KR20140090815A - 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 복수개의 웨이퍼를 장착한 캐리어를 수용한 횡형 열처리 장치로서, 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 상기 웨이퍼들 표면에 기상반응을 수행하는 공정 튜브와 상기 공정 튜브의 일측으로 냉각 가스를 공급하기 위하여 상기 공정 튜브 내측에 구비된 제1 냉각관과 연결되는 제1 가스 공급관, 상기 공정 튜브의 타측으로 냉각 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급관 및 상기 공정 튜브 내의 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위하여 투입된 반응가스를 배출시키기 위한 배기관 및 상기 배기관 외주면으로 냉각 가스가 이동되도록 상기 공정 튜브 내에 형성된 제2 냉각관을 포함하고, 상기 제2 냉각관은 상기 제2 가스 공급관과 연결되며, 상기 제1 냉각관은 적어도 2개 이상으로 갈라지는 분기관들을 포함하고, 상기 분기관들은 상기 분기관들 하부의 제2 냉각관과 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치{Horizontal Type Heat Treating Apparatus For Manufacturing Wafer}
본발명은 웨이퍼 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 튜브 내의 배기관이 열화되어 휘어지는 것을 방지하기 위하여 냉각관을 상기 배기관 둘레에 구비함으로써, 웨이퍼 간의 균일도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정에 있어서, 불순물 확산 공정에서는 웨이퍼의 표면을 마스크처럼 보호함과 동시에 그 다음 공정인 사진 식각(Photo Etching)을 위해서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 웨이퍼 표면에 산화막 등을 입히는 공정을 수행하게 된다.
이러한 공정은 약 900℃ 내지 1200℃에 이르는 온도로 제어되는 열처리 장비의 석영관(Quartz Tube)속에서 이루어지게 되는데, 대체로 30분 내지 수시간 동안 이루어지며, 열처리 장비의 석영관 속에는 산소 및 질소가스나 증기 또는 수소 및 산소가스 등의 산화제, 즉 반응가스가 주입되어 실리콘이 산화되면서 단결정체인 웨이퍼 위에 산화막을 형성시키게 된다.
웨이퍼가 대구경화 되어 감에 따라, 생산라인에서는 횡형의 열처리 장비가 보편화되어 가고 있다. 그러나, 횡형 열처리 장치 내에서 이루어지는 고온의 열처리 공정으로 인해 공정 튜브 내에 구비되어 있는 배기관의 휨 현상이 발생하고 있다.
상기와 같은 문제점은 비교적 고온의 영향을 많이 받는, 공정 튜브의 도어가 위치하며 웨이퍼가 수용된 캐리어가 로딩되는 로드 존(Load Zone) 영역에서 주로 발생한다. 열화된 배기관이 중력 방향으로 휨에 따라, 상기 캐리어와의 간섭 현상이 일어나 웨이퍼의 산화막이 불균일하게 형성될 수 있으며, 배기관 교체에 따른 부수비용이 드는 문제점이 발생하고 있다.
본발명은 종래의 횡형 열처리 장치에서 나타나는 문제점, 즉 웨이퍼가 로딩되는 로드 존에 위치하는 배기관이 열화되어 휘는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것이다.
특히, 냉각 가스가 공급되는 냉각관을 다단의 튜브로 형성하고, 횡형 열처리 장비의 도어부에서 유입되는 냉각가스의 냉각효과를 극대화할 수 있는 횡형 열처리 장비를 제안하고자 한다.
제안되는 바와 같은 본 실시예의 횡형 열처리 장치는, 복수개의 웨이퍼를 장착한 캐리어를 수용한 횡형 열처리 장치로서, 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 상기 웨이퍼들 표면에 기상반응을 수행하는 공정 튜브; 상기 공정 튜브의 일측으로 냉각 가스를 공급하기 위하여, 상기 공정 튜브 내측에 구비된 제1 냉각관과 연결되는 제1 가스 공급관; 상기 공정 튜브의 타측으로 냉각 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급관; 및 상기 공정 튜브 내의 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위하여 투입된 반응가스를 배출시키기 위한 배기관; 및 상기 배기관 외주면으로 냉각 가스가 이동되도록 상기 공정 튜브 내에 형성된 제2 냉각관;을 포함하고, 상기 제2 냉각관은 상기 제2 가스 공급관과 연결되며, 상기 제1 냉각관은 적어도 2개 이상으로 갈라지는 분기관들을 포함하고, 상기 분기관들은 상기 분기관들 하부의 제2 냉각관과 연결되는 것을 특징으로 한다.
