KR20100077813A - 반도체 제조용 수직형 확산로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직형 확산로에서 화학기상증착 공정을 수행함에 있어서, 공정 가스가 상측에서 하측 방향으로 공급되도록 공정 가스의 유동 경로를 변경하여 수직형 확산로의 상부와 하부간의 온도 차이를 보상함으로써 보트에 적재된 웨이퍼 간의 균일성을 향상시킬 수 있도록 하는 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 다수의 웨이퍼가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트; 상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈; 상기 페데스탈의 승강 구동에 의해 상기 보트가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브; 상기 내측 튜브의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브; 상기 외측 튜브의 내부 공간을 상하 구역별로 공정조건에 맞는 온도까지 가열시키는 히터;및 상기 내측 튜브의 내부로 로딩된 웨이퍼에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터;를 포함하여 이루어지되, 상기 반응가스는 상기 내측 튜브의 상부로부터 하방향으로 이동되도록 반응가스의 이동경로가 형성됨과 아울러, 상기 히터는 상기 내측 튜브의 상부에서 하부로 갈수록 점차 온도가 상승되도록 가열시키는 것을 특징으로 한다.
수직형 확산로, 외측 튜브, 내측 튜브, 반응가스, 온도 보상.
Description
본 발명은 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 확산로 내에 웨이퍼가 적재된 보트를 투입하고 공정 가스를 공급하여 화학기상증착 공정을 수행함에 있어서, 공정 가스가 상측에서 하측 방향으로 공급되도록 공정 가스의 유동 경로를 변경하여 수직형 확산로의 상부와 하부간의 온도 차이를 보상함으로써 보트에 적재된 웨이퍼 간의 균일성을 향상시킬 수 있도록 하는 반도체 제조용 수직형 확산로에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제작을 위해서는 다양한 공정을 거치게 되며, 그 중에서 폴리실리콘, 질화막 등을 웨이퍼 상에 증착시키는 데는 주로 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)법이 이용된다. 상기 CVD법은 화학소스를 가스 상태로 장치 내에 공급하여 웨이퍼 표면상에서 확산을 일으킴으로써 유전체막, 도전막 및 반도전막 등을 웨이퍼 표면에 증착시키는 기술이다.
이러한 CVD법은 통상 장치내의 압력에 따라 저압 CVD(LPCVD; Low Pressure CVD), 상압 CVD(APCVD; Atmospheric Pressure CVD)로 구분하고, 그 외에도 플라즈 마 CVD(PECVD; Plasma Enhanced CVD) 및 광여기 CVD 등이 일반적으로 사용되고 있다.
상기 LPCVD는 상압보다 낮은 압력에서 웨이퍼의 표면상에 필요한 물질을 침적시키는 방법으로서 확산공정에서 주로 사용되며, 상기 LPCVD을 수행하는 장치로는 주로 수직형 확산로(Vertical diffusion furnace)가 사용된다.
도 1은 종래 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도로서, (a)는 웨이퍼가 로딩되는 모습, (b)는 웨이퍼가 로딩된 후의 모습을 나타낸 단면도이다.
종래의 반도체 제조용 수직형 확산로(1)는 다수의 웨이퍼(10)가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트(50), 상기 보트(50)를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈(60), 상기 보트(50)가 내측으로 로딩/언로딩되고 인젝터를 통해 분사된 반응가스가 유입되어 공정이 진행되는 내측 튜브(30), 상기 내측 튜브(30)를 감싸며 상부는 돔(dome)형상으로 이루어진 외측 튜브(20), 상기 외측 튜브(20)의 외부에 구비되어 상기 외측 튜브(20)의 내부를 공정조건에 맞도록 가열시키는 히터(40), 상기 외측 튜브(20)와 상기 내측 튜브(30)의 하단부를 지지하는 고정프레임(15)을 관통하여 내측 튜브(30)의 하부로부터 상방향으로 반응가스를 분사하는 인젝터(11), 웨이퍼(10)와 반응한 후의 반응가스가 배출되는 배기관(12), 로딩의 완료시 기밀유지를 위한 시일캡(16)을 포함한다.
