KR20070032530A

KR20070032530A - 종형 저압 화학기상증착 장치

Info

Publication number: KR20070032530A
Application number: KR1020050086844A
Authority: KR
Inventors: 송윤석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-22

Abstract

본 발명은 종형 저압 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 즉 본 발명은 아우터 튜브(10)와 이너 튜브(20)와 플랜지(30)와 히터(40)와 웨이퍼 보트(50)의 결합으로 이루어지는 종형 저압 화학기상증착 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 보트(50)는 복수의 지지대(51)에 일정한 높이마다 내측으로 개방되는 수평의 안치홈(52)이 형성되도록 하는 래더 타입이고, 상기 이너 튜브(20)의 내부에는 내주면을 따라 소정의 높이 차를 두고 링형상의 가스 분사관(60)이 구비되며, 상기 가스 분사관(60)에는 안쪽면으로 중앙을 향해 가스를 분사하는 다수의 가스 분사공(61)이 일정한 간격으로 다수 형성되고, 상기 가스 분사관(60)들은 상기 플랜지(30)의 가스 도입관(31)으로부터 가스가 공급되도록 하는 구성으로서, 반응 가스에 의한 웨이퍼(W)에서의 가스 분포를 균일하게 이루어지도록 하여 제품의 제조 수율이 향상되도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있다.

반응로, LPCVD, 반응 가스, 증착, 막질 분포

Description

종형 저압 화학기상증착 장치{Low Pressure Chemical Vaper Deposition of vertical type}

도 1은 종래 종형 저압 화학기상증착 장치를 예시한 측단면도,

도 2는 도 1의 구성에서 웨이퍼 보트의 지지대를 지지하도록 구비되는 링을 형성한 링 타입의 웨이퍼 보트를 도시한 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 종형 저압 화학기상증착 장치의 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 보트의 구성을 도시한 측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 가스 분사관을 예시한 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 가스 분사관으로의 반응 가스를 공급하는 연결 구조를 도시한 요부 확대 단면도,

도 7은 본 발명에 따라 웨이퍼 보트에 적재되어 있는 웨이퍼에 가스 분사관을 통해 반응 가스가 분사되는 상태를 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 아우터 튜브

20 : 이너 튜브

30 : 플랜지

31 : 가스 도입구

32 : 가스 배출구

40 : 히터

50 : 웨이퍼 보트

51 : 지지대

52 : 안치홈

60 : 가스 분사관

본 발명은 종형 저압 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼 보트를 지지대에 수평의 안치홈을 형성한 래더 타입으로 형성하면서 이너 튜브의 내주면측으로는 일정한 높이마다 링형의 가스 분사관이 구비되도록 하여 공정 수행 중 웨이퍼의 에지부측으로부터 센터측으로 반응 가스가 공급되면서 균일한 분포를 나타내도록 하여 제품 제조 수율이 더욱 향상되도록 하는 종형 저압 화학기상증착 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고온 산화막(High Temperature Oxide, HTO)은 약 800℃ 이상의 공정 온도에서 형성되는 산화막이다.

고온 산화막은 특히 막질이 치밀한 특성으로 인해 반도체 소자를 제조하는데 있어서의 절연막이나 이온 주입의 블로킹막으로서 널리 사용되고 있다.

고온 산화막은 주로 종형 저압 화학기상증착(LPCVD) 장치를 사용하여 형성하게 되며, 이런 종형 저압 화학기상증착 장치는 도 1에서와 같이 하향 개방된 아우터 튜브(1)와, 이 아우터 튜브(1)의 내부에 구비되면서 상/하로 관통된 실린더형의 이너 튜브(2)와, 아우터 튜브(1)의 하부에서 아우터 튜브(1)와 이너 튜브(2)의 하단부가 고정되도록 하는 관형상의 플랜지(3)와, 이너 튜브(2)의 내부로 로딩되거나 내부로부터 언로딩되는 다수의 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼 보트(4)와, 아우터 튜브(1)의 외부에 설치되어 이너 튜브(2)의 내부공간 온도를 제어하는 히터(5)를 구비한다.

이때의 아우터 튜브(1)와 이너 튜브(2)와 웨이퍼 보트(4)는 공히 약 1200℃에서도 변형되지 않는 재질인 쿼츠로 이루어지고 있다.

다시 말해 아우터 튜브(1)는 플랜지(3)의 상단에 하단이 견고하게 결합되고, 플랜지(3)에는 측벽에 가스 도입구(3a)와 함께 가스 배출구(3b)가 높이 차를 갖고 형성되도록 하고 있다.