본발명의 실시예에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 열산화 및 열확산 공정에서 발생되는 고온의 반응가스가 배기관으로 배출될 시, 상기 배기관의 온도를 용이하게 낮출 수 있어 배기관이 중력방향으로 휘는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 공정 튜브 내의 배기관이 휘는 현상을 방지함으로써, 웨이퍼가 수용된 캐리어와의 간섭을 방지하여 웨이퍼간 산화막을 균일하게 형성할 수 있다.
그리고, 배기관의 교체를 최소화할 수 있어 공정 원가를 절감할 수 있고, 열산화 및 열산화 공정에서 반응 가스의 흐름을 안정화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본발명의 횡형 열처리 장치를 개략적으로 나타낸 도시도이다.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 횡형 열처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A' 부분과 B-B' 영역의 단면을 측면에서 바라본 도시도이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본발명의 횡형 열처리 장치를 개략적으로 나타낸 도시도이다.
도 1을 참조하면, 본발명에 따른 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치는 반응 가스 주입구를 포함하며, 상기 반응 가스 주입구를 통해 주입된 반응 가스는 MFC(Mass Flow Controller, 1)를 거쳐 토치 챔버(Torch Chamber, 2)로 이동된다. 반응 가스는 상기 토치 챔버(2)를 지나 석영 튜브(4)를 통해 공정 튜브(3) 내부로 인입되어 있다.
상기 반응 가스가 주입되는 공정 튜브(3) 타측은 웨이퍼가 수용되기 위해 수직 방향으로 개폐가능한 도어(7)가 마련되고, 다수의 실리콘 웨이퍼 기판이 캐리어에 적재되어 상기 공정 튜브(3) 내에 수용된다. 상기 캐리어 하부에는 열확산 공정 중 발생하는 가스를 배기하기 위한 배기관(5)이 구비된다.
열산화 공정의 흐름을 살펴보면, 우선 공정 튜브(3)의 도어(7)를 오픈하고, 다수의 웨이퍼가 수용된 캐리어를 로딩하기 위해 패들(8)을 구동한다. 상기 패들(8)의 상하 구동에 따라 공정 튜브(3) 내로 캐리어가 수용되며 도어(7)를 폐쇄한다. 이어서, 상기 공정 튜브(3) 내에서 실리콘 웨이퍼 기판에 대한 열산화 또는 열확산 공정이 이루어지며, 상기 열산화 공정이 완료되면 공정 튜브(3) 내의 냉각 공정을 진행한 후, 패들(8)을 구동하여 웨이퍼가 수용된 캐리어를 언로딩하는 단계를 거치게 된다. 상기 공정 튜브는 구역에 따라, 캐리어(3)가 수용되기 위한 도어(7)가 위치하는 방향의 로드 존(Load zone), 반응 가스가 주입되기 위한 토치 챔버(2)가 위치하는 방향의 가스 존(Gas zone) 및 센터 존(Center zone)으로 구분될 수 있다.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 횡형 열처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본발명의 실시예에 따른 횡형 열처리 장치는 전후방으로 관통된 원통체로 된 반응실 내부에 석영으로 형성된 공정 튜브(130)가 수평방향으로 구비되어 있고, 공정 튜브(130)의 양단은 지지부재(미도시)에 의해 반응실에 고정 및 지지되도록 구성되어 있다.
