KR20060081524A - 보트 어셈블리 - Google Patents

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KR20060081524A
KR20060081524A KR1020050001999A KR20050001999A KR20060081524A KR 20060081524 A KR20060081524 A KR 20060081524A KR 1020050001999 A KR1020050001999 A KR 1020050001999A KR 20050001999 A KR20050001999 A KR 20050001999A KR 20060081524 A KR20060081524 A KR 20060081524A
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Abstract

종형로를 사용하는 웨이퍼 가공 장치의 보트 어셈블리는 다수의 웨이퍼가 적재되는 보트, 상기 보트의 하부에서 되어 상기 보트를 지지하며 내부에 다수의 슬롯이 형성되는 홀더 및 상기 홀더의 슬롯에 삽입되며 상기 홀더의 하부로의 열 손실을 보상하기 위한 다수의 단열판을 포함하고, 상기 보트, 홀더 및 단열판은 일체로 형성된다. 상기 보트 어셈블리는 탄화규소 재질로 형성한다. 따라서 상기 보트 어셈블리를 반영구적으로 사용할 수 있고, 웨이퍼 가공 장치의 정비시 해체가 용이하다.

Description

보트 어셈블리{Boat assembly}
도 1은 종래 기술에 따른 보트 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 보트 어셈블리를 구비한 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 보트 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 공정 챔버 112 : 외측 튜브
114 : 내측 튜브 116 : 매니폴드
120 : 히터 130 : 반응 가스 제공부
140 : 진공 제공부 150 : 축
160 : 캡 200 : 보트 어셈블리
210 : 보트 212 : 제1 플레이트
214 : 제1 지지바 216 : 제1 슬롯
218 : 제2 플레이트 220 : 홀더
222 : 제3 플레이트 224 : 제2 지지바
226 : 제2 슬롯 228 : 제4 플레이트
230 : 단열판 W : 웨이퍼
본 발명은 웨이퍼 가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 상에 반도체 장치 제조를 위한 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버로 상기 웨이퍼를 적재한 상태에서 이송하기 위한 보트 어셈블리에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 웨이퍼으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 막을 형성하는 증착 공정은 크게 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition ; PVD)과 화학 기상 증착으로 나누어진다. 상기 화학 기상 증착 공정은 공정 챔버 내부로 제공되는 가스의 화학 반응에 의해 반도체 웨이퍼 상에 막을 형성하는 공정으로 온도, 압력, 반응 가스의 상태 등과 같은 공정 조건에 의해 다양하게 분류된다.
상기 화학 기상 증착 공정 중에서 저압 화학 기상 증착(PLCVD) 공정은 반도체 웨이퍼 상에 막이 형성될 때 공정 챔버 내부의 압력이 200 내지 700mTorr로 저압이며, 단순히 열 에너지를 사용하여 반응을 진행한다. 저압 화학 기상 증착 공정의 장점은 막의 균일도 및 스텝 커버리지(step coverage)가 좋고, 양질의 막을 한번에 많은 수량의 반도체 웨이퍼 상에 형성할 수 있으며, 다결정실리콘층과 질화막 및 산화막 증착에 널리 사용되고 있다. 저압 화학 기상 증착 장치는 공정 챔버의 형태에 따라 종형 또는 횡형으로 구분되는데, 현재에는 종형의 저압 화학 기상 증착 장치가 설치공간을 적게 차지하는 장점을 갖고 있어 주로 이용된다. 상기 종형의 저압 화학 기상 증착 장치는 고온 진공 분위기에서 공간 내로 소스 가스를 투입하게 되면 투입된 가스가 서로 반응하여 반응물질을 형성하면서 동시에 진공 공간에서 확산되어 그 과정 속에서 웨이퍼 상에 막으로 적층되는 현상을 이용하는 것이다.
상기 종형의 저압 화학 기상 증착 장치로는 히터 벽체 내부 공간에 석영의 튜브를 설치하고 이 튜브 내에 웨이퍼를 넣어 고온의 공정 환경을 만들어주는 종형로(vertical type furnace)가 가장 많이 사용된다. 상기 종형로는 대량의 웨이퍼가 한꺼번에 공정 공간에 투입되는 배치(batch)방식이 사용되며, 반도체장치 제조 공정상 열산화막을 형성하거나, 주입된 원소를 확산시키는 확산로로서 많이 사용된다.
