KR100440992B1

KR100440992B1 - 저압ｃｖｄ시스템

Info

Publication number: KR100440992B1
Application number: KR1019970008789A
Authority: KR
Inventors: 다로 우찌야마; 유끼오 요시까와; 다까시 쓰까모또; 지로 니시하마
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2004-09-18
Also published as: EP0795897B1; US5902406A; KR19980063270A; EP0795897A3; EP0795897A2; TW506620U; DE69730370T2; DE69730370D1

Abstract

개방된 상단과 하단을 갖추고, 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와, 소정간격으로 상기 내부튜브의 외주부를 감싸는 원주벽과, 이 원주벽의 상단을 밀폐하는 상벽과 그 하부에 제공된 플랜지를 포함하면서, 개방된 하단부를 갖춘 외부튜브와, 상기 하단부에서 상기 내부튜브와 상기 외부튜브를 지지하고, 상기 외부튜브의 상기 하단부와 상기 바닥부 사이에 기밀밀봉 제공하며, 개구가 형성된 중앙부를 갖는 바닥부와, 상기 바닥부의 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과, 상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터가 있는 노 (furnace) 벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서, 상기 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 플랜지 사이의 연결부 구석에 실리콘 카바이드 재료의 패딩이 형성된다.

Description

저압 CVD 시스템 {LOW PRESSURE CVD SYSTEM}

본 발명은 반도체웨이퍼상에 실리콘 질화물 등의 막을 형성하는데 사용되는 저압 CVD (화학기상증착 : chemical vapor deposition) 시스템에 관한 것이다.

이와 같은 저압 CVD 시스템으로서, 도 6 에 도시된 시스템 (미국특허 제 5,316,472 호에 대응하는 일본국 특허공개공보 제 93166741 호 참조) 을 사용하여 왔다. 도시된 저압 CVD 시스템에 있어서, 이중튜브 (13) 는 외부튜브 (11) 와 내부튜브 (12) 로 구성된다. 바닥부 (14) 는 튜브들 (11, 12) 을 지지하기 위해 외부튜브 (11) 와 내부튜브 (12) 아래에 설치된다. 바닥부 (14) 에는 내부튜브 (12) 내의 공간까지 도달하는 가스공급관 (15) 과, 내부튜브 (12) 와 외부튜브 (11) 사이의 공간까지 도달하는 배기관 (16) 이 제공된다.

바닥부 (14) 에는 개구 (opening) 가 형성된 하면이 있고, 리프트 (18) 에 의해 수직이동되는 뚜껑 (17) 은 개구를 개폐하도록 설치된다. 뚜껑 (17) 은 받침대 (19) 를 통하여 그 위에 위치한 웨이퍼 보트 (boat) (20) 를 가지며, 이 웨이퍼 보트 (20) 는 다수의 반도체웨이퍼 (W) 를 지지한다. 뚜껑 (17) 이 리프트 (18) 에 의해 승강된 경우, 받침대 (19) 를 통해 뚜껑 (17) 위에 놓인 웨이퍼 보트 (20) 와 웨이퍼 (W) 는 이중튜브 (13) 에 적재되며, 뚜껑 (17) 은 바닥부 (14) 의 개구를 밀봉시킨다. 뚜껑 (17) 이 리프트 (18) 에 의해 하강하면, 바닥부 (14) 의 개구가 열리고, 받침대 (19) 를 통해 뚜껑 (17) 위에 놓인 웨이퍼 보트 (20) 와 웨이퍼 (W) 가 탈재 (unload)된다. 히터가 구비된 원통형 노 (furnace) (21) 는 이중튜브 (13) 의 외주면을 따라 설치된다.

통상적인 저압 CVD 시스템에 있어서, 외부튜브 (11) 용 재료로서 석영유리가 사용되어 왔다. 그 이유는 고순도의 석영유리를 얻기가 용이하고, 석영유리를 사용하면 반도체웨이퍼 (W) 의 오염을 바람직하게 방지하기 때문이다. 석영유리는 저압 CVD 시스템의 외부튜브에 대한 충분한 내열성과 상당히 낮은 열팽창계수를 가지기 때문에, 노 (21) 내에 설치된 외부튜브의 부위와 노 (21) 아래에 설치된 외부튜브의 부위 사이에서 온도차이가 발생하는 경우에도 열응력에 기인한 파열은 발생하지 않는다. 석영유리는 열전도성이 낮기 때문에, 외부튜브의 하단부의 온도는 좀처럼 상승되지 않으며, 기밀밀봉을 제공하는 것이 용이하다.

CVD 기법에 의해 반도체웨이퍼 (W) 상에 막을 증착시키기 위해 통상적인 저압 CVD 시스템이 사용될 때, CVD 막은 외부튜브 (11) 의 내부면 및 내부튜브 (12) 상에 증착된다. 외부튜브와 내부튜브상의 CVD 막이 용이하게 벗겨져서 미진 (particle) 이 생성되기 때문에, 반도체웨이퍼 (W) 가 오염되는 문제를 발생시킨다. 그 결과, 외부튜브 (11) 와 내부튜브 (12) 를 세척하여 튜브상에 증착된 CVD 막을 제거하는 작업을 종종 실시할 필요가 있다.

발명가들은 CVD 막이 벗겨져서 통상적인 저압 CVD 시스템에서의 미진이 발생하는 이유는 외부튜브 (11) 의 재료로서의 석영유리의 열팽창계수 (0.54× 10^-6/℃) 와 실리콘 질화물 등의 CVD 막의 열팽창계수 (4 × 10^-6∼ 7 × 10^-6/℃) 의 차이 때문이라고 생각하였다.

