KR100234686B1 - 저압 화학증착 시스템의 석영튜브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저압 화학 증착 시스템의 반응로를 구성하는 석영튜브(Quartz Tube)에 관한 것으로, 석영튜브의 조성물인 SiO2에 함유된 여러 불순물중 휨(SAG)현상에 영향을 끼치는 수산기(OH-)의 농도를 10PPM 이하로 줄임으로써 석영튜브의 휨강도를 증가시켜 고온(1000∼1200℃), 장시간(8시간이상) 공정조건 하에서도 석영튜브의 휨 변형이 거의 발생하지 않도록 한 것이다.
이와같은 본 발명에 의하면, SIC 라이너 튜브의 파손위험을 제거할 수 있고, 튜브내 오염을 방지할 수 있으며, 라이프 타임을 46배 이상 연장 시킬 수 있는 등의 효과가 있다.
Description
제1도 및 제2도는 종래의 일반적인 석영튜브가 적용된 반응로(Diffusion Furnace)의 여러 구성예를 보인단면도로서,
제1도는 SIC 라이너 튜브(Liner Tube)가 설치된 반응로의 구조를 보인 단면도.
제2도는 SIC 라이너 튜브가 제거된 반응로의 구조를 보인 단면도.
제3도는 종래 석영튜브의 공정시간에 따른 휨(Sag) 정도를 나타낸 그래프도.
제4도는 본 발명에 의한 석영튜브가 적용된 반응로의 구조를 보인 단면도.
제5도는 본 발명에 의한 석영튜브의 공정시간에 따른 휨 정도를 나타낸 그래프도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 석영튜브 몸체 2 : 가스유입공
3 : 배기노즐 4 : SIC 라이너 튜브
5 : 히팅코일
본 발명은 반도체 소자의 질화막 형성 방법으로 널리 알려져 있는 저압 화학 증착 시스템(LPCVD)의 반응로(Diffusion Furnace)를 구성하는 석영튜브(Quartz Tube)에 관한 것으로, 특히 석영튜브의 조성물인 SiO2에 함유된 여러 불순물중 휨(SAG)현상에 영향을 주는 수산기(OH-)의 농도를 10ppm 이하로 줄임으로서 석영튜브의 휨 현상을 방지하고 라이프타임(Life Time)을 연장시켜 고온, 장시간 공정에 적합하도록한 저압 확학 증착 시스템의 석영튜브에 관한 것이다.
종래 일반적으로 사용되는 저압 화학 증착 시스템의 석영튜브는 제1도에 도시한 바와같이 원통형의 석영튜브몸체(1)의 일단부에는 O2,N2등과 같은 반응가스가 유입되는 가스유입공(2)이 형성되고, 타단부에는 가스반응에서 생긴 생성물과 생성가스가 배출되는 배기노즐(3)이 형성된 구조로 되어있으며 상기 석영튜브 몸체(1)는 후술되는 히팅엘리먼트(Heating element)에 의해 가열되는 가열부분(la)과 비가열부분(1b)으로 구분할 수 있는바, 통상 가열부분(1a)의 두께를 비가열부분(1b)의 두께 보다 크게 형성하여 가열부분(1a)의 휨 정도를 최소화 시키도록 되어 있다.
도면은 가열부분(1a)의 두께(t)가 7㎜, 비가열부분(1b)의 두께(t＇)가 4㎜로 된 석영튜브를 이용하여 반응로를 구성한 것으로 도면에서 4는 SIC 라이너튜브(Liner Tube)를 보인것이고, 5는 열원인 히팅코일(Heating coil)을 보인 것이다.
이러한 반응로는 히팅코일(5)로부터 발생된 열이 SIC 라이너 튜브(4)를 통해 석영튜브 몸체(1)로 전달되고, 계속해서 석영튜브내의 웨이퍼(도시되지 않음)로 전달되는 시스템으로 열적확산에 필요한 열을 공급시키며, 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 차단시키는 요소로 되어있다.
한편, 제2도는 종래 반응로의 다른 구성예를 보인 것으로 이러한 반응로는 두께가 일정한 (4㎜) 원통형의 석영튜브 외주연부에 열원인 히팅코일(5)을 설치한 구조로 되어있다.
이와같이 구성된 반응로는 석영튜브의 내부에 수개의 웨이퍼가 장착되고, 히팅코일(5)에 의해 고온이 형성되면서 석영튜브몸체(1)의 가스유입공(2)으로 유입되는 반응가스의 가스반응에 의해 웨이퍼에 질화막이 형성되며, 가스반응에서 생긴 생성물 및 생성가스는 배기노즐(3)을 통하여 배기된다.
이러한 반응로에 사용되는 고온(1000℃∼1200℃), 장시간(8hrs∼20hrs)용 석영튜브는 일반적으로 아래표1과 같은 여러종류의 불순물이 함유된 Sio2를 이용하여 제작하고 있다.
상기 표 1의 불순물중 수산기(OH )의 농도는 석영튜브의 휨(SAG)현상에 매우 큰 영향을 끼치는 것으로 종래에는 수산기의 함유량을 원광석의 용해과정 및 인고트(Ingot) 제조과정 등에서 10∼30ppm으로 조절하여 제작,사용하고 있다.
