KR100426987B1 - 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 원통형의 이너 튜브(11)와, 상기 이너 튜브(11)의 외측에서 동심원상에 중첩되게 구비되는 캡형상의 아우터 튜브(12)에 의해 이루어지는 공정 챔버(10)와; 상기 공정 챔버(10)의 하단부가 각각 연결되며, 하단부는 소정의 경사각으로 테이퍼지게 형성되는 매니폴드(20)와; 상기 공정 챔버(10)의 내부를 소정의 온도로 가열시키도록 구비되는 히터(30)와; 엘리베이터의 승강작용에 의해 상기 매니폴드(20)를 통하여 상기 공정 챔버(10)의 내부로 인출입되면서 수직으로 복수의 웨이퍼가 적층되도록 한 보트(40)와; 상기 보트(40)의 저부에서 상기 엘리베이터의 축(50)에 고정되고, 상기 매니폴드(20)와 면접촉하는 단면은 상기 매니폴드(20)의 하단부와 동일하게 소정의 경사각으로 테이퍼지게 하면서 경사면(61)에는 O링(70)이 삽입되도록 한 캡(60)으로 이루어지는 구성으로 반응실 내의 압력과 온도의 변화등에 의한 쿼츠 가루와 같은 부산물들로 인해 발생되는 실링성 저하가 방지되도록 하는 것이다.

Description

반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치{low pressure chemical vaper deposition apparatus of vertical type for manufacturing semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로에 다수의 웨이퍼를 적층시킨 보트가 삽입되면서 긴밀하게 밀착되는 매니폴드와 엘리베이터의 캡간 밀착면에서 쿼츠 가루와 같은 부산물들에 의한 실링 리크가 방지되도록 하는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착장치에 관한 것이다.

일반적인 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치(low pressure chemical vaper deposition apparatus)는 고온 저압의 분위기에서 공정 챔버의 내부로 웨이퍼의 막을 형성하는데 필요한 소정의 가스를 공급하므로서 웨이퍼의 표면에 요구되는 재질의 막질이 형성되도록 하는 것이다.

이러한 종형의 저압화학기상증착 장치는 크게 종형의 가열로와 이 가열로에수납되는 보트(boat)로서 이루어진다.

가열로는 다시 원통형의 이너 튜브(inner tube)와 이 이너 튜브의 외측에서 일정한 간격을 두고 형성되는 캡형상의 아우터 튜브(outer tube)로서 이루어지는 공정 챔버와, 이 공정 챔버의 하단에 결합되는 매니폴드(manifold)로서 이루어진다.

이때의 매니폴드는 주로 스테인레스 스틸로서 이루어지며, 상단부는 아우터 튜브의 하단부와 플랜지 결합되고, 수직으로 하향 연장되는 내측면에는 이너 튜브의 하단부가 결합된다.

이같은 구성에서 아우터 튜브의 외측으로는 가열로의 내측 공간을 가열하는 히터가 장착된다.

한편 가열로의 하향 개방된 저부로부터는 보트가 인출입된다.

보트는 수직으로 다수의 웨이퍼가 적재되는 구성이며, 엘리베이터에 의해서 승강이 가능하게 구비된다.

현재 소개되어 있는 종형의 가열로는 구성이 대부분 유사한 반면 매니폴드의 형상 및 이 매니폴드에 결합되는 이너 튜브와 아우터 튜브의 결합단부의 구성에서 약간씩 차이가 있다.

또한 매니폴드에는 공정 챔버의 내부로 삽입되는 보트의 캡(cap)이 통상 도 1에서와 같은 구성으로 상호 면밀착되면서 공정 챔버의 내부가 밀폐되도록 하고 있다.

즉 매니폴드(20)의 하단면과 보트의 캡(60)이 상호 수평면간 밀착되도록 하면서 이때 캡(60)의 매니폴드(20)에 밀착되는 면에는 O링(70)이 개재되도록 하여 더욱 기밀성이 유지되도록 하고 있다.