발명가들은 실리콘 카바이드의 열팽창계수 (4.5 × 10^-6/℃) 가 실리콘 질화물 등의 CVD 막의 열팽창계수에 근접하기 때문에 외부튜브 (11) 는 미진 발생의 문제를 해결하기 위하여 실리콘 카바이드로 제조되어야 한다고 생각하였다.

그러나, 실리콘 카바이드 재료가 외부튜브 (11) 의 제공용으로 사용될 때, 노 (21) 에 설치된 외부튜브 (11) 의 부위에서 노 (21) 아래의 바닥부 (14) 와 접촉하는 외부튜브의 부위로 열전도되고, 외부튜브가 냉각된 상태에서 바닥부 (14) 와 접촉될 때, 상당한 온도 경사가 바닥부와 접촉한 외부튜브의 부위 근처에서 발생되어 실리콘 카바이드가 석영유리와 비교하여 더 큰 영률, 더 큰 열팽창계수 및 더 큰 열전도성을 가지기 때문에 열응력에 기인한 파열을 용이하게 발생시킨다는 새로운 문제가 발견된다.

도 7 에서, 실리콘 카바이드 재료로 제조된 외부튜브 (22) 는 바닥부상의 관형홈내에 삽입된 밀봉링 (68) 을 통해 바닥부 (65) 상에 놓인 상태를 도시한다. 외부튜브 (22) 는 원통형 원주벽 (22a) 과, 원주벽 (22a) 의 상단을 밀폐시키는 상벽 (22b) 과, 원주벽 (22a) 의 하단의 외주면에 제공된 플랜지 (22c) 로 구성된다. 밀봉링 (68) 은 플랜지 (22c) 의 하면의 중앙부에 설치된다.

그러나 이와 같은 통상적인 구조에 있어서, 노 (21) 의 히터에 근접한 원주벽 (22a) 의 부위는 바닥부 (65) 와 접촉한 원주벽의 부위가 저온으로 유지되는 동안에 고온으로 가열된다. 양 부위의 열팽창 차이는 그 하단부 근처의 원주벽 (22a) 의 직경을 작게하여, 플랜지 (22c) 를 도 7 에 도시된 반경외향방향으로 하방 경사되도록 만든다. 그 결과, 플랜지 (22c) 는 하중 (W) 에 대하여 반발하도록 바닥부 (65) 와 강력히 접촉한 하면의 외주부를 구비한다. 부가하여, 플랜지는 바닥부와 접촉한 외주부측면만을 가지기 때문에, 외주부측면상에 냉각이 형성되어 플랜지의 외주부와 내주부 사이의 온도차이를 발생시킨다.

이로 인해 상당한 인장응력이 플랜지 (22c) 의 상면 (A) 과 외주부에 원주방향으로 작용한다. 외부튜브 (22) 내의 공간이 비워지면, 플랜지 (22c) 는 바닥부 (65) 의 상면에 대하여 강하게 압력을 받아서 원주벽 (22a) 과 플랜지 (22c) 사이의 연결부 (C) 에 큰 휨응력을 가하게 한다. 따라서, 실리콘 카바이드 재료로 제조된 외부튜브 (22) 는 단시간에 파열되어 충분한 내구성을 제공하지 못한다.

원주벽의 하부 (B) 등이 상당히 휜 것을 도 7 에 도시되었지만, 열변형상태가 과장되어 도시되어 있어서 실제로는 이 정도로 휘지 않는다.

본 발명의 목적은 CVD 막이 벗겨져서 발생하는 미진으로 기인한 오염을 거의 허용하지 않으며, 외부튜브에 대한 우수한 내구성을 제공할 수있는 저압 CVD 시스템을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 저압 CVD 시스템을 도시하는 단면도이다.

도 2a 와 2b 는 저압 CVD 시스템내의 외부튜브의 플랜지의 형태의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 3 은 저압 CVD 시스템내의 외부튜브의 플랜지의 형태의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 4 는 저압 CVD 시스템내의 외부튜브 구성부의 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 5 는 저압 CVD 시스템에 사용된 웨이퍼 보트의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 6 은 통상적인 저압 CVD 시스템을 도시하는 단면도이다.

도 7 은 저압 CVD 시스템용 외부튜브가 실리콘 카바이드인 경우에 발생되는 문제를 도시하는 선도이다.

도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압 CVD 시스템의 필수부를 도시하는 단면도이다.

도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압 CVD 시스템의 필수부를 도시하는 단면도이다.

도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압 CVD 시스템을 도시하는 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 구성요소 2 : 케이싱

11, 22, 72 : 외부튜브 12, 71 : 내부튜브

13, 73 : 이중튜브 14 : 바닥부

15 : 가스공급관 16 : 배기관

17, 66 : 뚜껑 19 : 받침대

20 : 웨이퍼 보트 21 : 노 (furnace)

