 보트(20)가 상부로 소정 높이의 단차가발생하도록 보트를 설계할 수도 있다. 그러면, 듀얼보트(10,20)의 중력에 위해서 자연스럽게 제1기판 로딩용 보트(10)에 대해서 제2기판 로딩용 보트(20)가 소정 높이 상승하여 반도체 기판(100)이 기판 지지판(25)으로부터 이격되어 리프팅 효과를 거둘 수 있다. 여기서, 리프팅 구동부(70)에는 들어올리는 거리를 미세하게 조절하기 위해서 스텝모터와 같은 높이 조절용 모터가 장착된 제어부가 포함되어 있다. 그리하여, 높이 조절용 모터의 작동을 이 제어부에서 정밀 조절하여 반도체 기판이 기판 홀더로부터 들어올려지는 높이를 정확하게 조절할 수 있다.
제어부는 반도체 제조장치의 중앙제어장치에도 연결되어 단위공정을 위한 레시피 제작시에 제어될 구성요소의 하나로서 추가할 수도 있다. 그러면, 공정이 진행되는 동안에도 반도체 기판과 기판 홀더 사이의 거리를 임의로 조절할 수 있도록 프로그램(programing)할 수도 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치는, 듀얼보트(dual boat)에 관하여, 제1기판 로딩용 보트(11)가 제2기판 로디용 보트(21)의 외측에 배치된 것만을 실시예들로 들었으나, 제2기판 로딩용 보트(21)가 제1기판 로디용 보트(11)의 외측에 배치되어 구성될 수도 있다. 이 경우에도, 상기의 실시예들이 동일하게 적용되나, 다만, 기판 지지부(20a)의 형태가 제2지지기둥(21)을 함몰하여 형성된 슬롯형(slot type)을 적용하는 것은 곤란하고, 제2지지기둥(21)으로부터 반도체 기판(100)의 가장자리의 하부로 소정 길이 연장 형성된 돌기형(protrusion)을 적용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 열처리 공정용 반도체 제조장치는, 기판 지지판을 이용하여 반도체 기판을 하부로부터 지지하기 때문에 대구경화된 반도체 기판도 휨현상(warpage) 없이 지지할 수 있다.
그리고, 열공정 중에 기판 지지판이 히트 싱크의 역할을 하기 때문에 균일한 온도 조절이 가능하여 공정 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 반도체 제조장치는, 기판 홀더를 지지하는 제1기판 로딩용 보트와 반도체 기판을 기판 홀더로부터 소정 높이 들어올릴 수 있는 제2기판 로딩용 보트로 구성된 듀얼보트를 적용하여, 기판 홀더를 언로딩(unloading)하지 않고서도 기판 홀더로부터 반도체 기판을 로딩 및 언로딩(loading/unloading)할 수 있다. 그리하여, 반도체 기판을 로딩 및 언로딩시에 소요 시간을 효과적으로 운용할 수 있다.
또한, 반도체 기판을 지지하는 기판 지지부의 형태를 적절히 변형하여 반도체 기판의 접촉면적을 최소화함으로써, 고온 공정 중에서 반도체 기판에 발생할 수 있는 기계적인 또는 물리적인 결함들을 방지할 수 있다.