상기 종형 저압 화학 기상 증착 장치의 일 예는 우치야마(Uchiyama, et.al) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,902,406호에 개시되어 있다.
상기 종형 저압 화학 기상 증착 장치는 크게 종형의 가열로와 상기 가열로에 수납되는 보트 어셈블리(boat assembly)로 구성된다. 상기 가열로는 다시 원통형의 내측 튜브(inner tube)와 상기 내측 튜브의 외측에서 일정한 간격을 두고 형성되는 캡형상의 외측 튜브(outer tube)로 이루어지는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 하단에 결합되는 매니폴드(manifold)로 구성된다. 상기 외측 튜브의 외측에는 상기 가열로의 내측 공간을 가열하는 히터가 구비된다.
한편 가열로 하부의 개구를 통해 보트 어셈블리가 출입한다. 상기 보트 어셈블리는 엘리베이터에 의해서 승강이 가능하도록 구비된다.
도 1은 종래 기술에 따른 보트 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면 보트 어셈블리는 다수의 웨이퍼(W)를 적재하여 이송하기 위한 보트(10), 상기 보트(10)의 하부에 구비되어 상기 보트(10)를 지지하며 내부에 다수의 슬롯이 형성되는 홀더(20) 및 상기 홀더(20)의 슬롯에 삽입되며 상기 홀더(20) 하부에서의 열 손실을 보상하기 위한 다수의 단열판(30)으로 구성된다.
상기 보트(10), 홀더(20) 및 단열판(30)은 각각 분리가 가능하도록 구비되어 있다. 따라서 상기 보트 어셈블리의 정비시 상기 보트(10), 홀더(20) 및 단열판(30)을 분리하여 운반하고, 다시 조립하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
상기 단열판(30)이 석영 재질로 되어 있어 상기 단열판(30)을 반복하여 정비하는 경우 상기 단열판(30)이 세정액 등에 의해 식각된다. 따라서 상기 단열판(30)은 일정 기간 사용하면 교체하여야 한다.
또한 상기 단열판(30)은 작업자가 직접 상기 홀더(20)에 장착하므로 파티클 발생 원인을 제공할 소지가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정비시 분리, 운반, 조립에 걸리는 시간을 줄일 수 있는 보트 어셈블리를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 보트 어셈블리는 다수의 웨이퍼를 적재하여 이송하기 위한 보트를 구비한다. 홀더는 상기 보트의 하부에 구비되어 상기 보트를 지지하며, 내부에 다수의 슬롯이 형성된다. 다수의 단열판은 상기 홀더의 슬롯에 삽입되며, 상기 홀더 하부에서의 열 손실을 보상한다. 상기 보트, 홀더 및 단열판은 일체로 형성된다.
상기 보트 어셈블리는 탄화 규소 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 보트 어셈블리는 상기 보트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 가공 장치의 정비시 상기 웨이퍼 가공 장치로부터 분리 및 이송 그리고 정비 후의 조립이 용이하다. 또한 상기 보트 어셈블리는 탄화 규소 재질로 형성되어 상기 정비 시 세정액에 의해 거의 식각되지 않으므로 반영구적으로 사용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보트 어셈블리에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 보트 어셈블리를 구비한 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼 가공 장치(100)는 공정 챔버(110), 진공 제공부(140), 반응 가스 제공부(130) 및 보트 어셈블리(200)를 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 내부 튜브(114), 외부 튜브(112) 및 매니폴드(116)를 포함한다. 상기 내부 튜브(114) 및 외부 튜브(112)는 석영 재질로 형성되며, 소정 간격을 두고 수직방향으로 연장되어 구비된다.
