KR20220064609A - 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

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KR20220064609A
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wafer processing
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김우형
김돈영
박병현
손호민
이현주
임영철
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Abstract

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 웨이퍼 처리 장치는 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브, 상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브, 복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트를 포함하고, 상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 기 설정된 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 처리 장치{WAFER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 위한 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다.
배치형 반응로에서 수직 방향으로 배치되는 복수 개의 웨이퍼들 상에 유전막과 같은 박막을 증착하기 위한 유전막 증착 공정이 수행될 수 있다. 상기 유전막의 두께는 반도체의 데이터 저장 용량을 결정하는 등 다양한 역할을 할 수 있기 때문에, 균일하고 일정한 수준의 두께를 유지할 필요성이 인정될 수 있다. 그러나, 복수 개의 상기 웨이퍼들을 지지하는 보트가 배치형 반응 챔버 내에서 회전할 때, 상기 반응 챔버 내부의 압력은 순간적으로 변동될 수 있고, 이에 따라, 상기 웨이퍼들 간에 박막의 두께가 균일하지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 압력 안정화 및 유전막 두께 산포도 향상을 위한 내측 튜브 구성을 갖는 웨이퍼 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 웨이퍼 처리 장치는 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브, 상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브, 복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트를 포함하고, 상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 기 설정된 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 웨이퍼 처리 장치는 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브, 상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브, 복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트, 상기 내측 튜브 내에서 상기 수직 방향으로 연장하며 상기 웨이퍼들을 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 가스 분사 노즐을 갖는 가스 분사 장치를 포함하고, 상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 4도의 우측 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시 예들에 따르면, 웨이퍼 처리 장치는 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브, 상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브, 복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트를 포함하고, 상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 기 설정된 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
내측 튜브의 수직 측벽을 관통 형성하는 배기 슬릿이 수직 방향과 일정한 경사 각도를 갖기 때문에, 내측 튜브의 내부에서 보트가 회전할 때, 복수 개의 보트 지지 바들이 내측 튜브의 배기 슬릿과 일치하는 면적을 최소화 시킬 수 있다. 따라서, 반응 챔버 내의 가스는 배기 슬릿 중 일면적을 통해 지속적으로 방출될 수 있으며, 웨이퍼 처리 장치 내부의 압력이 변화하는 정도를 낮추는 효과를 얻을 수 있다.
증착 공정이 진행되는 중, 웨이퍼 처리 장치의 압력 변화가 적으면 보트 상에 구비된 웨이퍼(W)에 대한 일정한 두께의 박막을 형성할 수 있고, 보다 높은 신뢰도의 반도체 장치를 제작하는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 웨이퍼 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 내측 튜브를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 내측 튜브를 나타내는 정면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 보트를 나타내는 사시도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 보트를 나타내는 평면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 가스 분사 장치를 나타내는 정면도이다.
도 8은 도 7의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9는 내측 튜브 내부에서 보트가 시계방향으로 회전하는 과정을 나타내는 정면도이다.
도 10은 내측 튜브 내부에서 보트가 시계방향으로 회전하는 과정을 나타내는 평면도이다.
도 11은 내측 튜브 내부에서 보트가 반 시계방향으로 회전하는 과정을 나타내는 정면도이다.
