KR20060077674A - 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 관한 것으로, 퍼니스에서 공정가스와 열을 가하여 웨이퍼 표면에 산화막이나 기타 증착막을 형성하기 위한 공정 진행시, 공정 중의 웨이퍼 온도를 정확하게 감지할 수 있어 보다 정밀한 제어가 가능한 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 다수의 웨이퍼를 적재하여 퍼니스로 로딩하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 있어서; 다수의 웨이퍼가 안착될 수 있도록 일정 간격으로 이격되어 설치되는 다수의 웨이퍼슬롯, 상기 웨이퍼슬롯을 지지하기 위하여 상기 다수의 웨이퍼슬롯의 일측 가장자리를 관통하여 설치되는 중공의 지지대, 상기 지지대의 중공 부분으로 삽입·설치되며 퍼니스 내부에서의 웨이퍼 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

반도체, 웨이퍼, 산화, 화학기상증착, 보트, 열전대

Description

온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트 { The semiconductor furnace boat with temperature sensor }

도 1은 수직형 퍼니스의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트의 사시도이다.

♧도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♧

1 -- 내부튜브 2 -- 외부튜브

3 -- 히터 4 -- 플랜지

5 -- 받침대 6 -- 가스배출구

7 -- 가스공급부 10 -- 보트

20 -- 웨이퍼슬롯 30 -- 지지대

40 -- 온도센서 41 -- 케이블

W -- 웨이퍼

본 발명은 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 관한 것으로, 퍼니스에서 공정가스와 열을 가하여 웨이퍼 표면에 산화막이나 기타 증착막을 형성하기 위한 공정 진행시, 공정 중의 웨이퍼 온도를 정확하게 감지할 수 있어 보다 정밀한 제어가 가능한 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 관한 것이다.

현대 사회에는 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드, 트랜지스터와 같은 반도체 소자 또는 이러한 소자가 집적된 회로기판이 포함된다. 위와 같은 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출하여 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하여 전기적 활성 영역을 형성하는 과정, 절연막 등 필요한 막을 증착하고 상기 활성영역을 금속배선을 통하여 전기적으로 연결하는 과정, 최종 제품을 위한 패키지 공정등이 포함된 일련의 과정을 거쳐서 제조된다.

위와 같은 일련의 공정을 위해서는 다양한 장비가 사용되는데, 그 중에는 웨이퍼를 고온에서 가열하는 장비로서 퍼니스(Furnace)가 있다. 상기 퍼니스가 사용되는 대표적인 공정으로는, 산화(Oxidation)와 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)이 있다. 산화는 고온에서 산소나 수증기를 주입하고 열을 가하여 실리 콘 웨이퍼 표면에 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성하는 공정으로, 이러한 산화막은 오염방지 또는 절연체로서 역할을 수행한다. 한편 화학기상증착은, 밀폐된 공간에 공정대상 웨이퍼를 장착한 후 화학소스를 공정가스 형태로 공급하여 확산에 의한 웨이퍼 표면에서의 화학반응을 유도하여 필요한 막을 형성하는 방법이다. 이러한 산화나 화학기상증착 공정에서는, 웨이퍼 표면과 공정가스와의 고온 화학 반응이 필수적이므로 고온 상태를 형성하는 퍼니스에서 공정이 진행된다.

반도체 공정에 사용되는 퍼니스는 크게 수직형과 수평형 두 가지로 구분되며, 도 1은 수직형 퍼니스의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 수직형 퍼니스는 내부튜브(Inner tube)(1), 외부튜브(Outer tube)(2), 히터(Heater)(3) 및, 플랜지(Flange)(4)가 구비된다. 상기 내부튜브(1)는 실질적인 공정이 진행되는 장소이며, 그 외측으로 하부가 개구된 외부튜브(2)에 의하여 밀폐된다. 상기 내부튜브(1)와 외부튜브(2)는 그 하부에 마련된 플랜지(4)에 장착되고, 상기 내부튜브(1)에는 웨이퍼(W)가 적재된 보트(10)가 로딩(loading)되면 이를 지지하도록 받침대(5)가 설치된다.

위와 같이 구성된 수직형 퍼니스에 의한 공정은, 플랜지(4)의 일측으로 마련된 가스배출구(6)로 내부의 가스가 흡입되어 내부튜브(1) 안을 진공으로 만들고, 플랜지(4)의 타측에 설치된 가스공급부(7)를 통해 공정가스가 공급되면, 상기 외부튜브(2)의 외측에 설치된 히터(3)가 작동하여 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하고 웨이퍼(W)상에는 공정가스의 소스물질이 반응하여 산화막 등이 형성되는 과정으로 진행된다.

