KR20060077997A

KR20060077997A - Apparatus for processing a wafer

Info

Publication number: KR20060077997A
Application number: KR1020040116659A
Authority: KR
Inventors: 김정남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-05

Abstract

웨이퍼 가공 장치는 웨이퍼의 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 갖는 외측 튜브 및 상기 외측 튜브의 내부에 구비되어 상기 가공 공정을 수행하기 위해 상기 웨이퍼를 수용하고, 상기 가공 공정을 위해 공급된 공정 가스가 미반응된 상태에서 외부로 배출되는 것을 억제하기 위해 개방된 단부의 단면적이 상기 웨이퍼가 수용된 부위의 단면적보다 작은 형태를 갖는 내측 튜브를 구비한다. 가스 공급부는 상기 내측 튜브와 연결되며 상기 공정 가스는 상기 내측 튜브로 공급한다. 따라서 상기 공정 가스가 충분히 반응하므로 상기 공정 가스의 증착율을 향상시킬 수 있다.The wafer processing apparatus includes an outer tube having a space for performing a wafer processing process and an inside of the outer tube for accommodating the wafer to perform the processing process, and the process gas supplied for the processing process is not sufficient. In order to suppress discharge to the outside in the reacted state, the cross section of the open end is provided with an inner tube having a shape smaller than the cross sectional area of the site where the wafer is accommodated. A gas supply unit is connected to the inner tube and the process gas is supplied to the inner tube. Therefore, since the process gas sufficiently reacts, the deposition rate of the process gas may be improved.

Description

Wafer processing apparatus {Apparatus for processing a wafer}

도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a wafer processing apparatus according to the prior art.

도 2는 도 1의 내측 튜브를 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating the inner tube of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram illustrating a wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 내측 튜브의 형태를 설명하기 위한 사시도이다.4 is a perspective view for explaining the shape of the inner tube shown in FIG.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.5 is a schematic diagram illustrating a wafer processing apparatus according to another preferred embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 내측 튜브의 형태를 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 6 is a perspective view for describing the shape of the inner tube illustrated in FIG. 5.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

210 : 공정 챔버 212 : 외측 튜브210: process chamber 212: outer tube

214, 216 : 내측 튜브 220 : 매니폴드214, 216: inner tube 220: manifold

230 : 보트 240 : 외측 히터230: boat 240: outside heater

250 : 진공 제공부 252 : 진공 라인250: vacuum providing unit 252: vacuum line

254 : 메인 밸브 256 : 진공 펌프254: main valve 256: vacuum pump

260 : 반응 가스 제공부 270 : 가스 노즐 260: reaction gas supply unit 270: gas nozzle

W : 반도체 웨이퍼W: semiconductor wafer

본 발명은 웨이퍼 가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 상에 반도체 장치 제조를 위한 가공 공정을 수행하기 위한 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer processing apparatus, and more particularly, to a wafer processing apparatus for performing a processing process for manufacturing a semiconductor device on a semiconductor wafer.

최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 웨이퍼으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.Recently, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed to improve the degree of integration, reliability, response speed, etc. in order to meet various needs of consumers. Generally, a semiconductor device is manufactured by forming a predetermined film on a silicon wafer used as a semiconductor wafer, and forming the film in a pattern having electrical characteristics.

상기 막을 형성하는 증착 공정은 크게 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition ; PVD)과 화학 기상 증착으로 나누어진다. 상기 화학 기상 증착 공정은 공정 챔버 내부로 제공되는 가스의 화학 반응에 의해 반도체 웨이퍼 상에 막을 형성하는 공정으로 온도, 압력, 반응 가스의 상태 등과 같은 공정 조건에 의해 다양하게 분류된다.The deposition process for forming the film is divided into physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition. The chemical vapor deposition process is a process of forming a film on a semiconductor wafer by a chemical reaction of a gas provided into the process chamber, and classified into various process conditions such as temperature, pressure, and state of a reactive gas.