도 12는 내측 튜브 내부에서 보트가 반 시계방향으로 회전하는 과정을 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 웨이퍼 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 내측 튜브를 나타내는 사시도이다. 도 3 및 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 내측 튜브를 나타내는 정면도이다. 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 보트를 나타내는 사시도이다. 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 보트를 나타내는 평면도이다. 도 7은 예시적인 실시예들에 따른 가스 분사 장치를 나타내는 정면도이다. 도 8은 도 7의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 9는 보트가 시계방향으로 회전하는 경우의 내측 튜브를 나타내는 정면도이다. 도 10은 도 9의 내측 튜브를 나타내는 평면도이다. 도 11은 보트가 반 시계방향으로 회전하는 경우의 내측 튜브를 나타내는 정면도이다. 도 12는 도 11의 내측 튜브를 평면도이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 웨이퍼 처리 장치(10)는 외측 튜브(outer tube)(500), 외측 튜브(500) 내에 배치되며 반응 챔버(102)를 정의하는 내측 튜브(inner tube)(100), 내측 튜브(100) 내외부로 승하강 가능하며 복수 개의 웨이퍼들(W)을 지지하는 보트(200), 내측 튜브 및 내측 튜브(100) 내에서 반응 챔버(102) 내부로 가스를 분사하기 위한 가스 분사 장치(300)를 포함할 수 있다. 또한, 웨이퍼 처리 장치(10)는 반응 챔버(102) 내의 가스를 배출시키기 위한 배기부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 웨이퍼 처리 장치(10)는 종형 기판 처리 설비(Vertical Substrates Treatment Equipment)의 일부로서 제공될 수 있다. 웨이퍼 처리 장치(10)는 수직형 배치 반응로(batch reactor)를 포함할 수 있다. 내측 튜브(100)는 수직형 외측 튜브(500) 내에 배치되며, 수직 방향(Z 방향)으로 연장하는 연장하며 웨이퍼들(W)을 처리하기 위한 반응 챔버(102)를 정의할 수 있다. 상기 수직형 배치 반응로는 복수 개의 상기 웨이퍼들이 적재된 보트(200)를 수용하고 효율적인 가열 및 로딩 순서에 관하여 장점들을 가질 수 있다.
예를 들면, 웨이퍼 처리 장치(10)는 지르코늄 산화막(ZrO2)과 같은 금속 산화막과 같은 유전막을 증착하기 위한 유전막 증착 장치일 수 있다. 웨이퍼 처리 장치(10)는 지르코늄(Zr) 전구체와 오존 가스(O3)를 이용하여 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식으로 상기 유전막을 상기 웨이퍼들 상에 증착시킬 수 있다.
외측 튜브(500)는 플랜지(170)와 같은 지지 부재로부터 수직 방향(Z 방향)으로 연장할 수 있다. 외측 튜브(500)는 내측 튜브(100)의 외측면을 감싸도록 구비되어 내측 튜브(100)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 외측 튜브(500)의 하단부는 개방 단부이고, 외측 튜브(500)의 상단부는 폐쇄 단부일 수 있다. 외측 튜브(500)의 하단부는 플랜지(170)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 플랜지(170)는 O-링과 같은 밀봉 부재에 의해 외측 튜브(500)의 하단부와 결합하여 외측 튜브(500)를 밀봉시킬 수 있다.
외측 튜브(500)는 내측 튜브(100)로부터 방출된 잔여 물질 및 기체가 외부로 나가는 것을 방지할 수 있다. 외측 튜브(500)는 석영(SiO2) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다.
내측 튜브(100)는 외측 튜브(500) 내에 배치되어 수직 방향(Z 방향)으로 연장할 수 있다. 내측 튜브(100)는 개방된 하단부를 갖는 실린더 형상을 가질 수 있다. 내측 튜브(100)는 석영(SiO2) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 내측 튜브(100)의 하단부(120)는 개방 단부이고, 내측 튜브(100)의 상단부는 폐쇄 단부일 수 있다. 내측 튜브(100)는 원통형 수직 측벽(130)을 포함하고, 내측 튜브(100)의 상단부는 수직 측벽(130)의 개방 단부를 커버하는 상부 플레이트(110)를 포함할 수 있다. 상부 플레이트(110)는 300mm 내지 350mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 수직 측벽(130)은 1,250mm 내지 1,350mm 범위의 높이를 가질 수 있다.
내측 튜브(100)의 하단부는 플랜지(170)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 플랜지(170)는 O-링과 같은 밀봉 부재에 의해 내측 튜브(100)의 하단부와 결합하여 내측 튜브(100)를 밀봉시킬 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 반응 챔버(102)는 외측 튜브(500) 둘레에 배치된 히터(도시되지 않음)와 같은 온도 조절 시스템에 의해 일정한 온도로 유지될 수 있다.
