KR20020087311A - 반도체 제조용 수직 확산로 설비 - Google Patents

반도체 제조용 수직 확산로 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 산화막 공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수직 확산로 설비에 관한 것이다. 본 발명은 보우트의 하단부에 부착되는 보우트 캡의 내부에 또는 보우트 캡의 가장자리에 별도의 히터 코일을 장착하여 웨이퍼와 가스간의 산화막 공정시 보우트의 하단 영역에서 발생되는 열손실을 보상하여 막질 두께를 균일하게 형성한다.

Description

반도체 제조용 수직 확산로 설비{VERTICAL DIFFUSION FURNACE FACILITY FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR}
본 발명은 반도체 산화막 공정에서 사용되는 수직 확산로 설비에 관한 것으로, 보다 자세하게는 보우트 하부의 열손실을 방지한 수직 확산로 설비에 관한 것이다.
도 1a와 도 1b와 도 1c를 참조하여, 반도체 제조 설비 중에서 수직 확산로 설비의 퍼니스(FURNACE)의 주요 구성 부분으로는 크게 히터와 쿼르츠(QUARTZ)류 및 수직 이송장치(BOAT 이송장치) 등으로 분류된다. 도 1a는 히터의 사시도를 나타낸다. 도 1b는 쿼르츠류로 반응관(TUBE)의 사시도이다. 그리고 도 1c는 수직 이송장치로 보우트와 보우트 캡에 대한 사시도이다. 이러한 수직 확산로 설비를 이용한 가스 확산 공정 및 증착 공정은 최적의 환경 구성이 이루어져야 막질 두께를 균일하게 가져갈 수 있다. 도 2a와 도 2b를 참조하여, 종래의 수직 확산로 설비는 히터(HEATER)(100)와 반응관(TUBE)(4)과 보우트(BOAT)(6)와 보우트 캡(BOAT CAP)(8)과 가스 인렛부(GAS INLET)(12) 및 가스 아웃레부(GAS OUTLET)(10)를 포함하여 구성된다.
히터의 양측면에 부착된 히터 코일(2)은 파워가 인가되면 히터 내부의 온도를 상승시키는 기능을 수행한다. 반응관(4)은 히터(100) 내부에 부착되어 있으며 웨이퍼와 가스의 반응을 촉진하는 기능을 수행한다. 가스 인렛부(12)는 반응관(4) 내부로 가스를 주입시키기 위한 것이다. 가스 아웃렛부(10)는 반응관(4) 내부에 잔존하는 가스를 배출하는 곳이다. 보우트(6)는 가스와 반응시키기 위하여 웨이퍼를 반응관(4) 내부로 이송하는 장치이다. 도 2b를 참조하여, 보우트(6)는 4 개의 보우트 바(14)와 슬롯(18) 및 유리솜(20)을 포함하여 구성된다. 각 보우트 바(14)에는 복수의 슬롯(18)들이 구성되어 있다. 웨이퍼는 4 개의 보우트 바 사이의 슬롯 위에 적재된다. 각 슬롯 간격은 반응관 내부에서 가스와 웨이퍼간의 균일한 반응을 위해 동일하게 제작된다. 일반적으로, 수직 확산로 설비를 이용한 웨이퍼 산화막 공정은 웨이퍼상의 막질 두께를 균일하게 분포시키기 위해서는 가스 인렛부를 통해 반응관으로 주입되는 가스의 흐름과 웨이퍼에 가해지는 온도가 매우 중요하다. 즉, 수직 확산로 설비를 이용한 웨이퍼 산화막 공정에서 웨이퍼상에 균일한 온도 및 가스가 가해져야 막질의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있다. 이를 위해서는 보우트의 하부 영역(BOTTOM ZONE)의 온도 손실을 최대한 막아 보우트 전체의 온도를 균일하게 유지해야 한다. 통상, 보우트 슬롯은 6lot capa의 경우 총 166 슬롯으로 되어 있다. 그리고, 슬롯 간격을 크게 나눠 보우트의 맨 상단을 TOP ZONE(상단 영역)이라 하고 보우트의 중앙을 CENTER ZONE(중앙 영역) 이라 한다. 또한, 보우트의 맨 하단을 BOTTOM ZONE(하단 영역) 이라한다. 여기서, 하단 영역이 히터의 맨 밑부분에 위치하는 관계로 타 영역에 비해 온도 손실이 가장 많이 발생한다. 도 2b를 참조하여,이러한 온도 손실을 방지하기 위해 통상 유리솜(20)을 사용하고 있지만 이것만으로는 온도의 손실을 방지하지 못한다. 이와 같이 종래의 수직 확산로 설비 장치는 산화막 공정시 하단 영역에서 발생되는 열손실로 인하여 램핑 업(RAMPING UP)시 온도가 타 영역에 비해 늦게 올라가는 관계로 온도의 안정도 가장 늦게 이루어진다. 즉, 하단 영역의 O2가스와 웨이퍼간의 산화막 성장률이 늦어져 막질의 두께가 낮게 성장된다.
