KR100242950B1 - 저압기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

저압기상 증착장치(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)의 진공배기 포트 연결구조가 개시된다. 본 발명에 따른 저압기상 증착장치는 반응챔버와, 반응챔버 내부에 소정의 압력을 형성하거나 미반응가스 및 잔류가스를 배기하는 진공배기 포트로부터 연장되어 형성되는 제 1 플랜지와, 진공배기 라인의 일측 단부에 형성되어 제 1 플랜지와 결합되는 제 2 플랜지와, 제 1 및 제 2 플랜지를 상호 결합하는 경우 제 1 및 제 2 플랜지 사이에 개재되는 오-링과, 오-링을 지지하기 위해 오-링 내측에 위치하는 센터 링을 구비하며, 일단이 제 1 플랜지에 고정되고 제 1 및 제 2 플랜지의 결합부분과 겹치도록 타단이 제 2 플랜지 내부로 연장되어 미반응가스 및 잔류가스에 의해 형성되는 파우더가 센터 링에 증착되지 않도록 하는 차단장치가 설치된다.

Description

저압기상 증착장치{Junction structure for vacuum exhaust port in LPCVD}
본 발명은 저압기상 증착장치(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저압기상 증착장치의 진공배기 포트에 증착된 파우더를 제거하기 위해 연결부를 해체하는 경우 센터 링을 용이하게 분해할 수 있고 진공배기 포트 플랜지의 접촉면에 스크래치를 남기지 않는 저압기상 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기상증착(CVD) 공정이란 특정의 반응기체(예: B2H6, PH3, AsH3등)들을 반응챔버 내부로 계속 공급하면서 적절한 공정 조건(온도, 압력 등)을 유지시켜 주면 고체상의 물질이 생성되어 가공하고자 하는 물체 위에 내려 쌓이게 되는 현상을 이용하여 반도체 공정에 필요한 물질의 막을 웨이퍼 위에 증착시키는 공정을 말한다. 예를 들어, 반도체의 기본 소자로 이용되는 재료인 순수 실리콘(Si)의 기판상에 산화막을 형성하는 데 이용되는 것으로, CVD법에서 형성된 산화막은 표면 보호층, 확산방지층 및 유전체로서의 역할을 한다.
일반적으로 CVD 방식에는 상압 CVD 방식, 저압 CVD 방식 및 플라즈마 CVD 방식 등이 있다. 상압 CVD 방식은 가장 먼저 개발된 CVD 방식으로 가스반응이 상압에서 이루어지는 방식으로 빠른 가스의 흐름이 요구되어 반응가스로는 질소, 수소 등의 캐리어 가스에 의해 전달되며 주로 보호막이나 층간절연막용으로 사용된다. 플라즈마 CVD 방식은 저압상태(0.1∼5 Torr)에서 글로우 방전에 의해 높은 에너지를 얻은 전자가 중성상태의 가스분자와 충돌하여 가스분자들을 분해하고 이들 분해된 가스 상호간의 반응에 의해 증착이 된다. 방전주파수의 범위는 50㎑∼13.56㎒이며, 주로 보호막용으로 사용된다.
한편, 저압 CVD 방식은 가스반응이 진공펌프를 이용한 저압상태(0.1∼10 Torr)에서 이루어지며 균일한 막질을 얻을 수 있는 반면, 저압 프로세스이므로 질량의 전달속도가 매우 커서 온도제어가 중요하다.
이와 같은 저압 CVD 공정은 반도체 소자의 본래의 특성에 변화를 주지 않으면서 반응 가스의 종류에 따라 집적 회로에 이용되는 다양한 박막을 증착시킬 수 있다. 이러한 저압 CVD 공정은 집적 회로 공정에 활발히 적용되고 있지만, 가스 유량과 구성비, 압력, 온도 등의 공정 변수에 의해 증착막의 특성이 변하므로 공정 중 이들 공정 변수가 규정치를 나타내는지 점검하여 소량의 박막이 재현성있게 형성되도록 한다.
상기한 저압 CVD 공정에서 일반적으로 진공펌프를 이용하여 진공배기 포트를 통해 반응챔버내의 압력을 저압으로 만들며, 공정 후에는 상기 진공배기 포트를 통해 미반응가스 및 잔류가스를 배출시킨다. 이때, 진공배기 포트와 진공배기 라인 사이의 온도차이에 의해 연결부위에 파우더(powder)가 증착되는 문제점이 있다.
