KR20150115441A - 2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치 - Google Patents

2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치는 복수 개의 웨이퍼들이 적재되는 보우트부재와, 상기 보우트부재의 외부를 감싸며 공정가스가 주입되는 공정튜브부재와, 상기 공정튜브부재의 외부를 감싸는 제 1 단열부재와, 상기 제 1 단열부재 외부를 감싸는 제 2 단열부재와, 상기 보우트부재에 적재되는 웨이퍼들을 가열하기 위한 가열부재를 포함하며, 상기 공정튜브부재와 제 1 단열부재 사이에는 기체의 유동을 위한 공간이 형성되고, 상기 제 1 단열부재와 제 2 단열부재 사이에도 기체의 유동을 위한 공간이 형성되며, 상기 제 1 단열부재에는 기체의 순환을 위한 제 1 유입구 및 유출구가 형성되고, 상기 제 2 단열부재에도 기체의 순환을 위한 제 2 유입구 및 유출구가 형성되며, 상기 제 1 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향과 상기 제 2 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향이 서로 반대방향이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 공정튜브 외부 공간을 통해 공기가 보다 원활히 유동되도록 함으로써, 공정튜브의 온도를 균일하게 상승시킬 수 있다.

Description

2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치{WAFER HEAT TREATMENT APPARATUS OF DOUBLE GAS CIRCULATION STRUCTURE TYPE}
본 발명은 웨이퍼의 열처리 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 열처리를 위한 공정 튜브 외부를 유동하는 공기의 순환을 원활히 함으로써, 웨이퍼에 대한 보다 균일한 열처리가 가능하도록 구성되는 2 중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치에 관한 발명이다.
최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 소자 역시 비약적으로 발전하고 있다.
이러한 반도체 소자의 고집적화가 급속히 진행되고 있는 오늘날의 실정에 비추어, 그 제조 장치가 담당하는 역할은 한층 더 중요시되고 있다.
일반적으로 반도체 제조용 가열로는 반도체 제조 공정에 있어 확산공정, 화학기상증착(LPCVD) 공정과 같은 열공정에 이용되는 장치로서, 이와 같은 공정들은 가열로에 조성되는 온도 의존도가 매우 높은 공정들이다.
예를 들어, 확산공정에 있어 표면 농도를 저하시키고 접합 깊이(Junction Depth)를 깊게 하기 위해서는, 표면의 불순물을 제거하고 일정 고온에서 가열공정이 진행되어야 하는 바, 상기 확산공정에 있어 온도제어는 매우 중요한 문제이다.
또한, 상기 화학기상증착 공정에 있어서의 온도제어 역시 막의 형성과 그 품질을 결정하는 중요한 요인이 된다.
상기와 같은 열공정을 수행하기 위해 가열로가 이용되며, 가열로는 배치 형태에 따라 수직형과 수평형이 있다.
도 1 내지 4 에 도시되는 바와 같이, 통상적으로 수직형 가열로의 구성은 가열로의 외벽을 구성하는 단열벽(120)과 상기 단열벽(120)의 내부에 배치되는 공정 튜브(110)를 포함하며, 웨이퍼(102)들을 적재한 보트가 상기 공정튜브(110) 내에 배치된다.
상기 단열벽(120)의 내면에는 도시되지 않은 히터가 설치되어, 웨이퍼의 열처리에 요구되는 소정의 온도로 상기 공정튜브(110) 외부의 공기를 가열하도록 구성된다.
상기 보트는 구동장치에 의해 상방으로 구동되어 상기 공정튜브(110) 내로 로딩되거나, 하방으로 구동되어 상기 공정튜브(110)로부터 언로딩된다.
상기 공정튜브(110)에는 공정을 수행하기 위한 반응가스가 공급되는 가스 공급부(112)와 반응 후의 가스가 배출되는 가스 배출부(122)가 설치되며, 상기 단열벽(120)에는 다수의 온도 감지센서(Spike T/C)들이 설치된다.
상기 온도감지센서는 히터의 가열온도를 측정하여 공정 상 요구되는 소정 온도로 가열되고 있는지의 여부를 판단할 수 있도록 한다.
이때, 상기 단열벽(120)과 공정튜브(110) 사이의 공간으로 공기와 같은 기체가 유동되어, 상기 공정튜브(110)를 가열한다.