22a, 72a : 원주벽 22b, 72b : 상벽

22c, 72c : 플랜지 60 : 저압 CVD 시스템

63 : 노벽 61 : 금속하우징

62 : 열절연재 64 : 히터

65 : 바닥부 68 : 밀봉링

67 : 가스공급구, 가스배출구 74 : 접착제

W : 반도체웨이퍼

본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 개방된 상단과 하단을 갖추고 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와, 소정간격으로 내부튜브의 외주부를 감싸는 원주벽과, 이 원주벽의 상단을 밀폐하는 상벽과 그 하부에 제공된 플랜지를 포함하면서, 개방된 하단부를 갖춘 외부튜브와, 하단부에서 내부튜브와 외부튜브를 지지하고, 외부튜브의 하단부와 바닥부 사이에 기밀밀봉 제공하며, 중앙부에 개구가 형성된 바닥부와, 바닥부의 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과, 외부튜브의 원주벽과 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터를 설치시킨 노벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서, 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 외부튜브의 원주벽과 플랜지 사이의 연결부 구석에 실리콘 카바이드 재료의 패딩 (padding) 이 형성되는 저압 CVD 시스템이 제공된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 개방된 상단과 하단을 갖추고 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와, 소정간격으로 내부튜브의 외주부를 감싸면서, 밀폐된 상단, 개방된 하단, 및 플랜지로 형성된 하부 원주면을 구비한 외부튜브와, 하단부에서 내부튜브와 외부튜브를 지지하고, 중앙부에 개구부가 형성된 바닥부와, 외부튜브의 플랜지 하면과 바닥부 사이에 삽입된 밀봉링과, 바닥부의 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과, 외부튜브의 원주벽과 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터를 설치시킨 노벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서, 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 밀봉링 내면의 플랜지의 내주부를 바닥부와 간접 또는 직접 접촉시켜서 주로 지지되는 저압 CVD 시스템이 제공된다.

본 발명에 따라서, 외부튜브는 CVD 막의 열팽창계수와 근접한 열팽창계수를 갖는 실리콘 카바이드 재료로 제조된다. 그 결과, 외부튜브의 내면상에 증착된 CVD 막은 탈각되기가 거의 불가능하다. 외부튜브는 CVD 막이 어느 정도 두꺼워 질 때까지 반복하여 사용되기 때문에, CVD 막을 제거하는 세척작업의 회수는 상당히 감소될 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 실리콘 카바이드 재료의 패딩이 외부튜브의 원주벽과 플랜지 사이의 연결부의 구석에 형성되어 원주벽과 플랜지 사이의 연결부의 구석에 열응력이 집중되는 것을 방지시켜서, 외부튜브의 파열을 피할 수 있다.

패딩형성에 부가하여 플랜지는 구석을 반경으로 모따기 시키거나 또는 형성되도록 하고, 외부튜브의 하단이 히터의 최하단에서 약 200 mm 이상 이격하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 외부튜브는 바닥부와 직접 또는 간접 접촉한 밀봉링 내부의 플랜지의 내주부를 구비하여 주로 지지된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 외부튜브 (72) 의 하부 근처에 있는 원주벽 (72a) 의 직경은 열팽창차이에 의해 상대적으로 작아져서 플랜지 (72c) 를 반경외향방향으로 테이퍼되어 하방 경사되도록 하여도, 외부튜브 (72) 에 의해 가해진 하중 (W) 은 밀봉링 (68) 내부의 내주부에서 지지된다. 플랜지 (72c) 가 내주부를 통해 냉각되기 때문에, 플랜지 (72c) 의 상면과 외주에 가해진 인장응력과 원주벽 (72a) 의 하부 (C) 에 가해진 굽힘응력은 감소되어 외부튜브 (72) 가 파열되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3 에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저압 CVD 시스템을 도시하고 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 저압 CVD 시스템 (60) 은 금속하우징 (61) 과, 금속하우징의 내주벽상에 부착한 열절연재 (62) 로 구성된 노벽 (63) 을 포함한다. 노벽 (63) 은 내주면에 히터 (64) 를 제공하여, 노벽 (63) 의 하단은 바닥부 (65) 로 밀폐시켰다. 바닥부 (65) 의 중앙부에는 반도체웨이퍼 (W) 를 적재 및 탈재시키는 입구와 출구로서의 개구가 형성된다. 리프트 (도시되지 않음) 에 의해 수직이동되는 뚜껑을 제공하여 개구를 선택적으로 개폐시키도록 한다. 또한, 바닥부 (65) 는 가스공급구 (67) 와 가스배출구 (67) 가 형성된다.

개방된 상단과 하단을 구비하고 실리콘 카바이드 재료로 제조된 내부튜브 (71) 와, 소정공간으로 내부튜브 (71) 의 외주를 감싸면서 실리콘 카바이드 재료로 또한 제조된 외부튜브 (72) 로 구성된 이중튜브 (73) 는 바닥부 (65) 상에 놓인다. 외부튜브 (72) 는 원통형 원주벽 (72a) 과, 이 원주벽 (72a) 의 상단을 밀폐하는 상벽 (72b) 과, 원주벽 (72a) 의 하단의 외주상에 제공된 플랜지 (72c) 로 구성된다. 예컨대 내열성 탄성체 (elastomer) 로제조된 밀봉링 (68) 은 바닥부 (65) 의 일부에 제공되고 플랜지 (72c) 의 하면은 바닥부와 접촉된다. 열손상으로부터 밀봉링 (68) 을 방지하도록 물재킷 (도시되지 않음) 이 바닥부 (65) 에 형성된다.

실리콘 카바이드가 안에 포함된 슬러리로 제조된 접착제 (74) 는 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석에서 패딩을 형성하도록 가해져서 구석은 도 2a 에 도시된 바와 같이 둔각 (θ) 을 나타내는 것이 바람직하다. 상세히 말해서, 패딩은 플랜지에 대하여 보충둔각 (θ) 으로 설치된 바닥을 갖는 정삼각의 횡단면형이다. 이 각 (θ) 은 110° 이상이 바람직하다. 플랜지 (72c) 는 모따기한 구석을 갖는다.

