KR100224659B1 - 종형 기상 성장 장치용 캡 - Google Patents

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Abstract

종형 기상 성장 장치용 캡에 관해 개시한다. 이 기상 성장 장치용 캡은 상부평판, 상기 상부평판과 소정 거리 평행하게 이격되어 있는 하부평판, 상기 상부평판과 하부평판 사이에 일정 간격으로 적층된 복수개의 단열판 및 상기 단열판들의 외주면에 접하며 상기 상부평판, 하부평판을 연결하는 복수개의 로드를 구비하고, 상기 상부, 하부평판, 단열판 및 복수의 로드는 일체로 구성되며, 개방형으로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 캡의 모든 구성요소들이 일체형으로 형성되어 있기 때문에 부품조립시 발생한 오염입자에 의한 공정불안정이 해결되고 장치의 설치, 교환 및 유지 관리가 용이해진다. 또 개방형으로 형성되어 있기 때문에 반응 가스가 웨이퍼에 도달하기 전에 활성화되도록 하여 반응 입자의 발생을 감소시킨다.

Description

종형 기상 성장 장치용 캡
제1도는 종래의 캡이 사용된 종형 기상 성장 장치의 사시도이다.
제2도는 제1도에 도시된 종형 기상 성장 장치의 주요 부품들의 분리 사시도이 다.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 종형 기상 성장 장치용 캡의 사시도이다.
제4도는 제3도의 IV-IV선에 따른 단면도이다.
제5도 내지 제8도는 본 발명의 종형 기상 성장 장치용 캡에 사용되는 주요 부품들의 변형예들을 각각 나타낸다.
제9도는 제3도 및 제4도의 캡이 설치된 종형 기상 성장 장치의 개략적인 단면도이다.
제10도는 본 발명에 의한 캡이 설치된 종형 기상 성장 장치내에서 향성된 기상성장막에 발생한 오염입자와 종래의 캡이 설치된 종형 기상 성장 장치내에서 형성된 기상성장막에 발생한 오염입자의 수를 각각 나타낸 막대그래프이다.
본 발명은 반도체장치의 제조에 사용되는 종형 기상 성장 장치에 관한 것으로, 특히 보트지지 및 온도 유지용 부품들이 일체형으로 구성된 종형 기상 성장 장치용 캡에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하기 위해서는 다결정실리콘막, 산화막 및 질화막 등의 다양한 박막을 형성하여야 한다. 이러한 박막의 형성을 위해 기상 성장 장치가 사용될 수 있다. 이러한 기상 성장 장치는 고온에서 가연성 독성가스를 사용하기 때문에 안정성 및 내구성이 뛰어나야 하고, 일단 장치를 설치한 후에는 각 구성 부품의 교환이 자유롭고 오염입자의 발생을 억제할 수 있어야만 한다.
특히 웨이퍼가 탑재된 보트를 지지하는 캡은 열처리관내에서 반응기체가 가장 먼저 통과하게 되는 부분이므로 오염입자가 없어야 하며 내구성이 뛰어나야 하고 조립 및 교환이 용이해야 한다.
제1도는 종래의 캡이 사용된 기상 성장 장치의 사시도이고, 제2도는 제1도 장치의 주요 부분의 분리사시도이다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 상기 기상 성장 장치에는, 캡(12), 홀더(18) 및 캡지지 장치(20)가 구비되어 있다.
보트(10)는 복수개의 지지로드(10a)에 의해 연결된 두 개의 평행 원판(10b, 10c)으로 구성되어 있고, 반도체 웨이퍼(11)가 탑재된 하부 원판(10c)에는 캡(12)과 보트(10)를 연결하기 귀한 2개의 연결구멍(10d)들이 형성되어 있다.
