KR20060010318A - An apparatus for chemical vapor deposition - Google Patents
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Abstract
생산설비의 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학기상증착장치에 대하여 개시한다. 그의 장치는, 반응 가스 공급부에서 공급되는 반응가스가 상부에서 하부로 유동되도록 돔 형상으로 형성된 외부튜브와, 상기 외부튜브의 외곽을 둘러싸고 원통형으로 형성된 히터와, 상기 히터와 유사한 높이를 갖고 상기 외부튜브의 내주면을 따라 형성된 내부튜브와, 상기 내부튜브의 내부에서 다수개의 웨이퍼가 삽입되는 슬롯이 형성된 프레임의 최상단 및 최하단에 각각의 사이드 더미 웨이퍼가 고정장착된 보트를 포함하여 이루어진다.
Disclosed is a chemical vapor deposition apparatus capable of increasing or maximizing the productivity of a production facility. The apparatus includes an outer tube formed in a dome shape so that the reaction gas supplied from the reactant gas supply part flows from top to bottom, a heater formed in a cylindrical shape surrounding the outer tube of the outer tube, and having a height similar to that of the outer tube. It includes an inner tube formed along the inner circumferential surface of the boat, each side dummy wafer is fixedly mounted on the top and bottom of the frame is formed with a slot into which a plurality of wafers are inserted in the inner tube.
화학기상증착장치, 내부튜브, 외부튜브, 사이드 더미 웨이퍼(side dummy wafer), 보트(boat)Chemical Vapor Deposition System, Inner Tube, Outer Tube, Side Dummy Wafer, Boat
Description
도 1 은 종래 기술에 따른 화학 기상증착장치를 개략적으로 나타낸 구성단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 개략적으로 나타낸 구성단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
102 : 웨이퍼 104 : 보트102: wafer 104: boat
106 : 가스 공급관 108 : 제 1 열전대106: gas supply pipe 108: first thermocouple
110 : 내부 튜브 112 : 외부 튜브110: inner tube 112: outer tube
114 : 피스톤 116 : 배출관114: piston 116: discharge pipe
118 : 히터 120 : 반사판118: heater 120: reflector
122 : 슬롯 124 : 프레임122: slot 124: frame
128 : 제2 열전대 130 : 사이드 더미 웨이퍼
128: second thermocouple 130: side dummy wafer
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼 상에 박막을 형성하기 위한 화학기상증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on a semiconductor wafer.
일반적으로 반도체 집적회로는 집적회로에 포함될 전자부품과 그 접속부분들을 모두 미세한 패턴으로 만들어서 여러 층의 재료 속에 그려 넣는 방식으로 제작된다. 즉, 반도체 집적회로는 먼저 실리콘 단결정으로부터 실리콘 웨이퍼를 제작하고 상기 웨이퍼의 표면에 전자회로를 형성(wafer fabrication, 이하 FAB 단계)한 후, 상기 웨이퍼 상의 칩을 개개로 잘라서 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하고 동작이상 유무를 검사함으로써 완성된다.In general, semiconductor integrated circuits are fabricated by drawing all the electronic components and their connecting parts in a fine pattern into multiple layers of material. That is, a semiconductor integrated circuit first fabricates a silicon wafer from a silicon single crystal, forms an electronic circuit on the surface of the wafer (wafer fabrication, or FAB step), and then cuts the chips on the wafer individually and combines them with a lead frame to produce a finished product. It is completed by assembling and checking for abnormal operation.
상기 FAB 단계는 상기 웨이퍼의 표면에 반도체 소자를 형성하기 위한 박막층을 형성한 후, 상기 박막층을 원하는 형태로 패터닝함으로써 웨이퍼 상에 소정의 기능을 달성할 수 있는 전자회로를 형성하게 된다. 따라서, 상기 박막층의 두께가 균일하지 않은 경우, 웨이퍼 상에 잔류응력을 초래하여 전자회로의 안정성을 저해하게 된다. In the FAB step, after forming a thin film layer for forming a semiconductor device on the surface of the wafer, the thin film layer is patterned into a desired shape to form an electronic circuit capable of achieving a predetermined function on the wafer. Therefore, when the thickness of the thin film layer is not uniform, it causes residual stress on the wafer, which hinders the stability of the electronic circuit.
