KR100205541B1 - 화학기상증착장비의 가스 유입구 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조공정에 사용되는 저압 화학기상증착(CVD)장비에 관한 것으로, 특히 종형확산로의 분기관에 장착되는 가스유입구에 대한 것이다.

종래의 CVD장비의 가스유입구는 가스공급관의 상호 연결부위에서의 과열로 인한 부품의 부식과 마모는 물론 오-링(170)의 변형을 가져오게 가스의 누출이나 파티클을 유발하여 공정에 결함요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 가스 유입구 주위에 통기공이 형성된 방열판을 복수개 부착하여 방열효과를 높여 줌으로서 가스유입구에 연결되는 부위에서 발생하는 부품의 부식이나 마모 및 변형을 방지하여 연결부위에서의 기밀기능이 유지되도록 한 것이다.

Description

방열 구조를 갖는 화학기상증착장비(Chemical Vapor Deposition Apparatus With A Heat Radiation Structure)

제1a도는 본 발명 가스 유입구의 사시도 이고, 제 1b 도는 제 1a 도의 단면도이다.

제2도는 본 발명 방열판의 사용상태 단면도.

제3a도 및 제3b도는 종래의 종형확산로 및 이 확산로에 장착된 가스 유입구의 설치구조 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 분기관(Manifold) 20 : 가스유입구

21 : 방열판 21a : 통기공

30 : 인젝터(Injector) 50 : 노즐(Nozzle)

60 : 오 - 링(O-ring)

본 발명은 반도체소자 제조공정에 사용되는 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition;LPCVD)장비에 관한 것으로, 특히 공정챔버(Process Chamber)인 종형확산로(Vertical Furnace)의 분기관(Manifold)에 장착되는 가스유입구에 대한 것이다.

상술한 종형 확산로를 갖는 CVD 장비의 개략적인 구조를 살펴보면, 공정챔버로 사용되는 내부튜브와 외부튜브로 구성된 이중튜브와 이중 튜브가 고정되는 분기관(Manifold)과, 상기 튜브내부로 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 이송장비로 구분된다.

그 중에서 상기 분기관은 금속재질로 만들어져 외부로 부터 튜브(Tube)를 격리시키며, 챔버내로 가스를 공급하는 가스공급 인젝터와 배기라인이 연결 및 지지하는 역할을 하여 왔었다.

특히, 반응관내에서는 반응을 위한 가스 유입구(Port)가 분기관에 부착 고정되는 구조를 가지고 있으며, 이 가스유입구의 부식은 공정진행에 커다란 영향을 주는 요인으로 작용한다.

제3a도는 종래 CVD 장비의 부분적인 개략적인 구조를 나타낸 것으로, "A" 부위가 분기관 가스유입구의 장착위치를 나타낸 것이고, 제3b도는 상기 "A" 부위의 부분확대 단면도를 나타낸 것이다.

110 및 111은 각각 외부튜브와 내부튜브를 나타낸 것이고, 130은 분기관을 나타낸 것이며, 120은 상기 튜브 내부가 공정온도를 유지하도록 가열하는 히터를 나타낸 것이다.

상기 제3b도는 공정챔버내에 반응가스를 공급하기 위한 가스인젝터(150)와 외부의 가스 공급라인을 연결하기 위하여 상기 분기관(130)에 설치되어 있는 가스유입구(140)와의 상호 결합구조를 나타낸 것이다.

상기 가스 유입구(140)는 관의 일단이 분기관(130)에 용접과 같은 상태로 밀봉 고정된 상태에서 내측에서 가스인젝터(150)가 연결되고, 외부로 노출되고 있는 타측단에는 노즐(161)과 함께 가스공급라인(160)이 나사결합된 구조를 가지고 있었다.

그리고 상기 가스공급라인과 상기 유입구(140)의 기밀은 상기 노즐(Nozzle;161)에 끼워지는 오-링(170)에 의해 유입관 내부와 상기 가스공급관(160)의 일단이 밀착되어 기밀이 유지된다.