캡(12)은 보트(10)를 지지하며, 그 하부가 개방된 원통형 구조로 되어 있다. 그리고 캡(12)의 상면에는 보트(10)의 하부원판(10c)의 연결구멍(10d)들에 대응하는 나사홀(12a) 들이 형성되어 있다. 보트(10)와 캡(12)은 상기 연결 구멍(10d) 및 나사홀(12a)에 나사(14)를 체결함에 의하여 결합된다. 복수개의 단열판(16)이 적층되는 홀더(18)는 보트(10)의 구조와 유사하며 단열판(16)이 적층 설치된 후 상기 캡(12) 내부에 삽입된다. 홀더(18)의 하부 원판(18a)에는 흘더(18)와 캡 지지장치(20)를 연결시키기 위한 관통공(18b)이 형성되어 있다. 상기 단열판(16)은 열처리관(24) 내부의 열이 외부로 손실되는 것을 방지하여 열처리관 내부 온도의 균일성을 유지시키는 기능을 한다.
캡 지지장치(20)는 캡 지지장치(20)와 단열판(16)이 적층된 홀더(18)를 연결시키기 위한 연결 돌출부(20a)가 중앙에 형성되어 있는 플랜지형의 캡 지지부(20b)와, 열처리관(24)의 직경보다 큰 직경을 가지고 있으며 승강수단(22)과 연결되어 있는 관지지부(20c)로 구성되어 있다. 승강수단(22)은 예컨대, 유압실린더로 구성되며, 열처리관(24)내로 보트(10)를 삽입시킨다.
제1도 및 제2도의 설명을 통해 알 수 있듯이, 종래의 종형 기상성장 장치에서 보트(10)를 지지하고 온도보상 기능을 하는 수단은 캡(12), 홀더(18) 및 단열판(16) 등의 3개의 부품으로 구성되어 있다. 그런데 각 부품들 모두 석영으로 이루어져 있기 때문에 조립과정에서 각 부품간에 마찰이 생겨 균열 또는 파손을 초래할 수 있다. 그리고 조립시 생성된 미세한 석영 가루가 기상성장막에 대한 오염입자로 작용하여 공정 불안정 요인이 된다. 또한 상기 캡(12)이 폐쇄형으로 되어 있기 때문에, 열처리관(24)내로 공급된 반응 가스는 상기 캡과 열처리관 사이의 좁은 공간을 따라 상승한 후, 개방된 공간을 형성하는 보트하부에 도착한다. 따라서 빠른 유속으로 상승한 가스가 보트하부의 개방된 공간으로 급속히 확산되어 와류(vortex)를 형성하면서 보트의 상부로 이동한다. 그러므로 웨이퍼 표면을 흐르는 반응 가스의 유속이 보트내의 각 위치에 따라 불균일하게 된다. 또한 활성화되지 않은 반응가스가 웨이퍼에 작용하기 때문에 반응성 입자가 많이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제는 특히 보트의 하부에서 더욱 심각해 진다. 또한 각 부품간의 수명이 다르고 부품 교환과정이 복잡하다는 점에서 그 유지 및 관리에도 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보트지지 및 온도유지용 부품들이 일체형으로 구성된 종형 기상 성장 장치용 캡을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상부 평판, 상기 상부 평판과 소정 거리 평행하게 이격되어 있는 하부 평판, 상기 상부 평판과 하부 평판 사이에 일정 간격으로 적층된 복수개의 단열판, 및 상기 단열판들의 외주면에 접하며 상기 상부 평판, 하부 평판을 연결하는 복수개의 로드를 구비하며, 복수개의 웨이퍼가 로딩되는 보트를 지지하고 기상 성장 장치내의 온도를 일정하게 유지하는 종형 기상 성장 장치용 캡으로 상기 상부 평판, 하부 평판, 단열판 및 복수의 로드가 일체로 연결된 개방형 형태이어서, 기상 성장막 형성용 반응 가스가 상기 보트에 로딩된 웨이퍼에 도달하기 전에 상기 캡의 단열판과 단열판 사이를 먼저 통과하면서 활성화되도록 하는 종형 기상 성장 장치용 개방녕 캡을 제공한다.