제3도는 상기한 바와같은 종래의 석영튜브를 이용하여 고온, 장시간 공정조건 예컨데, 공정온도 : 1150℃, 공정시간 13hrs, 반응 가스중 O는 0.88ℓ/min으로 5시간 주입한 후 11.25ℓ/min 8시간 주입하고, N는 11.25ℓ/min로 5시간 주입한 후 0.15ℓ/min로 8시간 주입하는 공정조건 하에서 작업한 경우의 공정시간(Hrs)에 따른 석영튜브의 휨정도를 ㎜단위로 나타낸 그래프도로서 이에 도시한 바와같이 종래의 석영튜브는 공정시간이 증가함에 따라 비례해서 휨정도가 커지는 결함이 있었다.
즉, 석영튜브의 조성물일 불순물중 수산기(HO)의 농도가 10ppm이상 함유된 종래의 석영튜브는 고온, 장시간 공정조건하에서 작업을 하게되면 공정시간이 증가함에 따라 비례해서 그의 휨정도가 커지게 되는 결함이 있었다.
이에따라, 정기적인 세척시 SIC 라이너 튜브가 파손될 우려가 있었으며, 튜브내의 파티클(Particle), 스크래치(Scratch), 크랙(Crack)으로 인하여 튜브내부가 오염되는 결함이 있었고, 라이프 타임이 짧아(1EA/40회) 비용이 상승하는 등의 결함이 있었다.
또한, 종래의 석영튜브는 상기한 바와같은 휨정도가 커지는 것을 방지하기 위해 제1도에서와 같이 석영튜브 몸체(1)의 중간부 가열부분(1a)을 두껍게 하여 제작하고 있으므로 차중이 무거워 취급이 불편한 것이었다.
이를 감안하여 창안한 본 발명의 주목적은 석영 튜브의 조정물인 SiO에 함유된 여러 불순물중 휨 현상에 영향을 끼치는 수산기(OH )의 농도를 10ppm 이하로 줄임으로써 종래의 고온, 장시간 공정조건과 동일한 상태에서도 공정시간에 따른 휨현상이 거의 나타나지 않도록 함을 특징으로 하는 저압화학증착시스템의 석영튜브를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 석영튜브의 형상을 보다 얇은 일정한 두께를 갖는 원통형으로 제작하여 무게로 인한 취급의 불편함을 해소한 저압화학증착 시스템의 석영튜브를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명에 의한 저압화학 증착시스템의 석영튜브는 아래 표 2에서 보는바와같이 여러 불순물 중 휨 현상에 영향을 끼치는 수산기(OH )의 농도를 10ppm 이하로 줄인 Sio재질을 이용하여 제작하며, 그 형상을 제4도에서 보는 바와같이 보다 얇은 일정한 두께(4㎜) 갖는 원통형으로 형성함을 특징으로 하고 있다.
도면 중 종래구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하였다.
상기 수산기(OH )의 농도는 10ppm 이하 이면 바람직하나 가장 놓기로는 수산기의 농도가 1ppm 인 경우가 휨 현상이 거의 없으며, 석영튜브의 라이프 타임도 46배 이상 연장시킬수 있으므로 가장좋다.
그리고, 상기한 바와같이 SiO의 불순물중 수산기의 농도를 줄이기 위해서는 전기로 용융법으로 용해함이 바람직하다.
제5도는 본 발명에 의한 석영튜브를 이용하여 종래와 동일한 고온, 장시간 공정조건 상태에서 작업을 실시하여 공정시간에 따른 석영튜브의 휨정도를 ㎜ 단위로 나타낸 그래프로서 이 그래프에서 보는 바와같이 본 발명에 의하면 공정초기에는 물론 말기에도 석영튜브의 휨 변형이 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명에 의한 저압 화학증착 시스템의 석영튜브는 조성물인 SiO의 여러 불순물중 휨 현상에 영향을 끼치는 수산기(OH )의 농도를 10ppm 이하로 줄임으로써 석영튜브의 휨 강도가 46배이상 증대되어, 고온(1000℃∼1200℃), 장시간(8시간이상) 공정조건하에서도 석영튜브의 휨 변형이 발생하지 않게되고, 이에 따라 SIC 라이너 튜브의 파손위험을 제거할 수 있으며, 파티클, 스크래치 및 크랙으로 인한 튜브내 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 석영튜브의 라이프 타임이 46배 이상 연장되므로 비용을 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.
또한, 석영튜브의 휨강도가 증대되므로 보다 얇은 일정한 두께를 갖는 원통형의 석영 튜브를 형성할 수 있어 자중이 가벼워지고, 취급이 용이한 효과도 있다.
이와같이 된 본 발명에 의한 석영튜브는 상술한 반도체 제조용 튜브로 사용하는 것 이외에도 기타 산업용 제품을 생산하는 장비에 있어서 석영(Quartz)이 쓰이는 모든 고온(1000℃∼1200℃)공정에 유리하게 적용할 수 있다.
Claims (2)
- 저압 화학 증착 시스템의 반응로를 구성하는 석영튜브의 조성물인 SiO2에 함유된 여러 불순물중 휨(SAG)현상에 영향을 끼치는 수산기(OH-)의 농도를 10ppm 이하로 줄인 것을 특징으로 하는 저압 화학 증착 시스템의 석영튜브.
- 제1항에 있어서, 석영튜브의 형상을 보다 얇은 일정한 두께를 갖는 원통형으로 형성함을 특징으로 하는 저압 화학 증착 시스템의 석영튜브.
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