그런데 반도체 소자는 매우 정밀한 제품이므로, 퍼니스 공정에 있어서도 웨이퍼(W)가 지나치게 높은 온도나 낮은 온도에서 공정이 진행되지 않도록 대단히 민감한 제어가 필요하다. 따라서 통상적으로 웨이퍼(W)의 온도를 감지하는 온도센서를 설치하고 이를 통하여 감지되는 온도로부터 퍼니스 내부를 적정 온도로 유지하도록 제어하게 된다.

그러나 종래의 퍼니스에서는 웨이퍼(W)의 근접한 위치에 온도센서를 장착할 만한 부위가 없어 온도센서를 내부튜브(1)의 외주면에 설치하였다. 따라서 온도센서에서 감지하는 온도와 웨이퍼(W)의 실제 온도와는 다소 차이가 있게 되어, 정밀한 온도 제어를 할 수 없게 된다. 만약 웨이퍼(W) 온도 감지의 오류로 적절한 온도 제어가 이루어지지 않는다면, 퍼니스 공정에서 웨이퍼(W)에 형성되는 막의 두께가 지나치게 두껍거나 얇게 되어, 막 테스트와 해당장비의 점검 및 세정작업을 실시해야 하고, 형성된 막을 제거한 후 두 단계 이전의 공정부터 다시 진행하는 리워크(rework)를 실시해야 하므로, 상당한 시간이 소모되어 막대한 생산성 저하를 초래하고 막의 두께가 불량한 웨이퍼(W)로 만들어진 제품은 품질이 떨어져서 제품에 대한 신뢰성을 감소시키는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명된 것으로, 퍼니스에서 웨이퍼가 적재되는 보트 부분의 구조를 개선하여 웨이퍼와 가장 인접한 위치에서 웨이퍼의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 된 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트는, 다수의 웨이퍼를 적재하여 퍼니스로 로딩하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 있어서; 다수의 웨이퍼가 안착될 수 있도록 일정 간격으로 이격되어 설치되는 다수의 웨이퍼슬롯, 상기 웨이퍼슬롯을 지지하기 위하여 상기 다수의 웨이퍼슬롯의 일측 가장자리를 관통하여 설치되는 중공의 지지대, 상기 지지대의 중공 부분으로 삽입·설치되며 퍼니스 내부에서의 웨이퍼 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 위와 같은 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 있어서, 상기 온도센서는 열전대(thermocouple) 온도측정기인 것을 특징으로 하며, 나아가 보다 효율적인 온도 제어를 위해 상기 온도센서는, 웨이퍼가 설치된 부분을 보트상에서 다수개의 균등한 영역으로 구분하고 구분된 각 영역마다 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 구성 및 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트의 사시도이다.

본래 보트(10)는 다수의 웨이퍼(W)를 적재하여 공정이 진행되는 퍼니스로 로 딩하는 역할을 수행하는 부품으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 웨이퍼(W)가 안착될 수 있도록 일정 간격으로 이격·설치되는 웨이퍼슬롯(20)과, 상기 웨이퍼슬롯(20)을 지지할 수 있도록 상기 웨이퍼슬롯(20)의 일측 가장자리를 관통하여 설치되는 3 ~ 4개의 지지대(30)로 이루어진다.

본 발명은 웨이퍼(W)의 온도를 감지하는 온도센서(40)를 장착할 수 있도록 위와 같은 보트(10)의 구조를 개선한 것으로, 구체적으로는 종래 단순히 웨이퍼슬롯(20)을 지지하기 위해 설치되었던 지지대(30)를 활용하여 상기 지지대(30)를 중공 원통형의 지지대(30)로 개선하고 중공부분으로 온도센서(40)를 삽입하여 설치한 것이다. 특히 온도센서(40)에는 온도를 감지하여 이를 퍼니스 내부의 온도를 컨트롤하는 제어부에 전달하는 케이블(41)이 연결되는데, 본 발명에서 중공 구조의 지지대(30)를 사용함으로써 지지대(30)의 내부에서 온도센서의 케이블을 보호할 수 있게 된다.

