KR100461601B1

KR100461601B1 - 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치

Info

Publication number: KR100461601B1
Application number: KR10-2002-0003421A
Authority: KR
Inventors: 이현호; 김명규
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-12-14
Also published as: KR20030062948A

Abstract

탄탈륨 산화막 형성공정을 진행하는 반도체 소자 공정장비에 사용되는 공정챔버의 배기장치에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 주된 특징은 공정챔버와 연결된 배기관은 가열시키고, 콜드트랩은 냉각시키는 것인데, 제1 실시예에서는 히터와 냉각수를 통하여 이를 구현하였고, 제2 실시예에서는 열전소자와 열 전달 금속체를 사용하여 이를 구현하였다. 본 발명에 따르면, 배기관에서의 소스가스 응축 및 진공펌프로의 소스가스 유입이 방지되어 장비의 신뢰성이 향상된다.

Description

반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치 {Exhaust apparatus for use in process chamber of semiconductor device processing equipment}

본 발명은 반도체 소자 공정장비에 사용되는 공정챔버의 배기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄탈륨 펜타 에톡사이드를 소스가스로 사용하는 탄탈륨 산화막 형성공정을 진행하는 반도체 소자 공정장비에 사용되는 공정챔버의 배기장치에 관한 것이다.

콜드트랩은 유체의 경로상에 저온의 고체면을 두어 고체면과 유체사이의 증기압이나 용해도의 차이에 의해 특정 불순물을 포획하여, 제거하는 장치이다. 반도체 소자의 제조에 사용되는 장비에서 공정을 마친 잔여가스나 공정생성물은 진공 배기장치를 통해 외부로 배출되는데, 이러한 물질들이 배기장치의 진공펌프 등에 직접 유입될 경우에는 펌프의 성능을 저하시킬 뿐 아니라 제거하기도 어렵다. 따라서 반도체 소자 공정장비의 공정 챔버의 배출구에서 진공펌프 사이에는 콜드트랩을 설치하여 가스에 포함되어 있는 이들 물질들을 포획, 제거하여 진공설비를 보호하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 종래의 반도체 소자 공정장비에 설치되었던 콜드트랩의 예를 살펴보고 그 문제점에 대해 알아보기로 한다. 이를 위해, 반도체기판 상에 탄탈륨 산화막(Ta₂O₅)을 얻는 공정을 예로 들기로 한다.

통상적으로, 이 공정은, 공정챔버의 내부를 1mTorr∼10Torr 사이의 공정 압력이 되도록 감압시키고 반도체 기판을 공정온도로 가열한 상태에서, 탄탈륨 소스인 탄탈륨 펜타 에톡사이드{PET:Ta(OC₂H₅)₅}라는 유기화합물을 기화기로 기화시켜 만들어진 가스와 산소를 동시에 공정챔버에 도입하여 이루어진다.

도 1은 상기 공정에 사용되고 있는 종래의 배기장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 제1 배기관(110)은 공정챔버(미도시)의 가스 배출구와 연결되어 공정챔버에서 나온 배기가스를 콜드트랩(100)으로 전달한다. 통상적으로, PET 소스가스는 21℃도 이하에서는 얼어버리는 특성을 가지고 있는데, 그 이하의 온도를 유지하고 있는 반도체 소자 제조실(fabrication room)에서는 별도의 냉각매체가 없어도 콜드트랩(100) 내에 PET 소스가스가 응축되게 된다. 응축된 PET 소스가스는 콜드트랩(100) 내에 잔류하며 나머지 가스들은 진공펌프에 연결된 제2 배기관(120)을 통하여 외부로 방출된다.

그러나, 반도체 소자 제조실의 온도가 지나치게 낮을 경우, 즉 반도체 소자 제조실 전체가 PET 소스가스의 어는점 이하로 유지될 경우, PET 소스가스가 제1 배기관(110) 내에서 얼어붙어서 공정에 문제를 유발하는 문제가 발생된다. 반대로 반도체 소자 제조실의 온도가 지나치게 높을 경우, 즉 반도체 소자 제조실 전체가 PET 소스가스의 기화점 이상으로 유지될 경우, PET 소스가스가 콜드트랩(100)에서 제대로 응축, 포획되지 않아서 소스가스의 상당량이 제2 배기관(120)을 통해 진공펌프로 유입되어 진공펌프의 성능을 저하시킨다는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 배기관에서의 소스가스 응축 및 진공펌프로의 소스가스 유입을 방지할 수 있는 배기장치를 제공하는 것이다.