그리고, 반응실의 상측 및 하측에는 히터부(150)가 구비되어 전원 공급에 의해 반응실 내부를 가열하도록 구성되어 있고, 상기 반응실 내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 상기 웨이퍼들 표면에 기상반응을 수행하는 공정 튜브(130), 상기 공정 튜브(130)에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(미도시)에 연결되는 가스 공급관(120), 상기 공정 튜브(130)의 일측으로 냉각 가스를 공급하기 위하여, 상기 공정 튜브(130) 내측에 구비된 제1 냉각관(110)과 연결되는 제1 가스 공급관(101), 상기 공정 튜브(130)의 타측으로 냉각 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급관(210)을 포함한다.
그리고, 상기 공정 튜브(130) 내의 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위하여 투입된 반응가스를 배출시키기 위한 배기관(140)을 포함하고,상기 공정 튜브(130) 내에는 상기 배기관 외주면을 냉각 가스가 이동되도록 하는 제2 냉각관(220)이 형성되고, 상기 제2 냉각관(220)은 상기 제2 가스 공급관(210)과 연결된다.
상세히, 상기 제1 가스 공급관(101)은 제1 냉각가스 공급부(10)에 연결되며, 상기 가스 공급관(120)과 같은 방향에서 공정 튜브(130)내로 인입되어 형성된다. 상기 제1 냉각가스 공급부(10)는 제1 쿨러(11) 및 제1 펌프(12)로 구성되며, 상기 제1 쿨러(11)에서 냉각 가스가 발생되며, 제1 펌프(12)의 펌핑에 의해 공정 튜브(130) 내로 냉각 가스가 주입될 수 있다.
상기 제1 가스공급관(101)은 공정 튜브(130) 내로 인입되는 제1 냉각관(110)이며, 상기 제1 냉각관(110)은 적어도 두개의 분기관(111, 112)을 포함할 수 있다. 상기 분기관(111, 112)은 하부의 제2 냉각관(220)과 연결되어 냉각 가스가 유동된다.
그리고, 제2 가스 공급관(210)은 제1 가스 공급관(101)이 인입되는 공정 튜브(130)의 타측, 즉 웨이퍼가 장착된 캐리어가 수용되기 위한 도어가 위치하는 방향에서 상기 공정 튜브(130)내로 인입된다. 상기 제2 가스 공급관(210)은 제2 냉각가스 공급부(20)에 연결되며, 상기 제2 냉각가스 공급부(20)는 제2 쿨러(21) 및 제2 펌프(22)로 구성된다. 상기 제2 쿨러(21)에서 냉각 가스가 발생되며, 제2 펌프(22)의 펌핑에 의해 공정 튜브(130) 내로 냉각 가스가 유동되게 된다.
그리고, 열확산 공정 중 발생하는 가스를 배기하기 위한 배기관(140)은, 공정 튜브(130) 하측에 구비된 반응가스를 공급하는 가스공급관(120) 일측에 구비되며, 상기 배기관(140)의 입구는 로드 존 영역에 위치한다. 상기 배기관(140)과 가스공급관(120)은 가이드(145)에 의해 브릿지 형태로 지지되어 있다. 그리고, 공정 튜브(130) 외부에 외치한 펌프(160)의 펌핑 작용에 의해 배기가스를 배출한 후, 버블 박스(170)에서 오염 물질을 여과하는 단계를 거쳐 배출되게 된다.
상기 제2 가스공급관(210)은 공정 튜브(130) 내로 인입되는 제2 냉각관(220)이며, 상기 제2 냉각관(220)은 공정 튜브(130) 내에서 두방향으로 갈라져 상기 공정 튜브(130) 내에서 상기 배기관(140)을 감싸도록 배치되고, 제2 냉각관(220)의 사이즈는 상기 배기관(140)의 출구측으로 갈수록 작아지도록 형성된다. 도 3을 참조하여, 제2 냉각관(220)의 구조를 상세히 살펴본다.
