KR0155889B1 - 집광 반사면의 부식 방지판이 구비된 확산로의 점화장치 - Google Patents

Abstract

확산로의 점화장치에 대하여 기재하고 있다.

본 발명은 고온 발생 램프, 집광 반사면, 버닝 포인트, 발화실로 구성된 확산로 장비의 램프식 점화장치(Pyrogenic Unit)에 있어서, 상기 집광 반사면과 외부 공기의 접촉을 차단하는 부식 방지판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 집광 반사면의 부식이 방지되어 안정적인 수증기 산화 공정을 진행할 수 있으며, 해당 설비의 고장도 방지할 수 있다.

Description

집광 반사면의 부식 방지판이 구비된 확산로의 점화장치

제1도는 종래의 점화장치를 나타낸 단면도이다.

제2도는 종래 점화장치의 집광 반사면 부식 과정을 나타낸 도면이다.

제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 반사면 부식 방지판의 단면도이다.

제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 반사면 부식 방지판이 구비된 점화장치를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 확산로 장비의 점화장치(Pyrogenic Unit)에 관한 것으로, 특히 점화장치를 구성하는 집광 반사면의 부식을 방지하기 위한 부식 방지판이 구비된 점화장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 산화막 형성에 있어서, 800∼1250℃의 온도 범위에서는 실리콘의 열 산화 공정이 사용되는데, 이는 대기압에서 일어나는 개관반응이다. 실리콘의 열 산화는 건식 산화, 습식 산화 그리고 수증기 산화로 나뉜다.

건식 산화는 열에 의한 산화막 형성공정 중에서 가장 간단한 것으로, O₂또는 N₂/O₂의 혼합 가스를 실리콘 시료가 있는 확산로 내에 공급함으로써 이루어진다. 건식 산화는 산화막이 늦은 속도로 성장되기 때문에 얇은 산화막, 예컨대 게이트 산화막, 을 형성하는 단계에서 많이 이용된다.

습식 산화는 순수(Di Water)가 담겨 있는 플라스크를 통해 기포로 공급된 O₂와 N₂의 혼합체가 공정 수행 분위기를 형성하여 이루어진다.

한편, 수증기 산화는 적당량의 O₂와 H₂가 반응한 수증기와 O₂의 환합체가 확산로에 공급됨으로써 이루어진다.

수증기 산화에 의한 산화막은 건식 산화에 의한 산화막보다 빨리 형성되는데, 그 이유는 SiO₂에서의 H₂O의 용해도가 SiO₂에서의 O₂의 용해도보다 10³배 정도 크기 때문이다. 따라서, 수백∼수천Å의 두꺼운 산화막, 예컨대 필드산화막, 을 단시간에 얻기 위해서는 산소와 수소를 반응시킨 수증기를 확산로에 공급하는 수증기 산화 방식으로 공정을 진행하게 된다.

한편, 수증기 산화에 있어서 수증기는 산소 기체와 수소 기체를 단순히 혼합한다고 해서 형성되는 것이 아니고, 상기 두 기체를 반응 온도로 가열하여 발화시켜 주는 과정이 필요하다. 그 반응 과정은 상기 두 기체를 고온 가열된 히터에 통과시키는 히터식 발화방법으로 이루어지거나, 램프의 집광에 의해 가열된 실리콘 단편(Burning Point;이하 버닝 포인트라 한다.)에 통과시키는 램프식 발화방법으로 이루어진다.

상기 방법 중 램프 집광에 의한 램프식 발화 방법이 현재 일반적으로 실시되고 있으며, 특히 산화막 두께 및 열 공정의 균일성을 확보하기 위해 널리 쓰이고 있는 종형 확산로(Vertical Furnace)장비에서도 대부분 이러한 방법이 채택되고 있다.

제1도는 종래의 점화장치를 나타낸 단면도로서, 점화장치는 반사면(1), 램프(2), 노즐(3), 버닝 포인트 지지대(4), 버닝 포인트(5), 가스 공급관(6), 점화실(7) 및 열전대(8)로 구성된다.

점화 과정을 상술하면 다음과 같다.