실리콘 카바이드 재료로 제조된 패딩 (74) 은 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석에 형성되어 도 2b 에 도시된 반경으로 형성된 구석을 갖도록 패딩은 반경 (R) 으로 곡선화된 횡단면형을 가진다. 상세히 말하면, 외부요면을 나타내도록 패딩은 아크형으로 형성된 횡단면형을 가지고, 외부튜브의 외주면과 플랜지면에 경사진 외면을 갖는다. 외부요면은 반경이 1 - 5 mm 의 아크형인 것이 바람직하다. 플랜지 (72c) 는 반경으로 형성된 구석을 가지는 것이 또한 바람직하다. 구석의 반경은 1 - 4 mm 인 것이 바람직하다.

패딩의 횡단면적이 너무 작은 경우, 열응력은 불충분하게 제거된다. 횡단면적이 너무 큰 경우, 히터 또는 절연재로 조절될 수 있다. 바람직한 횡단면적의 범위는 1 - 15 ㎟ 이다.

외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 하면에서 히터 (64) 의 최하부까지의 거리 (F) 는 200 mm 이상, 특히 400 mm 이상이 바람직하다.

도 3 에 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 는 하면을 접착층 (76) 을 통해 석영유리링 (75) 에 부착시키고, 석영유리링은 기밀밀봉을 제공하기 위해서 하면을 O 링 등의 밀봉링 (68) 에 대하여 압력을 가한다. 접착층 (76) 으로서 내열 또는 유리 프릿 (frit) 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 석영유리링 (75) 은 외부튜브 (72) 에서 밀봉링 (68) 으로의 열전도를 감소시키고 물재킷으로 냉각된 바닥부 (65) 에 의해 외부튜브 (72) 의 하부의 과도한 냉각을 줄이는 기능을 한다.

외부튜브 (72) 가 단일체로 성형될 수 있다 하더라도, 외부튜브는 원주벽 (72a) 과, 도 4 에 도시된 상벽 (72b) 과 플랜지 (72c) 를 독립적으로 성형시킨 다음, 이 부재들을 실리콘 카바이드의 접착제로 연결시켜서 제공될 수 있다. 각각의 부재들은 실리콘 카바이드 분말을 원료로 사용하는 공지된 방법으로 제조될 수 있다.

도 1 을 다시 살펴보면, 도시되지 않은 리프트에 의해 수직이동되는 뚜껑 (66) 은 그 위에 놓인 웨이퍼 보트 (50) 를 가지며, 웨이퍼 보트는 여기에 수용되어 지지되는 다수의 반도체웨이퍼 (W) 를 갖는다.

또한 도 5 를 살펴보면, 웨이퍼 보트 (50) 는 상하위치에 설치된 한 쌍의 관형단판 (51, 52) 과, 관형단판 (51, 52) 을 연결하는 다수의 봉 (53),즉 도시된 실시예에서 4 개의 봉들 (53a, 53b, 53c, 53d) 을 포함한다.

봉들 (53a, 53b, 53c, 53d) 은 소정간격으로 그 외주를 따라 단판 (51, 52) 에 연결되어 반도체웨이퍼 (W) 가 측방향으로 삽입될 수 있도록 한다. 봉들 (53a, 53b, 53c, 53d) 은 반도체웨이퍼 (W) 를 수용 및 지지하기 위하여 상위치에서 하위치까지의 소정피치 (pitches) 로 각각의 높이에 상응하는 위치에서 그 안에 형성된 다수의 지지홈 (54a, 54b, 54c, 54d) 을 갖는다.

반도체웨이퍼 (W) 는 상부에서 바닥까지 지지홈 (54a, 54b, 54c, 54d) 에 삽입되어 지지된다.

다음은, 도 1 에 도시된 저압 CVD 시스템 사용 방법을 설명한다.

다수의 반도체웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 보트 (50) 에 삽입되어 지지되고, 뚜껑 (66) 위에 웨이퍼 보트가 놓이며, 웨이퍼 보트가 이중튜브 (73) 쪽에 적재되며, 바닥부 (65) 의 개구는 뚜껑 (66) 으로 닫힌다. 이중튜브 (73) 에서의 공간이 가스배출구 (67) 를 통해 비워지고, 반응가스가 가스공급구 (67) 를 통해 이중튜브에 유입되어, 반도체웨이퍼 (W) 상에 CVD 막이 증착된다. 막의 증착이 완성되었을 때, 이중튜브 (73) 내의 공간을 비우는 것이 누출 다음에 정지되고, 웨이퍼 보트 (50) 에 의해 지지된 반도체웨이퍼 (W) 를 탈재하도록 뚜껑 (66) 이 하강한다. 이와 같은 작업을 되풀이 하여 반도체웨이퍼 (W) 상에 여러 가지 CVD 막이 반복하여 증착된다.

막 증착 작업에 있어서, CVD 막은 외부튜브 (72) 의 내면과 내부튜브 (71) 상에 증착될 수 있다. CVD 막이 벗겨질 때, 미진이 생성되어 반도체웨이퍼 (W) 를 오염시켜서, 제품산출량을 감소시킨다. 이러한 이유 때문에, 외부튜브 (72) 와 내부튜브 (71) 상의 CVD 막은 일정한 작업주기 후에 양 튜브를 세척하여 제거되어야 한다. 제조작업성능을 감소시키기 때문에, 세척작업이 종종 수행될 필요가 있다.