도 1은 탄탈륨 산화막 형성 공정에 사용되고 있는 종래의 배기장치를 나타낸 개략도;

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기장치를 나타낸 개략도;

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 사용되는 열전소자를 이해하기 위해 나타낸 열전소자의 개략적 단면도; 및

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기장치를 나타낸 개략도이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 열전소자

100 : 콜드트랩

110 : 제1 배기관

112 : 블럭 히터

114 : 열 전달용 금속(알루미늄) 구조체

114a : 돌출판

120 : 제2 배기관

122 : 냉각수관

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일예에 따른 반도체 소자 공정장비에 사용되는 공정 챔버의 배기장치는, 공정챔버의 가스 배출구에 연결되는 제1 배기관; 상기 가스 배출구에서 배출되는 배기가스가 상기 제1 배기관에 응축되어 잔류하는 것을 방지하기 위해 상기 제1 배기관에 설치되는 히터; 상기 제1 배기관을 통해 나오는 배기가스를 응축시켜 포획하기 위하여 상기 제1 배기관에 연결되는 콜드트랩; 상기 콜드트랩 외부를 둘러싸도록 설치되는 냉각수관; 및 상기 콜드트랩에 의해 응축되지 않은 나머지 배기가스를 진공펌프로 내보내기 위해 상기 콜드트랩과 진공펌프 사이에 설치된 제2 배기관;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 배기관 둘레에 설치된 히터는 블럭 히터인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 배기관 및 콜드트랩의 용기가 모두 스테인레스 스틸 재질로 제작된 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 반도체 소자 공정장비에 사용되는 공정 챔버의 배기장치는, 공정챔버의 가스 배출구에 연결되는 제1 배기관; 상기 제1 배기관을 통해 나온 배기가스를 응축시켜 포획하기 위하여 상기 제1 배기관에 연결되는 콜드트랩; 상기 콜드트랩에 의해 응축되지 않은 나머지 배기가스를 진공펌프로 내보내기 위해 상기 콜드트랩과 진공펌프 사이에 설치되는 제2 배기관; 콜드졍선과 핫졍선을 가지는데 상기 콜드졍선은 상기 콜드트랩에 접촉되는 열전소자; 한쪽은 상기 제1 배기관을 둘러싸며 다른 한쪽은 상기 열전소자의 핫정션과 연결되는 열 전달용 금속체; 및 상기 열전소자에 직류전압을 공급하기 위한 직류 전압공급기;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 열 전달용 금속체는 구리 또는 알루미늄인 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 도면에서 동일 참조번호는 동일 구성요소를 나타내며 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.

[제1 실시예]

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기장치를 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, PET 등의 탄탈륨 소스가스가 제1 배기관(110)에 응축, 잔류하는 것을 방지하기 위해 제1 배기관(110)의 둘레에 설치된 블럭 히터(112)가 설치되어 있음을 할 수 있다. 따라서, 공정 챔버(미도시)와 콜드트랩(100) 사이를 잇는 제1 배기관(110) 내의 온도는 블럭 히터(112)에 의해 최소한 탄탈륨 소스가스의 응축온도보다는 높게 유지된다. 한편, 콜드트랩(100)의 외부를 둘러싸도록 설치된 냉각수관(122)은 콜드트랩(100) 내부의 온도를 20℃ 이하로 유지시켜서 탄탈륨 소스가스가 콜드트랩(100) 내부에서 확실히 포획되도록 하여 준다. 따라서, 탄탈륨 소스가스가 제2 배기관(120)을 통해 진공펌프(미도시)로 갈 확률이 줄어들게 되어 펌프의 성능저하를 막을 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 따른 배기장치에서는, 상기의 제1 실시예에서 제1 배기관(110)의 가열을 위해 블럭 히터(112)를, 콜드트랩(100)의 냉각을 위해 냉각수관(122)을 각각 사용한 것에 반해, 하나의 열전소자를 사용하여 제1 배기관(110)의 가열 및 콜드트랩(100)의 냉각을 동시에 달성한다.

본 발명의 제2 실시예에 사용되는 열전소자를 이해하기 위해 그 개략적 단면도를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 열전소자(10)의 내부에서 상부 도전체(32) 및 하부 도전체(34)에 의해 P형 반도체(22)와 N형 반도체(24)가 교대로 직렬연결되어 있다. 또한, 상부 도전체(32)는 상부 전기절연체(42)의 일단에, 하부 도전체(34)는 하부 전기절연체(44)의 일단에 각각 접촉되어 있다. 그리고, 상부 전기절연체(42) 및 하부 전기절연체(44)의 각 타단은 상부 열정션(heat juction)(52) 및 하부 열 정션(54)에 접촉되어 있다. 직렬연결된 P형 반도체(22)와 N형 반도체(24)의 양쪽 끝은 단자(a, b)를 통해 직류전원이 연결되어 있다. 따라서, 열전소자(10)의 내부 구조는 전기적으로는 직렬로, 열적으로는병렬로 연결된 형태를 취하고 있다.