Claims (22)

  1. 수직 관상의 반응튜브 내에 복수의 반도체 기판을 로딩하여 열처리 공정할 수 있는 열처리 공정용 반도체 제조장치에 있어서,
    상기 반응튜브 내에 장착되고, 수직 길이방향을 따라서 소정의 간격으로 형성되어 반도체 기판을 올려놓을 수 있는 판 상의 기판 홀더를 수용하는 복수의 홀더 지지부가 형성된 제1기판 로딩용 보트;
    상기 제1기판 로딩용 보트의 내측 또는 외측으로 인접 배치 및 장착되어 상기 기판 지지판 상의 반도체 기판을 지지할 수 있도록 하부에 형성된 기판 지지부를 갖는 제2기판 로딩용 보트;
    상기 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트를 하부에서 지지하도록 형성된 보트 캡;
    상기 보트 캡의 하부에서 상기 보트 캡을 지지하는 도어 플레이트; 및
    상기 제1기판 로딩용 보트와 제2기판 로딩용 보트 중에 어느 하나를 소정거리 상하로 이동시켜 상기 기판 지지판 상에 로딩된 상기 반도체 기판을 소정 높이로 이격시키는 리프팅 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2기판 로딩용 보트는, 상기 제1기판 로딩용 보트에 내측으로 인접하여 수용 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1기판 로딩용 보트는,
    내측으로 원기둥형의 수용공간이 형성되도록 적절히 배치된 적어도 세 개의 제1지지기둥;
    상기 제1지지기둥을 양측단에서 하나의 판 면상에 고정시키는 판상의 제1상부판 및 제1하부판; 및
    상기 기판 홀더를 수평으로 지지할 수 있도록 상기 제1지지기둥들에 상하 길이방향으로 소정의 일정한 간격을 가지고 상기 홀더 지지부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 홀더 지지부는, 상기 제1지지기둥들의 내측에 소정깊이 함몰 형성된 슬롯인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 홀더 지지부는, 상기 제1지지기둥으로부터 수직으로 소정길이 수용공간의 중심을 향하여 내측으로 돌출 형성된 돌기 지지부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2지지기둥은 소정의 작은 간격을 이격하여 각각 두 개씩 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2기판 로딩용 보트는,
    내측으로 원기둥형의 수용공간이 형성되도록 적절히 배치된 적어도 세 개의 제2지지기둥;
    상기 제2지지기둥을 양측단에서 하나의 판 면상에 고정시키는 판상의 제2상부판 및 제2하부판;
    상기 반도체 기판을 수평으로 지지할 수 있도록 상기 제2지지기둥들의 길이방향을 따라서 소정의 일정한 간격을 가지고 상기 기판 지지부들을 포함하는 것을특징으로 하는 반도체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 상기 제2지지기둥으로부터 내측으로 소정길이 돌출 형성된 돌기부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 돌기부는 수평 방향에 대해서 소정의 각도를 가지고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 상기 돌기부의 단부로부터 소정 높이 상향 연장된 지지돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 지지돌기는 그 단부에 수용공간의 중심을 향하여 외향 또는 내향으로 경사진 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 제2지지기둥에 함몰 형성된 슬롯인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬롯은, 상기 반도체 기판이 지지되는 하부면이 소정의 경사각을 가지고서 내측 방향으로 하향 경사져 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 경사각은 수평에 대해서 0.1°내지 89°인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더는,
    원형 판상으로 형성된 본체판;
    상기 본체판에 상기 제1기판 로딩용 보트 및 상기 기판 지지부가 상기 본체판을 상하로 통과할 수 있도록 외측으로 개방되어 형성된 열개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열개부는 상기 본체판의 가장자리로부터 중앙으로 소정 너비 연장되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 보트캡은 상기 제1 및 2기판 로딩용 보트의 하부를 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 구동장치는 정밀 제어가 가능한 모터 조절 방식이나, 상하 슬라이딩 이동 가능한 유압 실린더 방식인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 구동장치는 상기 제2기판 로딩용 보트의 하부와 연결되어 상기 제2기판 로딩용 보트를 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 구동장치는 상기 제1기판 로딩용 보트의 하부와 연결되어 상기 제1기판 로딩용 보트를 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 구동장치는 상기 제1기판 로딩용 보트와 상기 제2기판 로딩용 보트 사이의 상하 이동거리를 상기 제1기판 로딩용 보트에 형성된 상기 홀더 지지부들 사이의 너비 사이에서 조절될 수 있도록 제어하는 너비 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제2기판 로딩용 보트는 상기 제1기판 로딩용 보트의 외측으로 인접하여 배치되고, 상기 제2기판 로딩용 보트의 상기 기판 지지부는 돌기형으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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