Diff 공정 - Furnace장비

1. Furnace 장비

  Furnace는 사용 목적에 따라서 Batch, Chamber Type 장비로 나뉩니다. Batch 장비의 장점은 한 번에 많은 양의 Wafer 들을 공정을 진행할 수 있고, 증착 위치에 따른 균일도 및 품질이 우수하며 복잡한 구조 표면 위에 고르게 덮을 수 있는 뛰어난 Step Coverage를 가집니다. 또한 장비 공간 활용도가 좋고 Single보다 투자비가 저렴한 장점을 가지고 있습니다. 반면에 기판에만 증착이 되는 것이 아니라 Tube에도 전체적으로 박막이 쌓이다 보니 파티클 Source로 떨어져 나와 공정 준우에 박막을 오염시킬 수 있으므로 주기적인 Cleaning 및 파트 교체가 필요합니다. Batch type에서는 열전도가 잘되는 히터를 사용하며, Chamber type에서는 온도가 빨리 올라가거나 내려갈 수 있는 ALN Heater를 사용합니다.

 

Batch 장비는 주로 Vertical type Furnace Batch 장비를 사용합니다. 대표적으로 pump, valve, MFC, 진공 게이지 등의 파트들이 있습니다. Batch 장비는 Oxidation과 LPCVD공정 장비로 나누어 사용합니다. 

 

기본적으로 Inner Tube, Outer Tube사이에 총 5~7구간을 T/C Thermocouple로 온도를 구분하여 공정 온도를 내부의 T/C로 확인 및 조절하여 산화 및 증착을 합니다.

 

산화 공정을 할 때는 H2, O2 가스를 토치를 통해 수증기로 만들고 Quartz Tube로 Flow 됩니다.

 

LPCVD 공정은 증착 시 FLOW 되는 Precursor와 Gas들이 열에 의해 분해되고 Boat에 있는 웨이퍼 표면에 흡착 및 확산 그리고 화학반응을 하여 박막을 형성하는 공정입니다. LPCVD공정에서는 Rod Boat (wafer boat)를 사용하고 있으며 Loading 되는 실리콘 웨이퍼 장수와 구조도 장비 업체마다 약간씩 다릅니다. 

 

증착 공정 진행 시 Inner Tube와 Outer Tube를 사용하는 이유는 와류 현상 즉 Turblence Phenomenon 소용돌이 현상을 만들기 위해서입니다. 하스나 메니폴드의 가스 라인을 통해 Inner tube 안쪽에서 위로 올라가면서 와류 현상을 일으키고 그때 Boat에 Loading 된 Si Wafer에 반응 기체가 전체적으로 균일하게 접촉하게 됩니다. 

 

그리고 반응 후 잔류 가스들은 다시 inner tube와 outer tube 사이로 빠져나와 배기가 됩니다. Hight temperature oxide 장비는 다른 batch 장비와 다르게 rod boat가 아닌 ring boat를 사용하는데 그 이유는 rod boat는 center보다 wafer edge 쪽으로 증착이 많이 되는데 ring boat는 center로 증착이 많이 되어두게 균일도를 높일 수 있기 때문입니다. 

 

참고 문헌 :

반도체 제조 기술의 이해