본 실시예에서, 전기절연체(42, 44)는 열에 대해서는 양도체인 세라믹을 사용하며, P형 반도체(22)와 N형 반도체(24)는각각 P형과 N형으로 과도 도핑된 비스무스 텔루라이드(bismuth telluride)를 사용하였다.

열전소자는 펠티어효과(Peltier effect)를 이용한 소자이므로, 열전소자(10)의 동작은 다음과 같다. 예를 들어, 직류전원의 a 단자가 양극이고 b 단자가 양극이면, N형 반도체(24) 및 P형 반도체(22)내의 캐리어들이 이동하면서, 상부 열 정션(52)에서 하부 열 정션(54) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 따라서, 상부 열 정션(52)은 주위에서 열을 흡수하는 콜드정션(cold junction)이 되고, 하부 열 정션(54)은 주위에 열을 방출하는 핫정션(hot junction)이 된다. 그러나, 콜드정션과핫정션의 구별은 일률적으로 정해지는 것이 아니고, 직류전원의 극성을 바꾸면 정반대의 상태가 된다.

도 4에 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기장치를 개략적으로 나타내었다.

도 4를 참조하면, 열전소자(10)의 일면이 콜드트랩(100)의 상부와 접촉하고 있다. 또한, 열전소자(10)의 타면은 제1 배기관(110)을 둘러싸는 동시에 그 하단으로부터 연장된 돌출판(114a)를 갖는 열 전달용 알루미늄 구조체(114)과 접촉하고 있다. 열 전달을 위한 구조체의 재질은 제한되어 있지 않으며 가공이 편리하고 열전달 효율이 높은 것이면 모두 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 알루미늄을 사용하였으나, 구리도 사용될 수 있다. 한편, 열전소자(10)를 구동시키기 위한 직류전압원은 도시의 편의를 위해 생략하였지만, 직류전압을 인가할 경우 열전소자(10)의 일면이 콜드정션이 되고, 그 타면이 핫정션이 되도록 직류전압의 극성을 결정한다. 이와 같이 하면 열이 콜드트랩(100)에서 나와서 제1 배기관(110)으로 들어가게 되므로, 콜드트랩(100)은 냉각되고, 제1 배기관(110)은 가열되어, 하나의 장치로서 두 부분의 온도를 쉽게 조절할 수 있게 된다. 제1 배기관(110)과 콜드트랩(100)에 대한 온도의 조절은 사용하는 열전소자(10)의 사양에 따른 핫정션과 콜드정션과의 온도차이, 열전달 금속의 종류 및 구조 등에 따라 미리 결정할 수 있다. 통상적으로 열전소자에 의해 적어도 70℃ 정도의 온도차이는 쉽게 얻을 수 있다.

상기한 본 발명에 따르면, 배기관에서의 소스가스 응축 및 진공펌프로의 소스가스 유입이 방지되어 장비의 신뢰성이 향상된다.

Claims

공정챔버의 가스 배출구에 연결되는 제1 배기관;

상기 가스 배출구에서 배출되는 배기가스가 상기 제1 배기관에 응축되어 잔류하는 것을 방지하기 위해 상기 제1 배기관에 설치되는 히터;

상기 제1 배기관을 통해 나오는 배기가스를 응축시켜 포획하기 위하여 상기 제1 배기관에 연결되는 콜드트랩;

상기 콜드트랩 외부를 둘러싸도록 설치되는 냉각수관; 및

상기 콜드트랩에 의해 응축되지 않은 나머지 배기가스를 진공펌프로 내보내기 위해 상기 콜드트랩과 진공펌프 사이에 설치된 제2 배기관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기관 둘레에 설치된 히터가 블럭 히터인 것을 특징으로 하는, 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기관 및 콜드트랩의 용기가 모두 스테인레스 스틸 재질로 제작된 것을 특징으로 하는, 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치.
공정챔버의 가스 배출구에 연결되는 제1 배기관;

상기 제1 배기관을 통해 나온 배기가스를 응축시켜 포획하기 위하여 상기 제1 배기관에 연결되는 콜드트랩;

상기 콜드트랩에 의해 응축되지 않은 나머지 배기가스를 진공펌프로 내보내기 위해 상기 콜드트랩과 진공펌프 사이에 설치되는 제2 배기관;

콜드졍선과 핫졍선을 가지는데 상기 콜드졍선은 상기 콜드트랩에 접촉되는 열전소자;

한쪽은 상기 제1 배기관을 둘러싸며 다른 한쪽은 상기 열전소자의 핫정션과 연결되는 열 전달용 금속체; 및

상기 열전소자에 직류전압을 공급하기 위한 직류 전압공급기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치.
제4항에 있어서, 상기 열 전달용 금속체가 구리 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는, 반도체 소자 공정장비의 공정챔버에 사용되는 배기장치.