KR920000710B1 - 반도체 기판의 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 기판의 열처리 장치

제1도는 본 발명에 관련된 반도체 기판의 열처리 장치의 실시예를 모식적으로 나타낸 종단면도.

제2도 내지 제4도는 각각 제1도에 나타낸 웨이퍼 지지부재의 수종의 실시 상태를 나타낸 사시도.

제5도는 노심관내에 도입된 반응가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 종단면도.

제6도는 제5도에 나타낸 반응가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 모식 입체도.

제7도 내지 제9도는 종래 장치를 모식적으로 나타낸 종단면도이다.

본 발명은 반도체의 제조공정에 사용되는 열처리 장치(Heat Processing Apparatus)에 관한 것으로, 특히 다수의 반도체 기판(이하, 단지 웨이퍼(Wafer)라 칭함)을 수용해서 가열함과 동시에 소정의 반응가스를 공급하는 것에 의해서 웨이퍼에 대한 소망의 열처리를 행하도록 된, 예컨대 산화로(Oxydation Furnace), 확산로(Diffusion Furnace), CVD 장치(Chemical Vapor Deposition Appatatus)등의 열처리 장치의 개량에 관한 것이다.

종래, 반도체의 제조공정에 있어서의 수종의 열처리에 사용되는 열처리로는 일반적으로 석영제의 노심관의 외주부에 히터 및 단열재를 배치하고, 또한 그 외주를 케이싱(Casing)에 의해서 위요(圍繞)되어진 구성으로 되어 있으며, 제7도에 나타낸 바와 같은 황형로가 사용되고 있었다.

즉, 종래 장치에 있어서는 그 전단(도면에 대해서 좌측)을 세경으로 된 석영제의 노심관(1)의 주위에 히터(2)를 배설하고, 복수의 피처리 웨이퍼(4)를 직립으로 지지하는 지지부재(3)(Wafer Boat)를 노심관(1)의 후단측(도면에 대해서 우측)으로부터 삽입해서, 노심관내로 배치한다. 도시를 생략하였지만, 노심관(1)의 후단부는 뚜껑체에 의해서 밀폐되어 있다. 이 노심관(1)에 대해서 전단에서 O₂, H₂, N₂등 소정가스를 공급하여 고온의 분위기내에서 피처리 웨이퍼에 반응가스를 접촉시키는 것에 의해서 소망의 열처리를 행하도록 되어 있다.

이와 같은 열처리 장치에 있어서는 균일한 품질의 제품을 얻기 위해서는 반응가스를 각 피처리 웨이퍼의 전면에 대해서 가급적으로 균일하게 접촉시키는 것이 필요한 것이다.

특히, 근래 웨이퍼의 대형화나 반도체 디바이스(Device)의 고집적화에 수반하여 배선 패턴의 미세화에 대처하기 위하여, 보다 광범위하게 걸쳐서 보다 균일한 처리를 할 수 있는 장치가 필요로 하게 된 것이다.

이러한 요구에 부응할 수 있는 것이 이미 수종 제안된 바 있다. 예컨대, 일본국 특허출원 공개 소 60-86822호 공보는 제8도에 나타낸 바와 같이, 석영제의 노심관(1)의 반응가스 도입부 부근에 다수의 소공을 설치한 일대의 확산판(5),(6)을 배치하고, 노심관내로 공급되는 반응가스를 난류화하는 것에 의해서, 각 피처리 웨이퍼에 대한 반응가스의 접촉을 향상시키도록 된 열처리 장치가 개시되어 있다.

또한, 일본국 특허출원 공개 소 59-200415호 공보는 제9도에 나타낸 바와 같이, 노심관내의 상부에 소공을 설치한 반응가스의 도입관(7)을 배치하고, 이 소공에서 반응가스를 하방으로 분출시키는 것에 의해서 각 피처리 웨이퍼에 대한 반응가스의 접촉을 향상시키도록 된 열처리 장치가 개시되어 있다.