본 발명의 목적은 반도체 산화막 공정에 있어서 보우트의 하단 영역의 열손실을 보상하여 영역간의 막질 두께를 균일하게 분포시키기 위한 수직 확산로 설비를 제공하는 것이다.
도 1a는 종래의 히터를 보여주는 사시도;
도 1b는 종래의 반응관을 보여주는 사시도;
도 1c는 종래의 보우트 및 보우트 캡을 보여주는 사시도;
도 2a는 종래의 수직 확산로 설비의 전체적인 시스템 구성을 보여주는 단면도;
도 2b는 종래의 보우트의 전체적인 구성을 보여주는 사시도;
도 3a는 본 발명의 보우트의 전체적인 구성을 보여주는 사시도;
도 3b는 본 발명의 보우트 캡의 확대 도면;
도 3c는 본 발명의 보우트 캡을 상부에서 바라본 도면;
도 4a는 본 발명의 수직 확산로 설비의 바람직한 실시예를 보여주는 단면도;
도 4b는 도 4a에 도시된 보우트 캡의 확대 도면 및;
도 4c는 도 4a에 도시된 보우트 캡을 상부에서 바라본 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100, 200: 히터2, 22, 34: 히터 코일
4, 24: 반응관6, 26: 보우트
8, 28: 보우트 캡10, 32: 가스 아웃레부
12, 30: 가스 인렛부14, : 보우트 바
16: 웨이퍼18: 슬롯
20: 유리솜36: 열전대
(구성)
종래의 결점을 해결하기 위해, 본 발명의 반도체 제조용 수직 확산로 설비는 히터와 반응관과 가스 인렛부와 가스 아웃레부와 보우트 및 히터 코일을 포함한다.
상기 히터의 양내벽에는 히터 코일이 부착된다. 상기 반응관은 상기 히터 내부에 부착되어 웨이퍼와 가스의 반응을 촉진하는 기능을 수행한다. 상기 가스 인렛부는 상기 반응관 내부로 가스를 주입하기 위해 사용된다. 상기 가스 아웃렛부는 상기 반응관 내부에 잔존하는 가스를 배출하기 위해 사용된다. 상기 보우트는 웨이퍼를 상기 반응관 내부로 이송하는 장치이다. 그리고 상기 히터 코일은 상기 보우트의 하부에 위치한 보우트 캡 내부에 부착되어 상기 보우트의 하부에서 발생되는 열손실을 보상하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 보우트의 하부에 부착된 보우트 캡은 상기 히터 코일의 양단에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부와 상기 보우트 하부 영역의 온도를 제어하기 위한 열전대를 포함한다.
상기 열전대는 상기 보우트 하부 영역의 실제 온도를 정확히 읽어내기 위하여 온도 제어기와 연결된다.
상기 반응관과 상기 보우트와 상기 보우트 캡의 재질은 석영 또는 탄화규소(SiC)로 구성된다.
상기 보우트의 하부 영역에 장착되는 히터 코일은 보우트 캡 또는 하부 가장자리에 설치된다.
(작요)
이러한 장치에 의하면, 웨이퍼 산화막 공정시 보우트 하단 영역의 열손실을 보상하여 영역간의 온도를 동일하게 가져갈 수 있다.
(실시예)
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a는 보우트의 사시도이다. 도 3b는 보우트 캡의 확대 도면이다. 그리고 도 3c는 보우트 캡을 상부에서 바라본 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 수직 확산로 설비의 바람직한 실시예를 보여주는 단면도이다. 도 4a를 참조하여, 본 발명의 수직 확산로 설비는 히터(200)와 가스 인렛부(30)와 가스 아웃레부(32)와 반응관(24)과 보우트(26) 및 보우트 캡(28)을 포함하여 구성된다.
