KR20090037200A - 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법 - Google Patents

수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상증착 공정의 수직형 확산로에서 공정 전후 공정 튜브내의 상태를 공정 진행중과 동일한 진공상태로 유지시킴으로써 공정 튜브내에서의 파티클과 헤이즈의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 전후벽에는 웨이퍼의 출입통로인 도어가 형성되고, 일측에는 진공을 인가하는 펌프를 구비하는 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버의 상측에 위치하고, 일측에는 공정가스와 질소가스를 공급하는 공정가스 공급구, 타측에는 진공을 인가함과 아울러 상기 공정가스와 질소가스가 배기되는 펌프, 둘레면에는 히터를 포함하는 공정 튜브; 상기 공정 튜브와 상기 로드락 챔버의 경계면에 설치되어 공정진행중 상기 공정 튜브내의 열손실을 차단하는 셔터;및 상기 공정 튜브로 웨이퍼를 수납한 보트가 로딩/언로딩되도록 모터의 구동에 의해 상하로 이동되는 페데스탈;을 포함하여 이루어진 수직형 확산로에 있어서, 상기 셔터가 설치되는 위치에 구비되어, 상기 공정 튜브내의 압력과 상기 로드락 챔버내의 압력이 동일한 상태에서만 개방되도록 조절되는 차단 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
CVD, 수직형 확산로, 공정 튜브, 로드락 챔버, 진공, 차단 밸브.

Description

수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법{Vacuum keeping apparatus and method thereof within process tube of vertical furnace}
본 발명은 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학기상증착 공정의 수직형 확산로에서 공정 전후 공정 튜브내의 상태를 공정 진행중과 동일한 진공상태로 유지시킴으로써 공정 튜브내에서의 파티클과 헤이즈의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 웨이퍼의 표면에 분자기체를 반응시켜서 필요한 박막을 형성하는 공정을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 한다) 공정이라 하며, CVD 공정에 사용되는 확산로(furnace)는 공정 튜브(process tube)가 설치되는 형상에 따라 수직형 확산로(vertical type furnace)와 수평형 확산로(horizontal type furnace)로 나뉜다.
도 1은 종래 수직형 확산로의 구조를 나타내는 단면도이다.
종래 수직형 확산로(10)는 하측의 로드락 챔버(30)와 상측의 공정 튜브(40)로 구성된다.
로드락 챔버(30)의 외벽에는 도어(35)가 형성되어 있고, 상기 로드락 챔버(30)의 내부에는 웨이퍼(25)를 수납하는 보트(20)가 놓여진다. 상기 보트(20)의 하측에는 상기 보트(20)를 지지하여 상하로 이송시키는 페데스탈(pedestal, 31)과, 상기 페데스탈(31)을 구동시키는 모터(33)가 구비되어 있다. 또한, 상기 로드락 챔버(30)의 일측에는 진공을 인가하기 위한 펌프(34)를 포함한다.
공정 튜브(40)의 둘레면에는 상기 공정 튜브(40)를 가열시키는 히터(46)가 설치되고, 상기 공정 튜브(40)의 하부에는 상기 히터(46)에 의해 발생되는 열이 외부로 손실되는 것을 막아 주는 셔터(36)가 개폐 가능한 구조로 되어 있다.
상기 공정 튜브(40)의 일측에는 공정진행중에는 공정가스를 공급함과 아울러 공정 종료후에는 질소가스를 분사(purge)하는 공정가스 공급구(42)가 형성되어 있고, 상기 공정 튜브(40)의 다른측에는 상기 공정가스를 배출시킴과 아울러 공정 튜브(40)의 내부에 진공을 인가하는 펌프(44)가 구비된다.
도 1에 도시된 수직형 확산로(10)는 로드락 챔버(30)의 내부에 존재하는 산소 가스를 제거하기 위해 진공을 이용하는 방식을 도시한 것이지만, 상기 산소 가스를 제거하기 위한 방식으로써 질소 가스를 주입하는 방식도 있다.
대기중의 산소 가스가 공정 튜브(40)내로 유입되는 경우에는 고온의 공정 튜브(40) 내부로 웨이퍼(25)가 적재된 보트(20)가 진입되어 공정이 진행되는 과정에서 상기 웨이퍼(25)상에는 자연산화막이 성장하게 되므로 이러한 문제를 방지하기 위하여 로드락 챔버(30)를 진공상태로 형성하는 방식(vacuum loadlock)과 질소가스를 주입시키는 방식(N2 loadlock)을 사용하는 것이다. 또한, 로드락 챔버(30) 내부 의 산소가스를 제거함으로써 로드락 챔버(30) 및 공정 튜브(40)의 내부에서 파티클과 헤이즈(haze)가 발생되는 문제를 방지할 수 있게 된다.