상기 내부 튜브(114)는 상부와 하부가 각각 개방된 형태의 원통형이다. 반면에 외측 튜브(112)는 내부 및 외부 공기의 유입을 차단할 수 있도록 밀폐된 형태로 이루어져 있다. 공정 챔버(110)는 내측 튜브(114)의 내부에 다수 매의 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 보트(130)를 수용하고, 가스 제공부(130) 및 진공 제공부(140)가 연결되며, 내측 튜브(114) 및 외측 튜브(112)를 지지하는 매니폴드(116)를 포함한다.
상기 매니폴드(116)는 주로 스테인레스 스틸로서 이루어지며, 상단부는 상기 외측 튜브(112)의 하단부와 플랜지 결합되고, 하방으로 수직 연장되는 내측면에는 상기 내측 튜브(114)의 하단부가 결합된다.
상기 외측 튜브(112)의 외측에는 외측 튜브(112) 및 내측 튜브(114) 내부의 온도를 웨이퍼를 가공하기 위한 공정 온도로 유지하기 위한 히터(140)가 구비된다. 상기 히터(140)는 외부 튜브(114)의 둘레에 외벽체를 이루도록 구비되어 상기 공정 챔버(110) 내부를 가열한다. 상기 히터(140)에는 전기적인 가열 제어를 하기 위하여, 가열 제어장치가 접속되어 있다. 상기 공정 챔버(110)의 공정 온도는 화학 기상 증착 공정에는 500 내지 1000℃로, 또 산화공정이나 확산 공정에서는 800 내지 1200℃로 설정되어 있다.
상기 진공 제공부(140)는 상기 매니폴드(116)와 연결된 진공 라인(142)과, 메인 밸브(144) 및 진공 펌프(146)를 포함한다. 상기 메인 밸브(154)는 상기 웨이퍼 가공 공정 도중에 상기 공정 챔버(110) 내부의 압력을 조절하고, 상기 공정 챔버(110) 내부를 퍼지 가스로 세정시에는 폐쇄되어 세정에 의한 불순물이 상기 진공 펌프(146)로 유입되지 않도록 한다. 한편, 상기 진공 라인(142)에는 세정에 의한 불순물을 배출하기 위한 배출구(미도시)가 형성된다. 상기 배출구는 웨이퍼 가공 공정 도중에는 폐쇄되고, 세정 도중에는 개방된다.
상기 배출구는 상기 진공 라인(142) 뿐만 아니라 상기 내측 튜브(114) 및 외측 튜브(112) 하부의 매니폴드(116)에도 구비되어 상기 웨이퍼 가공 공정의 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출한다.
상기 가스 제공부(130)는 웨이퍼 가공 공정을 위한 반응 가스를 공정 챔버(110)로 공급한다. 예를 들어 상기 가스 제공부(130)는 반도체 웨이퍼(W) 상에 질화막을 형성하기 위해 디클로로실란 가스와 암모니아 가스를 공정 챔버(110)로 제공한다. 상기 가스 제공부(130)와 연결된 각각의 제공 라인에는 유량 제어부(미도시)와 에어 밸브(미도시)가 각각 설치되어 유량이 제어된다.
도 3은 도 2에 도시된 보트 어셈블리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 보트 어셈블리(200)는 보트(210), 홀더(220) 및 단열판(230)이 일체로 구성된다.
상기 보트(210)는 상기 공정 챔버(110), 구체적으로 상기 내측 튜브(114)의 내부에 다수의 웨이퍼(W)를 로딩하기 위한 것으로, 원판 형상의 제1 플레이트(212)와 제2 플레이트(218)를 가지며 그 사이에는 복수개, 통상 3개 또는 4개의 제1 지지바(214)가 수직으로 개재되어 있다.
상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)는 서로 동일한 지름을 가진다. 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)의 지름은 상기 웨이퍼(W)들을 적재하기 위해 상기 웨이퍼(W)의 지름보다는 크며, 상기 내측 튜브(114)의 내부로 삽입되기 위해 상기 내측 튜브(114)의 내측 지름보다는 작다.
상기 제1 지지바(214)는 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)의 가장자리를 따라 구비된다. 구체적으로 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)에 웨이퍼(W)와 동일한 지름을 갖는 가상원을 동심원 형태로 겹치는 경우, 상기 제1 지지바(214)는 상기 가상원의 원주를 따라 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)에 구비된다. 또한 상기 제1 지지바(214)는 상기 웨이퍼(W)가 삽입될 수 있도록 상기 가상원의 원주 중 절반에만 구비된다.