또한 가스유입부의 밀봉(Sealing)상태는 LPCVD장비에 공정가스를 공급하는데 영향을 주게 되므로 제품의 질에 직접적인 영향을 주게 된다.

상술한 구조를 갖는 종래의 CVD 장비에 있어서, 공정의 진행시 상기 챔버가 고온의 상태로 유지되므로, 챔버의 하부에 위치한 분기관(130)의 온도도 자연히 상승하게 되어 고온이 된다.

이와 같은 분기관(130)의 온도상승은 이 분기관에 연결된 상기 가스유입구(140)를 비롯하여 오-링(170), 노즐(161) 및 가스공급관(160)의 일단을 과열시키게 된다.

이러한 가스유입구(140)와 가스공급관(160)의 상호 연결부위에서의 과열은 부품의 부식과 마모는 물론 오-링(170)의 변형을 가져오게 된다.

또한 연결부위의 변형이나 부식이 발생하게 되면 장비의 크리닝이나 점검시 부품의 분리 또는 조립할 경우 조립을 힘들게 할뿐만 아니라 심한 경우 조립이 불가능한 상태가 발생하게 된다.

그리고 상기 연결부의 부식은 파티클(Particle)을 유발하게 되어 공급되는 가스와 함께 챔버로 유입되어 공정의 결함요인으로 작용하게 되고, 오-링(170)은 열화작용에 의해 기밀유지의 기능을 제대로 발휘할 수 없게 된다.

따라서 가스의 누출로 챔버내 공정가스의 공급에 차질을 가져와 공정 실패의 요인으로 작용하게 되고 장비외부로 누출된 가스는 작업장의 공기나 다른장비를 오염시키는 문제점을 유발하게 된다.

이러한 변화는 반도체소자 제조를 위한 해당 공정진행에 불리하게 작용하며, 설비 효유저하, 원가상승, 제품 특성변화의 요인으로 작용하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 가스유입구의 구조를 일부 변경하여 분기관으로부터 전달되는 열을 발산시킬 수 있도록 여러 가지 방법을 시도하여 왔었다.

그러나 상술한 종래의 유입구는 구조의 단순성 때문에 연결부위가 상대적으로 길어져 장비의 부피가 커지게 되고 방열효과도 떨어져 이에 따르는 장비의 조립이나 관리가 어렵게 되므로 실제적으로는 커다란 도움이 되지 못하였다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로 고온에 의한 가스 유입구의 변형 및 부식을 방지할 수 있는 화학기상증착장비의 가스 유입구를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로는 반도체소자 제조공정에 사용되는 종형확산로의 분기관에 가스관을 부착고정하는 가스유입구에 있어서, 상기 가스유입구의 주위에 분기관으로부터 전해지는 열을 방열하기 위한 방열수단을 형성한 것을 특징으로 한다.

이를 위해서 상기 방열수단은 원판형상을 갖는 복수개의 방열판과, 이방열판의 각각에 형성한 공기 흐름부를 구비한다.

상기 공기 흐름부는 각각 상기 방열판의 중심을 기준으로 동일한 위치에 복수개의 통기공을 형성한다.

또한 상기 통기공의 직경은 방열판의 직경보다 작게 형성하여 공기의 접촉면이 확대되게 한다.

상술한 구성을 갖는 본 발명은 분기관으로부터 유입구로 전도된 열을 효과적으로 방열시키므로서 유입구에 연결되는 부품에 열로 인한 부식이나 변형을 막아 연결부위에서 발생하는 가스의 누출을 효과적으로 막을 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 작용.효과를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명한다.

제1a도는 본 발명의 실시예에 따른 가스유입구의 전체적인 형상을 나타낸 것으로, 유입구의 주위에 열을 방출할 수 있는 구조를 갖는 방열수단을 부착한 구조를 갖는다.

제1a도는 본 발명 가스유입구의 사시도를 나타낸 것이고, 제 1b 도는 제1a도의 단면구조를 나타낸 것이다.