반응 챔버(102)는 수직 방향으로 배치된 복수 개의 웨이퍼들(W)을 지지하는 보트(200)를 수용할 수 있다. 보트(200)는 지지 테이블(252) 상에 위치될 수 있고, 지지 테이블(252)은 도어 플레이트(250) 상에 지지될 수 있다. 도어 플레이트(250)는 승하강하여 보트(200)를 내측 튜브(100) 내부로 인입 또는 인출할 수 있다. 내측 튜브(100)의 하단부는 도어 플레이트(250)에 의해 개폐될 수 있다. 예를 들면, 보트(200)는 약 25 내지 150매의 웨이퍼들(W)을 탑재할 수 있다.
지지 테이블(252)은 반응 챔버(102)의 내부에 위치하여 보트(200)를 지지하고 내부가 개방된 원통 형상을 가짐으로써 기류가 정체되는 것을 방지할 수 있다.
도어 플레이트(250)는 플랜지(110)의 하단부에 장착될 수 있다. 예를 들면, 도어 플레이트(250)는 O-링과 같은 밀봉 부재에 의해 플랜지(110)의 하단부와 결합하여 반응 챔버(102)를 밀봉시킬 수 있다.
도어 플레이트(250)의 중앙부에는 관통홀(251)이 형성될 수 있다. 보트(200)를 지지하는 지지 테이블(252)은 관통홀(251)을 통해 연장하는 회전축(410)의 상단부에 의해 지지될 수 있다. 관통홀(251)은 기밀이 유지된 상태에서 회전축(410)이 회전 가능하도록 지지할 수 있다.
회전축(410)은 구동 모터(400)의 구동축에 연결될 수 있다. 따라서, 도어 플레이트(250) 상의 지지 테이블(252)에 의해 보트(200)는 내측 튜브(100) 내에서 회전 가능하도록 지지될 수 있다. 웨이퍼들(W) 상에 공정 가스들이 분사되어 증착 공정을 수행할 때, 보트(200)는 소정의 속도로 회전할 수 있다. 예를 들어, 보트(200)는 1분당 1회전(1RPM) 할 수 있다. 보트(200)는 구동 모터(400)에 의해 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전할 수 있다. 또한, 구동 모터(400)는 승강 로드(420)를 따라 승하강하는 승강 메커니즘에 지지된 암(430)에 의해 승하강 하도록 구비될 수 있다.
내측 튜브(100)의 하단부가 설치되는 플랜지(170)의 주변부는 베이스 플레이트(180)에 의해 지지될 수 있다. 베이스 플레이트(180)는 스테인리스 스틸과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(180)의 하부에는 웨이퍼 전달 챔버가 구비될 수 있다. 상기 웨이퍼 전달 챔버에는 웨이퍼 전달 메커니즘(도시되지 않음)이 구비되어 하강된 도어 플레이트(250) 상의 보트(200)로 웨이퍼들을 전달할 수 있다. 상기 웨이퍼 전달 챔버는 대기압의 질소 분위기로 되어 있을 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(180)의 상부에는 클린 룸 내의 청정한 공기로 되어 있을 수 있다.
제어부(도시되지 않음)는 전체 웨이퍼 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 레시피에 따라, 레시피에 나타난 다양한 처리 조건 하에서 처리가 행해지도록, 상기 웨이퍼 처리 장치 내의 다양한 기기의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 웨이퍼 처리 장치 내에 설치된 다양한 센서로부터의 신호를 수신함으로써, 웨이퍼(W)의 위치 등을 파악하여, 프로세스를 진행시키는 시퀀스 제어를 수행할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 기판 처리 장치 내에 설치된 다양한 검출기로 검출되는 물리적 측정값 등을 수신함으로써 웨이퍼 처리의 상태를 파악하고, 웨이퍼 처리를 적절하게 행하기 위해 필요한 피드백 제어 등을 행하도록 할 수 있다.
상기 제어부는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 연산 수단 및 기억 수단을 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 프로그램이 기억된 기억 매체로부터 레시피의 처리를 행하는 프로그램을 설치하여, 레시피의 처리를 실행하는 마이크로컴퓨터로서 구성될 수 있다.