상술한 바와 같은 수종의 제안에도 불구하고, 종래의 열처리 장치에 있어서는 각 피처리 웨이퍼의 전면에 걸쳐서 균일하게 반응가스를 공급하는 것은 아직 불완전한 것이며, 또한 노심관내로 공급된 반응가스중에 불순물이 혼입되는 문제점이 상존하고 있다. 즉, 상기 일본국 특허출원 공개 소 60-86822호 공보에 개시되어 있는 열처리 장치에 있어서는 피처리 웨이퍼에 대해서 반응가스의 흐름에 알맞게 확산판을 배치하여 구성되어 있기 때문에, 또한 상기 일본국 특허출원 공개 소 59-200415호 공보에 개시되어 있는 열처리 장치에 있어서는 노심관내에 지지되어진 피처리 웨이퍼의 상방으로 반응가스의 도입관을 배치하여 구성되어 있기 때문에, 반응가스 중에 불순물이 혼입되어 피처리 웨이퍼에 대해서 악 영향을 미칠 우려가 있게 된다. 특히, 후자에 있어서는 노심관내에 배치된 치구 구성이 복잡하게 되는 불리함이 있다. 더우기, 상기 어느 열처리 장치에 있어서도 충분하게 균일한 반응가스를 피처리 웨이퍼에 대해서 접촉시키는 것이 불충분하기 때문에 피처리 웨이퍼의 표면상에 줄무늬 상의 처리 얼룩이가 발생하며, 특히 이 열처리 장치를 CVD 처리등의 막형성 처리에 적용하는 경우에는 막 두께 및 막질(膜質)의 얼룩이가 생기는 문제가 있었다.

본 고안은 상술한 종래의 장치에 있어서의 제문제를 감안한 것으로, 그 제1의 목적은 노심관내에 지지된 각 피처리 웨이퍼의 전면에 대해서 균일한 열처리를 할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것이며, 제2의 목적은 열처리를 행할시 반응가스 중에 불순물의 혼입이 없는 열처리 장치를 제공하는 것이며, 그의 제 목적은 후술의 발명의 상세한 설명 및 도면에 개시되어 있는 것으로부터 용이하게 이해될 것이다.

상기 제 목적은 본 발명에 의해서 달성되어 얻을 수 있는 것으로, 본 발명은 복수의 반도체 기판에 대해서 열처리를 행하기 위한 장치에 있어서, 그 내부에 피처리 반도체 기판을 수용하고, 이것에 대해서 소망의 열처리를 행하며 그 일단은 동부에 비해서 세경으로 되어 있으며, 여기서 소정의 반응가스를 그 내부로 도입하고, 또한 그 타단은 뚜껑체에 의해서 밀폐되어 있는 노심관과 상기 노심관의 외주면에 부설되며, 상기 노심관 내부를 가열하기 위한 가열수단과, 상기 노심관내에서 복수의 피처리 반도체 기판을 소정의 핏치로서 직립시키기 위한 지지수단과, 노심관내로 도입된 반응가스가 각 반도체 기판의 전면에 대해서 균일하게 접촉토록 하고, 각 반도체 기판의 하방으로 설치된 반응가스 흡기수단으로 된 것을 특징으로 한 반도체 기판의 열처리 장치에 관련된 것이다.

본 발명을 실시할시에는 반응가스 흡기수단의 중공부재로서 구성됨과 동시에 상기 부재의 피처리 반도체 기판에 대향하는 부위에 개구를 설치하여 상기 개구 부분에 피처리 반도체 기판을 배치하도록 하는 것이 바람직스러운 것이다. 또한 지지수단을 상기 개구부의 연부에 설치된 절결부에 의해서 구성된 것이 장치 구조를 간소화하는 것으로서 소망스러운 것이다.

또한 반응가스 흡기수단과 지지부재를 석영으로 성형하는 것이 바람직스럽다.

본 발명과 신규한 특징에 의해서, 노심관내에 배치된 복수의 피처리 웨이퍼의 전면에 대해서 극히 균일하게 반응가스를 접촉시키는 것이 가능하게 되고, 정도 높은 열처리가 가능하게 되는 것이다. 또한 열처리 효율이 높기 때문에 열처리를 요하는 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다. 그 외의 다른 잇점은 후술의 실시예 및 도면에 기재된 것으로부터 분명해질 것이다.

[최량의 실시예]

실시예의 설명에 앞서서, 노심관내에 있어서의 반응가스의 흐름에 대해서 검토한다. 발명자의 검토한 것에 의하면, 피처리 웨이퍼를 노심관내에 배치되어 있지 않은 경우에 있어서의 노심관 내부에서의 반응가스의 흐름은, 제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이 진행하는 것이 확인되었다.

즉, 노심관 내부를 균일하게 가열된 상태에 있어서, 노심관의 전단(도면에 대해서 좌측)에서 도입된 H₂, O₂, N₂등의 반응가스는 제2의 영역(Region I)에 있어서 팽창되어 층류화한다. 다음에 제2의 영역(Region II)에 있어서 가열된 상기 반응가스는 노심관내에서 상승하면서 노심관의 후단으로 향하여 흐른다. 또한 제3의 영역(Region III)에 있어서 상기 반응가스는 노심관내의 상부에서 비교적 고속의 흐름으로 되어서 노심관의 후단으로 향하여 흐른다.