한편 공정 챔버에 보트가 인출입되면서 특히 매니폴드(20)와 캡(60)간의 밀착면에서 O링(70)의 마모와 변형 및 파손이 초래되면서 공정 챔버내의 기밀상태가 누설됨에 따라 이를 위해서 국내특허공개 제97-6938호와 일본공개특허 평10-209065 및 미국등록특허 5,578,132등에서 이를 개선하기 위한 장치와 방법이 제안되기도 하였다.

하지만 보트의 승강작용시 O링(70)으로 인한 문제 외에도 가열로를 구성하는 이너 튜브와 아우터 튜브 및 보트는 통상 쿼츠로 이루어지므로 장시간 사용에 따른 공정 챔버 내부의 압력과 온도 및 반응 가스의 변화 등에 의해 이들에 균열이 발생되면서 이들로부터 쿼츠 가루와 같은 부산물이 생기고, 이러한 부산물들이 캡(60)의 상부면으로 떨어지면서 도 2에서와 같이 매니폴드(20)와 캡(60)간 밀착면으로 끼여 제대로 실링이 되지 못하고, 기밀성을 저해하는 원인이 되고 있다.

다시말해 쿼츠 가루와 같은 부산물이 캡(60)의 상부면으로 떨어지면 일부의 부산물은 매니폴드(20)와의 밀착면측 O링(70)의 인근에 안착 및 적층되면서 밀착면간 기밀이 누설되도록 한다.

따라서 보트가 공정 챔버의 내부에 삽입되어 공정을 수행시에는 내부가 항상 일정한 진공압 분위기로서 유지되어야만 하는데 이렇게 매니폴드(20)와 캡(60)간의 밀착면간으로 부산물들이 개입되어 적층되면서 밀착면간 실링성이 악화되어 내부압력에 리크가 발생되고, 이로인해 진공압 저하를 초래함과 동시에 결국 공정 에러를발생시키게 되는 폐단이 있다.

이렇게 공정 챔버의 내부를 필요로 하는 압력으로 유지시키지 못하게 되면 웨이퍼에 정상적인 막질형성이 이루어지지 않게 될 뿐만 아니라 이는 결국 공정 수행의 중단 및 다량의 웨이퍼 불량을 초래하게 되면서 생산성 저하를 야기하는 치명적인 경제적 손실을 입게 되는 심각한 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 매니폴드와 캡간 밀착면으로의 부산물 안착 및 적층이 방지되게 하므로서 설비의 안정된 가동으로 공정에 대한 신뢰성이 향상될 수 있도록 하는데 있다.

또한 본 발명은 웨이퍼의 불량률 저감에 따라 제품 생산성이 향상될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 일반적인 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치에서 매니폴드와 캡간 면밀착되는 구성을 도시한 확대단면도,

도 2는 종래 매니폴드와 캡간 밀착면간으로 부산물이 적층된 상태의 구성을 도시한 확대단면도,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치를 도시한 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 매니폴드와 캡간 면밀착되는 경사면이 외측으로 하향 경사지도록 하는 구성을 예시한 확대단면도,

도 5는 도 4의 구성에서 매니폴드에 면밀착되는 부위를 소정의 높이로 상향 돌출되게 한 구성을 예시한 확대단면도,

도 6은 본 발명에 따른 매니폴드와 캡간 면밀착되는 경사면이 내측으로 하향 경사지도록 하는 구성을 예시한 확대단면도,

도 7은 도 6의 구성에서 매니폴드에 면밀착되는 부위를 소정의 높이로 상향 돌출되게 한 구성을 예시한 확대단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 공정 챔버 11 : 이너 튜브