본 발명의 보트(10)는 구조 변경이 간단하여 종래에 사용되었던 보트(10)를 활용할 수 있다는 장점이 있다. 왜냐하면, 본 발명의 보트(10)는 중공형 지지대(30)를 설치하여 신규로 제작할 수도 있지만, 종래 사용되었던 보트(10)에 대해서도 중공형 지지대(30)를 추가하는 것만으로도 본 발명의 보트(10) 제작이 가능하기 때문이다. 중공형 지지대(30)를 추가하는 경우에는, 추가되는 부위는 웨이퍼(W)가 보트(10)에 안착될 때의 간섭을 고려하여, 보트(10)의 가장 안쪽 부분으로 웨이퍼(W)와의 접촉이 가장 적은 부분이 좋다.

한편 온도센서(40)를 지지대(30) 내부에 설치하는 방법은, 일반적인 주지관 용의 기술을 이용할 수 있으며, 가령 링을 이용하여 온도센서(40)를 고정한 후 체결부재로 체결하여 설치할 수 있다.

본 발명의 온도센서(40)는, 퍼니스 공정이 진행되는 약 1000 ℃ 정도의 고온을 감지할 수 있어야 하며 또한 지지대(30)의 중공 부분에 설치될 수 있을 정도의 크기이어야 하는데, 이러한 조건을 충족시키는 일례로 열전대 온도측정기가 사용될 수 있다. 열전대(thermocouple)는 열전쌍이라고도 하는데 두 개의 서로 다른 금속을 고리모양으로 붙여놓은 것으로, 제베크 효과를 응용한 장치이다. 즉, 2 종류의 금속이나 반도체의 양끝을 연결하여 폐회로를 만들고 2 개의 접합점의 온도가 다르면 폐회로에 전류가 흐름을 이용하여, 전류에 따라 온도를 감지하는 장치이다.

그런데 퍼니스 내부는 온도가 완전한 평형(equilibrium) 상태에 도달했다고 보기는 어려우므로, 온도센서(40)를 단수로 설치하기 보다는 복수로 설치함이 바람직하다. 그러나 고가의 온도센서(40)를 무조건 많이 설치할 수는 없으므로 효율적인 범위에서 제한해야 한다. 가령 화학기상증착 공정에서는 최대 175매의 웨이퍼(W)가 적재될 수 있는데, 대략 4 ~ 6개 정도의 영역으로 구분하여 제어하게 되고, 만약 5개 영역이라면, 상부(Top Zone), 상부중간(Top Center Zone), 센터(Center Zone), 하부중간(Bottom Center Zone), 하부(Bottom Zone)로 영역을 구분하므로, 각 영역의 중심부에 한 개씩의 온도센서(40)를 설치하면 된다.

이상으로 본 발명 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 살펴보았지만, 본 발명은 웨이퍼와 가장 근접한 위치에서 웨이퍼의 온도를 감지할 수 있도록 보트에 온도센서를 설치한다는 점을 특징으로 하므로, 이는 산화 또는 화학기상증착 등 퍼니스에서 진행되는 모든 공정에 적용될 수 있으며 또한 수직형 및 수평형 등 퍼니스의 형태에 상관없이, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변형하거나 모방하여 사용할 수 있음은 자명하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 의하면, 퍼니스 내부의 웨이퍼에 최대한 인접한 위치에서 웨이퍼의 온도를 측정함으로써 웨이퍼의 상태를 정확하게 감지할 수 있게 되어, 온도에 민감한 어떠한 공정에 대해서도 정밀한 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 다수의 웨이퍼를 적재하여 퍼니스로 로딩하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트에 있어서;

   다수의 웨이퍼가 안착될 수 있도록 일정 간격으로 이격되어 설치되는 다수의 웨이퍼슬롯, 상기 웨이퍼슬롯을 지지하기 위하여 상기 다수의 웨이퍼슬롯의 일측 가장자리를 관통하여 설치되는 중공의 지지대, 상기 지지대의 중공 부분으로 삽입·설치되며 퍼니스 내부에서의 웨이퍼 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온도센서는 열전대(thermocouple) 온도측정기인 것을 특징으로 하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 보다 효율적인 온도 제어를 위해 상기 온도센서는, 웨이퍼가 설치된 부분을 보트상에서 다수개의 균등한 영역으로 구분하고 구분된 각 영역마다 설치되는 것을 특징으로 하는 온도센서 내장형 반도체 퍼니스 보트.

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