상기 화학 기상 증착 공정 중에서 저압 화학 기상 증착(PLCVD) 공정은 반도체 웨이퍼 상에 막이 형성될 때 공정 챔버 내부의 압력이 200 내지 700mTorr로 저압이며, 단순히 열 에너지를 사용하여 반응을 진행한다. 저압 화학 기상 증착 공정의 장점은 막의 균일도 및 스텝 커버리지(step coverage)가 좋고, 양질의 막을 한 번에 많은 수량의 반도체 웨이퍼 상에 형성할 수 있으며, 다결정실리콘층과 질화막 및 산화막 증착에 널리 사용되고 있다. 저압 화학 기상 증착 장치는 공정 챔버의 형태에 따라 종형 또는 횡형으로 구분되는데, 현재에는 종형의 저압 화학 기상 증착 장치가 설치공간을 적게 차지하는 장점을 갖고 있어 주로 이용된다. 상기 종형의 저압 화학 기상 증착 장치는 고온 진공 분위기에서 공간 내로 소스 가스를 투입하게 되면 투입된 가스가 서로 반응하여 반응물질을 형성하면서 동시에 진공 공간에서 확산되어 그 과정 속에서 웨이퍼 상에 막으로 적층되는 현상을 이용하는 것이다.Among the chemical vapor deposition processes, the low pressure chemical vapor deposition (PLCVD) process has a low pressure of 200 to 700 mTorr when a film is formed on a semiconductor wafer, and simply reacts by using thermal energy. The advantages of the low pressure chemical vapor deposition process are good film uniformity and step coverage, good quality films can be formed on a large number of semiconductor wafers at one time, and are widely used for polysilicon layer, nitride film and oxide film deposition. . The low pressure chemical vapor deposition apparatus is classified into a vertical type or a horizontal type according to the shape of the process chamber. Currently, the low pressure chemical vapor deposition apparatus has a merit of taking up less installation space. In the vertical low pressure chemical vapor deposition apparatus, when a source gas is introduced into a space in a high temperature vacuum atmosphere, the injected gases react with each other to form a reactant, and are simultaneously diffused in a vacuum space to be deposited as a film on a wafer in the process. To use.

상기 종형의 저압 화학 기상 증착 장치로는 히터 벽체 내부 공간에 석영의 튜브를 설치하고 이 튜브 내에 웨이퍼를 넣어 고온의 공정 환경을 만들어주는 종형로(vertical type furnace)가 가장 많이 사용된다. 상기 종형로는 대량의 웨이퍼가 한꺼번에 공정 공간에 투입되는 배치(batch)방식이 사용되며, 반도체장치 제조 공정상 열산화막을 형성하거나, 주입된 원소를 확산시키는 확산로로서 많이 사용된다.As the vertical low pressure chemical vapor deposition apparatus, a vertical type furnace is installed in which a tube of quartz is installed in a space inside a heater wall and a wafer is placed in the tube to create a high temperature process environment. As the vertical type, a batch method in which a large amount of wafers are introduced into the process space at one time is used. In the semiconductor device manufacturing process, a thermal oxidation film is formed or a diffusion furnace for diffusing injected elements is used.

상기 종형 저압 화학 기상 증착 장치의 일 예는 우치야마(Uchiyama, et.al) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,902,406호에 개시되어 있다.An example of such a vertical low pressure chemical vapor deposition apparatus is disclosed in U.S. Patent No. 5,902,406 to Uchiyama, et.al.

도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 구성도이다.1 is a block diagram for explaining a wafer processing apparatus according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 가공 장치(100)는 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 공정 챔버(110)와 증착 공정의 진행 도중에 발생하는 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출시키고 공정 챔버(110) 내부의 압력을 조절하기 위한 진공 제공부(150) 를 포함한다. 공정 챔버(110)는 반응 가스 제공부(160)가 연결되는 매니폴드(120, manifold), 매니폴드(120)의 상부에 구비되는 내측 튜브(114, inner tube) 및 외측 튜브(112, outer tube)를 포함한다. 내측 튜브(114) 내부에는 다수매의 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 보트(130, boat)가 구비되며, 보트(130)는 엘리베이터(미도시)에 의해 매니폴드(120)를 통해 상하 이동된다. 진공 제공부(150)는 매니폴드(120)에 연결되는 진공 라인(152), 진공 라인(152) 중에 설치되는 메인 밸브(154) 및 진공 라인(152)을 통해 매니폴드(120)와 연결되는 진공 펌프(156)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the conventional wafer processing apparatus 100 discharges a process chamber 110 that accommodates a semiconductor wafer W, and reaction by-products and unreacted gases generated during the deposition process, and the process chamber 110. It includes a vacuum providing unit 150 for adjusting the pressure inside. The process chamber 110 includes a manifold 120 to which the reaction gas supply unit 160 is connected, an inner tube 114 and an outer tube 112 provided on the manifold 120. ). Inside the inner tube 114, a boat 130 for supporting a plurality of semiconductor wafers W is provided, and the boat 130 is moved up and down through the manifold 120 by an elevator (not shown). . The vacuum providing unit 150 is connected to the manifold 120 through a vacuum line 152 connected to the manifold 120, a main valve 154 installed in the vacuum line 152, and a vacuum line 152. A vacuum pump 156.