상기 배기부는 반응 챔버(102) 내의 가스를 내측 튜브(100)에 형성된 배기 슬릿(140)으로부터 내측 튜브(100)와 외측 튜브(500) 사이를 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 상기 배기부는 내측 튜브(100)의 외측면 및 외측 튜브(500)의 내측면 사이의 공간에 연결된 배기 포트(511)를 포함할 수 있다. 배기 포트(511)는 외측 튜브(500)의 하부 측벽에 관통 형성될 수 있다. 따라서, 반응 챔버(102) 내의 가스는 배기 슬릿(140)을 통해 내측 튜브(100)로부터 배출되고, 내측 튜브(100) 및 외측 튜브(500) 사이의 공간에 연결된 배기 포트(511)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기 배기부는 배기 포트(511)에 연결된 배기 라인(510) 및 배기 펌프(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배기 라인(510)은 상기 유압 펌프에 연결되어 공정 과정에서 발생한 기체 및 잔여 물질을 외부로 배출시킬 수 있다. 예를 들어, 배기 라인(510) 및 상기 배기 펌프는 대 배기형 구조일 수 있다. 대 배기형 구조의 경우 200mm의 직경을 가진 배기 라인(510)과 10,000리터(l) 규모의 배기 펌프를 통해 기체 순환의 효율성을 높일 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배기 슬릿(140)은 내측 튜브(100)의 수직 측벽(130)에 관통 형성될 수 있다. 배기 슬릿(140)은 내측 튜브(100)의 연장 방향을 따라 연장하도록 형성될 수 있다. 배기 슬릿(140)은 수직 방향(Z 방향)에 대하여 기 설정된 각도(θ)를 갖도록 연장할 수 있다. 배기 슬릿(140)을 통해 반응 챔버(102) 내의 증착 물질, 촉매 물질, 반응 기체, 불순물 등을 내측 튜브(100)의 외부로 배출할 수 있다. 배기 슬릿(140)을 통해 반응 챔버(102) 내의 가스를 외부로 방출함으로써, 내측 튜브(100)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
예를 들면, 배기 슬릿(140)은 평행사변형 형상을 가질 수 있다. 배기 슬릿(140)의 상단부는 제1 폭(T1)을 가지고, 배기 슬릿(140)의 하단부는 제2 폭(T2)을 가질 수 있다. 제1 폭(T1)과 제2 폭(T2)은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 폭(T1) 및 제2 폭(T2)은 동일한 길이를 가질 수 있고, 24mm 내지 30mm의 길이를 가질 수 있다. 배기 슬릿(140)의 연장 길이(L)는 900mm 내지 1,000mm의 범위 이내에 있을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 내측 튜브(100)를 정면으로 바라볼 때, 배기 슬릿(140)의 상기 상단부가 배기 슬릿(140)의 중점(M)보다 오른쪽에 위치하고 배기 슬릿(140)의 상기 하단부가 중점(M)보다 왼쪽에 위치하는 경우, 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 양의 각도 또는 우측 각도를 갖는 것으로 정의할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배기 슬릿(140)의 상기 상단부가 배기 슬릿(140)의 중점(M) 보다 왼쪽에 위치하고 배기 슬릿(140)의 상기 하단부가 중점(M)보다 오른쪽에 위치하는 경우, 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 음의 각도 또는 좌측 각도를 갖는 것으로 정의할 수 있다.
예를 들어, 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 3도 내지 5도의 우측 각도 범위를 가질 수 있다. 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 3도 내지 5도의 좌측 각도 범위를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 경사 각도(θ)는 4도의 우측 각도 또는 4도의 좌측 각도를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보트(200)는 원형의 상판(230), 상판(230)과 대면하는 원형의 하판(240), 및 상판(230)과 하판(240)을 연결하는 수직 방향(Z 방향)으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들(210)을 포함할 수 있다. 보트(200)는 내측 튜브(100)의 내부에 로딩되어 위치할 수 있다. 예를 들면, 보트(200)는 석영(SiO2) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다.