고열을 발생시키는 램프(2)에서 나오는 빛은 오목한 형태를 가진 반사면(1)에 의해 집광되어 상기 반사면(1)의 초점 부분에 놓인 버닝 포인트(5)를 가열하게 된다. 상기 버닝 포인트(5)는 통상 빛의 흡수 효율이 높으며 내열성이 강한 실리콘 재질로 만들어진다. 상기 반사면(1)의 초범에 정확하게 버닝 포인트(5)가 놓이도록 하기 위하여 조절나사 (도시되지 않았음)에 의해 전후, 좌, 상하로 위치가 조절되는 버닝 포인트 지지대(4)가 이용된다. 상기 램프(2)의 점등 후에, 상기 버닝 포인트(5)의 온도는 가는 석영관 내에 들어 있는 열전대(8)에 의해 감지되어 일정 온도 이상이 되었을 경우에만 수소 기체와 산소 기체가 점화실(7)에 공급되게 된다. 이 때, 수소 기체와 산소 기체는 유량 조절기(Mass Flow Controller)(도시되지 않았음)에 의해 그 양이 조절되어 가스라인(6)을 통하여 점화실(Ignition Chamber)(7)에 투입된다. 상기 점화실(7)에서는 투입된 수소 기체와 산소 기체가 상기 램프이 집광에 의해 예열된 상기 버닝 포인트(5)에 의해 반응 온도까지 도달하여 수증기를 발생시키며, 상기 수증기는 노즐(3)을 통하여 확산로에 공급될 수 있도록 되었다. 점화실(7)은 통상 석영(Quartz)재질로 이루어져 있다.

제2도는 종래 점화장치의 집광 반사면 부식 과정을 나타낸 도면이다.

종래 점화장치의 집광 반사면(1)은 외부 공기에 노출되어 있기 때문에 수분이나 부식성 가스(9)의 침투에 의해 상기 집광 반사면(1)의 일부가 부식되어 부식 부분(10)이 발생한다. 따라서, 상기 집광 반사면(1)에 의한 집광(11)이 부분적으로 이루어지게 된다. 이와 같이 반사면의 부식으로 인한 집광 능력 저하에 의해 상기 버닝 포인트(5)가 충분히 예열되지 못한다면, 수소 기체와 산소 기체가 반응하지 않아 수증기 산화 공정이 불가능할 뿐 아니라, 반응하지 못한 수소 기체가 발화실(7)에 잔류하는 상태에서 산소 기체가 투입된다면 급격한 반응으로 폭발이 발생하여 상기 발화실(7)이 깨지는 경우도 발생할 수 있다. 상기와 같이 버닝 포인트(5)의 온도가 반응 온도보다 낮아 수소 기체와 산소 기체가 반응하지 않는 경우, 종형 확산로 장비에서는 점화단계(램프점등→ 버닝 포인트의 온도 감지→ 가스 공급)를 자동적으로 다시 진행하거나, 수증기 산화 단계를 중단하고서 공정을 완료하는 방식으로 대부분 프로그램되어 있다. 상기 점화 단계의 재 진행 시에 점화가 성공되면 공정 시행에는 별 문제가 없다. 그러나, 수증기 산화 단계가 중단된 채 공정이 완료되었다면, 시료는 불필요한 열 과정(Heat Cycle)을 거치게 된 셈이어서 상기 시료에 재차 산화막을 형성하고 소자를 완성한다 해도, 최종적으로 소자의 전기적 특성에 나쁜 영향을 주게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 장치의 문제점을 해결하기 위하여 점화장치를 구성하는 집광 반사면의 부식을 방지할 수 있는 점화장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고온 발생 램프, 집광 반사면, 버닝 포인트, 발화실로 구성된 확산로 장비의 램프식 점화장치(Pyrogenic Unit)에 있어서, 상기 집광 반사면과 외부 공기의 접촉을 차단하기 위해 집광 반사면과 밀착되는 내열성인 투광 재질의 부식 방지판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 부식 방지판은 종(bell) 형으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 부식 방지판의 재질은 석영(Quartz) 이나 유리로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 부식 방지판의 단면 두께는 0.1mm~3mm 정도로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 점화장치에서는 상기 집광 반사면의 반사면이 외부 공기에 직접 노출되지 않기 때문에 수분이나 부식성 가스에 의한 부식 현상이 발생하지 않으며, 상기 부식 현상에 따른 집광 능력 저하가 나타나지 않는다. 따라서, 수증기 산화 공정을 안정하게 진행할 수 있으며, 해당 설비의 고장도 방지할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 반사면 부식 방지판의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 집광 반사면 부식 방지판은 반사면의 부식 방지 기능을 수행하기 위해 반사면과 외부 공기와의 접촉을 차단해야 한다. 따라서, 상기 부식 방지판은 집광 반사면에 밀착되는 것이 바람직하다. 점화장치에 사용되는 통상의 집광 반사면은 램프에서 방출되는 빛을 효율적으로 집광하기 위해 그 반사면이 오목면이거나, 포물면의 형태를 가진다. 따라서, 상기 부식 방지판과 집광 반사면이 밀착하기 위해서는 상기 부식 방지판이 종(bell) 형태인 것이 바람직하다.