그러나, 본 발명에 따라서, 외부튜브 (72) 와 내부튜브 (71) 양자는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 실리콘 카바이드 재료는 CVD 막과 근접한 열팽창계수를 갖는다. 이것이 CVD 막이 상대적으로 두껍더라도, CVD 막이 튜브들을 벗기기 어렵게 만들어서, 세척작업간의 간격이 연장되어 CVD 시스템의 비작동시간 (down time) 을 감소시켜서, 제조작업성능을 개선시킨다.

외부튜브 (72) 는 양호한 열전도성이 있는 실리콘 카바이드 재료로 제조되는 경우, 물재킷에 의해 냉각된 바닥부 (65) 와 접촉한 외부튜브 (72) 의 하단에 있는 플랜지 (72c) 는 하단 위의 외부튜브 (72) 의 일부가 히터 (64) 에 의해 고온으로 가열되는 동안에 저온으로 유지되도록 냉각된다. 그 결과, 급격한 온도경사로 열응력이 발생하고, 외부튜브 (72) 는 쉽게 파열된다. 그러나, 본 발명에 따라서, 열응력을 제거하도록, 외부튜브 (72) 의 원주벽과 플랜지 (72c) 사이에 연결된 구석에서 패딩이 형성되어, 외부튜브 (72) 가 파열되는 것을 방지한다.

본 발명의 제 2 실시예를 지금부터 상세히 설명한다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 바닥부 (65) 와 일체로 된 관형돌출부 (69) 와, 돌출부 외부에 설치된 밀봉링 (68) 이 있다. 돌출부 (69) 는 곡선형, 보다 구체적으로 반원통형의 횡단면을 가지며, 플랜지 (72c) 는 열변형에 의해 경사지더라도 언제나 돌출부와 균일하게 접촉한 하면을 가질 수 있다. 밀봉링 (68) 은 돌출부 (69) 외부에 설치되고, 밀봉링은 플랜지 (72c) 가 열변형에 의해 경사질 때 더 압축된다. 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 의 하부가 크게 휜 것처럼, 도 8 에 도시되었지만, 열변형이 과장되어 도시되어 있고, 실제로 하부는 이와 같은 정도로 휘지 않는다.

본 발명의 제 1 실시예와 같이, 실리콘 카바이드 재료의 슬러리로 제조된 접착제는 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석 (72d) 에서 패딩을 형성하도록 도포되어 구석은 둔각을 나타내거나 또는 반경으로 형성된다. 상세히 말하면, 패딩은 정삼각의 횡단면형을 가지며, 정삼각의 밑면은 플랜지에 대하여 보충둔각 (θ) 으로 형성된다. 각 (θ) 은 바람직하게 110° 이상이다. 플랜지 (72c) 는 모따기한 구석을 갖는다.

도 2b 에 도시된 바와 같이, 실리콘 카바이드 재료의 패딩 (74) 은 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석에서 반경으로 형성된 구석을 갖도록 반경 (R) 으로 곡선화된 횡단면을 갖는다. 특히, 패딩은 외부요면을 나타내도록 아크형의 횡단면을 가지며, 패딩은 외부튜브의 외주면과 플랜지면에 경사진 외면을 가진다. 패딩의 반경은 바람직하게 1 - 5 mm 이다. 플랜지 (72c) 는 반경으로 형성된 구석을 갖는 것이 바람직하다. 구석의 반경은 1 - 4 mm 인 것이 바람직하다.

패딩의 횡단면적이 너무 작은 경우, 열응력은 불충분하게 제거된다. 횡단면적이 너무 크면, 히터 또는 절연재로 조절된다. 바람직한 범위는 1 - 15 ㎟ 이다.

외부튜브 (72) 가 양호한 열전도성을 갖는 실리콘 카바이드 재료로 제조되는 경우, 물재킷에 의해 냉각된 바닥부 (65) 와 접촉하는 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 는 저온으로 유지되도록 냉각되고, 반면에, 하부 위의 외부튜브의 일부는 히터 (64) 에 의해 고온으로 가열된다. 그 결과, 그 하부 근처에서의 원주벽 (72a) 의 직경은 열팽창차이로 인해 상대적으로 작게되고, 플랜지 (72c) 는 도 8 에 도시된 바와 같은 반경외향방향으로 하방 경사되도록 테이퍼된다. 외부튜브 (72) 내의 공간이 이와 같은 상태하에서 비워지면, 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 의 하면상에서 바닥부 (65) 에 대하여 하방으로 강한 하중 (W) 이 발생한다.

그러나, 본 발명에 따라서, 돌출부 (69) 는 바닥부 (65) 상에 형성되고, 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 의 내주부는 돌출부 (69) 와 지속적으로 접촉하고 돌출부 (69) 에 의해 지지된다. 그 결과, 플랜지 (72c) 는 내주면상에서 냉각되어 플랜지 (72c) 의 상면 (A) 과 외주에 작용된 인장응력과 원주벽 (72a) 의 하부 (C) 에 작용된 굽힘응력을 감소시켜, 외부튜브 (72) 가 파열되는 것을 방지시킨다.

상기 실시예에 있어서, 실리콘 카바이드 재료의 패딩은 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석 (72d) 에 형성되어구석은 둔각을 나타내거나 또는 반경으로 형성될 수 있다. 부가하여, 플랜지 (72c) 는 모따기 되거나 또는 반경으로 형성된 구석 (72e) 을 가진다. 그 결과, 열응력이 상기 부위에 집중되는 것을 방지하여 보다 효과적인 방법으로 플랜지 (72c) 의 파열을 피할 수 있다.