12 : 아우터 튜브 20 : 매니폴드

23 : 경사면 40 : 보트

60 : 캡 61 : 경사면

70 : O링

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원통형의 이너 튜브와, 상기 이너 튜브의 외측에서 동심원상에 중첩되게 구비되는 캡형상의 아우터 튜브에 의해 이루어지는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버의 상기 이너 튜브와 상기 아우터 튜브의 하단부가 각각 연결되며, 하단부는 소정의 경사각으로 테이퍼지게 형성되는 매니폴드와; 상기 아우터 튜브의 외측에서 상기 공정 챔버의 내부를 소정의 온도로 가열시키도록 구비되는 히터와; 엘리베이터의 승강작용에 의해 상기 매니폴드를 통하여 상기 공정 챔버의 내부로 인출입되면서 수직으로 복수의 웨이퍼가 적층되도록 한 보트와; 상기 보트의 저부에서 상기 엘리베이터의 축에 고정되고, 상기 매니폴드와 면접촉하는 단면은 상기 매니폴드의 하단부와 동일하게 소정의 경사각으로 테이퍼지게 하면서 경사면에는 O링이 삽입되도록 한 캡으로 이루어지는 구성이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 종형의 저압화학기상증착 장치를 도시한 일실시예이다.

본 실시예에서 본 발명은 이너 튜브(11)와 이 이너 튜브(11)의 외측으로 일정한 갭(G)을 갖고 캡형상의 아우터 튜브(12)가 구비되도록 하므로서 공정 챔버(10)를 이룬다.

이너 튜브(11)는 수직으로 관통된 통형상으로 그 내부가 반응실이다.

아우터 튜브(12)는 하향 개방되고, 상단부는 폐쇄된 통형상이며, 이너 튜브(11)의 외측을 감싸는 형상으로 구비되면서 이너 튜브(11)의 외경면과는 일정하게 이격되는 갭(G)을 갖도록 한다.

특히 아우터 튜브(12)는 하단부가 이너 튜브(11)보다는 짧게 형성되도록 하면서 끝단부가 외측으로 연장되어 플랜지면(12a)을 갖도록 한다.

이러한 이너 튜브(11)와 아우터 튜브(12)는 공히 쿼츠로서 이루어진다.

이너 튜브(11)와 아우터 튜브(12)로서 이루어지는 공정 챔버(10)의 하단부에는 스테인레스 재질의 매니폴드(20)가 구비된다.

매니폴드(20)는 이너 튜브(11)의 외경보다는 크고, 아우터 튜브(12)의 외경보다는 작은 원통의 형상이며, 특히 상단은 외측으로 외경이 확장되도록 하여 플랜지면(21)을 이루도록 한다.

그리고 매니폴드(20)는 내측면에 안쪽으로 돌출되게 원형의 테형상으로 걸림턱(22)을 일체로 형성한다.

따라서 이너 튜브(11)는 하단부가 매니폴드(20)의 걸림턱(22)에 안착되어 고정되고, 아우터 튜브(12)는 매니폴드(20)의 하단측 플랜지면(21)으로 안착되면서 플랜지 결합에 의해 고정된다.

이와같은 매니폴드(20)는 특히 하단면이 일측으로 경사지는 형상으로 형성되도록 한다.

매니폴드(20)의 경사면(23)은 도 4에서와 같이 내측면으로부터 외측면으로 하향 경사지게 형성되게 할 수도 있고, 그와 반대로 외측면으로부터 내측면으로 하향 경사지게 형성할 수도 있으나 가장 바람직하게는 외측면측으로 하향 경사지도록 하는 것이다.

한편 공정 챔버(10)에서 아우터 튜브(12)의 외측으로는 외주면을 따라 공정 챔버(10) 내의 반응실을 가열하는 히터(30)가 구비된다.

이와함께 매니폴드(20)의 저부에는 엘리베이터(미도시)에 의해서 승강하게 되는 보트(40)가 구비된다.

보트(40)는 수직으로 다수의 웨이퍼가 적층될 수 있도록 한 구성으로서, 통상 쿼츠로서 이루어진다.

보트(40)는 엘리베이터의 구동에 의해서 승강하게 되며, 이러한 승강작용에 의해 공정 챔버(10) 내의 반응실로 인출입된다.