상기 공정튜브(110) 주위로 공기를 유동시키는 방식으로는, 도 2 (a) 에 도시되는 바와 같이, 상부배기방식과 2 (b) 에 도시되는 바와 같은 하부배기방식이 있다.
상기 상부배기방식은 단열벽(120)의 하부에 형성된 유입구(121)를 통해 공기를 유입하고, 공정튜브(110) 주위에서 상방으로 공기를 유동시킨 후 상기 단열벽(120)의 상부에 형성된 유출구(122)를 통해 공기를 배출하는 방식이며, 하부배기방식은 상기 단열벽(120)의 상부에 형성된 유출구(122)를 통해 공기를 유입하여, 상기 단열벽(120)의 하부에 형성된 유출구(121)를 통해 공기를 배출하는 방식이다.
그런데, 상기와 같이 상부배기방식 또는 하부배기방식에 의해 공정튜브(110) 주위로 공기를 유동시키는 경우에, 도 3 및 4 에 도시되는 바와 같이 공정튜브(110) 외부의 일정 영역에서 공기의 흐름이 역류하는 현상이 발생되며, 상기와 같은 공기의 역류 현상에 의해 열이 일정 영역에 적체되어 온도를 상승시키게 된다.
따라서, 이러한 현상은 결과적으로 전체 공정튜브(110) 영역의 고른 가열에 바람직하지 못한 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정튜브 외부 공간을 통해 공기가 보다 원활히 유동되도록 함으로써, 공정튜브의 온도를 균일하게 상승시킬 수 있도록 구성되는 2 중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공정 튜브 냉각 시에도 전체 영역을 균일하게 냉각할 수 있도록 구성되는 2 중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치는 복수 개의 웨이퍼들이 적재되는 보우트부재와, 상기 보우트부재의 외부를 감싸며 공정가스가 주입되는 공정튜브부재와, 상기 공정튜브부재의 외부를 감싸는 제 1 단열부재와, 상기 제 1 단열부재 외부를 감싸는 제 2 단열부재와, 상기 보우트부재에 적재되는 웨이퍼들을 가열하기 위한 가열부재를 포함하며, 상기 공정튜브부재와 제 1 단열부재 사이에는 기체의 유동을 위한 공간이 형성되고, 상기 제 1 단열부재와 제 2 단열부재 사이에도 기체의 유동을 위한 공간이 형성되며, 상기 제 1 단열부재에는 기체의 순환을 위한 제 1 유입구 및 유출구가 형성되고, 상기 제 2 단열부재에도 기체의 순환을 위한 제 2 유입구 및 유출구가 형성되며, 상기 제 1 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향과 상기 제 2 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향이 서로 반대방향이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 단열부재에는 연결통로가 형성되어, 상기 제 1 단열부재와 제 2 단열부재 사이의 기체와 상기 제 1 단열부재와 공정튜브부재 사이의 기체 간에 유동될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제 1 단열부재에는 높이 방향을 따라 복수 개의 개폐부재가 설치될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 단열부재에는 높이 방향을 따라 복수 개의 온도센서가 설치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 온도센서에 의해 감지되는 온도에 따라 상기 개폐부재가 개폐제어되도록 구성된다.
본 발명에 의해, 공정튜브 외부 공간을 통해 공기가 보다 원활히 유동되도록 함으로써, 전체 공정튜브의 온도를 균일하게 상승시킬 수 있다.
또한, 공정 튜브 냉각 시 전체 영역을 균일하게 냉각할 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 종래 웨이퍼 열처리 장치의 측단면도이며,
도 2(a)는 상부배기방식의 웨이퍼 열처리 장치의 개략 측단면도이며,
도 2(b)는 하부배기방식의 웨이퍼 열처리 장치의 개략 측단면도이며,
도 3 은 공정튜브 외부를 유동하는 공기의 흐름상태를 나타낸 도면이며,
도 4 는 공정튜브 외부를 유동하는 공기의 흐름상태를 나타낸 또 다른 도면이며,
도 5 는 본 발명에 따른 2 중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치의 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 2 중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치의 측단면도이다.
