KR20210106118A - 종형열처리장치 - Google Patents

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KR20210106118A
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장현수
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Abstract

본 실시예의 종형열처리장치는, 웨이퍼가 상하 방향으로 적층되는 열처리 로; 상기 열처리 로의 상면과 외둘레를 감싸고, 상기 열처리 로를 가열하는 열처리 튜브; 및 상기 열처리 튜브의 상측에 구비되고, 가스를 다운 플로우시키는 헤드 샤워;를 포함하고, 상기 헤드 샤워는, 상기 열처리 로와 상기 열처리 튜브에 걸쳐 가스를 다운 플로우시키도록 구성된다.

Description

종형열처리장치 {Vertical heat treatment apparatus}
본 발명은 파티클 오염원을 효과적으로 제거할 수 있는 종형열처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조에 사용되는 열처리장치는 통상 산화, 확산, 증착, 어닐링등에 사용된다. 이러한 열처리장치 중 다수의 기판을 상하로 이격되게 적재하여 동시에 열처리가 가능한 종형열처리장치가 있다.
종형열처리장치에 웨이퍼의 열처리가 이루어지는 종형의 열처리 로를 포함하는데, 고온의 열처리 로를 효율적으로 냉각시키는 것이 필요하다.
한국등록특허 제0852508호(2007.08.09.출원)에는, 800 ~ 1200 ℃ 로 가열된 열처리 로의 온도를 효과적으로 낮출 수 있는 프로세스 튜브를 포함하는 종형열처리장치가 개시된다.
종형열처리장치의 산화공정시 히터에 의해 800 ~ 1200℃의 높은 온도로 상승하는 SiC 라이너 튜브(LINER TUBE)의 온도를 효율적으로 낮추기 위해 프로세스 튜브(PROCESS TUBE) 외관 측면에 수직방향으로 4개의 노즐 또는 프로세스 튜브 외관 상부에 원형 노즐을 각각 형성하여 포트와 노즐을 통해 불활성가스인 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)이 흐르도록 함과 동시에 상기 프로세스 튜브 외관을 통해 흐르는 불활성가스가 SiC 라이너 튜브 외부로 흐르도록 SiC 라이너 튜브를 지지하는 석고블록의 구조를 개선한다.
도 1은 종래 기술에 따른 종형열처리장치의 일부가 도시된 측단면도이다.
종래의 종형열처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼들이 열처리되는 열처리 노(1)와, 열처리 노(1)를 감싸는 열처리 튜브(2)가 배치되고, 열처리 튜브(2) 상측에 헤드 샤워(head shower : 3)가 배치될 수 있다.
따라서, 헤드 샤워(3)가 작동되면, 공정 가스를 열처리 로(1) 내부에 수직하게 다운플로우시키고, 웨이퍼의 산화 공정을 진행할 수 있다.
그런데, 종래 기술에 따른 종형열처리장치는 열처리 튜브(2)의 상부 모서리 부분에 파티클 오염원(P)이 잔류할 수 있고, 열처리 중 파티클 오염원(P)이 열처리 로(1) 내로 유입될 수 있기 때문에 웨이퍼의 금속 오염에 영향을 미칠 수 있고, 수율이 높은 웨이퍼를 생산하기 어려운 문제점이 있다.
본 실시예는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 파티클 오염원을 효과적으로 제거할 수 있는 종형열처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 실시예의 종형열처리장치는, 웨이퍼가 상하 방향으로 적층되는 열처리 로; 상기 열처리 로의 상면과 외둘레를 감싸고, 상기 열처리 로를 가열하는 열처리 튜브; 및 상기 열처리 튜브의 상측에 구비되고, 가스를 다운 플로우시키는 헤드 샤워;를 포함하고, 상기 헤드 샤워는, 상기 열처리 로와 상기 열처리 튜브에 걸쳐 가스를 다운 플로우시키도록 구성된다.
상기 헤드 샤워는, 상기 열처리 로의 상부에 가스를 공급하는 복수개의 열처리 로 가스 주입구와, 상기 열처리 로 가스 주입구 외측에 구비되고, 상기 열처리 튜브의 상부 에지에 가스를 공급하는 복수개의 열처리 튜브 가스 주입구를 포함할 수 있다.
상기 헤드 샤워는, 상기 열처리 로의 상부와 대응되는 위치에 걸쳐 상기 열처리 로 가스 주입구들과 상기 열처리 튜브 가스 주입구들을 구비할 수 있다.
상기 열처리 로 가스 주입구들과 상기 열처리 튜브 가스 주입구들은 서로 다른 각도로 배치될 수 있다.
상기 열처리 로 가스 주입구들은, 상기 열처리 로의 상부에 대해 수직하게 배치될 수 있다.
상기 열처리 튜브 가스 주입구들은, 상기 열처리 튜브의 내주면에 대해 경사지게 배치될 수 있다.
상기 열처리 튜브 가스 주입구들은, 상기 열처리 튜브의 내주면과 45°를 유지하도록 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 종형열처리장치는 열처리 로와 열처리 튜브에 걸쳐 가스를 다운 플로우시키는 헤드 샤워를 구비함으로서, 열처리 공정 전 파티클 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.
따라서, 열처리 공정 중 파티클 오염원에 의한 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있고, 웨이퍼의 불량률을 줄이는 동시에 웨이퍼의 품질을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 종형열처리장치의 일부가 도시된 측단면도.
도 2는 본 실시예에 따른 종형열처리장치가 도시된 측단면도.
도 3은 본 실시예의 주요부가 확대 도시된 도면.
도 4 내지 도 5는 종래 기술과 본 실시예에서 열처리된 각 웨이퍼 샘플의 CP-MCLT Map 이 도시된 도면.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 종형열처리장치가 도시된 측단면도이고, 도 3은 본 실시예의 주요부가 확대 도시된 도면이다.
본 실시예의 종형열처리장치는 히터(10)와, 웨이퍼(20)와, 보트(30)와, 열처리 로(40)와, 열처리 튜브(50)와, 헤드 샤워(60)를 포함할 수 있다.
