KR100442472B1

KR100442472B1 - 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는장치 및 방법

Info

Publication number: KR100442472B1
Application number: KR10-2001-0084029A
Authority: KR
Inventors: 민대홍; 배남호
Original assignee: 동부전자 주식회사
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2004-07-30
Also published as: KR20030053979A

Abstract

본 발명은 반도체 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 설비에서 플래넘(Plenum)에 냉각용 쿨런트를 공급하여 보트(Boat) 언로딩시 히팅 파워의 증가에 따른 오링(O-ring)의 버닝 손상을 방지하도록 한 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 플래넘(8)의 쿨런트 유입포트(26a)에 연결되는 쿨런트 공급라인(50)과, 상기 플래넘(8)의 쿨런트 배출포트(26b)에 연결되는 쿨런트 배출라인(100)을 포함하되, 상기 쿨런트 공급라인(50)은, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량으로 설정된 공정유량조절기(62)를 포함하는 메인라인(60)과, 이 메인라인(60)의 공정유량조절기(62)와 쿨런트 유입포트(26a) 사이에 접속되면서 보트 언로딩에 따른 히팅 파워 상승시 상기 오링(28)의 추가 냉각 요구에 대비하여 추가로 필요한 추가유량으로 설정된 추가유량조절기(72)를 포함하는 분기라인(70)으로 이루어지고, 이 분기라인(70)에는 공정제어부(80)에 의하여 보트(16) 언로딩 신호에 따라 추가유량 공급을 단속하는 개폐밸브(74)를 포함하여 이루어져서, 증착 공정 진행시에는 상기 메인라인(60)을 통하여 증착 공정에 적합한 공정유량이 공급되도록 하고, 보트 언로딩시에는 보트 언로딩 신호에 따라 공정제어부(80)에 의하여 개폐밸브(74)가 개방됨으로써 상기 메인라인(60)으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인(70)으로부터 추가로 필요한 쿨런트 추가유량이 더 공급되도록 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 공정 진행중과 보트 언로딩시를 구분하여 각 공정에 적합한 유량으로 쿨런트가 선택적으로 공급됨으로써 오링(O-ring)의 버닝 손상 및 누출을 효과적으로 방지하면서, 특히 공정을 안정화시켜 쳄버 바닥부의 웨이퍼에서 파티클(Particle)과 티크니스(Thickness) 그리고 균질성(Uniformity)의 안정을 달성할 수 있는 발명이다.

Description

저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법{Apparatus And Method for Coolant Supply into Plenum of Low Pressure Chemical Vapor Deposition Equipment}

본 발명은 반도체 저압화학기상증착(Low Pressure Chamical Vapor Deposition) 설비에서 플래넘(Plenum)에 냉각용 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플래넘에 공정 진행중과 보트(Boat) 언로딩시를 구분하여 각 공정에 적합한 유량으로 쿨런트를 선택적으로 공급함으로써 오링(O-ring)의 버닝 손상 및 누출을 효과적으로 방지하고 특히 공정의 안정화를 달성하며 유량 손실을 감소시킬 수 있도록 한 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 공정의 박막 공정 기술(Thin Film Technology)에는 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)과 물리기상증착(PVD,Physical Vapor Deposition)으로 대분할 수 있는데, 이중 화학기상증착은 기체상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 웨이퍼 표면에 단결정의 반도체 막이나 절연막 등을 형성하는 것이다. 화학기상증착 설비에서는 반응가스를 쳄버(반응로) 내부로 공급시켜 박막을 형성하게 되는데 공정중 쳄버 내부의 진공 정도에 따라 상압화학기상증착(APCVD)과 저압화학기상증착(LPCVD)으로 구분된다.

첨부도면 도 1은 본 발명에서 다루게 될 저압화학기상증착 설비의 종래예를 나타내고 있다.

저압화학기상증착 설비는 도시된 바와 같이 쳄버(2)의 내부에 석영류의 아웃터튜브(4) 및 인너튜브(6), 쳄버(2) 하단에서 상기 아웃터튜브(4)와 인너튜브(6)를 지지하는 플래넘(8), 상기 아웃터튜브(4)를 플래넘(8)에 장착하기 위한 클램프(10), 클램프(10)를 개폐하는 셔터(12), 다수의 기판(14)이 일정간격으로 적치된 보트(16) 및 이 보트(16)를 승강시켜 상기 쳄버(2)로 로딩 및 언로딩하는 홀더(18)를 포함하여 이루어져서, 셔터(12)가 열리고 홀더(18)가 상승하여 보트(16)를 튜브(4) 내측으로 로딩하며, 반응이 완료된 후 보트(16)가 하강하여 언로딩함과 아울러 셔터(12)가 닫히도록 되어 있다.