복수 개의 보트 지지 바들(210)은 상판(230) 및 하판(240)과 직교할 수 있다. 복수 개의 보트 지지 바들(210)은 상판(230)과 하판(240)의 외각에 위치할 수 있다. 보트(200)가 내측 튜브(100)의 내부로 로딩되는 경우, 보트 지지 바(210)는 내측 튜브(100)의 수직 측벽(130)과 인접하게 위치할 수 있다.
보트 지지 바(210)는 제3 폭(T3)와 높이(H)를 가질 수 있다. 예를 들어 보트 지지 바(210)의 높이(H)는 950mm 내지 1000mm일 수 있고, 제3 폭(T3)는 22mm 내지 32mm일 수 있다.
보트 지지 바(210)는 복수 개의 서포터들(220)을 가질 수 있다. 서포터(220)는 보트(200)의 내측을 향하고, 서로 수직 방향(Z 방향)으로 일정하게 이격하여 위치할 수 있다. 예를 들어 하나의 보트 지지 바(210)는 25개 내지 150개의 서포터(220)를 가질 수 있다.
보트 지지 바(210)는 제1 지지 바(211), 제2 지지 바(212) 및 제3 지지 바(213)를 포함할 수 있다. 상판(230) 및 하판(240) 사이에서 제1 지지 바(211) 및 제3 지지 바(213)는 서로 대향하며 위치할 수 있다. 제2 지지 바(212)는 상판(230) 및 하판(240) 사이에서 제1 지지 바(211) 및 제3 지지 바(213)를 연결하는 방향과 직교하는 방향에 위치할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 분사 장치(300)는 내측 튜브(100) 내측에 설치되어 웨이퍼들(W) 상에 공정 가스를 분사할 수 있다. 가스 분사 장치(300)는 내측 튜브(100) 내에서 수직 방향(Z 방향)으로 연장하며 상기 공정 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 가스 분사 노즐(310)을 포함할 수 있다. 가스 분사 노즐(310)은 내측 튜브(100)의 연장 방향을 따라 연장하는 파이프 형상을 가질 수 있다.
내측 튜브(100)의 수직 측벽(130)에는 수직 방향(Z 방향)으로 연장하는 노즐 수용 커버(330)가 형성될 수 있다. 가스 분사 노즐(310)은 노즐 수용 커버(330) 내에 배치될 수 있다. 가스 분사 노즐(310)은 노즐 수용 커버(330)의 내부면에 인접하게 설치될 수 있다. 가스 분사 노즐(310)은 상기 연장 방향을 따라 복수 개의 분사 홀들(320)을 가질 수 있다. 분사홀들(320)은 상기 연장 방향을 따라 기 설정된 거리만큼 이격될 수 있다. 가스 분사 노즐(310)은 공정 가스를 복수 개의 분사 홀들(320)을 통해 내부 튜브(100)의 중심을 향하여 분사할 수 있다. 예를 들면, 가스 분사 노즐(300)는 석영(SiO2) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다.
분사 노즐(310)은 가스 공급라인(520)으로부터 공정 가스를 전달받아 분사 홀들(320)을 통해 내측 튜브(100) 내로 공정 가스를 분사할 수 있다. 가스 공급 라인(520)은 외측 튜브(500)를 관통하여 가스 분사 노즐(310)과 연결될 수 있다. 가스 공급 라인(520)을 통해 원자층 증착(ALD) 공정을 위한 소스 가스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 지르코늄(Zr), 질소(N2), 오존(O3) 등이 포함된 소스 가스를 제공할 수 있다.