도 3은 도 2의 A-A' 영역과 B-B' 영역의 단면을 측면에서 바라본 도시도이다. 도 3을 참조하면, A-A' 영역은 로드 존 영역에 위치하는 제2 냉각관(220)과 배기관(140)의 공정 챔버(130)의 도어부 측에서 바라본 단면이며, B-B' 영역은 가스 존 영역에 위치하는 제2 냉각관(220)과 배기관(140)을 바라본 단면이다. 즉, 상기 제2 냉각관(220)은 배기관(140)의 전면을 감싸고 있어, 상기 배기관(140)을 효율적으로 냉각할 수 있다.
열산화 공정에서 반응가스에 의한 열화현상은 공정 튜브(130)내에서 배기관(140)의 입구가 형성되는 로드 존 영역에서 가장 심하게 발생한다. 따라서, 도 3의 구조와 같이 형성한 제2 냉각관(220)의 구조에 의해 배기관(140)의 온도를 로드 존 영역에서 가장 효과적으로 낮추어, 상기 배기관(140)이 열화되어 중력방향으로 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 종래와는 달리 웨이퍼가 수용된 캐리어가 인입되는 공정 튜브(130)의 도어부에도 제2 냉각관(220)을 형성함으로써, 배기관(140)의 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 제1 냉각관(110)만이 형성되어 있는 경우, 상부에 위치한 히터부(150)에 의해 냉각 가스의 냉각 효과가 약화되는 경향이 있다. 이에 본 발명에서는 제2 냉각관(220)을 상기 히터부(150)의 영향이 적은 공정 튜브(130)의 도어부측에 형성함으로써, 냉각 가스에 의한 냉각 효과를 극대화한다.
또한, 상기 제2 냉각관(220)은 상부의 제1 냉각관(110)에서 갈라지는 적어도 두개 이상의 분기관(111, 112)에 연결되어 지지되므로, 이는 곧 제2 냉각관(220)이 감싸고 있는 배기관(140)의 지지 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 이로 인해, 배기관(140)이 열화되어도 웨이퍼가 수용된 캐리어와의 간섭 현상을 방지할 수 있다.
또한, 공정 튜브(130) 내의 배기관(140)이 휘는 현상을 방지함으로써, 웨이퍼가 수용된 캐리어와의 간섭을 방지하여 웨이퍼간 산화막을 균일하게 형성할 수 있다.
그리고, 배기관(140)의 교체를 최소화 할 수 있어 공정 원가를 절감할 수 있고, 열산화 및 열산화 공정에서 반응 가스의 흐름을 안정화시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 복수개의 웨이퍼를 장착한 캐리어를 수용한 횡형 열처리 장비로서,
    내부에 공급되는 반응가스를 이용하여 상기 웨이퍼들 표면에 기상반응을 수행하는 공정 튜브;
    상기 공정 튜브의 일측으로 냉각 가스를 공급하기 위하여, 상기 공정 튜브 내측에 구비된 제1 냉각관과 연결되는 제1 가스 공급관;
    상기 공정 튜브의 타측으로 냉각 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급관; 및
    상기 공정 튜브 내의 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위하여 투입된 반응가스를 배출시키기 위한 배기관; 및
    상기 배기관 외주면으로 냉각 가스가 이동되도록 상기 공정 튜브 내에 형성된 제2 냉각관;을 포함하고,
    상기 제2 냉각관은 상기 제2 가스 공급관과 연결되며,
    상기 제1 냉각관은 적어도 2개 이상으로 갈라지는 분기관들을 포함하고, 상기 분기관들은 상기 분기관들 하부의 제2 냉각관과 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 냉각관은, 상기 공정 튜브 내에서 상기 배기관을 감싸도록 배치되고,
    상기 제2 냉각관의 직경은 상기 배기관의 출구측으로 갈수록 작아지는 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제1 가스공급관에 연결되어 냉각 가스를 발생시키는 제1 쿨러 및 상기 냉각 가스를 유동시키는 제1 펌프를 더 포함하는 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 가스공급관에 연결되어 냉각 가스를 발생시키는 제2 쿨러 및 상기 냉각 가스를 유동시키는 제2 펌프를 더 포함하는 웨이퍼 제조용 횡형 열처리 장치.
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