상기 구조로 이루어진 종래의 수직형 확산로(1)의 경우, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 보트(50)가 내측 튜브(30) 내부로 로딩될 때에는 보트(50)의 상부에 적재된 웨이퍼가 보트(50)의 하부에 적재된 웨이퍼에 비해 먼저 고온의 내측 튜브(30) 내부로 진입하게 되고, 언로딩될 때에는 보트(50)의 상부에 적재된 웨이퍼가 마지막으로 빠져 나오기 때문에 보트(50)의 상부에 적재된 웨이퍼가 하부에 적재된 웨이퍼에 비해 열을 많이 받게 된다.
또한, 인젝터(11)를 통해 분사된 반응가스가 이동되는 경로가 내측 튜브(30)의 하부로부터 상부를 향하여 이동되도록 구성되어 있어, 내측 튜브(30)의 하부에서 상부로 갈수록 반응가스가 고갈(depletion)되므로 상부에 적재된 웨이퍼에 대한 증착율을 하부에 적재된 웨이퍼와 맞추기 위하여 하부에서 상부로 갈수록 공정온도가 높아지는 조건을 사용하고 있다.
이러한 웨이퍼 로딩/언로딩 방향 및 반응가스의 공급 경로를 따를 경우, 상부 웨이퍼와 하부 웨이퍼간의 온도 차이는 더욱 커지게 되며, 이러한 수직형 확산로의 상하 구역간 온도 차이로 인해 반도체 소자의 특성이 변화되어 불량을 초래하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼를 적재한 보트를 수직형 확산로에 로딩/언로딩할 때 상부에 적재된 웨이퍼와 하부에 적재된 웨이퍼간의 온도차이를 보상함으로써 수직형 확산로의 구조적인 특징에 의해 유발되는 소자의 특성 변화를 최소화할 수 있도록 하는 반도체 제조용 수직형 확산로를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로는, 다수의 웨이퍼가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트; 상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈; 상기 페데스탈의 승강 구동에 의해 상기 보트가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브; 상기 내측 튜브의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브; 상기 외측 튜브의 내부 공간을 상하 구역별로 공정조건에 맞는 온도까지 가열시키는 히터;및 상기 내측 튜브의 내부로 로딩된 웨이퍼에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터;를 포함하여 이루어지되, 상기 인젝터를 통해 분사되는 반응가스는 상기 내측 튜브의 상부로부터 하방향으로 이동되도록 반응가스의 이동경로가 형성됨과 아울러, 상기 히터는 상기 내측 튜브의 상부에서 하부로 갈수록 점차 온도가 상승되도록 가열시키는 것을 특징으로 한다.
상기 인젝터는 상기 외측 튜브의 하단부와 상기 내측 튜브의 하단부가 고정 되는 고정프레임을 관통하여 반응가스가 분사되는 끝단부가 상기 외측 튜브와 상기 내측 튜브 사이 공간상에 상측을 향하도록 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로는, 다수의 웨이퍼가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트; 상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈; 상기 페데스탈의 승강 구동에 의해 상기 보트가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행됨과 아울러 측벽에는 상하 간격을 두고 다수의 관통홀이 형성된 내측 튜브; 상기 내측 튜브의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브; 상기 외측 튜브의 내부 공간을 공정조건에 맞는 온도까지 가열시키는 히터;및 상기 내측 튜브의 내부로 로딩된 웨이퍼에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터;를 포함하여 이루어지되, 상기 인젝터를 통해 분사되는 반응가스는 상기 관통홀을 통과하여 상기 내측 튜브의 내부로 이동됨과 동시에 상기 내측 튜브의 상부로부터 하방향으로 이동되도록 반응가스의 이동경로가 형성됨과 아울러, 상기 히터는 상기 내측 튜브 전체를 균일한 온도로 가열시키는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 관통홀은 상하 일정 간격을 두고 형성되되, 상기 내측 튜브의 상부로부터 하부로 갈수록 점차 그 직경이 커지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 관통홀은 일정한 직경으로 형성되되, 상기 내측 튜브의 상부로부터 하부로 갈수록 점차 관통홀간의 상하 간격이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로에 의하면, 반응가스의 공급 경로를 변경하여 상하 구역간 공정 온도의 구배를 반대로 적용하여 수직형 확산로의 상부와 하부간의 온도 차이를 보상함으로써 소자의 