본 발명에 따른 2중 기체 순환 구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치는 복수 개의 웨이퍼들이 적재되는 보우트부재(10)와, 상기 보우트부재(10)의 외부를 감싸며 공정가스가 주입되는 공정튜브부재(20)와, 상기 공정튜브부재(20)의 외부를 감싸는 제 1 단열부재(30)와, 상기 제 1 단열부재(30) 외부를 감싸는 제 2 단열부재(40)와, 상기 보우트부재(10)에 적재되는 웨이퍼들을 가열하기 위한 가열부재(50)를 포함하며, 상기 공정튜브부재(20)와 제 1 단열부재(30) 사이에는 기체의 유동을 위한 공간이 형성되고, 상기 제 1 단열부재(30)와 제 2 단열부재(40) 사이에도 기체의 유동을 위한 공간이 형성되며, 상기 제 1 단열부재(30)에는 기체의 순환을 위한 제 1 유입구(32) 및 유출구(34)가 형성되고, 상기 제 2 단열부재(40)에도 기체의 순환을 위한 제 2 유입구(42) 및 유출구(44)가 형성되며, 상기 제 1 단열부재(30) 내부로 유동되는 기체의 방향과 상기 제 2 단열부재(40) 내부로 유동되는 기체의 방향이 서로 반대방향이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 보우트부재(10)는 웨이퍼들을 수납하기 위한 슬롯을 구비하여 복수 개의 웨이퍼들을 높이 방향으로 적재하기 위한 구성으로서, 도시되지 않은 구동장치의 구동에 의해 상기 공정튜브부재(20) 내부로 상하 구동됨으로써 로딩 또는 언로딩된다.
상기 공정튜브부재(20)는 원기둥 형상으로 형성되되, 상기 공정튜브부재(20)의 상부에는 공정가스 주입을 위한 주입관이 배치되어, 상기 주입관의 주입부(22)를 통해 공정가스가 공급된다.
상기 공정튜브부재(20) 내부에 상기 보우트부재(10)가 로딩된 상태에서 웨이퍼들에 대한 증착 공정이 진행되며, 상기 공정튜브부재(20)는 고온의 환경에서 견딜 수 있도록 석영 재질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 단열부재(30)는 상기 공정튜브부재(20) 외부를 감싸며, 전체적으로 원기둥의 형상으로 형성된다.
상기 제 1 단열부재(30)는 단열재를 내장한 스테인레스 스틸 재질 등의 벽체 등으로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 단열부재(30)와 상기 공정튜브부재(20) 사이의 공간(제 1 공간이라 칭함)을 통해 공기가 유동될 수 있도록 구성된다.
상기 제 1 단열부재(30) 내부에는 공기의 가열을 위한 가열 코일 등의 가열부재(50)가 설치되어, 상기 공정튜브부재(20)와 제 1 단열부재(30) 사이의 공간에 존재하는 공기를 가열하도록 구성된다.
상기 제 1 단열부재(30) 외부에는 제 2 단열부재(40)가 배치되어, 상기 제 1 단열부재(30)와 제 2 단열부재(40) 사이의 공간(제 2 공간이라 칭함)을 통해서도 공기가 유동될 수 있도록 구성된다.
상기 제 2 단열부재(40) 역시 단열재를 내장한 스테인레스 스틸 재질 등의 벽체로 구성될 수 있다.
상기 제 1 단열부재(30)에는 공기의 유입 및 유출을 위한 유입구(32)와 유출구(34)가 설치되어, 상기 유입구(32)를 통해 유입된 공기가 상기 제 1 공간을 유동하여 상기 유출구(34)로 배출된다.
또한, 상기 제 2 단열부재(40)에도 공기의 유입 및 유출을 위한 유입구(42)와 유출구(44)가 설치되어, 상기 유입구(42)를 통해 유입된 공기가 상기 제 2 공간을 유동하여 상기 유출구(44)로 배출된다.
여기서, 상기 제 1 공간을 유동하는 공기와 상기 제 2 공간을 유동하는 공기는 서로 반대 방향으로 유동되도록 구성된다.
즉, 도 5 에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 공간을 통해서는 공기가 상방으로 유동되도록 구성되고, 상기 제 2 공간을 통해서는 공기가 하방으로 유동되도록 구성되거나, 상기 제 1 공간을 통해서는 공기가 하방으로 유동되고, 상기 제 2 공간을 통해서는 공기가 상방으로 유동되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 단열부재(30)에는 연결통로(80)가 형성되어, 상기 제 1 공간을 유동하는 기체와 제 2 공간을 유동하는 기체 간에 혼합이 이루어질 수 있도록 구성된다.