상기 로드락 챔버(30)의 방식 중, 질소가스를 주입하여 산소가스를 제거하는 방식은 시스템의 구성이 간단하기는 하지만, 질소가스의 소요량이 많고 산소가스의 농도를 떨어뜨리는 시간이 많이 소요되는 단점이 있으므로, 주로는 도 1에 도시된 바와 같은 방식인 진공를 형성하여 산소 농도를 떨어뜨리는 방식을 사용하고 있으며, 상기 진공상태로 형성하는 방식은 상대적으로 산소 농도를 떨어뜨리는 시간이 짧고 더 낮은 산소 농도의 관리가 가능한 장점이 있다.
그러나, 상기 종래 수직형 확산로(10)의 경우 CVD 공정을 진행함에 있어서, 웨이퍼(25)를 상하로 이송시키는 과정에서 공정 튜브(40)내부의 상태가 진공상태와 대기압상태를 반복하게 되며, 이렇게 공정 튜브(40)내부의 압력상태의 변화로 인하여 공정 튜브(40)내부에서 파티클이 발생되는 원인이 되며, 상기 파티클로 인하여 웨이퍼(25)의 두께도 불균일해지는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 방법으로써, 펌프(34,44)에 의한 진공의 인가시에 펌프(34,44)의 작동 속도를 느리게 하여 공정 튜브(40)내부의 압력의 변화를 완화하려는 방법이 시도되었으나, 그 결과 전체적인 공정 시간이 연장되는 문제점이 있었다. 따라서, CVD 공정을 위한 수직형 확산로(10)에 있어서, 로드락 챔버(30)내부의 산소가스를 제거하기 위해 진공을 인가시키는 방식을 유지하면서도, 공정 튜브(40)내부의 압력을 진공 상태로 항상 일정하게 유지시켜 파티클의 발생을 최소화할 수 있는 장치와 그 방법이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CVD 공정을 수행하기 위한 수직형 확산로에서, 공정 튜브 내부의 상태를 항상 공정 진행중인 상태와 동일한 진공상태로 유지시킴으로써, 공정 튜브 내부의 반복적인 압력의 변화로 인하여 유발되던 파티클의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치는, 전후벽에는 웨이퍼의 출입통로인 도어가 형성되고, 일측에는 진공을 인가하는 펌프를 구비하는 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버의 상측에 위치하고, 일측에는 공정가스와 질소가스를 공급하는 공정가스 공급구, 타측에는 진공을 인가함과 아울러 상기 공정가스와 질소가스가 배기되는 펌프, 둘레면에는 히터를 포함하는 공정 튜브; 상기 공정 튜브와 상기 로드락 챔버의 경계면에 설치되어 공정진행중 상기 공정 튜브내의 열손실을 차단하는 셔터;및 상기 공정 튜브로 웨이퍼를 수납한 보트가 로딩/언로딩되도록 모터의 구동에 의해 상하로 이동되는 페데스탈;을 포함하여 이루어진 수직형 확산로에 있어서, 상기 셔터가 설치되는 위치에 구비되어, 상기 공정 튜브내의 압력과 상기 로드락 챔버내의 압력이 동일한 상태에서만 개방되도록 조절되는 차단 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차단 밸브는 에어 실린더에 의해 슬라이딩되는 차단부재를 포함하여 이 루어지고, 상기 차단 부재의 가장자리 둘레에는 기밀유지수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 차단 밸브는 그 주위에 공정용 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 방법은, 보트가 로드락 챔버내에 위치하고, 차단 밸브가 닫혀진 상태에서 도어를 개방시키는 단계; 이송로봇에 의해 웨이퍼를 보트로 이송시켜 안착시키고, 도어를 닫는 단계; 로드락 챔버 내부와 공정 튜브 내부의 압력이 동일한 상태가 될때까지 로드락 챔버 내부에 진공을 인가하는 단계; 차단 밸브를 개방시키고, 보트를 상승시켜 공정 튜브 내부로 진입시키는 단계; 차단 밸브를 닫고, CVD 공정을 진행하는 단계; 공정 종료 후, 로드락 챔버의 진공상태를 재확인하여 공정 튜브와 동일한 압력으로 조절하는 단계; 차단 밸브를 개방시키고, 보트를 하강시켜 로드락 챔버로 이송한 후, 차단 밸브를 닫는 단계;및 도어를 개방시키고, 이송로봇에 의해 보트내의 웨이퍼를 반출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치 및 그 방법에 의하면, 실제로 공정이 진행되는 공정 튜브는 항상 진공상태가 되도록 유지시키고, 로드락 챔버만 압력을 변화시킴으로써 진공 튜브내의 환경 및 조건을 동일하게 유지시킬 수 있게 되어, 압력의 변화에 따른 파티클의 발생을 방지함과 아울러 장비의 유지보수를 위한 시간의 단축으로 전체적인 공정 시간 또한 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 수직형 확산로(60)에 있어서, 도 1에 도시된 종래의 수직형 확산로(10)와 비교하여 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하고, 새롭게 부가된 구성요소를 중심으로 하여 그 구조와 작용을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서는 도 1에 도시된 셔터(36)가 설치되는 위치에 차단 밸브(50)가 대체되어 설치된 것에 특징이 있다. 종래의 셔터(36)의 역할은 CVD 공정의 진행중에 공정 튜브(40)의 주변 둘레로 설치되는 히터(46)에 의해 상기 공정 튜브(40)가 가열되는 경우에 고온의 열에너지가 상기 공정 튜브(40) 외부로 방출되어 손실되는 것을 방지하는 역할이었음에 반하여, 본 발명에서의 차단 밸브(50)는 공정 튜브(40)내부와 로드락 챔버(30)내부가 서로 차단되도록 하여, 상기 공정 튜브(40) 내부의 압력이 항상 일정하게 유지되도록 하는 역할을 하는 것이다.