도 9 에는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압 CVD 시스템을 도시한다. 도 9 에 도시된 실시예의 설명에 있어서, 동일참조번호는 도 1, 도 4 및 도 8 에 도시된 실시예에서 실질적으로 동일부위를 나타내며, 이 부위의 설명은 생략하였다.

상기 실시예에 있어서, 바닥부 (65) 는 그 위에 형성된 관형홈 (85) 을 가지며, 홈 (85) 은 내주면상에 설치된 밀봉링 (68) 과, 외주면상에 설치된 관형지지부 (86) 를 갖는다. 밀봉링 (68) 과 지지부 (86) 양자는 플루오르수지 등의 내열 합성수지, 또는 탄성체로 제조된다. 아크단면형을 갖는 관형판스프링 (들) (87) 이 바닥부상의 밀봉링 (68) 내부에 설치된다. 판스프링 (들) (87) 은 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 의 하면에서 작용하는 하중에 대하여 어느 정도 탄성변형되는 탄력성을 가지며, 지지부 (86) 보다 큰 강성을 갖는다.

상기 실시예에 따라서, 외부튜브 (72) 는 도 8 에 도시된 바와 같이 열변형될 때, 플랜지 (72c) 는 그 외주에서 지지부 (86) 를 압축하여 하방 경사되고, 외부튜브 (72) 에 의해 가해진 하중은 판스프링 (들) (87) 에 의해 주로 지지된다. 판스프링 (들) (87) 이 상기의 아크단면이고 탄성변형가능하기 때문에 플랜지 (72c) 는 응력집중과 국부적인 냉각을 피하도록 불균일한 접촉을 없앨 수 있다. 그 결과, 외부튜브 (72) 는 보다 효과적인 방법으로 파열되는 것이 방지될 수 있다.

도 10 에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압 CVD 시스템이 도시되어 있다. 상기 실시예를 설명하는데 있어서, 동일참조번호는 도 1, 도 4 및 도 8 에 도시된 실시예에서의 실질적으로 동일부위를 나타내며, 그 부위의 설명을 생략하였다.

상기 실시예에 있어서, 바닥부 (65) 는 그 위에 형성된 관형홈 (85) 을 가지며, 관형홈 (65) 은 이 관형홈 (85) 과 맞물린 밀봉링 (68) 을 가진다. 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 는 테이퍼되도록 형성된 하면 (72f) 을 가져서 반경외향방향으로 상방 경사지고, 하면 (72f) 은 상기 실시예에서 반경으로 곡선단면을 갖거나, 또는 형성된 내주면상의 구석 (72g) 을 갖는다. 외부튜브 (72) 는 플랜지 (72c) 의 하면 (72f) 의 구석 (72g) 에서 바닥부 (65) 의 상면과 접촉되어 지지된다.

상기 실시예에 따라서, 외부튜브 (72) 가 도 8 에 도시된 바와 같이 열변형되더라도, 플랜지 (72c) 의 하면 (72f) 의 외주와 바닥부 (65) 사이의 틈으로 인해 외부튜브 (72) 는 플랜지 (72c) 의 하면 (72f) 의 구석 (72g) 에서 일정하게 지지된다. 플랜지 (72c) 의 하면 (72f) 의 구석 (72g) 이 곡선화이기 때문에, 플랜지 (72c) 는 열변형으로 경사지더라도 바닥부 (65) 와 균일하게 접촉될 수 있다. 이와 같은 배열은 효과적으로 외부튜브 (72) 가파열되는 것을 또한 방지시킨다.

실시예 1

외경이 340 mm 이고, 내경이 332 mm 이며, 벽두께가 4 mm 이고 높이가 1,200 mm 인 외부튜브 (72) 를 준비한다. 외경이 270 mm 이고, 내경이 262 mm 이며, 벽두께가 4 mm 이고 높이가 1,100 mm 인 내부튜브 (71) 를 준비한다. 양 튜브들은 실리콘 카바이드로 제조되어, 이중튜브 (73) 로 결합된다. 실리콘 카바이드로 제조된 접착제 (74) 를 도포하고, 외부튜브 (72) 의 원주벽 (72a) 과 플랜지 (72c) 사이의 연결부의 구석에 패딩을 형성하여 이 구석을 반경 3 mm 로 형성한다. 플랜지 (72c) 는 동일 반경으로 형성된 구석을 갖도록 기계가공된다.

이렇게 준비한 이중튜브 (73) 를 도 1 에 도시된 저압 CVD 시스템내에 놓는다. 외부튜브 (72) 의 플랜지 (72c) 의 하면에서 히터 (64) 의 최하부까지의 거리 (F) 는 350 mm 로 설정된다.

반도체웨이퍼 (W) 상에 CVD 막 증착작업을 40 회 반복하기 위해 저압 CVD 시스템 (60) 이 사용되더라도, 외부튜브 (72) 는 파열되지 않는다. 외부튜브 (72) 의 내면상에 증착된 CVD 막의 탈각상태가 관찰되지만, 어떠한 탈각 (peeling) 도 발생되지 않음을 알 수 있다.

실시예 2

실질적으로 동일량의 접착제가 구석을 형성하도록 도포되어 구석이 120° 이상의 둔각을 나타내고, 플랜지는 약 3 mm 의 폭으로 모따기된 구석을 갖는다는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 외부튜브가 준비된다. 이렇게 준비한 외부튜브를 실시예 1 과 동일한 방법으로 시험하여, 실시예 1 과 동일한 결과를 얻음을 알 수 있다.