상기 각각의 제1 지지바(214)에는 높이방향으로 소정 간격을 가지는 다수의 제1 슬롯(216)이 형성된다. 상기 다수의 제1 슬롯(216)은 상기 각각의 제1 지지바(214)에서 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)의 중심을 향한 부위에 형성된다. 상기 제1 지지바(214)의 제1 슬롯(216)에 상기 제1 및 제2 플레이트(212, 218)와 평행하도록 다수의 웨이퍼(W)가 적재된다.
상기 보트(210)는 탄화규소(SiC) 재질로 형성된다. 탄화규소 재질로 형성된 보트(210)는 세정시 식각액이나 세정액에 의해 거의 식각되지 않는다.
상기 홀더(220)는 상기 보트(210)의 하부에 구비되어 상기 보트(210)를 지지하기 위한 것으로, 원판 형상의 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)를 가지며 그 사이에는 복수개, 통상 3개 또는 4개의 제2 지지바(224)가 수직으로 개재되어 있다.
상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)는 서로 동일한 지름을 가진 다. 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)의 지름은 상기 내측 튜브(114)의 내부로 삽입되기 위해 상기 내측 튜브(114)의 내측 지름보다는 작다. 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)의 지름은 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)의 지름과 동일하도록 형성될 수 있지만 상기 제1 플레이트(212) 및 제2 플레이트(218)의 지름보다 작도록 형성되어도 무방하다.
상기 제2 지지바(224)는 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)의 가장자리를 따라 구비된다. 구체적으로 상기 제2 지지바(224)는 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)의 지름보다 작은 지름을 가지며 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)와 동심원 형태의 가상원의 원주를 따라 구비된다. 또한 상기 제2 지지바(224)는 상기 단열판(230)이 삽입될 수 있도록 상기 가상원의 원주 중 절반에만 구비된다.
상기 각각의 제2 지지바(224)에는 높이방향으로 소정 간격을 가지는 다수의 제2 슬롯(226)이 형성된다. 상기 다수의 제2 슬롯(226)은 상기 각각의 제2 지지바(224)에서 상기 제3 플레이트(222) 및 제4 플레이트(228)의 중심을 향한 부위에 형성된다.
상기 홀더(220)는 탄화규소 재질로 형성된다.
상기 단열판(230)은 상기 공정 챔버(110)의 하부에서의 열 손실에 따른 온도를 보상하기 위한 것으로, 상기 홀더(220)의 슬롯(226)에 삽입된다. 상기 단열판(230)은 대략 6개 정도가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 단열판(230)의 재질 역시 탄화규소 재질이다.
상기와 같이 보트 어셈블리(200)를 구성하는 보트(210), 홀더(220) 및 단열판(230)은 모두 탄화규소 재질이며 일체로 형성된다. 따라서 상기 웨이퍼 가공 장치(100)의 정비시 상기 보트 어셈블리(200)를 상기 보트(210), 홀더(220), 단열판(230)으로 각각 분리하지 않고 상기 보트 어셈블리(200) 자체만 상기 웨이퍼 가공 장치(100)로부터 분리하면 된다. 상기 보트 어셈블리(200)의 조립도 마찬가지이다. 따라서 상기 보트 어셈블리(200)의 분리 및 조립이 용이하다. 또한 상기 보트 어셈블리(200)가 내부식성이 우수한 탄화규소 재질로 형성되므로 정비시 식각액이나 세정액에 의해 식각되지 않는다. 따라서 상기 보트 어셈블리(200)를 반영구적으로 사용할 수 있다.
축(150)은 상기 보트 어셈블리(200)의 하단부, 구체적으로 상기 홀더(220)의 하부면과 연결된다.