이를 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면 진공배기 포트와 진공배기 라인의 연결구조가 도시되어 있는 바, 반응챔버(1)에는 진공배기 포트(2)가 부착 형성되어 있고, 진공배기 포트(1) 단부에 형성된 플랜지(2a)와 진공배기 라인(3)의 일측단부에 형성된 플랜지(3a)는 클램핑 결합되어 있다. 상기 플랜지들 사이에는 연결부위의 누설을 방지하기 위한 오-링(O-ring; 4)이 삽입되며, 오-링(4)을 지지하는 센터 링(center ring; 5)이 오-링(4)의 내측에 위치하고 있다. 센터 링(5)은 통상 스테인레스계열의 재료로 구성되어 플랜지들(2a, 3a) 사이에 삽입된 오-링(4)이 변형되는 것을 방지한다.
이와 같이 구성된 연결구조에 있어서, 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이에는 큰 온도차이를 보인다. 이에 따라 진공배기 포트(2)로 배출되는 미반응가스 및 잔류가스에 의해 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이의 연결부위에 파우더(7)가 증착된다. 특히, 질화막 형성공정에 있어서는 증착되는 파우더(7)의 양은 더욱 많다. 따라서 증착되는 파우더(7)의 양이 증가함에 따라 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이의 통로가 막히게 되어 주기적으로 파우더 제거작업을 실시해야 한다.
파우더(7)를 제거하기 위해서는 일반적으로 플랜지들(2a, 3a)간의 클램핑 결합을 풀고, 오-링과 센터 링을 제거하여 분해한 후 파우더를 제거한다. 이때, 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이에 증착된 파우더(7)가 센터 링(5)과 완전히 접착되어 있기 때문에 센터 링(5)을 분해하기 위해서는 끝이 날카로운 도구(10), 예를 들어, 일자형 드라이버 등을 사용하여 센터 링(5)을 파우더(7)로부터 분리시키게 된다.
이 과정에서 진공배기 포트측 플랜지(2a)의 접촉면에, 도 2에 도시한 바와 같이, 스크래치(scratch)가 생기게 되어, 파우더를 제거한 후에 다시 결합을 하여 진공배기를 하는 경우, 스크래치에 의해 원하는 진공상태를 유지하기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한 이에 따라 고가의 플랜지를 폐기해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적으로 파우더 제거작업시에 센터 링의 분해가 용이하며, 진공배기 포트 플랜지의 접촉면에 스크래치를 형성하지 않고 분해할 수 있는 연결구조를 갖는 CVD 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 저압기상 증착장치의 진공배기 포트 연결구조의 단면도이고,
도 2는 도 1의 저압기상 증착장치의 진공배기 포트를 해체한 후의 플랜지 접촉면에 스크래치가 형성되는 것을 나타내는 측면도이고,
도 3은 본 발명에 의한 저압기상 증착장치의 진공배기 포트에 차단장치를 부착한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 의한 저압기상 증착장치의 진공배기 포트 연결구조의 작용을 설명하는 단면도이다.
본 발명에 따르면, 반응챔버와, 반응챔버 내부에 소정의 압력을 형성하거나 미반응가스 및 잔류가스를 배기하는 진공배기 포트로부터 연장되어 형성되는 제 1 플랜지와, 진공배기 라인의 일측 단부에 형성되어 제 1 플랜지와 결합되는 제 2 플랜지와, 제 1 및 제 2 플랜지를 상호 결합하는 경우 제 1 및 제 2 플랜지 사이에 개재되는 오-링과, 오-링을 지지하기 위해 오-링 내측에 위치하는 센터 링을 구비한 저압기상 증착장치에 있어서, 일단이 제 1 플랜지에 고정되고 제 1 및 제 2 플랜지의 결합부분과 겹치도록 타단이 제 2 플랜지 내부로 연장되어 미반응가스 및 잔류가스에 의해 형성되는 파우더가 센터 링에 증착되지 않도록 하는 차단장치가 설치된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다. 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 사용된다.