따라서 웨이퍼 보트(4)에 다수의 웨이퍼가 적재되도록 한 상태에서 웨이퍼 보트(4)를 이너 튜브(2)의 내부로 삽입시키게 되면 내부가 완전 밀폐 상태가 된다.

밀폐된 이너 튜브(2)의 내부로 플랜지(3)의 일측에 형성한 가스 도입구(3a)를 통해 반응 가스가 공급되도록 하면 가스는 이너 튜브(2)의 하부로부터 상단부로 유동하면서 웨이퍼 보트(4)에 적재되어 있는 다수의 웨이퍼에 필요로 하는 막질을 증착시키게 된다.

이때 이너 튜브(2)의 상단부로 유도되는 잔류 가스들은 아우터 튜브(1)와 이너 튜브(2) 사이의 공간을 통해 화살표 방향으로 하향 유도되고, 다시 플랜지(3)에 형성한 가스 배출구(3b)를 통하여 배출시키게 된다.

하지만 현재 웨이퍼를 적재시키기 위해 사용되는 웨이퍼 보트(4)는 도 2에서와 같은 링 보트로서, 이 웨이퍼 보트(4)는 수직으로 구비되는 다수개의 지지대(4a)에 일정 높이마다 링(4b)이 구비되도록 하고, 이 링(4b)에는 웨이퍼(W)를 안치시키도록 하는 슬롯(4c)이 각각 형성되도록 하는 것이므로 이러한 웨이퍼 보트(4)의 슬롯(4c)에 적재되는 웨이퍼(W)에 필요로 하는 막질을 증착시키게 되면 웨이퍼 보트(4)에 적재되는 웨이퍼(W)의 센터와 에지에서의 막질 두께에 미세한 편차가 불가피하게 발생하게 된다.

이러한 막질 편차는 후속의 공정에서 유니포미티(uniformity)의 문제를 발생시키게 되는 원인이 되기도 한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 링형상의 가스 분사관을 이너 튜브의 내부에 일정 높이차를 두고 복수개로서 구비되도록 하고, 각 가스 분사관에는 중앙을 향해 복수의 가스 분사구가 형성되도록 하여 웨이퍼의 센터를 향해서 가스가 분사되면서 웨이퍼에서의 가스 분포가 균일하게 이루어지게 함으로써 제품 수율을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 종형 저압 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부가 비고 하향 개방된 통형상의 아우터 튜브와, 수직으로 관통된 통형상이면서 상기 아우터 튜브의 내부로 삽입되는 이너 튜브와, 상단부에는 상기 아우터 튜브의 하단부가 결합되는 수직으로 관통된 통형상이면서 내주면에는 상기 이너 튜브의 하단부가 결합되는 플랜지와, 상기 아우터 튜브의 외부를 감싸는 형상으로 구비되어 상기 아우터 튜브의 내부 온도를 제어하는 히터 및 다수의 웨이퍼가 적층되도록 하면서 승강 작용에 의해 상기 이너 튜브의 내부로 로딩/언로딩되는 웨이퍼 보트의 결합으로 이루어지는 종형 저압 화학기상증착 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 보트는 복수의 지지대에 일정한 높이마다 내측으로 개방되는 수평의 안치홈이 형성되도록 하는 래더 타입이고, 상기 이너 튜브의 내부에는 내주면을 따라 소정의 높이 차를 두고 링형상의 가스 분사관이 구비되며, 상기 가스 분사관에는 안쪽면으로 중앙을 향해 가스를 분사하는 다수의 가스 분사공이 일정한 간격으로 다수 형성되고, 상기 가스 분사관들은 상기 플랜지의 가스 도입관으로부터 가스가 공급되도록 하는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 종형 저압 화학기상증착 장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

본 발명은 우선 크게 아우터 튜브(10)와 이너 튜브(20)와 플랜지(30)와 히터 (40) 및 웨이퍼 보트(50)로서 이루어지는 구성이다.

아우터 튜브(10)는 내부가 비고, 하향 개방되도록 한 형상으로 이루어지는 구성이다.

이너 튜브(20)는 내부가 수직으로 관통되는 관형상이며, 아우터 튜브(10)의 내측면으로부터는 일정한 간격만큼 이격되도록 하면서 아우터 튜브(10)와는 동심원상에서 아우터 튜브(10)의 내부로 삽입되고, 이너 튜브(20)의 상단부 또한 아우터 튜브(10)의 상부면과도 일정한 간격만큼 이격되도록 한 구성이다.