상기 플래넘(8)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(20) 둘레에 공정 가스 입,출포트(22a,22b), 진공라인(24), 및 쿨런트 입,출포트(26a,26b)를 갖추고 있다. 이러한 플래넘(8)은 도 1에 도시된 바와 같이, 석영류의 아웃터튜브(4)와 인너튜브(6)를 지지함과 동시에 오링(28)을 사용하여 쳄버(2)를 외부로부터 밀봉시킴과아울러 쳄버(2) 내부에 일정한 압력을 유지할 수 있는 기능을 수행한다.

상기 플래넘(8)에서 오링(28)은 쳄버(2)와 아웃터튜브(4)사이, 아웃터튜브(4)와 클램프(10)사이, 클램프(10)와 플래넘(8)사이, 및 플래넘(8)과 셔터(12)사이에 설치되어 누출 방지 및 마모 방지 역할을 하게 된다.

증착 공정은 고온하에서 이루어지기 때문에 별도의 냉각수단이 없으면 상기 오링(28)이 열에 의한 버닝(Burning) 손상을 입기 쉽고, 오링(28)이 버닝 손상을 입으면 밀봉성을 유지할 수 없어 쳄버(2) 내부의 압력을 적절히 유지할 수 없다.

따라서, 종래에는 오링(28)의 버닝 손상을 방지하기 위하여 전술한 쿨런트 입,출포트(26a,26b)를 통하여 플래넘(8) 내부로 쿨런트, 바람직하게는 질소가스를 순환시켜 오링(28)을 냉각시키고 있다. 상기 유입포트(26a)에 연결되는 쿨런트 공급라인(26)에는 유량조절기(30)가 구비되어 있어 쿨런트의 공급 유량을 설정하게 되며, 플래넘(8)에 유입되어 순환을 마친 쿨런트는 쿨런트 배출라인(32)를 통하여 배출된다.

상기한 공정 진행에 있어서, 증착 공정이 완료된 후에는 보트(16)가 하강하여 셔터(12)를 벗어나게 된다. 이와 같이 보트(16) 언로딩시에는 쳄버(2) 바닥 부근의 온도가 떨어지게 되므로 시스템은 후속 공정 준비 온도(이하, '스탠바이(Stand-by)온도'라 칭함)를 유지하기 위하여 바닥부의 히팅 파워를 높여주게 되는데, 이때 과도한 히팅 파워의 영향으로 클램프(10) 주변의 오링(28)이 버닝 손상을 입게 된다. 이러한 현상을 피하기 위하여 종래에는 쿨런트 공급유량을 실제 공정 진행시의 온도에 맞추지 않고 보트(16) 언로딩시의 히팅 온도에서도 오링(28)에 손상을 주지 않을 정도로 즉, 미리부터 필요이상으로 최대한 높여서 사용하고 있다. 이때문에 증착 공정 진행중에는 바닥부분의 온도가 저하되어 공정상 바닥부분에서 파티클(Particle)과 티크니스(Thickness) 그리고 균질성(Uniformity)의 불안정을 야기시키게 된다.

예를들어, 증착 공정의 원할한 진행을 위하여 장비에 설정된 쿨런트로서의 질소가스 적정유량은 1분당 50ℓ이고, 쳄버(2)의 공정 적정 온도 및 스탠바이 온도는 650℃ 로 설정되어 있는데, 증착후 보트(16)가 언로딩되는 순간에 바닥측의 온도가 떨어질 시 시스템은 스탠바이 온도인 650℃를 유지하기 위하여 과도한 히팅 파워를 가하기 때문에 오링(28)이 순간적인 열에너지를 견디지 못하고 버닝 손상을 입는 현상이 발생한다. 따라서 이러한 현상을 방지하기 위하여 질소가스 유량을 최초부터 1분당 70ℓ로 조정하여 사용하는 것이다. 결국에는 질소가스 유량을 증가시킴으로써 오링의 버닝 손상은 감소되었지만, 질소가스 유량을 공정 진행시나 언로딩시에 관계없이 항상 높게 유지하는 것이기 때문에 쳄버 바닥부분의 웨이퍼에 파티클과 티크니스, 그리고 균질성의 불안정을 야기시키게 되었고, 질소가스의 소모량도 증가하게 되는 폐단이 있었던 것이다.