비교실시예 1

외부튜브가 석영유리로 제조된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 외부튜브 (72) 를 준비한다. 이렇게 준비한 외부튜브를 사용하여 CVD 막 증착 작업을 40 회 반복하였다. 외부튜브 (72) 가 비록 파열되지 않았지만, 외부튜브 (72) 의 내면상에 증착된 CVD 막의 탈각으로 미진이 발생됨이 관찰되었다.

실시예 3

외부튜브 (72) 는 외경이 310 mm 이고 벽두께가 4 mm 이며, 플랜지 (72c) 는 외경이 350 mm 이고 두께가 12 mm 가 되도록 도 1 및 도 8 에 도시된 저압 CVD 시스템을 준비한다. 히터 (64) 를 위에 설치시킨 외부튜브 (72) 의 일부의 온도 (균일하게 가열된 부위의 온도) 가 780 ℃ 이고, 바닥부 (65) 와 접촉한 외부튜브의 일부의 온도 (냉각된 부위의 온도) 가 250 ℃ 이며, 히터 (64) 의 최하부에서 플랜지 (72c) 의 하면까지의 거리가 150 mm 가 되도록 CVD 시스템을 설정한다.

돌출부 (69) 가 바닥부 (65) 위에 제공되고 플랜지 (72c) 는 상술한 조건하에서 돌출부 (69) 와 접촉한 하면의 내주부를 갖는 실시예는, 각각의 경우에 있어서 발생된 응력계산을 위하여 플랜지가 열변형될 때 바닥부(65) 와 접촉된 하면의 외주부를 갖도록 바닥부 (65) 는 도 7 에서와 같이 평평하게 형성되는 경우와 비교된다.

열변형에 기인한 플랜지의 상면상의 응력이 도 7 에 도시된 경우에서는 최대 4.6 kgf / ㎟ 이며, 반면에 도 1 및 도 8 에 도시된 실시예에서의 응력은 3.1 kgf / ㎟ 까지 감소되는 것을 상기 비교에서 알 수 있다. 또한, 열변형과 내부진공으로 기인한 플랜지의 연결부의 외주에서 응력은 도 7 에 도시된 경우에 있어서 최대 6.6 kgf / ㎟ 이며, 반면 이러한 응력은 도 1 및 도 8 에 도시된 실시예에 있어서 3.6 kgf / ㎟ 까지 감소되는 것을 상기 비교에서 알 수 있다.

설명한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 외부튜브는 CVD 막의 열팽창계수에 근접한 열팽창계수를 갖는 실리콘 카바이드 재료로 제조된다. 그 결과, 외부튜브의 내면상에 증착된 CVD 막이 벗겨지기가 어렵고, 외부튜브상의 CVD 막이 어느 정도 두꺼워 질 때까지 외부튜브는 반복하여 사용될 수 있다. 따라서, CVD 막을 제거하기 위한 세척작업의 회수는 감소되어 제조작업성능을 향상시킬 수 있다.

실리콘 카바이드 재료로 제조된 패딩은 외부튜브의 플랜지와 외주면 사이의 연결부의 구석에 형성되어 외부튜브가 이들 구석상의 열응력 집중으로 파열되는 것을 방지할 수 있다. 플랜지는 패딩 형성에 부가하여 모따기되거나 또는 반경으로 형성된 구석을 갖는 경우, 파열방지가 더 개선될 수 있다.

외부튜브의 하단에서 히터의 최하부까지의 거리는 200 mm 로 설정되는 경우, 외부튜브의 하부에 발생하는 열경사는 해소되어 열응력을 감소시킬 수 있고, 외부튜브의 하부가 파열되는 것을 방지할 수 있다.

외부튜브는 바닥부와 직접 또는 간접으로 접촉된 밀봉링 내부의 플랜지의 내주부를 구비함으로써 주로 지지되는 경우, 플랜지의 외부와 상면에 작용하는 인장응력과 원주벽의 하부에 작용하는 굽힘응력은 감소되어 외부튜브가 열변형되더라도 외부튜브의 파열을 방지할 수 있다. 이는 외부튜브에 의한 하중이 밀봉링 내부의 부위에서 일정하게 지지되기 때문이다.

본 발명은 CVD 막이 벗겨져서 발생한 미진에 의한 오염을 거의 허용하지 않으며, 외부튜브에 대한 우수한 내구성을 제공한다. 또, 외부튜브는 CVD 막의 열팽창계수와 근접한 열팽창계수를 갖는 실리콘 카바이드 재료로 제조되어, 외부튜브의 내면상에 증착된 CVD 막은 탈각되기가 거의 불가능하며, 외부튜브는 CVD 막이 어느 정도 두꺼워 질 때까지 반복하여 사용되기 때문에, CVD 막을 제거하는 세척작업의 회수는 상당히 감소되는 효과를 제공한다. 또, 외부튜브의 원주벽과 플랜지 사이의 연결부의 구석에 패딩이 형성되어 원주벽과 플랜지 사이의 연결부의 구석에 열응력이 집중되는 것을 방지시킬 수 있어서, 외부튜브의 파열을 피하는 효과를 제공한다.