한편 보트(40)의 하단부와 연결되는 엘리베이터의 축(50)에는 캡(60)이 축고정되어 있다.

캡(60)은 외경이 매니폴드(20)의 하단부측 외경과 같거나 그보다 크게 형성되는 평판의 구성이다.

이때 캡(60)의 매니폴드(20)의 경사진 하단면과 면접촉하게 되는 단면은 그와 동일하게 소정의 직경으로 경사지는 형상으로 형성되도록 한다.

그리고 이러한 캡(60)의 경사면(61)에는 O링(70)이 삽입되도록 한다.

캡(60)에 형성되는 경사면(61)은 도 3의 매니폴드(20)에 형성되는 경사면(23)과 같이 내측으로부터 외측으로 경사지는 형상으로 되게 할 수도 있으나 그와 반대로 외측으로부터 내측으로 경사지는 형상으로도 가능하다.

한편 경사면(23)을 외측으로부터 내측으로 경사지도록 하기 위해서는 캡(60)의 면접촉 부위가 도 4에서와 같이 상향 돌출되도록 해야만 한다.

특히 상향 돌출되는 부위는 도 5와 같이 경사면(61)의 하단부와 캡(60)의 상부면간이 소정의 높이로서 이격되도록 하는 형상으로도 가능하다.

이와 같은 구성의 본 발명은 보트(40)에 다수의 웨이퍼가 적층되도록 한 후 엘리베이터의 구동에 의해 보트(40)를 상승시켜 공정 챔버(10)의 반응실 내로 삽입되게 하여 공정을 수행하는 것은 종전과 대동소이하다.

공정 수행을 위해서 우선은 반응실의 내부가 진공의 상태가 되어야 하므로 보트(40)를 상승시 보트(40)의 하단부측으로 구비되는 캡(60)의 외주연부가 매니폴드(20)의 하단부와 상호 면밀착하면서 매니폴드(20)의 개방된 하단부가 폐쇄되도록 한다.

매니폴드(20)의 하단부가 캡(60)간 면밀착에 의해 반응실 내부가 폐쇄되면 반응실은 히터(30)의 구동에 의해서 고온의 진공의 분위기가 되고, 이 반응실 내부로 일측으로부터 공정 가스를 주입하므로서 웨이퍼에 필요로 하는 막질이 형성되도록 한다.

한편 공정 수행 중 반응실 내부의 온도와 압력등의 변화에 의해 특히 쿼츠 재질인 이너 튜브(11)와 아우터 튜브(12) 및 보트(40)에는 장시간을 사용시 미세하게 마모 및 크랙이 발생된다.

이는 보트(40)의 잦은 승강작용에 의해서 더욱 심화되면서 마모 및 크랙 발생 부위로부터 쿼츠 가루와 같은 부산물이 생겨 반응실을 닫고 있는 캡(60)의 상부면으로 쌓이게 된다.

캡(60)에 쌓이는 부산물들 중 일부는 캡(60)의 매니폴드(20)에 밀착되는 외측 주연부로 유도된다.

한편 매니폴드(20)와 캡(60)간 밀착되는 경사면(23)(61)측으로 유도되는 부산물들은 이들 경사면(23)(61)을 타고 캡(60)의 내측이나 외측으로 유동하면서 제거되도록 한다.

다시말해 보트(40)의 승강시 캡(60)의 경사면(61)으로 부산물들이 유도되면경사면(61)을 타고 미끄러져 유동하게 되므로 경사면(61)에서의 부산물 적층이 방지된다.

만일 캡(60)의 매니폴드(20)와 밀착되는 경사면(61)이 외측으로 하향 경사지도록 형성하면 이들 부산물들은 캡(60)의 경사면(61)을 타고 외부로 제거된다.