이때, 상기 각 단열판은 복수개의 통공이 형성되어 있는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 인접한 상기 단열판들은 상기 통공이 대향하지 않도록 배치된다. 또한, 상기 단열판은 내부가 진공상태로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 상부평판에는 복수의 나사홀이 형성된 경우, 상기 하부평판의 중앙에 관통공이 형성되거나, 상기 하부평판의 저면 중앙에 요홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부평판의 표면에는 복수의 돌출부가 형성된 경우, 상기 하부평판의 중앙에 관통공이 형성되거나, 상기 하부평판의 저면 중앙에 요홈이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상부평판, 하부평판, 단열판 및 로드는 각각 석영 또는 실리콘카바이드 중에서 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 구성된 종형 기상 성장 장치용 캡은 보트지지 및 온도유지용 부품들이 일체로 연결되어 있다. 따라서 각 부품들을 조립할 필요가 없기 때문에 조립시 발생하는 오염입자에 의한 공정불안정과 같은 종래의 문제점이 해결되고 장치의 설치, 관리 및 교환이 용이해진다.
이하, 제3도 내지 제9도를 참조하여 본 발명의 기상 성장 장치용 캡의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.
제3도 내지 제9도에서 동일 참조번호는 동일 부재를 나타낸다.
제3도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 캡(30)의 사시도를, 제4도는 제3도의 IV-IV선을 따라 자른 단면도를 각각 나타낸다.
제3도 및 제4도를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 캡(30)에는 보트(10), (제9도)와 연결되는 상부평판(31)과 상부평판(31)과 동일 크기이며 캡 지지장치(20)의 캡 지지부(20b), (제9도)와 연결되는 하부평판(32)이 소정 거리 평행하게 이격되어 있으며, 상부평판(31)과 하부평판(32)의 사이에 복수개의 단열판(34)들이 등 간격으로 평행하게 적층되어 있다. 그리고 복수개의 지지로드(33)가 상기 단열판(34)들의 외주면에 접하여 설치되어 있다. 상부평판(31), 하부평판(32), 지지로드(33) 및 단열판(34)들은 일체로 연결되며, 석영 또는 실리콘카바이드(SiC)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 상부평판(31)에는 보트(10), (제9도)와 연결을 위한 복수개의, 바람직하기로는 2개의 나사홀(31a)이 형성되어 있다. 이 나사홀(31a)은 보트(10)의 연결구멍(106), (제2도 참조)과 대응하며, 나사(14), (제9도)가 끼워진다. 하부평판(32)에는 캡 지지장치(20)의 돌출부(20a), (제9도)와의 연결을 위한 관통공(32a)이 형성되어 있다.
상기 실시예에 따르면 캡(30)이 종래와 달리 일체형으로 구성되어 있기 때문에 조립의 필요성이 없다. 그러므로 조립시 각 부품의 마찰등에 의한 오염입자의 발생이 방지되고 장치의 설치 및 캡의 교환이 용이하게 된다.
제5도는 본 발명의 캡(30)에 적용되는 하부평판의 변형예를 나타낸 단면도이 다.
제5도에 도시된 하부평판(52)은 하부평판(52)과 캡 지지장치(20)의 돌출부(20a)와의 연결을 위한 요홈(52a)이 형성되어 있다는 점에서 관통공(32a)이 형성된 제4도의 하부평판(32)과 차이가 있다. 관통공(32a) 대신 요홈(52a)이 형성되기 때문에 기상성장막 형성시 오염입자가 캡지지 장치(20)로부터 하부평판(32)의 관통공(32a)을 통하여 캡(30)내로 침입하는 것이 방지되는 효과가 있다.
제6도는 본 발명의 캡(30)에 적용되는 상부평판의 변형예를 나타낸 단면도이 다.
제6도에 도시된 상부평판(61)은 상부평판(61)과 보트(10)와의 연결을 위한 복수개의, 바람직하게는 2개의 돌출부(61a)가 형성되어 있다는 점에서 나사홀(31a)이 형성된 제4도의 상부평판(31)과 차이가 있다. 돌출부(61a)가 직접 보트(10)의 연결구멍(10d)에 삽입되기 때문에 나사(14)가 필요없어지고 조립이 용이해진다. 또한 나사(14)를 이용하여 조립할 때 발생하던 오염입자의 양이 감소된다.