분사 홀들(320)은 웨이퍼들(W)에 각각 대응하도록 가스 분사 노즐(310)의 연장 방향(Z 방향)으로 서로 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 분사 홀(320)는 내측 튜브(100)를 관통하여 내측 튜브(100) 내부를 향할 수 있다. 공정 가스는 분사 홀(320)를 통해 내측 튜브(100)의 중심(C)을 향하여 웨이퍼들(W)의 주면들에 평행한 방향(X 방향)으로 분사될 수 있다. 분사 홀(320)는 보트 지지 바(210) 상에 위치하는 서포터(220)에 대응하여 위치될 수 있다. 예를들어, 하나의 가스 분사 노즐(310)상에는 25개 내지 150개의 분사 홀(320)이 위치할 수 있다. 상기 분사 노즐들 및 상기 분사 홀들의 직경들, 그리고 상기 분사 홀들 사이의 이격 거리는 증착되는 박막의 종류, 증착 공정의 레시피 등에 따라 결정될 수 있다.
노즐 수용 커버(330)는 내측 튜브(100)의 일측면 상에 위치하여 가스 분사 노즐(310)을 덮는 형태를 가질 수 있다. 노즐 수용 커버(330)는 가스 분사 노즐(310)이 외부로 노출되어 내부를 이동하는 소스 가스의 온도 변화가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 웨이퍼 처리 장치를 이용하여 복수 개의 웨이퍼들을 처리하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 웨이퍼 처리 장치(10)의 내측 튜브(100) 내에 복수 개의 웨이퍼들(W)을 로딩할 수 있다. 구체적으로, 승강 로드(420)를 따라 암(430)이 하강하면, 암(430) 상에 구비된 도어 플레이트(250)와 보트(200)가 함께 하강할 수 있다. 보트(200)의 내부에 복수 개의 웨이퍼들(W)이 구비 되고, 승강 로드(420)를 따라 암(430)이 상승하면, 보트(200)에 적재된 복수 개의 웨이퍼들(W)은 내측 튜브(100) 내부에 로딩될 수 있다.
웨이퍼가(W) 로딩된 후, 증착을 위해 가스 공급원(520)으로부터 증착 공정을 위한 소스 가스가 제공될 수 있고, 소스 가스는 가스 분사 노즐(310)을 통해 분사 홀(320)에서 내측 튜브(100) 내부로 분사 될 수 있다. 소스 가스의 유입에 따라 반응 챔버(102) 내부의 압력은 높아질 수 있다.
웨이퍼(W)에 증착되는 증착막의 두께 차이를 방지하고 증착의 효율성을 높여 고품질의 증착막을 구성하기 위해서 내측 튜브(100) 내부의 압력이 높은 수준으로 일정하게 유지될 필요성이 인정될 수 있다. 높은 압력을 유지하기 위해 가스 분사 장치(300)를 통해 내측 튜브(100) 내부로 증착 가스가 지속적으로 제공될 수 있다.
가스 분사 노즐(310) 상의 분사 홀(320)은 내측 튜브(100)의 일면에 정렬되어 위치될 수 있기 때문에, 분사되는 소스 가스는 웨이퍼(W)상에 편파적으로 분사될 수 있고, 웨이퍼(W) 상에 형성되는 박막의 두께 차가 발생할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 웨이퍼(W)가 구비된 보트(200)는 구동 모터(400)에 의해 360도 지속적으로 회전 할 수 있다. 보트(200)는 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 보트(200)는 1분당 1회전(1RPM) 할 수 있다.
내측 튜브(100)의 내부에서 보트(200)가 회전함으로써, 보트(200)를 지지하는 복수 개의 보트 지지 바들(210)은 내측 튜브(100)의 수직 측벽(130)과 밀착하여 이동될 수 있다. 보트 지지 바(210)의 면적이 배기 슬릿(140)의 면적 상에 위치되면 배기 슬릿(140)을 통해 배출되는 기체의 이동면적을 줄일 수 있고, 내측 튜브(100) 내부의 기체는 배기 슬릿(140)을 통해 외부로 원활하게 방출되지 않을 수 있다. 또한, 가스 분사 장치(300)를 통해 지속적으로 공급되는 기체에 의해, 내측 튜브(100) 내부의 압력은 순간적으로 올라갈 수 있다.