상기 차단 밸브(50)는 에어 실린더(52)와 연결된 차단 부재(54)가 좌우로 슬라이딩되어, 상기 공정 튜브(40)와 상기 로드락 챔버(30)간의 경계를 차단 또는 개방시키게 된다.
상기 차단 밸브(50)의 차단 부재(54)의 가장자리 둘레에는 확실한 기밀 유지를 위하여 실링(sealing) 등의 기밀유지수단을 구비함이 바람직하다.
또한, 히터(46)에 의한 고온으로 인하여 상기 기밀유지수단이 파손됨을 방지하기 위하여, 상기 차단 밸브(50)의 주위에는 공정용 냉각수(PCW; Process Cooling Water)를 유동시킴이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 방법은, 상기 차단 밸브(50)의 작동에 의해 공정 튜브(40) 내부의 상태를 항상 진공 상태가 되도록 유지함에 특징이 있다. 즉, CVD 공정의 수행을 위하여 보트(20)를 로드락 챔버(30)와 공정 튜브(40)내부로 상하 이송시키는 과정에서, 상기 공정 튜브(40) 내부의 압력이 진공 상태와 대기압 상태로 변화됨에 따라 유발되던 파티클의 발생을 억제하는 데 특징이 있다.
이하, CVD 공정의 진행 과정 순서에 따른 작동을 설명한다.
공정이 진행되기 전단계에서, 차단 밸브(50)는 닫혀진 상태이고, 공정 튜브(40)의 내부는 진공 상태를 유지하면서 공급가스 분사구(42)를 통하여 질소가스가 분사되어 청정한 상태로 유지된다.
이때, 로드락 챔버(30)의 벽면에 전후방향으로 형성되어 있는 도어(35)중 전면측 도어를 개방하고, 이송로봇에 의해 웨이퍼(25)를 보트(20)에 수납시킨다.
상기 도어(35)는 웨이퍼(25)를 로드락 챔버(30)로 출납하는 통로 역할 뿐만 아니라 보트(20)의 출납 및 웨이퍼(25)가 파손되어 로드락 챔버(30)의 바닥에 떨어지는 경우에 그 처리를 위하여 로드락 챔버(30)의 후면측에도 추가로 설치되는 것 이다.
도어(35)가 개방된 상태에서는 로드락 챔버(30)의 내부는 대기압 상태가 된다. 웨이퍼(25)가 보트(20)에 안착되면 도어(35)를 닫는다.
그 후, 로드락 챔버(30)내부의 압력이 공정 튜브(40)내부와 동일한 압력의 진공상태가 되도록 펌프(34)를 가동시켜, 상기 로드락 챔버(30)내부에 존재하는 산소가스를 빨아들인다.
로드락 챔버(30)와 공정 튜브(40)내부의 압력이 동일한 진공상태가 되면, 차단 밸브(50)를 개방시키고, 모터(33)의 구동에 의해 페데스탈(31)과 보트(20)를 상승시켜 상기 보트(20)를 공정 튜브(40)의 내부로 진입시킨다. 이때, 상기 차단 밸브(50)를 개방시키더라도 상기 공정 튜브(40)내부의 압력에는 변화가 없게 된다.