반도체 제조공정에서 박막을 형성하는 가장 일반적인 방법은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)방법이다. 특히 열 CVD는 웨이퍼의 표면으로 공급된 반응가스들이 가열된 웨이퍼 위에서 화학반응을 통해 박막을 형성하는 방법으로서 박막 형성에 가장 널리 이용되는 방법이다. 상기 열 CVD 공정은 내부에 인가되는 압력을 기준으로 상압 CVD와 저압 CVD로 구분되며, 특히 집적도가 증가함에 따라 반도체 집적회로의 배선물질로 많이 사용되는 폴리사이드(Polycide)를 형성하기 위한 고융점 금속의 실리사이드의 증착은 저압 화학기상증착(Low Pressure CVD) 공정에 의해 이루어진다.The most common method of forming a thin film in a semiconductor manufacturing process is chemical vapor deposition (CVD). In particular, thermal CVD is a method of forming a thin film by chemical reaction on a heated wafer in which reaction gases supplied to the surface of the wafer are most widely used for thin film formation. The thermal CVD process is classified into atmospheric pressure CVD and low pressure CVD based on the pressure applied therein. In particular, as the degree of integration increases, a high melting point metal for forming polycide, which is frequently used as a wiring material of a semiconductor integrated circuit, is formed. The deposition of the silicide of is by a low pressure CVD process.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 화학기상증착장치를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a chemical vapor deposition apparatus according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 화학 기상증착장치를 개략적으로 나타낸 구성 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 화학기상증착장치는 소정의 내부공간이 형성된 원통형상의 내부튜브(10)와 내부튜브(10)를 커버링(Covering)하는 돔형의 외부튜브(12)로 이루어지는 공정챔버를 포함하며, 상기 외부튜브(12)의 외측에는 니크롬과 같은 열선을 이용하여 상기 외부튜브(12) 및 내부튜브(10) 내부의 온도를 상승시키는 히터(26)와, 다수개의 웨이퍼(18)를 탑재하고 피스톤(14)과 같은 이동수단에 의해 상기 공정챔버의 내외로 이동되는 보트(boat, 16)를 포함하여 이루어진다.As illustrated in FIG. 1, the conventional chemical vapor deposition apparatus includes a cylindrical
여기서, 상기 히터(26)는 외부전원을 공급받아 발열하고 상기 내부튜브(10) 및 외부튜브(12) 내부의 온도를 상승시킨다. 도시하지는 않았지만, 상기 히터(26)의 발열을 감지하는 제 2 열전대(28)가 상기 히터(26)의 내부 측벽에 형성되어 있기 때문에 상기 히터(26)는 상기 내부 튜브(10) 및 외부 튜브(12)에 균일한 온도가 되도록 제어된다. 또한, 상기 반응가스를 이용한 상기 웨이퍼(18) 상에 박막의 형성 시 상기 웨이퍼(18) 표면의 온도를 간접 측정하기 위해 웨이퍼(18)에 근접하는 부분의 온도를 감지하는 제 1 열전대(24)가 있다. 그리고, 상기 내부튜브(10)의 내측에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급관(20)이 수직으로 형성되어 있고, 상기 반응가스 공급관(20)이 형성된 타측의 상기 외부튜브(12)의 하부에 반응가스를 배기하는 배출관(22)이 형성되어 있다. Here, the
이때, 상기 반응가스 공급관(20)은 상기 보트(16)의 상부에서 하부로 반응 가스가 유동되어, 상기 보트(16)에 삽입된 다수개의 상기 웨이퍼(16)에 균일한 반응가스가 유동되도록 상기 보트(16)의 상부까지 상기 반응가스를 공급한다. At this time, the reaction
반면, 상기 내부튜브(10) 하부로의 방열과 더물어 반응가스의 원활한 흐름을 유도하기 위한 방열판(21)이 상기 피스톤(14)의 상부에 형성되어 있다. 이때, 상기 보트(16)는 상기 방열판(21)에서 수직으로 형성된 복수개의 프레임(32)과, 상기 복수개의 프레임(32)에 의해 수평으로 다수개의 상기 웨이퍼(18)가 삽입될 수 있도록 다수개의 슬롯(34)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 반응가스 공급관(20)에 인접하는 보트(16)의 최상단과, 상기 방열판(21)에 인접하는 상기 보트의 최하단에서 유동되는 반응 가스의 변화가 심하여 막질의 균일성이 떨어지기 때문에 증착공정이 요구되는 상기 웨이퍼(18)와 동일 또는 유사한 재질 및 크기를 갖는 사이드 더미(side dummy) 웨이퍼(30)가 상기 보트(16)의 최상단 및 최하단에 장착(charge)된다. 이때, 상기 사이드 더미 웨이퍼(30)는 상기 보트(30) 내에 삽입되는 상기 웨이퍼(18)를 로딩 또는 언로딩하는 로봇에 의해 반송되어 주기적으로 세정된다.On the other hand, the