본 발명은 전술한 종래의 사정을 감안하여 안출한 것으로서 본 고안의 목적은 쿨런트를 공정 진행중과 언로딩시를 구분하여 각각의 상태에 적합한 유량으로선택적으로 공급함으로써 오링의 버닝 손상 및 누출을 효과적으로 방지하고 쿨런트의 유량 손실을 감소시키며 특히 공정의 안정화를 얻을 수 있는 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 저압화학기상증착 설비의 구성과 쿨런트 공급계통을 나타내는 도면

도 2는 종래의 일반적인 플래넘을 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 의한 저압화학기상증착 설비의 쿨런트 공급 계통을 나타내는 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 쳄버 4 : 아웃터튜브

6 : 인너튜브 8 : 플래넘

10 : 클램프 12 : 셔터

14 : 기판 16 : 보트

18 : 홀더 20 : 플래넘 케이싱

22a : 공정가스 유입포트 22b : 공정가스 배출포트

24 : 진공라인 26a : 쿨런트 유입포트

26b : 쿨런트 배출포트 28 : 오링

50 : 쿨런트 공급라인 60 : 메인라인

62 : 공정유량조절기 70 : 분기라인

72 : 추가유량조절기 74 : 개페밸브

76 : 압력레귤레이터 80 : 공정제어부

100 : 쿨런트 배출라인

상술한 목적을 실현하기 위하여 본 발명의 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 방법은, 플래넘으로 공급되는 쿨런트 공급라인을, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량을 공급하도록 설정된 메인라인과, 이 메인라인에 접속되면서 보트 언로딩에 따른 히팅 파워의 상승시 상기 오링의 추가 냉각 요구에 대비하여 추가로 필요한 추가유량을 공급하도록 설정된 분기라인으로 나누어서, 증착 공정 진행시에는 상기 메인라인을 통하여 증착 공정에 적합한 공정유량을 공급하고, 보트 언로딩시에는 상기 메인라인으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인으로부터 추가로 필요한 쿨런트 추가유량을 더 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 저압화학기상증착 설비에서 플래넘 쳄버에 쿨런트를 공급하는 장치는, 플래넘의 쿨런트 유입포트에 연결되는 쿨런트 공급라인과, 상기 플래넘의 쿨런트 배출포트에 연결되는 쿨런트 배출라인을 포함하되, 상기 쿨런트 공급라인은, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량으로 설정된 공정유량조절기를 포함하는 메인라인과, 이 메인라인의 공정유량조절기와 쿨런트 유입포트 사이에 접속되면서 보트 언로딩에 따른 히팅 파워 상승시 상기 오링의 추가 냉각 요구에 대비하여 추가로 필요한 추가유량으로 설정된 추가유량조절기를 포함하는 분기라인으로 이루어지고, 이 분기라인에는 공정제어부에 의하여 보트 언로딩 신호에 따라 추가유량 공급을 단속하는 개폐밸브를 포함하여 이루어져서, 증착 공정 진행시에는 상기 메인라인을 통하여 증착 공정에 적합한 공정유량이 공급되도록 하고, 보트 언로딩시에는 보트 언로딩 신호에 따라 공정제어부에 의하여 개폐밸브가 개방됨으로써 상기 메인라인으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인으로부터 추가로 필요한 쿨런트 추가유량이 더 공급되도록 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 3은 본 발명에 의한 저압화학기상증착 설비의 쿨런트 공급 계통을 나타내고 있다. 도 1 및 도 2와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하며, 그 반복되는 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 화학기상증착 설비는 쳄버(2)의 내부에 구비되는 아웃터튜브(4) 및 인너튜브(6), 쳄버(2) 하단에서 상기 아웃터튜브(4)와 인너튜브(6)를 지지하는 플래넘(8), 상기 아웃터튜브(4)를 플래넘(8)에 장착하기 위한 클램프(10), 이 클램프(10)를 개폐하는 셔터(12), 다수의 반도체 기판(14, 도 1 참조)이 일정간격으로 적치된 보트(16, 도 1 참조) 및 이 보트(16)를 승강시켜 상기 쳄버(2)로 로딩 및 언로딩하는 홀더(18, 도 1 참조)를 포함함과 아울러, 상기 각요소들(4,10)(10,8)(8,12) 사이에 기밀유지를 위하여 설치되는 오링(28)을 포함하고 있다.