캡(160)은 상기 공정 챔버(110)의 하부의 개구를 개폐하기 위한 것으로, 상기 축(150)에 고정된다. 상기 캡(160)은 지름은 상기 매니폴드(116)의 하단부측 외측 지름과 같거나 더 크게 형성된다. 상기 캡(160)과 상기 매니폴드(116)의 사이에는 누설을 방지하기 위해 오링(O-ring)이 구비되는 것이 바람직하다.
도시되지는 않았으나, 상기 보트 어셈블리(200)의 하부에는 상기 축(150)과 연결되는 엘리베이터가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 엘리베이터는 반도체 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 보트 어셈블리(200)를 하강시키고, 반도체 웨이퍼(W)의 가공 공정을 위해 상승하여 상기 내측 튜브(114) 내부로 보트 어셈블리(200)를 상승시킨다. 상기 엘리베이터에 의해 상기 보트 어셈블리(200)가 승강함에 따라 상기 축(150)에 연결된 캡(160)도 승강하게 된다. 상기 캡(160)의 승강에 따라 상기 공정 챔버(110)가 개폐된다.
또한 상기 보트 어셈블리(200)의 하부에는 상기 축(150)과 연결되는 회전 구동부가 구비되낟. 상기 회전 구동부는 상기 내측 튜브(114)의 내부에서 상기 보트 어셈블리(200)를 회전시킨다.
이하, 도 2에 도시된 웨이퍼 가공 장치(100)를 사용하여 반도체 웨이퍼(W)에 막을 형성하기 위한 공정을 간단하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공정 챔버(110)의 외측에 구비되는 외측 히터(120)를 사용하여 공정 챔버(110) 내부의 온도를 상승시킨다.
이어서, 50매의 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 보트 어셈블리(200)를 공정 챔버(110)의 내측 튜브(114) 내부로 반입시키고, 메인 밸브(144)를 개방하여 공정 챔버(110) 내부 압력을 일정하게 유지시킨다.
계속해서, 공정 챔버(110) 내부의 오염 물질을 배출시키기 위한 질소 가스 등의 퍼지 가스를 공정 챔버(110) 내부로 소정 시간 동안 제공한 후, 화학 기상 증착을 위한 반응 가스들을 공정 챔버(110) 내부로 제공한다. 공정 챔버(110) 내부, 즉 내측 튜브(114)로 제공되는 상기 반응 가스들은 외측 히터(120)로부터 제공되는 열 에너지를 이용하는 화학 반응을 일으키고, 이에 따라 반도체 웨이퍼(W) 상에는 소정의 막이 형성된다. 상기 화학 기상 증착 공정 후의 반응 부산물은 진공 라인(142)을 통해 배출된다.
반도체 웨이퍼(W) 상에 소정의 막 형성이 종료되면, 진공 라인(142) 중의 메 인 밸브(144)를 폐쇄시키고, 공정 챔버(110) 내부에 다시 퍼지 가스를 제공하여 내부 압력을 상승시킨다. 이어서, 엘리베이터를 동작시켜 상기 보트 어셈블리(200)를 하강시켜 반도체 웨이퍼(W)를 언로딩한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보트 어셈블리는 보트, 홀더 및 단열판이 일체로 형성된다. 따라서 웨이퍼 가공 장치의 정비시 분리 및 조립이 용이하다. 또한 상기 보트 어셈블리는 탄화규소 재질로 형성되므로 상기 정비시 거의 식각되지 않으므로 반영구적으로 사용할 수 있다.
그러므로 상기 보트 어셈블리의 수명이 길어지고 웨이퍼 가공 정비에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로 반도체 장치 제조의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 다수의 웨이퍼를 적재하여 이송하기 위한 보트;
    상기 보트의 하부에 구비되어 상기 보트를 지지하며, 내부에 다수의 슬롯이 형성되는 홀더; 및
    상기 홀더의 슬롯에 삽입되며, 상기 홀더 하부에서의 열 손실을 보상하기 위한 다수의 단열판을 포함하되,
    상기 보트, 홀더 및 단열판은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보트 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보트, 홀더 및 단열판은 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 보트 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 재질은 탄화규소(SiC)인 것을 특징으로 하는 보트 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016027B1 (ko) * 2008-08-29 2011-02-23 주식회사 테라세미콘 보트

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