제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 반사면 부식 방지판이 구비된 점화장치를 나타낸 단면도이다.

참조 번호1은 집광 반사면을, 참조 번호2는 고온 발생 램프를, 참조 번호3은 확산로에 발생 수증기를 공급하는 노즐을, 참조 번호4는 버닝 포인트를 상기 집광 반사면의 초점에 위치하도록 조절해 주는 버닝 포인트 지지대를, 참조 번호5는 상기 집광 반사면에 의해 집속된 빛을 흡수하여 가열되는 버닝 포인트를, 참보 번호6은 점화실에 산소 기체와 수소 기체를 공급하는 가스 공급관을, 참조 번호7은 그 내부에서 산소 기체와 수소 기체의 발화 반응이 발생하는 발화실을, 참조 번호8은 상기 버닝 포인트의 온도를 감지하는 열전대를, 참조 번호11은 상기 집광 반사면에 의한 집속 광선을, 참조 번호12는 상기 집광 반사면의 부식을 방지하기 위하여 상기 집광 반사면과 밀착되어 있는 부식 방지판을 각각 나타낸다.

본 발명에 있어서, 부식 방지판(12)은 점화장치의 반사면(1)에 밀접하게 장착되도록 구성된다. 상기 부식 방지판은 부식 방지 기능을 수행할 뿐이므로, 램프(2)에서 방출되는 빛을 흡수한다면 집광에 오히려 방해가 된다. 따라서, 상기 부식 방지판은 투광 재질이어야 하며, 석영(Quartz)이나 유리로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 램프(2)에서는 고열이 방출되므로 상기 부식 방지판은 열에 의해 쉽게 변형되거나 파손되지 않는 내열성의 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 부식 방지판은 또한, 고아 투과 과정의 흡수 및 그 기계적 강도를 고려하여 그 단면 두께는 0.1mm∼3mm 정도로 이루어진 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 의한 점화장치에서는 반사면이 외부 공기에 직접 노출되지 않기 때문에 수분이나 부식성 가스에 의한 부식 현상이 발생하지 않으며, 상기 부식 현상에 따른 집광 능력 저하가 나타나지 않는다. 따라서, 수증기 산화 공정을 안정하게 진행할 수 있으며, 해당 설비의 고장도 방지할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 실시 가능함은 명백하다.

Claims (4)

1. 고온 발생 램프, 집광 반사면, 버닝 포인트, 발화실로 구성된 확산로 장비의 램프식 장비의 램프식 점화장치(Pyrogenic Unit)에 있어서, 상기 집광 반사면과 외부 공기의 접촉을 차단하기 위해 상기 집광 반사면과 밀착되는 내열성인 투광 재질의 부식 방지판을 구비하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 부식 방지판은 종(bell) 형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 점화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 부식 방지판의 재질은 석영이나 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 점화장치
4. 제1항에 있어서, 상기 부식 방지판의 단면 두께는 0.1mm∼3mm정도로 이루어진 것을 특징으로 하는 점화장치.