본 발명에서 상기 오링(28)의 손상을 방지하기 위하여 상기 플래넘(8) 내부로 쿨런트를 순환시키기 위하여, 상기 플래넘(8)의 쿨런트 유입포트(26a)에 연결되는 쿨런트 공급라인(50)과, 상기 플래넘(8)의 쿨런트 배출포트(26b)에 연결되는 쿨런트 배출라인(100)을 포함하고 있다.

상기 쿨런트 공급라인(50)은, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량으로 설정된 공정유량조절기(62)를 포함하는 메인라인(60)을 구비하고 있고, 이 메인라인(60)의 공정유량조절기(62)와 쿨런트 유입포트(26a) 사이에 접속되면서 보트 언로딩에 따른 히팅 파워 상승시 상기 오링(28)의 추가 냉각 요구에 대비하여 추가로 필요한 추가유량으로 설정된 추가유량조절기(72)를 포함하는 분기라인(70)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 분기라인(70)에는 공정제어부(80)에 의하여 보트(16) 언로딩 신호에 따라 추가유량 공급을 단속하는 개폐밸브(74)를 포함한다. 부재번호 '76'은 '압력레귤레이터'로서, 분기라인(70)으로 공급되는 쿨런트의 압력을 일정하게 유지한다.

이러한 본 발명은, 증착 공정 진행시에는 상기 메인라인(60)을 통하여 증착 공정에 적합한 공정유량이 공급되도록 한다. 그리고, 보트 언로딩시에는 쳄버(2)의 바닥부 온도가 떨어지므로 공정제어부(80)는 히팅 파워를 증가시키게 되는데, 이때 오링(28)의 버닝을 방지하기 위하여 보트 언로딩 신호에 따라 공정제어부(80)가상기 개폐밸브(74)를 개방시킴으로써 상기 메인라인(60)으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인(70)으로부터 추가로 필요한 쿨런트 추가유량이 더 공급되도록 한 것이다.

종래에는 쿨런트 공급유량을 실제 공정 진행시의 온도에 맞추지 않고 보트 언로딩시의 히팅 온도에서도 오링(28)에 손상을 주지 않을 정도로, 미리부터 필요이상으로 최대한 높여서 사용하여 공정불안정의 원인이 되었는데, 본 발명은 공정진행중과 보트 언로딩 시를 구분하여, 공정진행중에는 메인라인(60)을 통하여 정상적인 공정진행에 적합한 공정유량이 공급되도록 하고, 보트 언로딩시에는 분기라인(70)을 통하여 히팅 파워의 상승에 따라 추가로 필요한 추가유량이 더 공급되도록 함으로써, 증착 공정의 안정을 도모하고 쿨런트의 소모량을 줄일 수 있게 된다.

예를들어, 증착 공정의 원할한 진행을 위하여 장비에 설정된 쿨런트로서의 질소가스 적정유량은 1분당 50ℓ이고, 쳄버(2)의 공정 적정 온도 및 스탠바이 온도는 650℃ 이며, 증착후 보트(16)가 언로딩되는 순간에 히팅 파워 증가에 따라 추가로 필요한 유량이 1분당 20ℓ인 경우, 메인라인(60)의 공정유량조절기(62)를 1분당 50ℓ로 설정하고, 분기라인(70)의 추가유량조절기(72)는 1분당 20ℓ로 설정한다. 설비가 가동되면 플래넘(8)으로는 상기 메인라인(60)을 통하여 1분당 50ℓ의 질소가스가 공급되고, 보트 언로딩시에는 상기 분기라인(70)의 개폐밸브(74)를 개방시켜 20ℓ의 질소가스를 추가로 공급하게 되므로 플래넘(8)으로는 총 70ℓ의 질소가스가 공급되게 된다. 위와 같은 경우 종래에는 처음부터 총 70ℓ의 질소가스를 공급하고 있었던 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치 및 방법에 따르면, 공정 진행중과 보트 언로딩시를 구분하여 각 공정에 적합한 유량으로 쿨런트가 선택적으로 공급되도록 함으로써 오링(O-ring)의 버닝 손상 및 누출을 효과적으로 방지하면서, 특히 공정이 안정화 굄과 아울러 쿨런트의 유량 손실을 감소시키킬 수 있는 것이다.