히터(10)는 열처리에 필요한 열을 제공하기 위한 것으로서, 열처리 튜브(50) 내부를 적어도 800 ~ 1200℃ 범위로 가열할 수 있다.
히터(10)는 보트(30)와 열처리 튜브(50)의 상면과 측면을 감싸도록 설치될 수 있고, 적어도 여러 개의 부분이 나뉘어지도록 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
웨이퍼들(20)은 열처리 공정이 요구되는 것으로서, 보트(30)에 거치되고, 히터(10)에 의해 둘러쌓이도록 설치될 수 있다.
보트(30)는 웨이퍼들(20)의 외주단 일부가 거치될 수 있으며, 웨이퍼들(20)을 상하 방향으로 소정 간격 이격되도록 거치할 수 있다.
열처리 로(40)는 히터(10)와 보트(30) 사이에 설치되는데, 보트(30)의 외곽에 설치될 수 있는 일종의 원형 튜브 형상으로 구성될 수 있다. 열처리 로(40)의 상측에 헤드 샤워(60)가 구비됨으로서, 열처리 로(40)의 내부에 공정 가스 또는 비활성 가스가 흐르도록 구성할 수 있다.
열처리 튜브(50)는 히터(10)와 열처리 로(40) 사이에 설치되는데, 열처리 로(40) 외측에 소정 간격 이격되도록 설치될 수 있다. 열처리 튜브(50)는 상면이 막힌 원형 튜브 형상으로서, 히터(10)로부터 발산되는 열을 전달받아 열처리 로(40) 전체에 균일한 온도로 제공할 수 있으며, SiC 재질로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
물론, 열처리 로(40) 외측의 열처리 튜브(50)의 위치를 고정시키기 위하여 열처리 튜브(50)의 하부 지지구조가 포함될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
헤드 샤워(60)는 열처리 튜브(50)의 상부에 설치될 수 있으며, 열처리 로(40) 뿐 아니라 열처리 튜브(50) 내부에도 가스를 다운 플로우시킬 수 있다. 헤드 샤워(60)는 열처리 로(40)와 열처리 튜브(50) 내측으로 공정 가스 또는 비활성 가스를 제공할 수 있다.
헤드 샤워(60)는 복수개의 열처리 로 가스 주입구(61)와, 복수개의 열처리 튜브 가스 주입구(62)를 포함할 수 있으며, 열처리 로 가스 주입구들(61) 둘레에 열처리 튜브 가스 주입구들(60)이 구비될 수 있다.
열처리 로 가스 주입구들(61)은 열처리 로(40)의 상부에 공정 가스 또는 비활성 가스를 공급하도록 구비될 수 있다. 실시예에 따른 열처리 로 가스 주입구들(61)은 열처리 로(40) 상부를 기준으로 수직하게 형성될 수 있으며, 헤드 샤워(60)의 중심부 측 소정의 원형 면적에 걸쳐 구비되는데, 방사형으로 소정 간격을 두고 구비될 수 있다.
열처리 튜브 가스 주입구들(62)은 열처리 튜브(50)의 상부 에지에 공정 가스 또는 비활성 가스를 공급하도록 구비될 수 있다. 실시예에 따른 열처리 튜브 가스 주입구들(62)은 열처리 튜브(50)의 내주면을 기준으로 경사지게 형성될 수 있으며, 열처리 로 가스 주입구들(61)을 감싸는 헤드 샤워(60)의 외주부 측 소정의 링형 면적에 구비되는데, 원주 방향으로 일정 간격을 두고 구비될 수 있다.
물론, 열처리 튜브 가스 주입구들(62)은 열처리 튜브(50)의 상부 에지에 잔류하는 파티클 오염원(P)을 다운 플로우시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 열처리 튜브 가스 주입구들(62)의 위치와 경사 각도는 다양하게 조절될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
한편, 헤드 샤워(60) 일측에는 가스가 주입될 수 있는 가스 주입구(미도시)가 구비될 수 있고, 열처리 로(40) 또는 열처리 튜브(50) 일측에는 가스가 회수될 수 있는 가스 유출구(미도시)가 구비될 수 있다. 가스 주입구와 가스 유출구는 헤드 샤워(60)와 열처리 로(40) 또는 열처리 튜브(50)의 외주면에 소정 각도로 이격된 위치에 구비될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
도 4 내지 도 5는 종래 기술과 본 실시예에서 열처리된 각 웨이퍼 샘플의 CP-MCLT Map 이 도시된 도면이다.
종래 기술의 종형열처리장치에 따르면, 비활성 가스를 열처리 로 내부에만 수직 방향으로 다운 플로우시키고, 열처리 로 내부에 존재하는 파티클 오염원을 제거한 다음, 웨이퍼들의 열처리 공정을 진행시킬 수 있다.
하지만, 열처리 튜브의 상부 에지에 존재하는 파티클 오염원이 잔류할 수 있고, 열처리 공정 중 파티클 오염원이 열처리 로 내부로 유입된 다음, 웨이퍼 벌크(wafer bulk) 내에 유입될 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따라 열처리된 각 웨이퍼 샘플들은 일부 영역에서 Particle , Metal 등의 파티클 오염원이 유입된 부분에서 전기적 특성을 나타내는 품질 항목으로 오염 평가시 사용하는 품질 지표인 CP_MCLT(Chemical Passivation Minority Carrier Life Time)이 열위하게 나타나는 것을 볼 수 있다.
반면, 본 실시예의 종형열처리장치에 따르면, 비활성 가스를 열처리 로 내부에 수직 방향으로 다운 플로우시키는 동시에 열처리 튜브 내주면과 45°경사진 방향으로 다운 플로우시키고, 열처리 로와 열처리 튜브 내부에 존재하는 파티클 오염원을 완전히 제거한 다음, 웨이퍼들의 열처리 공정을 진행시킬 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따라 열처리된 각 웨이퍼 샘플들은 전체 영역에 걸쳐 CP_MCLT(Chemical Passivation Minority Carrier Life Time)이 우수하게 나타나는 것을 볼 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 히터 20 : 웨이퍼
30 : 보트 40 : 열처리 로
50 : 열처리 튜브 60 : 헤드 샤워
61 : 열처리 로 가스 주입구 62 : 열처리 튜브 가스 주입구