따라서, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는, 보트(16)의 최상단과 최하단에 각각의 사이드 더미 웨이퍼(30)를 장착하여 반응 가스의 변화에 따른 증착공정불량을 방지할 수 있고, 증착공정이 완료된 웨이퍼와 함께 로봇에 의해 상기 사이드 더미 웨이퍼(30)를 주기적으로 언로딩하고, 세정하여 상기 사이드 더미 웨이퍼 (30)에서 발생되는 폴리머 성분 또는 미세 입자를 방지할 수 있다. Therefore, the chemical vapor deposition apparatus according to the prior art, by mounting the respective side dummy wafer 30 at the top and bottom of the
하지만, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the chemical vapor deposition apparatus according to the prior art had the following problems.
첫째, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는 로봇에 의해 보트(16) 내에 탑재되는 증착 공정을 요하는 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 시간뿐만 아니라, 사이드 더미 웨이퍼(30)의 로딩 또는 언로딩 시간을 요하기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.First, the chemical vapor deposition apparatus according to the prior art requires loading and unloading time of the side dummy wafer 30 as well as loading and unloading time of the wafer requiring a deposition process mounted in the
둘째, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는 보트(16)의 최상단 및 최하단에 탑재되는 사이드 더미 웨이퍼(30)를 일반적인 실리콘 재질의 상기 웨이퍼(18)를 사용하여 폴리 실리콘막을 증착할 경우, 단결정 실리콘 재질의 웨이퍼(18) 상에 열팽창계수의 차이가 큰 폴리 실리콘막이 형성되어 다량의 파티클을 유발시키고, 상기 사이드 더미 웨이퍼(30)의 세정 주기가 감소하기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
Second, the chemical vapor deposition apparatus according to the prior art, when the side dummy wafer 30 mounted on the top and the bottom of the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사이드 더미 웨이퍼의 로딩 또는 언로딩 시간을 제거하여 생산성을 높일 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a chemical vapor deposition apparatus that can increase the productivity by removing the loading or unloading time of the side dummy wafer.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 폴리실리콘의 열팽창계수 차이가 작은 재질의 사이드 더미 웨이퍼를 사용하여 소량의 파티클을 유발시키고, 사이드 더미 웨이퍼 의 세정주기를 증가시켜 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to produce a small amount of particles using a side dummy wafer of a material having a small difference in coefficient of thermal expansion of polysilicon, and to increase the cleaning cycle of the side dummy wafer to increase or maximize productivity To provide a vapor deposition apparatus.