Claims

쳄버의 내부에 구비되는 아웃터튜브 및 인너튜브, 쳄버 하단에서 상기 아웃터튜브와 인너튜브를 지지하는 플래넘, 상기 아웃터튜브를 플래넘에 장착하기 위한 클램프, 이 클램프를 개폐하는 셔터, 다수의 반도체 기판이 일정간격으로 적치된 보트 및 이 보트를 승강시켜 상기 쳄버로 로딩 및 언로딩하는 홀더를 포함하는 저압화학기상증착 설비에서 상기 각 요소들 사이의 기밀유지를 위해 설치되는 오링의 버닝 손상을 방지하기 위하여 상기 플래넘 내부로 쿨런트를 순환시킴에 있어서,

상기 플래넘으로 공급되는 쿨런트 공급라인을, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량을 공급하도록 설정된 메인라인과, 이 메인라인에 접속되면서 보트 언로딩에 따른 히팅 파워의 상승시 상기 오링의 추가 냉각 요구에 대비하여 추가로 필요한 추가유량을 공급하도록 설정된 분기라인으로 나누어서, 증착 공정 진행시에는 상기 메인라인을 통하여 증착 공정에 적합한 공정유량을 공급하고, 보트 언로딩시에는 상기 메인라인으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인으로부터 추가로 필요한 쿨런트 추가유량을 더 공급하는 것을 특징으로 하는 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 방법.
쳄버(2)의 내부에 구비되는 아웃터튜브(4) 및 인너튜브(6), 쳄버(2) 하단에서 상기 아웃터튜브(4)와 인너튜브(6)를 지지하는 플래넘(8), 상기 아웃터튜브(4)를 플래넘(8)에 장착하기 위한 클램프(10), 이 클램프(10)를 개폐하는 셔터(12), 다수의 반도체 기판(14)이 일정간격으로 적치된 보트(16) 및 이 보트(16)를 승강시켜 상기 쳄버(2)로 로딩 및 언로딩하는 홀더(18)를 포함하는 저압화학기상증착 설비에서 상기 각 요소들(4,10)(10,8)(8,12) 사이의 기밀유지를 위해 설치되는 오링(28)의 버닝 손상을 방지하기 위하여 상기 플래넘(8) 내부로 쿨런트를 순환시키기 위한 구성으로,

상기 플래넘(8)의 쿨런트 유입포트(26a)에 연결되는 쿨런트 공급라인(50)과, 상기 플래넘(8)의 쿨런트 배출포트(26b)에 연결되는 쿨런트 배출라인(100)을 포함하고,

상기 쿨런트 공급라인(50)은, 증착 공정 진행에 적합한 공정유량으로 설정된 공정유량조절기(62)를 포함하는 메인라인(60)과, 상기 메인라인(60)의 공정유량조절기(62)와 쿨런트 유입포트(26a) 사이에 접속되어, 보트 언로딩에 따라 히팅 파워를 상승시킬 때, 상기 오링(28)에 대한 추가적인 냉각을 위해 더 필요하게 되는 추가유량이 공급되도록 설정된 추가유량조절기(72)를 포함하는 분기라인(70)으로 이루어지며, 상기 분기라인(70)에는 공정제어부(80)에 의해 상기 보트(16) 언로딩 신호에 따라 상기 추가유량조절기(72)를 통한 추가적인 유량공급을 단속하는 개폐밸브(74)가 구비됨으로써, 증착 공정이 진행중일 때에는 상기 메인라인(60)을 통해 증착 공정에 적합한 공정유량이 공급되고, 보트 언로딩시에는 보트 언로딩 신호에 따른 상기 공정제어부(80)의 제어에 의해 상기 개폐밸브(74)가 개방됨으로써 상기 메인라인(60)으로 공급되고 있는 쿨런트 공정유량에 더하여 상기 분기라인(70)을 통해 상기 오링(28)의 버닝 손상을 방지하기 위해 추가로 요구되는 쿨런트 추가유량이 더 공급되는 것을 특징으로 하는 저압화학기상증착 설비에서 플래넘에 쿨런트를 공급하는 장치.