가스 노즐(170)은 상기 가스 제공부(160)와 연결되며, 상기 내측 튜브(114)의 내부에 수직 방향으로 연장된다. 상기 가스 노즐(170)은 상기 내측 튜브(114)에 반응 가스를 분사한다.The gas nozzle 170 is connected to the gas providing unit 160 and extends in the vertical direction inside the inner tube 114. The gas nozzle 170 injects a reaction gas into the inner tube 114.

도 2를 참조하면, 상기 내측 튜브(114)는 상부가 개방된 중공의 실린더 형태이다. 2, the inner tube 114 is in the form of a hollow cylinder with an open top.

상기와 같은 형태의 내측 튜브(114)에 상기 가스 노즐(170)에서 분사된 반응 가스가 공급되어 반도체 웨이퍼(W)의 가공 공정을 수행하게 된다. 상기 반도체 웨이퍼(W)의 가공 공정이 수행되는 도중에도 상기 내측 튜브(114) 및 외측 튜브(112) 내부의 압력을 일정하게 유지되어야 한다. 따라서 상기 진공 펌프(156)가 작동하여 상기 내측 튜브(114) 및 외측 튜브(112) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. The reaction gas injected from the gas nozzle 170 is supplied to the inner tube 114 as described above to perform the processing of the semiconductor wafer W. The pressure inside the inner tube 114 and the outer tube 112 must be kept constant even while the semiconductor wafer W is processed. Accordingly, the vacuum pump 156 is operated to maintain a constant pressure inside the inner tube 114 and the outer tube 112.

그러나 상기 진공 펌프(156)의 펌핑에 의해 상기 내측 튜브(114)로 공급된 반응 가스가 미처 반응하지 못하고 상기 개방된 상부를 통하여 내측 튜브(114)의 외부로 빠져나가게 된다. 따라서 상기 반도체 웨이퍼(W)를 가공하는데 다량의 반응 가스가 필요하게 되고, 또한 상기 가공 공정에 소요되는 시간도 증가하게 되는 문제점이 발생한다. However, due to the pumping of the vacuum pump 156, the reaction gas supplied to the inner tube 114 does not react, and exits to the outside of the inner tube 114 through the open upper portion. Therefore, a large amount of reaction gas is required to process the semiconductor wafer W, and the time required for the processing process also increases.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼의 가공 효율을 증가시킬 수 있는 웨이퍼 가공 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a wafer processing apparatus that can increase the processing efficiency of a semiconductor wafer.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 웨이퍼 가공 장치는 웨이퍼의 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 갖는 외측 튜브를 구비한다. 내측 튜브는 상기 외측 튜브 내부에 배치되어 상기 외측 튜브의 연장 방향을 따라 연장하며 개방된 단부를 갖고, 그 내부에 상기 웨이퍼를 수용하며, 상기 가공 공정을 위해 공급된 반응 가스가 미반응된 상태에서 상기 개방된 단부를 통해 배출되는 것을 억제하기 위하여 상기 개방된 단부의 단면적이 상기 웨이퍼가 수용된 부위의 단면적보다 작은 형태를 갖는다. 가스 공급부는 상기 내측 튜브와 연결되며, 상기 공정 가스를 상기 내측 튜브로 공급한다. In order to achieve the above object of the present invention, the wafer processing apparatus of the present invention includes an outer tube having a space for performing a wafer processing process. The inner tube is disposed inside the outer tube and extends in the extending direction of the outer tube, has an open end, accommodates the wafer therein, and the reaction gas supplied for the processing process is unreacted. The cross-sectional area of the open end is smaller than the cross-sectional area of the portion where the wafer is accommodated in order to suppress the discharge through the open end. A gas supply part is connected to the inner tube and supplies the process gas to the inner tube.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 가공 장치는 상기 내측 튜브로 공급된 반응 가스가 외부로 잘 빠져나가지 못하게 하여 상기 반응 가스가 충분히 반응하여 반도체 웨이퍼 가공 공정이 수행되도록 한다. 따라서 상기 가공 공정에 사용되는 상기 반응 가스의 양을 줄일 수 있고, 상기 가공 공정에 소요되는 시간도 줄일 수 있다. The wafer processing apparatus according to the present invention configured as described above does not allow the reaction gas supplied to the inner tube to escape to the outside so that the reaction gas is sufficiently reacted to perform the semiconductor wafer processing process. Therefore, the amount of the reaction gas used in the processing process can be reduced, and the time required for the processing process can be reduced.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 웨이퍼 가공 장치에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a wafer processing apparatus according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 내측 튜브의 형태를 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a wafer processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view illustrating the shape of an inner tube illustrated in FIG. 3.

도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼 가공 장치(200)는 공정 챔버(210), 진공 제공부(250), 가스 제공부(260) 및 가스 노즐(270)을 포함한다.3 and 4, the wafer processing apparatus 200 includes a process chamber 210, a vacuum providing unit 250, a gas providing unit 260, and a gas nozzle 270.