이 제3의 영역에 있어서, 화살표로서 나타낸 반응가스의 흐름과 스메이징(Smazing)으로 나타낸 비교적 저온가스의 대류역과 2층으로 분리된 상태가 생긴다. 이와 같이 노심관에서 반응가스가 2층으로 분리된 상태로 되는 이유는 노심관벽 부근의 반응가스가 노심관벽에서 일을 공급받는 것에 의해서 벽면에 연해서 상승하여 대류를 생기게 하기 때문에 노심관의 중심부 부근에는 비교적 저온의 반응가스가 별도의 대류역으로서 생기는 것이라고 여겨진다.

이와 같이 노심관내에 있어서의 반응가스의 분리현상은 열처리로에 일반적으로 나타나는 것이며, 상술한 바와 같이 노심관의 중심부 부근에 생긴 비교적 저온의 반응가스의 대류역은 비교적 안정된 정상류로 되어진다.

피처리 웨이퍼를 하기 위해서는 이 노심관의 중심부 부근에 형성된 대류역의 정상류 중에 피처리 웨이퍼를 배치하는 것이 종래 일반적인 것이다. 그러나 노심관내에 피처리 웨이퍼를 배치된 상태에 있어서는 피처리 웨이퍼 자체에 의해서 난류가 생기고, 반응가스를 각 피처리 웨이퍼의 전면에 균일하게 공급하는 것이 곤란하게 되어진다.

이러한 잔류에 의해서 피처리 웨이퍼 표면에는 전술한 바와 같은 줄무늬상의 얼룩이가 생기게 된다.

여기서, 이와 같은 줄무늬상의 처리 얼룩이의 문제를 해소하기 위해서는 노심관내에 피처리 웨이퍼를 배치된 경우에 있어서도, 항상 안정된 반응가스가 각 피처리 웨이퍼의 표면으로 균일하게 공급되는 것이 필요하게 된 것이다.

다음에, 본 발명에 관련된 열처리 장치의 실시예에 대해서 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련된 반도체 기판의 열처리 장치의 실시예를 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 석영제의 노심관(10)은 그 전단부(12)를 동부에 비해서 소경으로 된 것이며, 노심관(10)은 수평 방향으로 연장되고, 도시를 생략한 노심관(10)의 후단은 뚜껑체(도시안됨)에 의해서 밀폐되어 있다.

노심관(10)의 동부 외주면에는 히터(Heater)(11)가 부설되어 있어서 노심관 내부를 균일하게 가열한다. 이 노심관(10) 및 히터(11)의 주위에는 단열재(도시안됨)가 배치되고, 또한 그 외측에는 케이싱(도시안됨)이 배치되어 있지만, 이것은 본 발명에 직접 관계있는 것이어서 설명을 생략한다.

노심관내에는 후단을 고정부(도시안됨)에 의해서 지지된 지지부재(Wafer Bost)(13)가 노심관의 수단에서 삽입되어 있고, 피처리 웨이퍼(14)는 노심관의 대략 중심부에서(즉, 노시모간벽에 대해서 비접촉의 상태에서) 이 지지부재(13)상에 직립으로 지지되어 있다. 지지부재(13)는 석영으로 중공으로 성형되어 있으며, 이 상부에 지지된 복수의 피처리 웨이퍼의 각 사이에 반응가스를 흡기하기 위한 개구가 설치되어 있다. 이 각 개구는 지지부재의 내부를 통해서 배기장치(도시안됨)에 접속되어 있다.

제2도 내지 제4도는 각각 지지부재(13)의 수종의 실시상태를 사시도이고, 제2도에 나타낸 지지부재(15)는 석영제로서 중공의 부분 원통상으로 형성되어 있다. 이 상면에는 사각형의 개구(16)가 설치됨과 동시에 이 개구(16)의 연부에는 피처리 웨이퍼(14)의 위치 결정 및 자세유지를 위해서 피처리 웨이퍼(14)를 직립시키게 적합한 절결부가 소정 핏치로서 설치되어 있다.

상기 지지부재(15)는 도시안된 배기장치로 접촉되어 있으며, 이 배기장치를 기동하는 것에 의해서 노심관내에 도입된 반응가스를 지지부재(15)에 설치된 개구(16)에서 지지부재(15)의 내부를 통해서 흡인된다.