Claims (7)

  1. 웨이퍼가 상하 방향으로 적층되는 열처리 로;
    상기 열처리 로의 상면과 외둘레를 감싸고, 상기 열처리 로를 가열하는 열처리 튜브; 및
    상기 열처리 튜브의 상측에 구비되고, 가스를 다운 플로우(down flow)시키는 헤드 샤워;를 포함하고,
    상기 헤드 샤워는,
    상기 열처리 로와 상기 열처리 튜브에 걸쳐 가스를 다운 플로우시키는 종형열처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 샤워는,
    상기 열처리 로의 상부에 가스를 공급하는 복수개의 열처리 로 가스 주입구와,
    상기 열처리 로 가스 주입구 외측에 구비되고, 상기 열처리 튜브의 상부 에지에 가스를 공급하는 복수개의 열처리 튜브 가스 주입구를 포함하는 종형열처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드 샤워는,
    상기 열처리 로의 상부와 대응되는 위치에 걸쳐 상기 열처리 로 가스 주입구들과 상기 열처리 튜브 가스 주입구들을 구비하는 종형열처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열처리 로 가스 주입구들과 상기 열처리 튜브 가스 주입구들은 서로 다른 각도로 배치되는 종형열처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열처리 로 가스 주입구들은,
    상기 열처리 로의 상부에 대해 수직하게 배치되는 종형열처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 열처리 튜브 가스 주입구들은,
    상기 열처리 튜브의 내주면에 대해 경사지게 배치되는 종형열처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 튜브 가스 주입구들은,
    상기 열처리 튜브의 내주면과 45°를 유지하도록 구비되는 종형열처리장치.
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