공정 챔버(210)는 내부 튜브(214), 외부 튜브(212) 및 매니폴드(220)를 포함한다. 상기 내부 튜브(214) 및 외부 튜브(212)는 석영 재질로 형성되며, 소정 간격을 두고 수직방향으로 연장되어 구비된다. Process chamber 210 includes an inner tube 214, an outer tube 212, and a manifold 220. The inner tube 214 and the outer tube 212 are formed of a quartz material and extend in the vertical direction at predetermined intervals.

상기 내부 튜브(214)는 상부와 하부가 각각 개방된 형태의 원통형이다. 반면에 외측 튜브(212)는 내부 및 외부 공기의 유입을 차단할 수 있도록 밀폐된 형태로 이루어져 있다. 공정 챔버(210)는 내측 튜브(214)의 내부에 다수 매의 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 보트(230)를 수용하고, 가스 제공부(260) 및 진공 제공부(250)가 연결되며, 내측 튜브(214) 및 외측 튜브(212)를 지지하는 매니폴드(210)를 포함한다.The inner tube 214 is a cylindrical shape of the top and bottom open respectively. On the other hand, the outer tube 212 is formed in a sealed form to block the inflow of internal and external air. The process chamber 210 accommodates a boat 230 supporting a plurality of semiconductor wafers W in the inner tube 214, and a gas providing unit 260 and a vacuum providing unit 250 are connected to each other. A manifold 210 that supports the inner tube 214 and the outer tube 212.

상기 내부 튜브(214)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 튜브 몸체부(214a), 제2 튜브 몸체부(214b) 및 테이퍼부(214c)로 구성된다. The inner tube 214 is composed of a first tube body 214a, a second tube body 214b and a taper 214c as shown in FIG.

상기 제1 튜브 몸체부(214a)는 상부 및 하부가 각각 개방된 원통 형태이다. 상기 제1 튜브 몸체부(214a)는 상기 보트(230)를 충분히 수용할 수 있도록 상기 보 트(230)의 길이보다 더 큰 길이 및 상기 보트(230)의 지름보다 더 큰 크기의 지름을 갖는다. 상기 제1 튜브 몸체부(214a)의 하단부는 상기 매니폴드(220)에 고정된다. The first tube body portion 214a has a cylindrical shape with upper and lower openings, respectively. The first tube body 214a has a length larger than the length of the boat 230 and a diameter larger than the diameter of the boat 230 so as to sufficiently accommodate the boat 230. The lower end of the first tube body 214a is fixed to the manifold 220.

상기 제2 튜브 몸체부(214b)도 상부 및 하부가 각각 개방된 원통 형태이다. 상기 제2 튜브 몸체부(214b)는 상기 제1 튜브 몸체부(214a)보다 작은 크기와 지름을 가지며, 상기 제1 튜브 몸체부(214a)의 상부에 구비된다. The second tube body portion 214b also has a cylindrical shape with upper and lower openings, respectively. The second tube body portion 214b has a size and a diameter smaller than that of the first tube body portion 214a and is provided on an upper portion of the first tube body portion 214a.

상기 테이퍼부(214c)는 상기 제1 튜브 몸체부(214a) 및 상기 제2 튜브 몸체부(214b)를 연결한다. 상기 테이퍼부(214c)는 상기 제1 튜브 몸체부(214a)의 상단부에서 상기 제2 튜브 몸체부(214b)의 하단부로 갈수록 지름이 감소하도록 테이퍼 진 형태이다. 즉 상기 테이퍼부(214c)는 상대적으로 큰 지름을 갖는 상기 제1 튜브 몸체부(214a)의 상단에서부터 상대적으로 작은 지름을 갖는 상기 제2 튜브 몸체부(214b)의 하단부로 갈수록 점진적으로 지름이 감소한다. 상기 테이퍼부(214c)는 중공의 원뿔대 형태이다. The taper portion 214c connects the first tube body portion 214a and the second tube body portion 214b. The tapered portion 214c is tapered to reduce the diameter from the upper end of the first tube body 214a to the lower end of the second tube body 214b. That is, the taper portion 214c gradually decreases in diameter from the top of the first tube body 214a having a relatively large diameter toward the bottom of the second tube body 214b having a relatively small diameter. do. The tapered portion 214c is in the form of a hollow truncated cone.

한편 상기 내측 튜브(214)는 상기 제1 튜브 몸체부(214a) 및 테이퍼부(214c) 만으로 구성된 형태로 구비될 수도 있다.Meanwhile, the inner tube 214 may be provided in the form of only the first tube body 214a and the taper 214c.