이러한 현상을 방지하기 위해, 배기 슬릿(140)은 내측 튜브(100)의 수직 측벽(130) 상에 수직 방향(Z 방향)에 대하여 기 설정된 각도(θ)를 가지며 관통되어 연장 형성될 수 있다. 따라서, 배기 슬릿(140)은 제1 폭(T1)의 상단부와 제2 폭(T2)의 하단부를 갖는 평행사변형 형상을 가질 수 있다. 제1 폭(T1)과 제2 폭(T2)은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 내측 튜브(100)를 정면으로 바라볼 때, 배기 슬릿(140)의 상기 상단부가 배기 슬릿(140)의 중점(M)보다 오른쪽에 위치하고 배기 슬릿(140)의 상기 하단부가 중점(M)보다 왼쪽에 위치하는 경우, 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 양의 각도 또는 우측 각도를 갖는 것으로 정의 할 수 있다.
내측 튜브(100)의 내부에서 보트(200)가 시계방향으로 회전하는 경우, 경사 각도(θ)는 3도 내지 5도의 우측 각도 범위를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 경사 각도(θ)는 4도의 우측 각도일 수 있다. 이 경우, 보트(200)가 회전하는 과정에서 수직 방향(Z 방향)의 보트 지지 바(210)는 경사 각도(θ)를 갖는 배기 슬릿(140)의 상기 상단부, 중점(M), 상기 하단부 순으로 일치되어 회전할 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 내측 튜브(100)를 정면으로 바라볼 때, 배기 슬릿(140)의 상기 상단부가 배기 슬릿(140)의 중점(M)보다 왼쪽에 위치하고 배기 슬릿(140)의 상기 하단부가 중점(M)보다 오른쪽에 위치하는 경우, 배기 슬릿(140)의 경사 각도(θ)는 음의 각도 또는 좌측 각도를 갖는 것으로 정의 할 수 있다.
내측 튜브(100)의 내부에서 보트(200)가 반 시계방향으로 회전하는 경우, 경사 각도(θ)는 3도 내지 5도의 좌측 각도 범위를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 경사 각도(θ)는 4도의 좌측 각도일 수 있다. 이 경우, 보트(200)가 회전하는 과정에서 수직 방향(Z 방향)의 보트 지지 바(210)는 경사 각도(θ)를 갖는 배기 슬릿(140)의 상기 상단부, 중점(M), 상기 하단부 순으로 일치되어 회전할 수 있다.
경사 각도(θ)가 3도 이하인 경우, 배기 슬릿(140)의 기울기가 충분하지 않아 배기 슬릿(140)과 보트 지지 바(210)가 일치하는 면적이 넓어 배기 효과가 떨어질 수 있다. 경사 각도(θ)가 5도 이상인 경우, 배기 슬릿(140)이 내측 튜브(100)의 내부의 가스 분사 장치(300)의 기체 분사 범위를 벗어나게 되어 기체의 흐름을 방해 할 수 있다. 따라서, 경사 각도(θ)는 보트(200)가 시계방향으로 회전하는 경우 3도 내지 5도의 우측 각도, 구체적으로 4도의 우측 각도가 적절할 수 있다. 보트(200)가 반 시계방향으로 회전하는 경우 3도 내지 5도의 좌측 각도, 구체적으로 4도의 좌측 각도가 적절할 수 있다.
반응 챔버(102) 내의 가스는 경사 각도(θ)를 갖는 배기 슬릿(140)을 통해 내측 튜브(100)로부터 지속적으로 배출될 수 있고, 내측 튜브(100) 및 외측 튜브(500) 사이의 공간에 연결된 배기 포트(511)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
증착 공정 과정이 완료되면, 웨이퍼 처리 장치(10)의 내측 튜브(100) 내에 구비된 복수 개의 웨이퍼들(W)을 언로딩할 수 있다. 구체적으로, 승강 로드(420)를 따라 암(430)이 하강하면, 암(430) 상에 구비된 도어 플레이트(250)와 보트(200)가 함께 하강할 수 있다. 보트(200)가 내측 튜브(100)로부터 완전히 분리되면, 보트(200)의 내부에 구비된 복수 개의 웨이퍼들(W)은 보트(200)로부터 언로딩될 수 있다.