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 화학기상증착장치는, 반응 가스 공급부에서 공급되는 반응가스가 상부에서 하부로 유동되도록 돔 형상으로 형성된 외부튜브와, 상기 외부튜브의 외곽을 둘러싸고 원통형으로 형성된 히터와, 상기 히터와 유사한 높이를 갖고, 상기 외부튜브의 내주면을 따라 형성된 내부튜브와, 상기 내부튜브의 내부에서 다수개의 웨이퍼가 삽입되는 슬롯이 형성된 프레임의 최상단 및 최하단에 각각의 사이드 더미 웨이퍼가 고정장착된 보트를 포함함을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the chemical vapor deposition apparatus, an outer tube formed in a dome shape so that the reaction gas supplied from the reaction gas supply unit flows from the top to the bottom, and surrounds the outer tube and the outer cylinder A side dummy formed at a top end and a bottom end of a frame having a heater formed in the inner side, having a height similar to that of the heater, and having an inner tube formed along an inner circumferential surface of the outer tube, and a slot into which a plurality of wafers are inserted in the inner tube. And the wafer includes a boat on which the wafer is fixed.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 개략적으로 나타낸 구성단면도이다.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 반응 가스 공급부에서 공급되는 반응가스가 상부에서 하부로 유동되도록 돔 형상으로 형성된 외부튜브(112)와, 상기 외부튜브(112)의 외곽을 둘러싸고 원통형으로 형성된 히터(118)와, 상기 히터(118)와 유사한 높이를 갖고, 상기 외부튜브(112)의 내주면을 따라 형성된 내부튜브(110)와, 상기 내부튜브(110)의 내부에서 다수개의 웨이퍼(102)가 삽입되는 슬롯(slot, 122)이 형성된 복수개의 프레임(frame, 124)의 최상단 및 최하단에 각각의 사이드 더미 웨이퍼(130)가 고정장착된 보트(104)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention includes an
여기서, 상기 반응 가스 공급부에서 공급되는 상기 반응가스는 실란(SiH4)과 인(PH3)이 혼합된 혼합가스로서 상기 내부튜브(110)의 하부에서 상부로 연결된 가스 공급관(106)을 따라 공급된다. 이때, 상기 반응가스는 상기 보트(104)의 상부에서 하부로 반응가스가 유동되고, 상기 내부튜브(110)의 내부 하측에 형성된 방열판(120)을 통해 원할 하게 유동된다. 또한, 상기 보트(104)는 상기 내부튜브(110)의 내부에서 수직으로 형성된 복수개의 상기 프레임(124)에 형성된 슬롯(122)에 의해 다수개의 웨이퍼(102)를 수평으로 탑재하고 있다. 이때, 다수개의 웨이퍼(102)가 탑재된 상기 보트(104)가 피스톤(114)와 같은 이동수단에 의해 상기 내부튜브(110) 의 내부에 삽입되면 배출관(116)을 통한 펌핑에 의해 상기 외부튜브(112)의 내부가 소정의 진공압으로 설정되고, 상기 히터(118)의 발열에 의해 상기 외부튜브(112) 및 내부튜브(110)의 내부가 소정의 온도를 갖는다. 또한, 상기 가스 공급관(106)을 통하여 반응가스가 유입됨에 의해 상기 보트(104) 내에 탑재된 다수개의 상기 웨이퍼에 증착공정이 진행된다. 이때, 상기 히터(118)의 발열은 상기 히터(118)의 측벽과 상기 내부튜브(110)의 내부에 형성된 제 1 및 제 2 열전대(108, 128)에서 감지된 온도감지신호를 이용하여 제어될 수 있다.Here, the reaction gas supplied from the reaction gas supply unit is a mixed gas in which silane (SiH 4) and phosphorus (PH 3) are mixed, and is supplied along a
그리고, 상기 보트(104)의 최상부 및 최하부에는 증착공정 시 상기 가스 공급관(106) 또는 상기 방열판(120)에 인접하는 부분에서의 상기 반응가스의 유동변화에 따른 증착공정 불량을 방지하기 위해 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)가 고정적으로 장착되어 있다. 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)는 탄화실리콘(SiC) 재질로 이루어진다. 이때, 상기 탄화실리콘 재질의 사이드 더미 웨이퍼(130) 상에 상기 반응가스에 의해 폴리 실리콘 박막이 형성될 경우, 상기 폴리 실리콘과 상기 탄화실리콘은 열팽창계수의 차이가 작기 때문에 상기 사이드 더미 웨이퍼(130) 상에 폴리 실리콘 박막이 종래에 비해 두껍게 형성되더라도, 열팽창계수의 차이에 의해 상기 사이드 더미 웨이퍼(130) 상에서 발생되는 파티클(particle)을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 상기 탄화실리콘 재질의 사이드 더미 웨이퍼(130) 상에 약 15000Å이상의 폴리 실리콘이 형성된 후 상기 사이드 더미 웨이퍼를 세정할 수 있다.In addition, the top and bottom of the