상기 내측 튜브(214)는 상기와 같이 상단부의 지름이 작은 형태, 즉 상단부의 개방된 부분이 좁은 형태이다. 따라서 상기 내측 튜브(214)로 공급된 반응 가스가 쉽게 외부로 배출되지 않고 상기 내측 튜브(214) 내부에 머물게 된다. 따라서 상기 반응 가스가 충분히 반응하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정이 수행된다. 그러므로 적은 양의 반응 가스로도 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정을 수행할 수 있고, 또한 적은 양의 반응 가스를 이용하므로 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. The inner tube 214 has a shape in which the upper end is small in diameter, that is, the open part of the upper end is narrow. Accordingly, the reaction gas supplied to the inner tube 214 is not easily discharged to the outside and remains inside the inner tube 214. Therefore, the reaction gas is sufficiently reacted to perform the semiconductor wafer (W) processing process. Therefore, the semiconductor wafer W processing process may be performed even with a small amount of reaction gas, and the time required for the semiconductor wafer processing process may be reduced because a small amount of the reaction gas is used.

보트(230)는 전체적으로 실린더 형상을 갖으며, 실린더의 직경은 내측 튜브(214), 구체적으로 상기 제1 튜브 몸체부(214a)의 직경보다 작다. 또한, 보트(230)는 다수의 슬릿이 형성된 구조를 가지며 반응 가스가 자유롭게 통풍될 수 있는 틀 형상을 갖는다. 보트(230)는 상기 다수의 슬릿에 다수의 웨이퍼(W)들을 수평 방향으로 적층한 상태에서 상기 매니폴드(220)를 관통하여 내측 튜브(214)의 내부로 승강한다. The boat 230 has a cylindrical shape as a whole, and the diameter of the cylinder is smaller than the diameter of the inner tube 214, specifically the first tube body 214a. In addition, the boat 230 has a structure in which a plurality of slits are formed and has a frame shape through which the reaction gas can be freely ventilated. The boat 230 moves up and down the inner tube 214 through the manifold 220 in a state in which a plurality of wafers W are stacked in the plurality of slits in a horizontal direction.

도시되지는 않았으나, 보트(230)의 하부에는 엘리베이터가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 엘리베이터는 반도체 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 보트(230)를 하강시키고, 반도체 웨이퍼의 가공 공정을 위해 상승하여 내측 튜브(214) 내부로 보트(230)를 상승시킨다. 또한 상기 보트(230)의 하부에는 상기 내측 튜브(214)의 내부에서 상기 보트(230)를 회전시키기 위한 회전 구동부가 구비되는 것이 바람직하다. Although not shown, the lower portion of the boat 230 is preferably provided with an elevator. The elevator lowers the boat 230 for loading and unloading the semiconductor wafer W, and raises the boat 230 inside the inner tube 214 for the processing of the semiconductor wafer. In addition, the lower portion of the boat 230 is preferably provided with a rotation drive for rotating the boat 230 in the inner tube 214.

외측 튜브(212)의 외측에는 외측 튜브(212) 및 내측 튜브(214) 내부의 온도를 웨이퍼(W)의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 온도로 유지하기 위한 히터(240)가 구비된다. 히터(240)는 외부 튜브(214)의 둘레에 외벽체를 이루도록 구비되어 공정 챔버(210) 내부를 가열한다. 히터(240)에는 전기적인 가열 제어를 하기 위하여, 가열 제어장치가 접속되어 있다. 공정 챔버(210)의 공정 온도는 화학 기상 증착 공정에는 500 내지 1000℃로, 또 산화 공정이나 확산 공정에서는 800 내지 1200 ℃로 설정되어 있다.Outside the outer tube 212 is provided with a heater 240 for maintaining the temperature inside the outer tube 212 and the inner tube 214 at the process temperature for performing the processing process of the wafer (W). The heater 240 is provided to form an outer wall around the outer tube 214 to heat the inside of the process chamber 210. The heater 240 is connected to a heating controller in order to perform electrical heating control. The process temperature of the process chamber 210 is set to 500 to 1000 캜 in the chemical vapor deposition process and 800 to 1200 캜 in the oxidation process and the diffusion process.