다음으로, 보트(20)를 공정 튜브(40)내부에 안착된 상태로 둔 채, 페데스탈(31)은 하강된다. 차단 밸브(50)를 닫아 공정 튜브(40)내부의 기밀이 유지된 상태에서 CVD 공정이 진행된다.
CVD 공정이 종료된 후에는, 로드락 챔버(30)내부의 압력이 공정 튜브(40)내부의 압력과 동일한지의 여부를 재확인하여, 만일 서로간의 압력이 다른 경우라면 압력이 동일한 진공상태로 되도록 펌프(34)를 작동시켜 로드락 챔버(30)내부의 압력을 조절한다.
그 후, 차단 밸브(50)를 개방하고 페데스탈(31)을 상승시켜 보트(20)를 상기 페데스탈(31)의 상면에 안착하여 로드락 챔버(30) 내부로 하강시킨 후, 다시 차단 밸브(50)를 닫게 된다.
다음으로, 도어(35)를 개방시켜 웨이퍼(25)를 로드락 챔버(30)의 외부로 반출시키게 된다.
상술한 바와 같이, 공정 튜브(40)내부의 압력과 로드락 챔버(30)내부의 압력이 동일한 진공상태에 있는 경우에만 차단 밸브(50)가 개방되도록 조절되기 때문에 공정 튜브(40)내부의 압력은 항상 일정한 진공상태를 유지할 수 있게 된다.
즉, 로드락 챔버(30)의 내부는 진공상태와 대기압상태로 변화되지만, 공정이 진행되지 않는 공정 전후의 단계에서는 공정 튜브(40)의 내부는 진공이 유지된 상태에서 질소가스가 분사되어 청정한 상태를 유지하게 되고, 그 결과 CVD 공정에 있어서의 파티클과 헤이즈의 발생을 최소화할 수 있게 되어 웨이퍼(25) 표면의 균일도를 높일 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1은 종래 수직형 확산로의 구조를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치의 구조를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,60 : 수직형 확산로 20 : 보트
25 : 웨이퍼 30 : 로드락 챔버
31 : 페데스탈 33 : 모터
34,44 : 펌프 35 : 도어
36 : 셔터 40 : 공정 튜브
42 : 공정가스 공급구 46 : 히터
50 : 차단 밸브

Claims (4)

  1. 전후벽에는 웨이퍼의 출입통로인 도어가 형성되고, 일측에는 진공을 인가하는 펌프를 구비하는 로드락 챔버;
    상기 로드락 챔버의 상측에 위치하고, 일측에는 공정가스와 질소가스를 공급하는 공정가스 공급구, 타측에는 진공을 인가함과 아울러 상기 공정가스와 질소가스가 배기되는 펌프, 둘레면에는 히터를 포함하는 공정 튜브;
    상기 공정 튜브와 상기 로드락 챔버의 경계면에 설치되어 공정진행중 상기 공정 튜브내의 열손실을 차단하는 셔터;및
    상기 공정 튜브로 웨이퍼를 수납한 보트가 로딩/언로딩되도록 모터의 구동에 의해 상하로 이동되는 페데스탈;을 포함하여 이루어진 수직형 확산로에 있어서,
    상기 셔터가 설치되는 위치에 구비되어, 상기 공정 튜브내의 압력과 상기 로드락 챔버내의 압력이 동일한 상태에서만 개방되도록 조절되는 차단 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차단 밸브는 에어 실린더에 의해 슬라이딩되는 차단부재를 포함하여 이루어지고, 상기 차단 부재의 가장자리 둘레에는 기밀유지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 차단 밸브는 그 주위에 공정용 냉각수가 유동되는 것을 특징으로 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 장치.
  4. 보트가 로드락 챔버내에 위치하고, 차단 밸브가 닫혀진 상태에서 도어를 개방시키는 단계;
    이송로봇에 의해 웨이퍼를 보트로 이송시켜 안착시키고, 도어를 닫는 단계;
    로드락 챔버 내부와 공정 튜브 내부의 압력이 동일한 상태가 될때까지 로드락 챔버 내부에 진공을 인가하는 단계;
    차단 밸브를 개방시키고, 보트를 상승시켜 공정 튜브 내부로 진입시키는 단계;
    차단 밸브를 닫고, CVD 공정을 진행하는 단계;
    공정 종료 후, 로드락 챔버의 진공상태를 재확인하여 공정 튜브와 동일한 압력으로 조절하는 단계;
    차단 밸브를 개방시키고, 보트를 하강시켜 로드락 챔버로 이송한 후, 차단 밸브를 닫는 단계;및
    도어를 개방시키고, 이송로봇에 의해 보트내의 웨이퍼를 반출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 확산로의 공정 튜브내의 진공 유지 방법.
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