상술한 바와 같이, 배기 슬릿(140)이 수직 방향(Z 방향)과 경사 각도(θ)를 갖기 때문에, 내측 튜브(100)의 내부에서 보트(200)가 회전할 때, 복수 개의 보트 지지 바들(210)이 배기 슬릿(140)과 일치하는 면적을 최소화 시킬 수 있다. 따라서, 반응 챔버(102) 내의 가스는 배기 슬릿(140) 중 일면적을 통해 지속적으로 내측 튜브(100)로부터 배출될 수 있고, 공정 과정에서 반응 챔버(102) 내부의 압력이 변화하는 정도를 낮출 수 있다.
반응 챔버(102) 내의 압력이 일정하게 유지될 수 있기 때문에, 내측 튜브(100) 내의 보트(200)에 구비된 웨이퍼(W) 상에 일정한 두께의 박막이 형성될 수 있고, 높은 신뢰도의 반도체 장치를 제작하는 것이 가능할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 웨이퍼 처리 장치 100: 내측 튜브
102: 반응 챔버 110: 상부 플레이트
120: 하단부 130: 수직 측벽
140: 배기 슬릿 170: 플랜지
180: 베이스 플레이트 200: 보트
210: 보트 지지 바 211: 제1 지지 바
212: 제2 지지 바 213: 제3 지지 바
220: 서포터 230: 상판
240: 하판 250: 도어 플레이트
251: 관통홀 252: 지지 테이블
300: 가스 분사 장치 310: 가스 분사 노즐
320: 분사 홀 330: 노즐 수용 커버
400: 구동 모터 410: 회전축
420: 승강 로드 430: 암
500: 외측 튜브 510: 배기 라인
511: 배기 포트 520: 가스 공급원

Claims (10)

  1. 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브;
    상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브; 및
    복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트를 포함하고,
    상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 기 설정된 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 는 웨이퍼 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 슬릿의 경사 각도는 3도 내지 5도의 좌측 각도 범위 또는 3도 내지 5도의 우측 각도 범위를 갖는 웨이퍼 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보트는 상기 내측 튜브 내에서 시계방향으로 회전하도록 구동되는 웨이퍼 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배기 슬릿의 경사 각도는 4도의 우측 각도를 갖는 웨이퍼 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 보트는 상기 내측 튜브 내에서 반 시계방향으로 회전하도록 하는 구동되는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 배기 슬릿의 경사 각도는 4도의 좌측 각도를 갖는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 슬릿은 24mm 내지 30mm 범위 폭과 900mm 내지 1,000mm 범위의 길이를 갖는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 보트 지지 바들은 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 서로 대향하도록 배치되는 제1 및 제3 지지 바들, 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 제1 및 제3 지지 바들을 연결하는 방향과 직교하는 방향에 위치하는 제2 지지 바를 포함하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수 개의 보트 지지 바들은 24mm 내지 30mm의 폭과 950mm 내지 1,000mm의 높이를 갖는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 수직 방향으로 연장하는 외측 튜브;
    상기 외측 튜브 내에 배치되며, 원통형 수직 측벽 및 상기 수직 측벽의 상단을 커버하는 상부 플레이트를 포함하여 반응 챔버를 정의하는 내측 튜브;
    복수 개의 웨이퍼들을 지지하고 상기 내측 튜브로 승하강 가능하도록 설치되고, 서로 대응하는 원형의 상판 및 하판 그리고 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 수직 방향으로 연장하는 복수 개의 보트 지지 바들을 포함하는 보트; 및
    상기 내측 튜브 내에서 상기 수직 방향으로 연장하며 상기 웨이퍼들을 향하여 공정 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 가스 분사 노즐을 갖는 가스 분사 장치를 포함하고,
    상기 내측 튜브는 상기 수직 측벽에 관통 형성되며 상기 수직 방향에 대하여 4도의 우측 각도를 갖도록 경사지게 연장하는 배기 슬릿을 구비하는 웨이퍼 처리 장치.
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