진공 제공부(250)는 매니폴드(220)와 연결된 진공 라인(252)과, 메인 밸브(254) 및 진공 펌프(256)를 포함한다. 메인 밸브(254)는 웨이퍼 가공 공정 도중에 공정 챔버(210) 내부의 압력을 조절하고, 세정시에는 폐쇄되어 세정에 의한 불순물이 진공 펌프(256)로 유입되지 않도록 한다. 한편, 진공 라인(252)에는 세정에 의한 불순물을 배출하기 위한 배출구(미도시)가 형성된다. 상기 배출구는 웨이퍼 가공 공정 도중에는 폐쇄되고, 세정 도중에는 개방된다.The vacuum provider 250 includes a vacuum line 252 connected to the manifold 220, a main valve 254, and a vacuum pump 256. The main valve 254 regulates the pressure inside the process chamber 210 during the wafer processing process, and is closed during cleaning to prevent impurities from cleaning from flowing into the vacuum pump 256. On the other hand, the vacuum line 252 is formed with a discharge port (not shown) for discharging impurities by cleaning. The outlet is closed during the wafer processing process and open during cleaning.

상기 배출구는 상기 진공 라인(252) 뿐만 아니라 상기 내측 튜브(214) 및 외측 튜브(212) 하부의 매니폴드(220)에도 구비되어 상기 웨이퍼 가공 공정의 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출한다.The discharge port is provided in the manifold 220 under the inner tube 214 and the outer tube 212 as well as the vacuum line 252 to discharge the reaction by-products and unreacted gas of the wafer processing process.

가스 제공부(260)는 웨이퍼 가공 공정을 위한 반응 가스를 공정 챔버(210)로 공급한다. 예를 들어 반도체 웨이퍼(W) 상에 질화막을 형성하는 공정에서 상기 가스 제공부(260)는 디클로로실란 가스와 암모니아 가스를 공정 챔버(210)로 제공한다. 상기 가스 제공부(260)와 연결된 각각의 제공 라인에는 유량 제어부(미도시)와 에어 밸브(미도시)가 각각 설치되어 유량이 제어된다.The gas provider 260 supplies the reaction gas for the wafer processing process to the process chamber 210. For example, in the process of forming a nitride film on the semiconductor wafer W, the gas providing unit 260 provides dichlorosilane gas and ammonia gas to the process chamber 210. Each supply line connected to the gas providing unit 260 is provided with a flow control unit (not shown) and an air valve (not shown), respectively, to control the flow rate.

상기 가스 노즐(270)은 상기 가스 제공부(260)에서 공급된 반응 가스를 상기 내측 튜브(214)의 내부로 공급한다. 상기 가스 노즐(270)은 상기 매니폴드(220)를 관통하여 상기 내측 튜브(214)의 내측까지 관통하며, 상기 내측 튜브(214)의 내벽을 따라 수직 방향으로 상기 내측 튜브(214)의 상단부까지 연장된다. 상기 가스 노즐(270)은 석영 재질로 형성된다. The gas nozzle 270 supplies the reaction gas supplied from the gas providing unit 260 into the inner tube 214. The gas nozzle 270 penetrates through the manifold 220 to an inner side of the inner tube 214, and extends along an inner wall of the inner tube 214 to an upper end of the inner tube 214 in a vertical direction. Is extended. The gas nozzle 270 is formed of quartz material.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 내측 튜브의 형태를 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a wafer processing apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view illustrating the shape of an inner tube illustrated in FIG. 5.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치(200)는 공정 챔버(210), 진공 제공부(250), 가스 제공부(260) 및 가스 노즐(270)을 포함한다. 상기 공정 챔버(210)는 내부 튜브(216), 외부 튜브(212) 및 매니폴드(220)를 포함한다.5 and 6, the wafer processing apparatus 200 according to the present exemplary embodiment includes a process chamber 210, a vacuum providing unit 250, a gas providing unit 260, and a gas nozzle 270. The process chamber 210 includes an inner tube 216, an outer tube 212 and a manifold 220.

상기 내부 튜브(216)의 형태를 제외하면 상기 일실시예의 웨이퍼 가공 장치(200)와 실질적으로 동일하다. 따라서 상기 내부 튜브(216)의 형태를 제외한 부분에 대한 구체적 설명은 생략한다. 본 실시예의 웨이퍼 가공 장치(200)는 상기 일실시예의 웨이퍼 가공 장치와 동일한 부재에 대해서는 동일한 명칭과 참조 부호를 사용하였다.Except for the shape of the inner tube 216 is substantially the same as the wafer processing apparatus 200 of the embodiment. Therefore, detailed description of the portion except for the shape of the inner tube 216 will be omitted. In the wafer processing apparatus 200 of the present embodiment, the same names and reference numerals are used for the same members as the wafer processing apparatus of the above embodiment.

상기 내부 튜브(216)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 튜브 몸체부(216a), 제2 튜브 몸체부(216b) 및 연결부(216c)로 구성된다. The inner tube 216 is composed of a first tube body 216a, a second tube body 216b, and a connection 216c as shown in FIG.