특성 변화를 방지하고 공정위치에 관계없이 균일한 특성의 소자를 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 내측 튜브의 측벽에 다수의 관통홀을 형성하여 반응가스가 웨이퍼에 균일하게 공급되도록 함으로써 공정위치에 관계없이 웨이퍼에 균일한 막질을 증착시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 종래기술의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 본 발명에서 새롭게 부가된 구성요소를 중심으로 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로(100)는, 다수의 웨이퍼(10)가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트(50), 상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈(60), 상기 페데스탈(60)의 승강 구동에 의해 상기 보트(50)가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브(30), 상기 내측 튜브(30)의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브(20), 상기 외측 튜브(20)의 내부 공간을 상하 구역별로 공정조건에 맞는 온도 까지 가열시키는 히터(40) 및 상기 내측 튜브(30)의 내부로 로딩된 웨이퍼(10)에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터(11a)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예는, 다수의 웨이퍼가 적재된 보트(50)가 페데스탈(60)의 구동으로 상하로 이동되어 내측 튜브(30)에 로딩/언로딩되는 구조를 전제로 하여, 반응가스의 공급 경로가 내측 튜브(30)의 상부로부터 하방향을 향하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 인젝터(11a)는 외측 튜브(20)의 하단부와 내측 튜브(30)의 하단부가 고정되는 고정프레임(15a)을 관통하여 반응가스가 분사되는 끝단부가 외측 튜브(20)와 내측 튜브(30) 사이의 공간상에 상측을 향하도록 구비되어, 도 2에 화살표로 표시된 바와 같이 반응가스는 외측 튜브(20)와 내측 튜브(30) 사이 공간을 따라서 상측으로 이동된 후, 돔 형상으로 굴곡된 외측 튜브(20)의 상부면에 부딪혀 하방향으로 방향을 전환하여 내측 튜브(30)의 하방향으로 이동되는 과정에서 웨이퍼(10)와의 반응으로 웨이퍼(10)상에 증착되고 남은 반응가스는 배기관(12a)을 통해 외부로 배출된다.
이렇게 내측 튜브(30) 내부에서의 반응가스 이동 경로를 하방향을 향하도록 형성할 경우, 상부에 비해 하부에는 반응가스의 고갈 현상이 발생되므로 상부에 적재된 웨이퍼와 하부에 적재된 웨이퍼간의 증착비율을 균일하게 조절하기 위하여 히터(40)에서는 상부에서 하부로 갈수록 고온으로 가열하게 된다.
상기 보트(50)가 로딩/언로딩되는 구조로 인하여 보트(50)의 상부는 하부에 비해 고온 상태가 되지만, 상기와 같이 반응가스의 이동 경로를 하방향을 향하도록 형성함에 따라 내측 튜브(30) 내부의 상부 온도를 하부에 비해 낮게 설정하게 되어 온도 구배의 편차를 보상할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 상기 인젝터(11a)를 외측 튜브(20)와 내측 튜브(30) 사이에 설치함에 따라서 인젝터(11a)와 웨이퍼(10)간에는 내측 튜브(30)를 통해 가로막히게 되어 직접적인 접촉이 차단되므로 인젝터(11a)를 통한 파티클 소오스 발생시 웨이퍼(10)에 직접적으로 미치는 영향을 최소화할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로(200)는 내측 튜브(30)의 측벽에 상하 간격을 두고 형성된 다수의 관통홀(32)을 통해 반응가스가 내측 튜브(30a)의 내부에 로딩된 웨이퍼(10)에 상하 균일하게 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하며, 기타의 구성요소는 상술한 제1 실시예와 동일하다.
본 발명의 제2 실시예에서 히터(40)는 수직형 확산로(200)의 상부와 하부 구별없이 동일한 온도로 가열하게 되며, 상기 관통홀(32)을 통해 내측 튜브(30a)의 내부로 공급되는 반응가스의 양을 조절함으로써 상부와 하부간에 공급되는 반응가스의 양을 균일하게 조절할 수 있게 된다.
반응가스의 공급량을 균일하게 조절하기 위하여, 상기 관통홀(32)을 통해 유입되는 반응가스의 공급량이 상부에서 하부로 갈수록 많아지도록 관통홀(32)이 형성되어야 하는데, 이는 내측 튜브(30a) 내부에는 상부로부터 하방향으로 유동하는 반응가스와의 보상을 위한 것이다.
이를 위해 상기 관통홀(32)은 상하 일정 간격으로 형성되면서 상부에서 하부로 갈수록 관통홀(32)의 직경이 점차 커지도록 형성될 수 있다.