도 3을 참조하면, 종래의 연결구조와 동일하게 반응챔버(1)에는 진공배기 포트(2)가 부착 형성되고, 진공배기 포트(1) 단부에 형성된 플랜지(2a)와 진공배기 라인(3)의 일측단부에 형성된 플랜지(3a)는 클램핑 결합된다. 플랜지들(2a, 2b) 사이에는 연결부위의 누설을 방지하기 위한 오-링(4)이 삽입되며, 오-링(4)을 지지하는 센터 링(5)이 오-링(4)의 내측에 위치한다. 센터 링(5)은 통상 스테인레스계열의 재료로 구성되어 플랜지들(2a, 3a) 사이에 삽입된 오-링(4)이 변형되는 것을 방지한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 진공배기 포트(2)의 단부에 소정길이와 직경을 갖는 원통형 차단장치(20)가 용접 등의 방법에 의해 고정된다. 차단장치(20)는 센터 링(5)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 하여 차단장치(20)와 센터 링(5) 사이에 간격을 둠으로써 열팽창에 따른 상호접촉을 피하며, 바람직하게는 1∼2 ㎜ 정도의 간격을 둘 수 있다. 차단장치(20)의 길이 및 직경은 CVD 장치의 종류에 따라 상이하며, 통상 내경은 30 ㎜∼150 ㎜이고 이에 대응하여 외경은 30.2 ㎜∼154 ㎜ 정도이다. 이 실시예에서는 원통형의 차단장치를 예로 들고 있으나, 단면이 정사각형의 중공형 차단장치를 사용할 수도 있다. 이 경우에는 내측의 가로 및 세로 길이는 공히 30 ㎜∼150 ㎜이고, 이에 대응하여 외측의 가로 및 세로 길이는 30.2 ㎜∼154 ㎜ 정도이다. 길이는 증착되는 파우더를 수용할 수 있을 정도이며, 바람직하게는 40∼50 ㎜이다. 재질은 일반적인 스테인레스 계열이나 인코넬(incornel)이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 구성에 따른 동작을 설명한다.
도 4를 참조하면, 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이에는 큰 온도차이를 가지며, 이에 따라 진공배기 포트(2)로 배출되는 미반응가스 및 잔류가스에 의해 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이의 연결부위에 파우더(7)가 증착되고, 증착되는 파우더(7)의 양이 증가함에 따라 진공배기 포트(2)와 진공배기 라인(3) 사이의 통로가 막히게 되어 주기적으로 연결부위를 해체하여 파우더 제거작업을 실시한다.
파우더(7)를 제거하기 위해서는 먼저 플랜지들(2a, 3a)간의 클램핑 결합을 풀고, 오-링과 센터 링을 차례로 분해한 후 파우더를 제거한다. 이때, 진공배기 포트(2)의 단부 소정위치에 소정길이와 직경을 갖는 원통형 차단장치(20)가 고정되기 때문에, 파우더(7)는 모두 배기포트(2)의 내벽면과 차단장치(20)에 걸쳐서 증착된다. 따라서, 파우더(7)와 센터 링(5)이 접촉하지 않게 되어 센터 링(5)의 해체가 용이하게 되며, 별도의 도구를 사용하지 않아도 되기 때문에 배기포트 플랜지의 접촉면에 스크래치나 흠집을 남기지 않아 이후에 다시 재조립하는 경우에도 챔버내의 진공상태를 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 진공배기 포트의 단부 소정위치에 소정길이와 직경을 갖는 원통형 차단장치를 용접 고정시킴으로써, 연결부위에 증착되는 파우더와 센터 링이 접촉되지 않아 센터 링의 해체가 용이하며, 별도의 도구를 사용하지 않아도 되기 때문에 배기포트 플랜지의 접촉면에 스크래치나 흠집을 남기지 않아 이후에 다시 재조립하는 경우에도 챔버내의 진공상태를 유지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 반응챔버와, 상기 반응챔버 내부에 소정의 압력을 형성하거나 미반응가스 및 잔류가스를 배기하는 진공배기 포트로부터 연장되어 형성되는 제 1 플랜지와, 진공배기 라인의 일측 단부에 형성되어 상기 제 1 플랜지와 결합되는 제 2 플랜지와, 상기 제 1 및 제 2 플랜지를 상호 결합하는 경우 상기 제 1 및 제 2 플랜지 사이에 개재되는 오-링과, 상기 오-링을 지지하기 위해 상기 오-링 내측에 위치하는 센터 링을 구비한 저압기상 증착장치에 있어서,
    일단이 상기 제 1 플랜지에 고정되고 상기 제 1 및 제 2 플랜지의 결합부분과 겹치도록 타단이 상기 제 2 플랜지 내부로 연장되어 상기 미반응가스 및 잔류가스에 의해 형성되는 파우더가 상기 센터 링에 증착되지 않도록 하는 차단장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차단장치는 상기 센터 링과 소정간격 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이격되는 간격은 1∼2 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 차단장치는 원형 중공관인 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중공관의 내경은 30 ㎜∼150 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 중공관의 길이는 40 ㎜∼50 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 중공관의 재질은 스테인레스인 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 차단장치는 사각형 중공관인 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 중공관의 가로 및 세로길이는 30 ㎜∼150 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 중공관의 길이는 40 ㎜∼50 ㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 중공관의 재질은 스테인레스인 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버내에 위치하는 웨이퍼 상에는 질화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 차단장치의 일단은 용접에 의해 상기 제 1 플랜지에 고정되는 것을 특징으로 하는 저압기상 증착장치.
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