상기 제1 튜브 몸체부(216a)는 상부 및 하부가 각각 개방된 원통 형태이다. 상기 제1 튜브 몸체부(216a)는 보트(230)를 충분히 수용할 수 있도록 상기 보트(230)의 길이보다 더 큰 길이 및 상기 보트(230)의 지름보다 더 큰 크기의 지름을 갖는다. 상기 제1 튜브 몸체부(216a)의 하단부는 매니폴드(220)에 고정된다. The first tube body portion 216a has a cylindrical shape with upper and lower openings, respectively. The first tube body 216a has a length larger than the length of the boat 230 and a diameter larger than the diameter of the boat 230 so as to sufficiently accommodate the boat 230. The lower end of the first tube body 216a is fixed to the manifold 220.

상기 제2 튜브 몸체부(216b)도 상부 및 하부가 각각 개방된 원통 형태이다. 상기 제2 튜브 몸체부(216b)는 상기 제1 튜브 몸체부(216a)보다 작은 크기와 지름 을 가지며, 상기 제1 튜브 몸체부(216a)의 상부에 구비된다. The second tube body portion 216b also has a cylindrical shape in which an upper portion and a lower portion are open. The second tube body portion 216b has a size and a diameter smaller than that of the first tube body portion 216a and is provided on an upper portion of the first tube body portion 216a.

상기 연결부(216c)는 상기 제1 튜브 몸체부(216a) 및 상기 제2 튜브 몸체부(216b)를 연결한다. 상기 연결부(216c)는 상기 제1 튜브 몸체부(216a)의 상단부와 상기 제2 튜브 몸체부(216b)의 하단부를 동일 평면 상에서 연결하는 원형띠 형태이다. 즉 상기 연결부(216c)는 상대적으로 큰 지름을 갖는 상기 제1 튜브 몸체부(216a)와 상대적으로 작은 지름을 갖는 상기 제2 튜브 몸체부(216b)를 연결하여 상기 제1 튜브 몸체부(216a)와 상기 제2 튜브 몸체부(216c) 사이에 단(step)이 진 형태를 갖도록 한다. The connecting portion 216c connects the first tube body portion 216a and the second tube body portion 216b. The connecting portion 216c has a circular band shape that connects the upper end of the first tube body 216a and the lower end of the second tube body 216b on the same plane. That is, the connection portion 216c connects the first tube body portion 216a having a relatively large diameter to the second tube body portion 216b having a relatively small diameter, so that the first tube body portion 216a is connected. And a step is formed between the second tube body portion 216c.

한편 상기 내측 튜브(216)는 상기 제1 튜브 몸체부(216a) 및 연결부(216c) 만으로 구성된 형태로 구비될 수도 있다.On the other hand, the inner tube 216 may be provided in the form consisting of only the first tube body portion 216a and the connecting portion 216c.

상기 내측 튜브(216)도 상기와 같이 상단부의 지름이 작은 형태, 즉 상단부의 개방된 부분이 좁은 형태이다. 따라서 상기 내측 튜브(216)로 공급된 반응 가스가 쉽게 외부로 배출되지 않고 상기 내측 튜브(216) 내부에 머물게 된다. 따라서 상기 반응 가스가 충분히 반응하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정이 수행된다. 그러므로 적은 양의 반응 가스로도 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정을 수행할 수 있고, 또한 적은 양의 반응 가스를 이용하므로 상기 반도체 웨이퍼(W) 가공 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. As described above, the inner tube 216 has a small diameter at the upper end, that is, a narrow open portion at the upper end. Accordingly, the reaction gas supplied to the inner tube 216 is not easily discharged to the outside and remains inside the inner tube 216. Therefore, the reaction gas is sufficiently reacted to perform the semiconductor wafer (W) processing process. Therefore, the semiconductor wafer W processing process may be performed even with a small amount of reaction gas, and the time required for the semiconductor wafer processing process may be reduced because a small amount of the reaction gas is used.

이하, 도 3에 도시된 웨이퍼 가공 장치(200)를 사용하여 반도체 웨이퍼(W) 상에 막을 형성하는 공정을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a process of forming a film on the semiconductor wafer W using the wafer processing apparatus 200 shown in FIG. 3 will be described.

먼저, 프로세스 챔버(210)의 외측에 구비되는 외측 히터(240)를 사용하여 프 로세스 챔버(210) 내부의 온도를 상승시킨다.First, the temperature inside the process chamber 210 is increased by using the outer heater 240 provided outside the process chamber 210.

이어서, 50매의 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 보트(230)를 프로세스 챔버(210)의 내측 튜브(214) 내부로 반입시키고, 메인 밸브(250)를 개방하여 프로세스 챔버(210) 내부 압력을 0.3torr로 유지시킨다.Subsequently, the boat 230 supporting the 50 semiconductor wafers W is loaded into the inner tube 214 of the process chamber 210, and the main valve 250 is opened to reduce the pressure inside the process chamber 210. Maintain 0.3torr.