또는, 상기 관통홀(32)의 직경을 동일하게 형성하되, 내측 튜브(30a)의 상부로부터 하부로 갈수록 점차 관통홀(32)간의 간격을 좁게 형성함으로써 상부에 비해 하부에 많은 수의 관통홀(32)이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 제2 실시예에서는 내측 튜브(30a)에 관통홀(32)을 형성하여 내측 튜브(30a)로 반응가스가 유입되는 양을 상하간에 균일하게 조절함으로써 상부에 적재된 웨이퍼와 하부에 적재된 웨이퍼간에 균일한 증착이 이루어질 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1은 종래 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도로서, (a)는 웨이퍼가 로딩되는 모습, (b)는 웨이퍼가 로딩된 후의 모습을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 제조용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,100,200 : 수직형 확산로 10 : 웨이퍼
11,11a : 인젝터 12,12a : 배기관
15,15a : 고정프레임 16 : 시일캡
20 : 외측 튜브 30,30a : 내측 튜브
32 : 관통홀 40 : 히터
50 : 보트 60 : 페데스탈
Claims (5)
- 다수의 웨이퍼가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트;상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈;상기 페데스탈의 승강 구동에 의해 상기 보트가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행되는 내측 튜브;상기 내측 튜브의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브;상기 외측 튜브의 내부 공간을 상하 구역별로 공정조건에 맞는 온도까지 가열시키는 히터;및상기 내측 튜브의 내부로 로딩된 웨이퍼에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터;를 포함하여 이루어지되, 상기 인젝터를 통해 분사되는 반응가스는 상기 내측 튜브의 상부로부터 하방향으로 이동되도록 반응가스의 이동경로가 형성됨과 아울러, 상기 히터는 상기 내측 튜브의 상부에서 하부로 갈수록 점차 온도가 상승되도록 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직형 확산로.
- 제1항에 있어서,상기 인젝터는 상기 외측 튜브의 하단부와 상기 내측 튜브의 하단부가 고정되는 고정프레임을 관통하여 반응가스가 분사되는 끝단부가 상기 외측 튜브와 상기 내측 튜브 사이 공간상에 상측을 향하도록 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직형 확산로.
- 다수의 웨이퍼가 상하 일정 간격으로 수평하게 적재되는 보트;상기 보트를 지지하여 상하로 이동시키는 페데스탈;상기 페데스탈의 승강 구동에 의해 상기 보트가 상방향으로 로딩되어 공정이 진행됨과 아울러 측벽에는 상하 간격을 두고 다수의 관통홀이 형성된 내측 튜브;상기 내측 튜브의 둘레에 일정 간격을 두고 구비되며, 상부는 돔 형상으로 이루어진 외측 튜브;상기 외측 튜브의 내부 공간을 공정조건에 맞는 온도까지 가열시키는 히터;및상기 내측 튜브의 내부로 로딩된 웨이퍼에 증착될 반응가스를 분사하는 인젝터;를 포함하여 이루어지되, 상기 인젝터를 통해 분사되는 반응가스는 상기 관통홀을 통과하여 상기 내측 튜브의 내부로 이동됨과 동시에 상기 내측 튜브의 상부로부터 하방향으로 이동되도록 반응가스의 이동경로가 형성됨과 아울러, 상기 히터는 상기 내측 튜브 전체를 균일한 온도로 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직형 확산로.
- 제3항에 있어서,상기 다수의 관통홀은 상하 일정 간격을 두고 형성되되, 상기 내측 튜브의 상부로부터 하부로 갈수록 점차 그 직경이 커지도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직형 확산로.
- 제3항에 있어서,상기 다수의 관통홀은 일정한 직경으로 형성되되, 상기 내측 튜브의 상부로부터 하부로 갈수록 점차 관통홀간의 상하 간격이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직형 확산로.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020080135865A KR20100077813A (ko) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | 반도체 제조용 수직형 확산로 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020080135865A KR20100077813A (ko) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | 반도체 제조용 수직형 확산로 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20100077813A true KR20100077813A (ko) | 2010-07-08 |
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ID=42639117
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| KR1020080135865A KR20100077813A (ko) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | 반도체 제조용 수직형 확산로 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110459486A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 三星电子株式会社 | 成膜装置、成膜方法和制造半导体器件的方法 |
| US10508333B2 (en) | 2016-01-29 | 2019-12-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Heating apparatus and substrate processing apparatus having the same |
-
2008
- 2008-12-29 KR KR1020080135865A patent/KR20100077813A/ko not_active Application Discontinuation
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