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 사이드 더미 웨이퍼(130)를 폴리 실리콘과의 열팽창계수 차이가 작은 탄화실리콘 재질로 형성하여 파티클을 감소 시키고, 사이드 더미 웨이퍼(130)의 세정주기를 증가시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.Accordingly, the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention forms the
한편, 상기 화학기상증착장치는 일정 매수의 웨이퍼(102)의 증착공정완료 또는 일정사용시간의 경과 이후 세정액(예를 들어 불산(HFSC1))을 사용하여 상기 내부튜브(110), 외부튜브(112) 및 보트에 발생된 폴리 실리콘과 같은 반응물을 세정하는 예방정비가 이루어진다.Meanwhile, the chemical vapor deposition apparatus uses the cleaning solution (for example, hydrofluoric acid (HFSC1)) after completion of a deposition process of a predetermined number of
또한, 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)의 세정주기가 상기 예방정비이상으로 증가할 경우, 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)를 상기 예방정비 시 함께 세정할 수 있다. 예컨대, 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)가 고정적으로 장착되는 보트(104)는 세정액 속에 담겨짐에 의해 상기 사이드 더미 웨이퍼(130) 및 보트(104)가 함께 세정되도록 할 수 있다. 이때, 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)는 전기 용접과 같은 연결방법에 의해 상기 보트(104)에 고정적으로 장착될 수 있다.In addition, when the cleaning cycle of the
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 사이드 더미 웨이퍼(130)를 상기 보트(104)에 고정적으로 장착하여 화학기상증착장치의 예방정비 시 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)를 세정할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 사이드 더미 웨이퍼의 세정에 따른 로봇의 사이드 더미 웨이퍼(130) 로딩 또는 언로딩 시간을 요하지 않기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.Therefore, the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, by mounting the
본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한 다 할 것이다.
Although the present invention has been described in detail only with respect to specific embodiments, it is apparent to those skilled in the art that modifications or changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention, and such modifications or changes belong to the claims of the present invention. Will do it.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 사이드 더미 웨이퍼를 보트에 고정적으로 장착하여 화학기상증착장치의 예방정비 시 상기 사이드 더미 웨이퍼(130)를 세정함에 의해 종래의 사이드 더미 웨이퍼의 세정에 따른 로봇의 사이드 더미 웨이퍼 로딩 또는 언로딩 시간을 요하지 않기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the side dummy wafer is fixedly mounted on the boat to clean the
또한, 사이드 더미 웨이퍼를 폴리 실리콘과의 열팽창계수 차이가 작은 탄화실리콘 재질로 형성하여 파티클을 감소시키고, 사이드 더미 웨이퍼의 세정주기를 증가시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the side dummy wafer is formed of a silicon carbide material having a small difference in coefficient of thermal expansion from polysilicon, it is possible to reduce particles and increase the cleaning period of the side dummy wafer, thereby increasing or maximizing productivity.
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