제7도는 본 발명의 캡(30)에 적용되는 단열판의 변형예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
제7도에 도시된 단열판(74)은 복수개의 통공(74a)이 형성되어 있다는 점에서 제4도의 단열판(34)과 차이가 있다. 특히 상기 인접한 단열판(74)간의 통공(74a)은 서로 어긋나게 배치되는 것이 바람직하다. 단열판(74)에 통공(74a)이 형성됨으로써 기상 성장 장치내의 열흐름이 용이하게 되며, 특히 인접한 단열판(74)간의 통공(74a)이 어긋나게 배치됨으로써 열흐름이 캡(30) 내부 전면에 걸쳐 고르게 형성되는 효과가 있다.
제8도는 본 발명의 캡(30)에 적용되는 단열판의 다른 변형예를 설명하기 부분 단면도이다.
제8도의 단열판(84)은 내부의 공간(84a)이 진공상태로 형성되어 있다는 점에서 제4도의 단열판(34) 및 제7도의 단열판(74)과 차이가 있다. 단열판(84) 내부가 진공상태로 유지됨으로써 캡(30)의 단열효과가 극대화되어 기상 성장 장치내의 균일할 온도를 유지할 수 있다.
제9도는 본 발명의 캡(30)이 설치된 종형 기상 성장 장치의 단면도이다.
제9도에 도시된 바와 같이, 열처리관(24)은 외부관(24a)과 내부관(24b)의 2개의 관으로 구성되어 있으며 외부관(24a)의 개구단이 캡 지지장치(20)의 관지지부(20c) 위에 놓여져 있다. 열처리관(24)의 외부관(24a)과 관지지부(20c)의 접촉면은 외부관(24a)의 개구단과 관지지부(20c) 사이에서 기체가 누출되는 것을 방지하기 위하여 실링구조로 되어 있다. 상기 열처리관(24)의 내부에서 캡 지지장치(20)의 지지부(20b) 위에 캡(30)이 놓이고, 상기 캡(30) 위에는 웨이퍼(11)가 탑재된 보트(10)가 놓이게 된다. 열처리관(24)에는 가스제어유니트(60)로부터 연결된 가스공급관(61)과, 배기기구(62)로 연결된 배기관(63)이 각각 연결되어 있다.
기상성장막의 형성과정을 제9도를 참고하여 설명하면 다음과 같다. 상기 캡 지지장치(20)에는 승강수단(22)이 연결되어 있어서 상기 승강수단(22)의 상승운동에 의해 캡(30) 및 캡에 의해 지지되고 있는 보트(10)가 함께 상승 이동하여 열처리관(24)내로 삽입되어 열처리관(24)내의 소정위치에 설치되고, 이에 따라 캡 지지장치(20)의 관지지부(20c)가 열처리관(24)의 외부관(24a)의 개구단과 접하게 된다.
이어서 형성하고자 하는 기상성장막에 해당하는 가스를 상기 가스제어유니트로(60)부터 상기 가스공급관(61)을 통하여 열처리관(24) 내로 공급하면 상기 가스는 화살표와 같은 방향으로 보트(10)내에 탑재된 웨이퍼(11) 표면을 흘러서 웨이퍼(11)위에 기상성장막을 형성시킨다. 이때, 상기 캡(30)은 가스의 출입이 자유로운 개방형 구조로 되어 있기 때문에 가스공급관(61)으로부터 공급된 가스가 상기 캡(30) 내부를 통과하게 된다. 이에 따라, 각 반응 가스가 충분히 활성화된 후, 보트(10)내의 웨이퍼(11) 표면에 도달하기 때문에 보트(10)내의 위치에 관계없이 웨이퍼(11) 표면에 형성되는 기상성장막이 균일해지고 반응성 입자의 생성이 현저하게 감소한다. 즉 상기 캡(30)이 더미 웨이퍼와 유사한 기능을 수행한다고 볼 수 있다.