Claims

저압 CVD 시스템으로서,

개방된 상단과 하단을 갖추고 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와,

소정간격으로 상기 내부튜브의 외주를 감싸는 원주벽과, 이 원주벽의 상단을 밀폐하는 상벽과 그 하부에 제공된 플랜지를 포함하면서, 개방된 하단을 갖춘 외부튜브와,

상기 하단에서 상기 내부튜브와 상기 외부튜브를 지지하고, 상기 외부튜브의 상기 하단과 상기 바닥부 사이에 기밀밀봉을 제공하면서, 중앙부에 개구가 형성된 바닥부와,

상기 바닥부의 상기 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과,

상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터를 설치시킨 노벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서,

상기 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 플랜지 사이의 연결부 구석에 실리콘 카바이드 재료의 패딩 (padding) 이 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
저압 CVD 시스템으로서,

개방된 상단과 하단을 갖추고 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와,

소정간격으로 상기 내부튜브의 외주를 감싸는 원주벽과, 이 원주벽의 상단을 밀폐하는 상벽과 그 하부에 제공된 플랜지를 포함하면서, 개방된 하단을 갖춘 외부튜브와,

상기 하단에서 상기 내부튜브와 상기 외부튜브를 지지하고, 상기 외부튜브의 상기 하단과 상기 바닥부 사이에 기밀밀봉을 제공하면서, 중앙부에 개구가 형성된 바닥부와,

상기 바닥부의 상기 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과,

상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터를 설치시킨 노벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서,

상기 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 플랜지 사이의 연결부 구석에 실리콘 카바이드 재료의 패딩 (padding) 이 형성되어 상기 구석은 둔각을 나타내거나 또는 반경 (radius) 으로 형성되며, 상기 플랜지의 구석은 모따기되거나 반경으로 형성되고, 상기 외부튜브의 상기 하단은 상기 히터의 최하부에서 약 200 mm 이상 이격하는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 석영유리 또는 세라믹으로 제조된 링은 상기 외부튜브의 상기 플랜지 아래에 설치되고, 상기 링과 상기 바닥부 사이에 밀봉부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 패딩은 평균횡단면적이 1 ∼ 15 ㎟ 인 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 패딩은 실리콘 카바이드의 슬러리 (slurry) 로 제조된 접착제를 상기 원주벽과 상기 플랜지 사이의 상기 연결부의 상기 구석에 도포시켜, 이 도포된 접착제를 소성 (firing) 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 패딩은 횡단면형이 정삼각이고, 이 정삼각은 밑면을 상기 플랜지에 대하여 보충둔각 (θ) 으로 설치시킨 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 패딩은 외부요면 (凹面) 을 나타내도록 횡단면이 아크형이고, 이 외부요면은 반경이 1 - 5 mm 의 아크형인 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 외부튜브의 상기 상벽과, 상기 원주벽과 상기 플랜지와, 상기 패딩에 실리콘을 내장시킨 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
저압 CVD 시스템으로서,

개방된 상단과 하단을 갖추고, 실리콘 카바이드 재료로 제조한 내부튜브와,

소정간격으로 상기 내부튜브의 외주부를 감싸면서, 밀폐된 상단, 개방된 하단, 및 플랜지로 형성된 하부 원주면을 갖춘 외부튜브와,

상기 하단부에서 상기 내부튜브와 상기 외부튜브를 지지하고, 중앙부에 개구가 형성된 바닥부와,

상기 외부튜브의 플래지 하면과 상기 바닥부 사이에 삽입된 밀봉링과,

상기 바닥부의 상기 개구를 개폐시키기 위해 제공된 뚜껑과,

상기 외부튜브의 상기 원주벽과 상기 상벽을 감싸면서, 그 내면상에 히터를 설치시킨 노벽을 포함하는 저압 CVD 시스템에 있어서,

상기 외부튜브는 실리콘 카바이드 재료로 제조되고, 상기 밀봉링 내면의 상기 플랜지의 내주부를 상기 바닥부와 간접 또는 직접 접촉시켜서 주로 지지되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 곡선단면을 갖는 관형돌출부가 상기 밀봉링 내부의 상기 바닥부상에 제공되어, 상기 바닥부와 일체로 또는 독립적으로 형성되며, 상기 외부튜브의 상기 플랜지는 상기 하면을 상기 돌출부와 접촉시켜 지지되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 돌출부는 아크형 단면을 갖는 관형판스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 관형지지부는 상기 밀봉링 외부의 상기 바닥부상에 제공되고, 상기 지지부재는 상기 돌출부와 비교하여 압축되어 변형되기 용이한 재료로 제조되며, 상기 외부튜브의 상기 플랜지는 상기 하면을 상기 돌출부, 상기 밀봉링 및 상기 지지부재와 접촉되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 외부튜브의 상기 플랜지의 상기 하면은 그 반경방향외향으로 상방 경사되도록 테이퍼되고, 곡선단면을 갖도록 형성된 내주부를 가지며, 상기 곡선부는 상기 바닥부에 의해 직접 또는 간접으로 접촉되어 지지되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 실리콘 카바이드 재료로 제조된 패딩은 상기 외부튜브의 원주벽과 상기 플랜지 사이의 연결부의 구석에 형성되고, 상기 플랜지는 모따기되거나 또는 반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 패딩은 평균횡단면적이 1 ∼ 15 ㎟ 인 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 패딩은 실리콘 카바이드의 슬러리 (slurry) 로 제조된 접착제를 상기 원주벽과 상기 플랜지 사이의 상기 연결부의 상기 구석에 도포시켜, 이 도포된 접착제를 소성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 패딩은 횡단면형이 정삼각이고, 이 정삼각은 밑면을 상기 플랜지에 대하여 보충둔각 (θ) 으로 설치시킨 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 패딩은 외부요면 (凹面) 을 나타내도록 횡단면이 아크형이고, 이 외부요면은 반경이 1 - 5 mm 의 아크형인 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 상벽과, 상기 원주벽 및 상기 플랜지와, 상기 패딩에 실리콘을 내장시킨 것을 특징으로 하는 저압 CVD 시스템.