플랜지(30)는 내부가 수직으로 관통되는 형상이면서 상단부는 아우터 튜브(10)의 하단부와 플랜지 결합되며, 내측면의 상단부로부터 소정의 높이에서는 이너 튜브(20)의 하단부가 안착된다.

특히 플랜지(30)는 측면으로 이너 튜브(20)가 연결되는 부분을 기준으로 그 하부에는 일측에 가스 도입구(31)가 구비되고, 그 상부의 일측에는 가스 배출구(32)가 구비되도록 하며, 이때 가스 도입구(31)는 직접적으로 이너 튜브(20)의 내부와 연통되고, 가스 배출구(32)는 아우터 튜브(10)의 내주면과 이너 튜브(20)의 외주면간 일정하게 이격되도록 한 공간과 연통되도록 한다.

히터(40)는 아우터 튜브(10)의 외측으로 구비되면서 아우터 튜브(10) 및 이너 튜브(20)의 내부에서의 온도를 제어하도록 구비된다.

웨이퍼 보트(50)는 다단으로 다수의 웨이퍼가 수평 적재되도록 하면서 승강 가능하게 구비되어 이너 튜브(20)의 내부로 로딩/언로딩되도록 하는 구성이며, 하단부는 플랜지(30)의 하단부와 긴밀하게 밀착될 수 있도록 한다.

상기한 구성은 종전의 종형 저압 화학기상증착 장치와 대동소이하다.

이에 본 발명은 도 4에서와 같이 우선 웨이퍼 보트(50)의 수직으로 구비하는 지지대(51)에는 반경 중심을 향해 개방되도록 소정의 깊이로 수평 요입한 안치홈(52)이 일정한 높이로 다수 형성되도록 하여 래더 타입(ladder type)으로 이루어지도록 하는데 두드러진 특징이 있다.

이때 웨이퍼 보트(50)의 지지대(51)는 일측으로부터 웨이퍼가 삽입 및 인출이 가능하도록 웨이퍼의 외경보다는 큰 간격을 이격하여 양측으로 구비하고, 이들 양측의 지지대(51) 사이에는 후방으로 하나 이상의 지지대(51)가 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

또한 본 발명은 이너 튜브(20)의 내주면에 소정의 높이 차를 두고 복수개로 도 5에서와 같은 링형상의 가스 분사관(60)이 구비되도록 하는데 두드러진 특징이 있다.

가스 분사관(60)은 외경이 이너 튜브(20)보다는 작고, 내경이 웨이퍼 보트(50)보다는 크게 형성되도록 하는 크기이다.

가스 분사관(60)은 이너 튜브(20)에 견고하게 고정되도록 하는 것이 바람직하며, 수직의 단면은 원형인 형상으로 이루어지도록 하는 것이 보다 바람직하다.

가스 분사관(60)에는 내주면에 중앙을 향해 가스를 분사하는 다수의 가스 분사공(61)이 일정한 간격으로 형성되도록 한다.

즉 가스 분사관(60)에서의 가스 분사공(61)은 원형상의 가스 분사관(60)에서 반경 중심을 향해 가스가 분사되도록 하는 형상으로 구비되도록 한다.

또한 이들 가스 분사관(60)은 플랜지(30)의 일측으로 구비되는 가스 도입구(31)와 일체로 연결되도록 하여 가스 도입구(31)를 통해 반응 가스가 공급되도록 한다.

특히 가스 분사관(60)은 외주연부가 이너 튜브(20)에 견고하게 고정되는 구성으로도 실시가 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 공정 수행은 우선 웨이퍼 보트(50)의 각 지지대(51)에 형성한 안치홈(52)으로 웨이퍼가 한 매씩 끼워지도록 하면서 다수의 웨이퍼가 적재되도록 한다.

다수의 웨이퍼가 적재된 웨이퍼 보트(50)는 별도의 승강 수단에 의해 상승시켜 이너 튜브(20)의 내부로 삽입되게 한다.

웨이퍼 보트(50)가 이너 튜브(20)에 삽입되면 웨이퍼 보트(50)의 하단부가 플랜지(30)의 하단부에 긴밀하게 밀착되면서 이너 튜브(20)의 내부 즉 반응실은 외부와 완벽하게 차단되는 상태가 된다.

이와 같은 상태에서 히터(40)에 의해 반응실 내부를 가열하여 일정한 온도가 되게 하는 동시에 플랜지(30)의 일측에 구비되는 가스 도입구(31)를 통해 반응 가스가 유입되도록 한다.