제3도에 나타낸 지지부재(17)는 제2도의 것과 동일한 석영제로서, 지지부재의 기부는 중공 원통상으로 성형되어 있음과 동시에 그 전단부(즉, 피처리 웨이퍼를 지지하는 부분)는 제2도에 나타낸 것과 동일한 중공의 부분 원통상으로 성형되어 있다. 지지부재의 부분 원통상을 이룬 전단부 상면에는 사각형의 개구(18)가 설치됨과 동시에, 이 개구(18)의 연부에는 피처리 웨이퍼(14)의 위치 결정 및 자세유지를 위해서, 피처리 웨이퍼(14)를 직립시키기에 적합한 절결부가 소정 핏치로서 설치되어 있다. 또한 지지부재의 원통상을 이룬 기부의 단면에는 상기 개구(18)에서의 흡기를 좋게 하기 위해서, 그 하부로 지지부재의 기부와 전단부를 연통하기 위한 개구를 가진 뚜껑체(19)가 배설되어 있다. 상기 지지부재(17)는 도시하지 않은 배기장치로 접속되어 있으며, 이 배기장치를 기동하는 것에 의해서 노심관내로 도입된 반응가스를 지지부재(17)에 설치된 개구(18)에서 지지부재(17)의 내부를 통해서 흡인된다.

제4도에 나타낸 지지부재는, 제2도 및 제3도의 것과 동일하게 석영제로서, 평행으로 연장된 3본의 중공 원통관(20)으로 구성되고, 각 원통관(20)의 피처리 웨이퍼에 대향하는 면에는 사각형의 개구(21)가 설치됨과 동시에, 이 개구(21)의 연부에는 피처리 웨이퍼의 위치 결정 및 자세유지를 위해서 피처리 웨이퍼를 직립시키기에 적합한 절결부가 소정 핏치로서 설치되어 있다. 3본의 중공 원통관(20)은 각각 도시안된 배기장치로 접속되어 있으며, 이 배기장치를 기동하는 것에 의해서 노심관내에 도입된 반응가스를 중공 원통관(20)에 설치된 개구(21)에서 중공 원통관(20)의 내부를 통하여 흡인된다.

노심관(10)의 전단부(12)에서 도입된 반응가스는 도면에서 화살표로서 나타낸 바와 같이, 노심관의 동부에서 팽창하여 상승하면서 층류로 되어 노심관의 후단 방향으로 흐르고, 도시안된 배기장치에서의 흡기에 의해서 상기 반응가스는 각 피처리 웨이퍼의 사이의 개구로 향하여 하강류로 되어 하강한다.

이때, 반응가스의 하강류는 노심관의 전단부(12)에서 도입된 반응가스량과 지지부재(13)에 설치된 개구에서 흡기되는 흡기량을 균형(Balance)시키는 것에 의해서, 안정된 정상류로 되어진다. 안정된 하강류로된 반응가스는 노심관내에 배치된 피처리 웨이퍼(14)의 각 표면에 대해서 균일하게 접촉하여 지극히 균일하고 안정된 열처리를 행한다.

이와 같이, 종래는 노심관내에 있어서, 단지 피처리 웨이퍼를 지지만 하던 지지부재를 본 발명에 있어서, 중공구조로서 각 피처리 웨이퍼 사이에 반응가스 흡인용의 개구를 설치하고, 이 개구에서 흡기하는 것에 의해서, 지극히 안정된 반응가스의 정상류를 각 피처리 웨이퍼의 전면으로 균일하게 접촉시킬 수가 있는 것이다.

상술한 실시예에 나타낸 열처리 장치는, 반도체의 제조공정에 있어서의 수종의 열처리 장치(예컨대, 산화로, 확산로, CVD 장치등)에 적용하는 것으로서 매우 범용성이 높은 것이다.

Claims (4)

1. 복수의 반도체 기판에 대해서 열처리를 행하기 위한 장치에 있어서, 그 내부에 피처리 반도체 기판(14)을 수용하고, 이것에 대해서 소망의 열처리를 행하며, 그 일단(12)은 동부에 비해서 작은 직경으로 되어, 여기서 소정의 반응가스를 그 내부로 도입하며, 또한 그 타단은 뚜껑체에 의해서 밀폐된 노심관(10)과, 상기 노심관(10)의 외주면에 부설되고, 상기 노심관의 내부를 가열하기 위한 가열수단(11)과, 상기 노심관(10)에 복수의 피처리 반도체 기판을 소정의 핏치로 직립시키기 위한 수단(13)(15)(17)(20)과; 노심관내로 도입된 반응가스가 각 반도체 기판의 전면에 대해서 균일하게 접촉하도록 각 반도체 기판(14)의 하방으로 설치된 반응가스 흡기수단으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응가스 흡기수단은 중공부재로 구성됨과 동시에 상기 부재의 피처리 반도체 기판에 대향하는 부위에 개구(18)를 설치하고, 상기 개구(18)부분에 피처리 반도체 기판(14)을 배치토록 된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지수단은 상기 개구부의 연부에 설치된 절결부에 의해서 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 반응가스 흡기수단과 상기 지지수단이 석영에 의해서 성형된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 장치.

Images