히터(200)의 양측면에는 히터 코일(22)이 부착되어 있다. 히터 코일(22)은 히터 내부의 온도를 조절하는 기능을 수행한다. 가스 인렛부(30)는 반응관(24)의 일측면에 설치된 배관을 통해 반응관 내부로 가스를 주입하는 역할을 한다. 가스 아웃레부(32)는 웨이퍼와 가스간의 반응 후 반응관에 잔존하는 가스를 배출하기 위한 곳이다. 반응관(24)은 웨이퍼와 가스간의 오염원 없는 반응을 위해 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어지고, 웨이퍼와 가스의 반응을 촉진시키는 기능을 수행한다. 보우트(26)는 석영 또는 탄화규소로 이루어지고, 웨이퍼와 가스가 반응관에서 산화막 공정이 이루어질 수 있도록 웨이퍼를 반응관 내부로 이송하는 장치이다. 보우트 하단에는 보우트 캡(28)이 부착된다. 보우트 캡(28) 내부에는 또하나의 히터 코일이 장착된다. 도 4b를 참조하여, 보우트 캡(28) 내부에는 히터 코일 외에도 열전대(36)가 설치된다. 전술한 바와 같이, 보우트는 4 개의 보우트 바들로 구성되고, 각각의 보우트 바는 복수의 슬롯들로 구성된다. 웨이퍼는 4 개의 보우트 바 사이의 슬롯 위에 적재되고, 각 슬롯은 반응관 내부에서 가스와 웨이퍼간의 균일한 반응을 위해 동일한 간격으로 배치된다.
본 발명은 보우트 하단 영역의 열손실을 자체적으로 보상 및 제어하기 위하여 보우트 캡 내부에 히터 코일을 장착하여 하단 영역의 온도 손실을 보상한다.
도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 수직 확산로 설비의 보우트 캡(28)은 히터 코일(34)과 열전대(36)를 구비한다. 히터 코일의 플러스 및 마이너스 케이블은파워 박스와 연결된다. 열전대(36)는 실제 하단 영역의 온도를 정확히 읽어내기 위해 온도 제어기와 연결된다. 히터 코일은 보우트 캡의 가장자리에 장착될 수도 있다.
요약하면, 본 발명의 수직 확산로 설비에 의하면, 하단 영역에 히터 코일을 자체적으로 장착하여 제어함에 따라 타 영역과 동일한 온도 레벨로 하단 영역을 가져갈 수 있다. 이에 따라 반도체 산화막 공정시 반응관을 최적의 환경 구성으로 가져갈 수 있어 웨이퍼 막질의 두께를 균일하게 형성 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 수직 확산로 설비를 이용하여 웨이퍼 산화막 공정을 수행하면, 웨이퍼 막질 두께를 균일하게 가져갈 수 있어 공정의 수율을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 산화막 공정에 있어서,
    양내벽에 히터 코일이 부착된 히터와;
    상기 히터 내부에 부착되어 웨이퍼와 가스의 반응을 촉진하는 반응관과;
    상기 반응관 내부로 가스를 주입하기 위한 가스 인렛부와;
    상기 반응관 내부에 잔존하는 가스를 배출하기 위한 가스 아웃레부와;
    웨이퍼를 상기 반응관 내부로 이송하는 보우트와;
    상기 보우트의 하부에 위치한 보우트 캡 내부에 부착되어 상기 보우트의 하부에서 발생되는 열손실을 보상하는 히터 코일을 포함하여 웨이퍼 산화막 공정시 영역간의 막질 두께를 균일하게 분포시킨 반도체 제조용 수직 확산로 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보우트 캡은 상기 히터 코일의 양단에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부 및;
    상기 보우트 하부 영역의 온도를 제어하기 위한 열전대를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직 확산로 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전대는 상기 보우트 하부 영역의 실제 온도를 정확히 읽어내기 위하여 온도 제어기와 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직 확산로 설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응관과 상기 보우트와 상기 보우트 캡은 석영 또는 탄화규소(SiC)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직 확산로 설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 코일은 보우트 캡 내부 또는 하부 가장자리에 장착되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 수직 확산로 설비.
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