그리하여, 결과적으로는 상기 제 1 공간을 유동하는 공기의 유동률을 상승시켜 특정 영역에서 공기의 흐름이 적체되는 것을 방지하도록 구성된다.
그리하여, 상기 공정튜브부재(20) 외부의 전체 영역에서 고른 온도 분포가 이루어질 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 제 1 단열부재(30)에는 상기 제 1 단열부재(30)의 높이 방향을 따라 온도센서(70)들이 설치되어, 상기 제 1 단열부재(30)의 높이 방향을 따른 각 영역별 온도를 감지하도록 구성된다.
그리하여, 상기 온도센서(70)에 의해 감지되는 온도에 따라 상기 연결통로(80)를 개폐제어함으로써, 상기 제 1 공간 내를 유동하는 공기와 상기 제 2 공간내를 유동하는 공기 간의 혼합을 선택적으로 제어할 수 있다.
상기와 같이 연결통로(80)를 통한 상기 제 1 공간 내를 유동하는 공기와 제 2 공간 내를 유동하는 공기 간의 혼합을 유도하기 위해, 상기 연결통로(80)에는 솔레노이드 방식에 의해 제어될 수 있는 밸브 등의 개폐수단이 설치될 수 있다.
그리하여, 상기 제 1 공간 내의 공기와 제 2 공간 내의 공기 간의 혼합을 선택적으로 제어함으로써, 상기 공정튜브부재(20)의 가열 또는 냉각 시 외부 공간의 온도를 선택적으로 제어할 수 있다.
즉, 예를 들어 상기 제 2 공간 내를 유동하는 공기의 온도가 상기 제 1 공간 내를 유동하는 공기에 비해 보다 저온일 경우에는, 상기 공정튜브부재(20) 외부 영역 중에서 보다 높은 온도로 감지되는 부분에 상기 제 2 공간 내를 유동하는 공기를 유입함으로써, 주위 영역의 온도와 유사한 범위의 온도가 되도록 제어될 수 있다.
또는, 상기 제 2 공간 내를 유동하는 공기의 온도가 상기 제 1 공간 내를 유동하는 공기에 비해 보다 고온일 경우에는, 상기 공정튜브부재(20) 외부 영역 중에서 보다 낮은 온도로 감지되는 부분에 상기 제 2 공간 내를 유동하는 공기를 유입함으로써, 주위 영역의 온도와 유사한 범위의 온도가 되도록 제어될 수도 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 보우트부재
20: 공정튜브부재
30: 제 1 단열부재
40: 제 2 단열부재
50: 가열부재
60: 온도센서
80: 개폐부재

Claims (5)

  1. 복수 개의 웨이퍼들이 적재되는 보우트부재와;
    상기 보우트부재의 외부를 감싸며 공정가스가 주입되는 공정튜브부재와;
    상기 공정튜브부재의 외부를 감싸는 제 1 단열부재와;
    상기 제 1 단열부재 외부를 감싸는 제 2 단열부재와;
    상기 보우트부재에 적재되는 웨이퍼들을 가열하기 위한 가열부재를 포함하며,
    상기 공정튜브부재와 제 1 단열부재 사이에는 기체의 유동을 위한 공간이 형성되고,
    상기 제 1 단열부재와 제 2 단열부재 사이에도 기체의 유동을 위한 공간이 형성되며,
    상기 제 1 단열부재에는 기체의 순환을 위한 제 1 유입구 및 유출구가 형성되고,
    상기 제 2 단열부재에도 기체의 순환을 위한 제 2 유입구 및 유출구가 형성되며,
    상기 제 1 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향과 상기 제 2 단열부재 내부로 유동되는 기체의 방향이 서로 반대방향이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단열부재에는 연결통로가 형성되어, 상기 제 1 단열부재와 제 2 단열부재 사이의 기체와 상기 제 1 단열부재와 공정튜브부재 사이의 기체가 서로 유동될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단열부재에는 높이 방향을 따라 복수 개의 개폐부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 2중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단열부재에는 높이 방향을 따라 복수 개의 온도센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 2중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 온도센서에 의해 감지되는 온도에 따라 상기 개폐부재가 개폐제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 기체 순환구조를 가지는 웨이퍼 열처리 장치.
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