계속해서, 프로세스 챔버(210) 내부의 오염 물질을 배출시키기 위한 질소 가스 등의 퍼지 가스를 프로세스 챔버(210) 내부로 소정 시간 동안 제공한 후, 화학 기상 증착을 위한 반응 가스들을 프로세스 챔버(210) 내부로 제공한다. 프로세스 챔버(210) 내부, 즉 내측 튜브(214)로 제공되는 상기 반응 가스들은 외측 히터(240)로부터 제공되는 열 에너지를 이용하는 화학 반응을 일으키고, 이에 따라 반도체 웨이퍼(W) 상에는 소정의 막이 형성된다. 이때 상기 내측 튜브(214)의 상단부의 지름이 상기 내측 튜브(214)의 다른 부분의 지름보다 작아 상기 반응 가스들이 내측 튜브(214)의 외부로 잘 배출되지 않은 상태에서 화학 반응이 일어난다. 상기 화학 기상 증착 공정 후의 반응 부산물은 진공 라인(252)을 통해 배출된다. Subsequently, a purge gas such as nitrogen gas for discharging contaminants in the process chamber 210 is provided into the process chamber 210 for a predetermined time, and then reaction gases for chemical vapor deposition are supplied to the process chamber 210. Provide it internally. The reaction gases provided inside the process chamber 210, ie, into the inner tube 214, cause a chemical reaction using thermal energy provided from the outer heater 240, and thus a predetermined film is formed on the semiconductor wafer W. . At this time, the diameter of the upper end of the inner tube 214 is smaller than the diameter of the other portion of the inner tube 214 chemical reaction occurs in the state that the reaction gases are not well discharged to the outside of the inner tube (214). Reaction by-products after the chemical vapor deposition process are discharged through vacuum line 252.

반도체 웨이퍼(W) 상에 소정의 막 형성이 종료되면, 진공 라인(254) 중의 메인 밸브(254)를 폐쇄시키고, 프로세스 챔버(210) 내부에 다시 퍼지 가스를 제공하여 내부 압력을 상승시킨다. 이어서, 엘리베이터를 동작시켜 반도체 웨이퍼(W)를 언로딩하기 위한 위치로 보트(230)를 이동시킨다.When the predetermined film formation on the semiconductor wafer W is completed, the main valve 254 in the vacuum line 254 is closed, and the purge gas is again provided inside the process chamber 210 to increase the internal pressure. Next, the elevator is operated to move the boat 230 to a position for unloading the semiconductor wafer W.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 가공 장치는 상부 지름이 나머지 부분의 지름보다 작은 형태의 내측 튜브가 구비된다. 따라서 상기 내측 튜브로 공급된 반응 가스가 외부로 잘 배출되지 않은 상태에서 반도체 웨이퍼 가공 공정이 수행된다. 따라서 상기 반도체 웨이퍼 가공 공정에 사용되는 반응 가스의 양을 줄일 수 있고, 적은 양의 반응 가스를 이용하여 상기 가공 공정을 진행하므로 상기 가공 공정에 소요되는 시간도 줄일 수 있다. 따라서 상기 반도체 웨이퍼 가공 공정의 비용을 절감하며 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, the wafer processing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention is provided with an inner tube having a top diameter smaller than the diameter of the remaining portion. Therefore, the semiconductor wafer processing process is performed in a state where the reaction gas supplied to the inner tube is not easily discharged to the outside. Therefore, the amount of reaction gas used in the semiconductor wafer processing process can be reduced, and the processing time can be reduced by using a small amount of reaction gas, thereby reducing the time required for the processing process. Therefore, the cost of the semiconductor wafer processing process can be reduced and productivity can be improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims

An outer tube having a space for performing a wafer processing process;

Disposed inside the outer tube and extending along the extending direction of the outer tube and having an open end therein to accommodate the wafer therein, the reacted gas supplied for the processing process being opened in an unreacted state; An inner tube having a shape in which the cross-sectional area of the open end is smaller than the cross-sectional area of the portion where the wafer is accommodated so as to suppress discharge through the end; And

And a gas supply unit connected to the inner tube and configured to supply the process gas to the inner tube.

The wafer processing apparatus of claim 1, further comprising a gas discharge unit connected to the outer tube and configured to discharge unreacted gas and process byproducts.

The wafer processing apparatus of claim 1, wherein the inner tube has a tapered cross-sectional area that decreases toward the open end.

The wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the inner tube has a reduced cross-sectional area in the form of a stepped opening.