가스 도입구(31)를 통하여 유입되는 반응 가스는 도 6에서와 같이 이너 튜브(20)의 내주면에서 일정한 높이마다 구비되도록 한 링형상의 가스 분사관(60)으로 유도되고, 각 가스 분사관(60)에서는 반경 중심을 향해 형성되도록 한 가스 분사공(61)을 통하여 반응 가스가 외측에서 내측으로 분사되도록 한다.

이때 웨이퍼 보트(50)에서 웨이퍼는 도 7에서와 같이 단순히 웨이퍼 보트(50)의 지지대(51)에 의해 지지되고 있으므로 가스 분사공(61)을 통해 분사되는 반응 가스가 웨이퍼(W)의 전면에 걸쳐 균일하게 분포될 수가 있게 된다.

즉 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W)의 사이로 종전의 웨이퍼 보트에서는 링이 형성되어 있고, 반응 가스는 가스 도입구(31)를 통해 이너 튜브(20)의 하부에서부터 상부로 유동하도록 하고 있어 불가피하게 웨이퍼(W)의 센터와 에지 부위에서의 막질 증착에 편차가 발생할 수 밖에 없으나 본 발명에서와 같이 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W) 사이의 링을 제거하고 이너 튜브(20)의 내부에서 일정한 높이 차를 두고 구비되는 복수의 링형 가스 분사관(60)을 통해 웨이퍼(W)의 에지부에서부터 센터측으로 반응 가스를 강제 분사시키게 된다.

따라서 가스 분사관(60)의 가스 분사공(61)을 통해 외측에서부터 반경의 중심을 향해 반응 가스를 분사시키게 되면 반응 가스는 웨이퍼(W)의 전 표면으로 균일하게 분포하게 되므로 웨이퍼(W)에의 막질 증착 또한 균일하게 이루어지게 한다.

이와 같이 웨이퍼(W)에서의 막질을 균일하게 증착되도록 하면 후속 공정 특히 에칭 공정에서의 식각 효율을 더욱 향상시킬 수가 있으므로 보다 제품의 수율을 높일 수가 있도록 한다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특 허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다수의 웨이퍼를 적재하는 웨이퍼 보트(50)는 반응 가스의 분산에 간섭을 최소화한 래더 타입으로 구비하고, 이너 튜브(20)의 내주면에는 일정한 높이마다 링형상의 가스 분사관(60)들이 구비되게 함으로써 공정 수행 중 반응 가스가 웨이퍼 보트(50)에 적재되어 있는 각 웨이퍼(W)들 표면으로 균일하게 증착되면서 제품의 제조 수율을 향상시켜 공정 및 제품 신뢰성을 더욱 향상시키도록 하는 매우 유용한 효과를 제공한다.

Claims

내부가 비고 하향 개방된 통형상의 아우터 튜브와, 수직으로 관통된 통형상이면서 상기 아우터 튜브의 내부로 삽입되는 이너 튜브와, 상단부에는 상기 아우터 튜브의 하단부가 결합되는 수직으로 관통된 통형상이면서 내주면에는 상기 이너 튜브의 하단부가 결합되는 플랜지와, 상기 아우터 튜브의 외부를 감싸는 형상으로 구비되어 상기 아우터 튜브의 내부 온도를 제어하는 히터 및 다수의 웨이퍼가 적층되도록 하면서 승강 작용에 의해 상기 이너 튜브의 내부로 로딩/언로딩되는 웨이퍼 보트의 결합으로 이루어지는 종형 저압 화학기상증착 장치에 있어서,

상기 웨이퍼 보트는 복수의 지지대에 일정한 높이마다 내측으로 개방되는 수평의 안치홈이 형성되도록 하는 래더 타입이고, 상기 이너 튜브의 내부에는 내주면을 따라 소정의 높이 차를 두고 링형상의 가스 분사관이 구비되며, 상기 가스 분사관에는 안쪽면으로 중앙을 향해 가스를 분사하는 다수의 가스 분사공이 일정한 간격으로 다수 형성되고, 상기 가스 분사관들은 상기 플랜지의 가스 도입관으로부터 가스가 공급되도록 하는 종형 저압 화학기상증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지대는 상기 웨이퍼 보트에서 중앙으로부터 일측으로만 복수개로서 형성되는 종형 저압 화학기상증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 가스 분사관은 상기 플랜지의 가스 도입관에 일체로 연결되는 종형 저압 화학기상증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 가스 분사관들은 상기 이너 튜브의 내주면에 견고하게 고정되는 종형 저압 화학기상증착 장치.