이때 캡(60)의 매니폴드(20)와 밀착되는 면은 캡(60)의 바닥면으로부터 도 5에서와 같이 소정의 높이로 상향 돌출되도록 한 후 그 상단부가 내측으로부터 외측으로 하향 경사지게 형성할 수도 있다.

이와는 반대로 캡(60)의 매니폴드(20)와 밀착되는 경사면(61)이 도 6 및 도 7에서와 같이 내측으로 하향 경사지는 형상으로 구비되면 부산물들은 캡(60)의 경사면(61)을 따라서 캡(60)의 보다 안쪽면으로 유도된다.

따라서 이너 튜브(11)와 아우터 튜브(12) 및 보트(40)로부터 발생되는 쿼츠 가루와 같은 부산물들은 매니폴드(20)와 캡(60)의 밀착면에서의 정체 및 적층이 사라져 더 이상 캡(60)의 밀착면에 쌓이지 않게 된다.

이와같이 부산물들이 이들 밀착면간으로 쌓이지 않게 되면 캡(60)에 의한 실링성을 안정되게 유지시킬 수가 있게 된다.

이러한 실링성 유지는 반응실 내에서의 막질을 형성하는 공정을 안정되게 수행할 수 있도록 하므로서 웨이퍼 불량을 미연에 방지시킬 수가 있도록 한다.

특히 캡(60)과 매니폴드(20)간 경사면(61)에서의 O링(70)의 손상이나 변형등을 방지할 수도 있으므로 O링(70)의 사용 수명을 보다 연장시키는 이점도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 매니폴드(20)와 캡(60)간 상호 면밀착하게 되는 부위를 간단히 개선하는 구성에 의해 반응실 내의 압력과 온도의 변화등에 의한 쿼츠 재질의 구성들로부터 발생되는 쿼츠 가루와 같은 부산물들로 인해 발생되는 실링성 저하가 방지되도록 한다.

따라서 공정 수행 중에 반응실 내부 압력이 저하되는 일 없이 항상 안정된 공정 수행이 될 수 있도록 하여 웨이퍼 불량을 방지하는 동시에 공정 신뢰성과 제품의 생산성을 대폭적으로 향상시킬 수 있도록 하는 매우 유용한 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 원통형의 이너 튜브(11)와, 상기 이너 튜브(11)의 외측에서 동심원상에 중첩되게 구비되는 캡형상의 아우터 튜브(12)에 의해 이루어지는 공정 챔버(10)와;

   상기 공정 챔버(10)의 상기 이너 튜브(11)와 상기 아우터 튜브(12)의 하단부가 각각 연결되며, 하단부는 소정의 경사각으로 테이퍼지게 형성되는 매니폴드(20)와;

   상기 아우터 튜브(12)의 외측에서 상기 공정 챔버(10)의 내부를 소정의 온도로 가열시키도록 구비되는 히터(30)와;

   엘리베이터의 승강작용에 의해 상기 매니폴드(20)를 통하여 상기 공정 챔버(10)의 내부로 인출입되면서 수직으로 복수의 웨이퍼가 적층되도록 한 보트(40)와;

   상기 보트(40)의 저부에서 상기 엘리베이터의 축(50)에 고정되고, 상기 매니폴드(20)와 면접촉하는 단면은 상기 매니폴드(20)의 하단부와 동일하게 소정의 경사각으로 테이퍼지게 하면서 경사면(61)에는 O링(70)이 삽입되도록 한 캡(60);

   으로 이루어지는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 매니폴드(20)와 캡(60)은 상호 밀착되는 면이 내측으로부터 외측으로 하향 경사지도록 하는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캡(60)의 상기 매니폴드(20)와 밀착되는 면은 바닥면으로부터 소정의 높이로 상향 돌출되는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 매니폴드(20)와 캡(60)은 상호 밀착되는 면이 외측으로부터 내측으로 하향 경사지도록 하는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 캡(60)의 상기 매니폴드(20)와 밀착되는 면은 소정의 높이로 상향 돌출되는 반도체 제조용 종형의 저압화학기상증착 장치.