본 발명의 캡(30)을 사용한 경우의 효과를 측정하기 위해서 제9도에 도시된 바와 같은 기상 성장 장치에서, 1500Å 두께의 질화막(Si3N4)을 형성한 후, 보트(10)내의 3구역 즉, 상부, 중앙부, 하부영역별로 발생한 반응성 입자수를 표1에 나타내었다. 그리고 상기 실험결과와 비교하기 위하여 종래의 캡이 설치된 기상 성장 장치를 이용하여 상기 실험과 동일조건하에서 질화막을 형성한 후, 측정판 반응성 입자수도 표1에 같이 나타내었다. 그리고 상기 반응성 입자의 평군값을 제10도에 막대그래프로 나타내었다. 제10도에서 ?로 표시된 막대 그래프는 비교군의 결과를, ▧로 표시된 막대 그래프는 본 발명에 의한 캡을 이용한 실험군의 결과를 각각 나타낸다.
[표 1]
상기 표1과 제10도의 그래프에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 캡을 사용한 결과 전체적인 반응성입자의 수가 종래의 캡을 사용하여 형성한 기상성장막에 비해 현저하게 감소하였음을 알 수 있다. 또한 보트내의 위치에 관계없이 균일한 반응이 일어났음을 알 수 있다.
즉 본 발명에 의한 캡은 보트를 지지하고 온도유지 기능을 하기 위한 부품들이 일체로 구성되어 있어서 부품 조립 과정이 필요없다. 따라서 캡의 설치가 용이하여 설치 시간이 단축되고, 캡의 유지관리 및 교환이 용이하여 장치가동률이 향상된다. 그리고 조립시 각 부품간의 마찰과 균열등에 의해 발생하는 석영 가루에 의한 오염이 방지되어 공정안정화를 기할 수 있다. 또한 캡이 반응 가스가 통과할 수 있는 개방형으로 되어 있어서 반응가스가 보트에 탑재된 웨이퍼표면에 도착하기 전에 충분히 활성화되고 그 흐름 또한 균일하게 형성되기 때문에 기상성장막에 반응성입자의 형성을 최대한 방지할 수 있어서 균일한 막을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (9)

  1. 상부 평판, 상기 상부 평판과 소정 거리 평행하게 이격되어 있는 하부 평판, 상기 상부 평판과 하부 평판 사이에 일정 간격으로 적층된 복수개의 단열판, 및 상기 단열판들의 외주면에 접하며 상기 상부 평판, 하부 평판을 연결하는 복수개의 로드를 구비하며, 복수개의 웨이퍼가 로딩되는 보트를 지지하고 기상 성장 장치내의 온도를 일정하게 종형 기상 성장 장치용 캡으로 상기 상부 평판, 하부 평판, 단열판 및 복수의 로드가 일체로 연결된 개방형 형태이어서, 기상 성장막 형성용 반응 가스가 상기 보트에 로딩된 웨이퍼에 도달하기 전에 상기 캡의 단열판과 단열판 사이를 먼저 통과하면서 활성화되도록 하는 종형 기상 성장 장치용 개방형 캡.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 단열판은 복수개의 통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  3. 제2항에 있어서, 인접한 상기 단열판들은 상기 통공이 대향하지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단열판은 내부가 진공상태인 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부 평판에는 복수의 나사홀이 형성되고, 상기 하부 평판의 중앙에는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상부 평판에는 복수의 나사홀이 형성되고, 상기 하부 평판의 저면 중앙에는 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상부 평판의 표면에는 복수의 돌출부가 형성되고, 상기 하부 평판의 중앙에는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 종형 기상 성장 장치용 캡.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상부 평판의 표면에는 복수의 돌출부가 형성되고, 상기 하부 평판의 저면 중앙에는 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 종형 기상성장 장치용 캡.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부평판, 하부평판, 단열판 및 로드는 각각 석영 또는 실리콘카바이드 중에서 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 종형 기상성장 장치용 캡.
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