제1도에 나타낸 바와 같이 본 발명 가스유입관(20)은 관의 주위에 복수개의 방열판(21)이 일체로 형성된 구조를 갖는다.

여기서, 상기 방열판(21)은 통상적인 방열에 사용되는 재질로 형성되는데, 예를 들어 열전도율이 높은 금속 재질로 형성된다.

상기 방열판(21)은 원판관 이 원판의 중심으로 하여 복수개의 통기공(21a)이 형성된 구조를 가지며 통기공은 각각의 방열판과 가스유입구에 동일한 방향에 위치하도록 한다.

제2도는 상술한 구성을 갖는 가스유입구가 CVD장비의 분기관 부위에 장착된 사용상태의 단면구조를 나타낸 것이다.

상기 가스 유입구(20)에는 공정챔버내측에서 연결되는 인젝터(30)가 삽입되며, 외부로 돌출된 관의 타측에는 노즐(50)과 가스공급관(40)이 연결되어 유입구가 상기 노즐사이에 오-링(60)에 의해 기밀이 유지되는 구조로 연결된다.

상술한 구조를 갖는 본 발명은 CVD의 공정진행시 고온의 열에 의해 가열된 분기관(10)의 열이 가스유입구(20)로 전도될 때 가스유입구의 일 측에 부착된 방열판(21)부위에서 방열이 이루어 진다.

상기 방열현상은 가스유입구 전체에 전도된 열이 표면적이 넓은 복수개의 방열판(21)부위에서 가스유입구보다 상대적으로 낮은 온도를 갖는 외부의 공기와 접촉되어 방열이 이루어진다.

이때 상기 방열판(21)의 표면적이 클수록 방열 효과는 크게 된다.

그러므로, 바람직하게 상기 방열판(21)의 각각은 복수개의 통기공(21a)을 가지며, 이 통기공(21a)은 공기의 흐름을 원활하게 하고 공기와의 접촉면적을 넓혀주어 방열 효과를 높여 주는 역할을 하게 된다.

이를 위해서 상기 통기공(21a)의 직경은 공기와의 접촉면을 통기공이 없는 상태의 경우보다 크게 하기 위해 예를 들어, 방열판의 두께보다 크게 방열판(21)의 상하좌우 4위치에 형성한다.

상술한 작용으로 상기 방열판(21)은 가스유입구(20)의 온도 상승을 억제하여 줌으로서 가스유입관의 부식이나 변형을 막아 가스공급관과 유입구의 연결부위에서 발생하는 가스의 누출을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

또한 상술한 작용으로 부품의 부식으로 인한 파티클의 생성을 방지하고 오-링의 내구성을 높여 가스의 누출을 방지하므로서 장비의 수명연장과 이에 따르는 점검기간을 연장시키고 부품의 소모를 줄일 수 있게 된다.

즉 본 발명은 공정진행에 불합리한 요소를 제거하므로서 설비 효율을 높여 주고, 원가의 절감은 물론 제품의 질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 반도체 기판 상에 박막을 증착하기 위한 화학기상증착(CVD)장비에 있어서, 반도체 기판이 장착되는 공정 챔버; 공정가스를 상기공정 챔버 내로 유입시키는 가스유입구; 상기공정 챔버 및 가스유입구를 지지하는 분기관; 및 상기 분기관으로부터 전달되는 열을 방출하기 위해 상기 가스유입구 주위에 제공되는 방열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 방열수단은 상기 가스유입구와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기방열수단은 상기 가스유입구 주위에 형성된복수 개의 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.
4. 제3항에 있어서, 상기 각 방열판에 형성된 복수 개의 통기공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.
5. 제4항에 있어서, 상기 통기공은 상기 각 방열판의 상,하,좌,우 각각 1개씩 형성된 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.
6. 제4항에 있어서, 상기 각 통기공의 직경은 상기 방열판의 두께보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 방열 구조를 갖는 화학기상증착장비.