KR100648268B1

KR100648268B1 - 반도체 소자 제조에 사용되는 배기 시스템 및 이를 이용한기판 처리 장치

Info

Publication number: KR100648268B1
Application number: KR1020040080087A
Authority: KR
Inventors: 박경태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-11-23
Also published as: KR20060031180A

Abstract

본 발명은 저압 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 장치는 처리실과 이로부터 반응부산물들이 배기되는 배기관을 가진다. 배기관의 내부에서 반응부산물들이 고형화되는 것을 방지하기 위해 배기관은 금속 재질의 가열관에 의해 감싸지고, 고온의 가열관이 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해 가열관은 냉각관에 의해 감싸진다.

저압 화학 기상 증착, 배기관, 가열관, 냉각관

Description

반도체 소자 제조에 사용되는 배기 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 장치 {EXHAUST SYSTEM USED IN MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATES USING THE SYSTEM}

도 1은 일반적인 저압 화학 기상 증착 장치의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 저압 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면;

도 3은 도 2의 배기 시스템의 일 예를 보여주는 단면도;

도 4는 도 3의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 단면도;

도 5는 도 2의 배기 시스템의 다른 예를 보여주는 단면도;

도 6은 도 5의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도; 그리고

도 7은 온도 조절부재의 일 예를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 처리실 300 : 배기 시스템

320 : 배기관 340 : 가열부재

360 : 냉각부재 380 : 온도 조절부재

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 기판 상에 막을 증착하는 저압 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서 사용되는 화학 기상 증착 공정(low pressure chemical vapor deposition)이란 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판 상에 일정 박막을 증착하는 공정이다. 최근에는 증착막의 균일도(uniformity)가 좋으며, 많은 양의 웨이퍼에 대해 동시에 공정을 진행할 수 있을 뿐만 아니라 가스의 소비량이 적어 생산원가가 낮은 공정이 가능한 저압 화학 기상 증착 장치가 주로 사용되고 있다.

일반적인 저압 화학 기상 장치는 증착이 이루어지는 처리실(500)을 가지며, 처리실(500)에는 처리실(500) 내 반응 부산물이 배기되는 배기시스템(520)이 연결된다. 배기시스템(520)은 처리실(500)과 연결되는 배기관(522)을 가지며, 배기관(522)에는 처리실(500) 내부를 저압으로 유지하는 펌프(562)가 설치되며, 배기관(522)의 둘레에는 내부에 열선이 삽입된 히팅 재킷(540)이 설치된다. 히팅 재킷(540)은 배기관(522) 내에서 반응부산물들이 고형화되지 않도록 충분히 높은 온도(약 150℃ 이상)로 가열한다.

그러나 일반적으로 사용되고 있는 히팅 재킷(540)은 유연성 있는 재질로 이루어져 도 1에 도시된 바와 같이 영역에 따라 배기관(522)과 완전히 접촉되지 않는다. 이로 인해 배기관(522) 내부가 충분한 온도로 가열되지 않아 배기관(522) 내에 서 반응부산물들이 고형화되며, 배기압력이 설정범위에서 벗어나 공정불량이 발생된다. 또한, 히팅 재킷(540)의 외부면이 매우 높은 온도를 가지므로 설비의 유지보수 동안 작업자의 신체가 가열관에 닿는 등 안전상 문제가 종종 발생된다.

본 발명은 배기관과의 접촉불량으로 인해 배기관이 설정온도로 충분히 가열되지 않는 것을 방지할 수 있는 배기 시스템 및 이를 가지는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 배기관을 가열하는 가열부재가 작업자의 신체가 닿아 안전상 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있는 배기 시스템 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 기판 처리 장치는 저압에서 증착 공정이 수행되는 처리실 및 상기 처리실 내 반응부산물을 배기하고 감압부재가 설치되어 상기 처리실 내부를 공정압력으로 유지하는 배기시스템을 포함한다. 상기 배기시스템은 상기 처리실과 연결되는 배기관과 상기 배기관의 외부를 감싸며 내부에 가열수단이 제공되어 상기 배기관을 가열하는 가열부재를 가진다. 상기 가열부재는 중앙에 상기 배기관이 삽입되는 통공 및 내벽과 외벽 사이에 가열수단이 제공되는 통공이 형성된 가열관을 가진다. 상기 가열관은 상기 배기관의 외벽과 상기 가열관의 내벽이 접촉되도록 배치되고, 스테인리스 스틸과 같은 금속재질로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 배기 시스템에는 상기 가열관의 외벽을 감싸도록 배치되어 상기 가열관이 외부로 노출되는 것을 방지하는 냉각부재가 더 제공될 수 있다. 상기 냉각부재는 내부에 상기 가열관이 삽입되고 상기 가열관의 외벽과 일정거리 이격되는 크기를 가지는 통공이 형성되는 냉각관을 가진다. 상기 냉각관과 상기 가열관 사이의 통공에는 냉각수 공급부로부터 냉각수가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 배기 시스템은 처리실과 연결되는 배기관 및 상기 배기관의 둘레를 감싸도록 배치되며 상기 배기관의 온도를 조절하는 온도 조절부재를 가진다. 상기 온도 조절부재는 금속재질로 이루어지며, 상기 배기관을 감싸도록 배치되는 내벽, 상기 내벽으로부터 일정거리 이격되어 배치되는 중간벽, 그리고 상기 중간벽과 일정거리 이격되어 배치되는 외벽을 가진다. 상기 내벽과 상기 중간벽 사이에는 가열수단이 제공되고, 상기 중간벽과 상기 외벽 사이에는 냉각수가 제공될 수 있다. 상기 내벽과 상기 배기관의 외벽은 접촉되도록 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 7을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 다음의 실시예에서는 저압 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 소정온도로 가열되는 배기관을 가지는 모든 장치에 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저압 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 장치는 처리실(100)과 배기시스템(300)을 가진다. 배기시스템(300)은 배기관(320)과 가열부재(340)를 가진다. 처리실(100)은 웨이퍼에 증착이 이루어지는 공간을 제공하며, 석영(quartz) 재질의 외부튜브(110)와 내부튜브를 가진다. 내부튜브(120)는 상·하부가 모두 개방된 원통형의 형상을 가지고, 외부튜브(110)는 내부튜브(120)를 감싸도록 설치되며 하부가 개방된 원통형의 형상을 가진다. 외부튜브(110)의 바깥쪽에는 외부튜브(110)를 감싸도록 설치된 히터(160)가 배치되며, 히터(160)는 공정진행 중 처리실(100) 내부를 공정온도로 유지한다.

공정이 수행되는 웨이퍼들(W)은 보트(260)에 탑재된다. 보트(260)는 수평으로 놓여진 하부받침대(264) 및 이와 대향되도록 위치되는 상부받침대(262)를 가진다. 하부받침대(264)와 상부받침대(262) 사이에는 복수의 수직지지대(266)들이 설치되며, 각각의 수직지지대(266)에는 웨이퍼(W)의 가장자리가 삽입되는 슬롯들이 형성된다. 슬롯은 각각의 수직지지대(266)에 대략 50 내지 100개가 형성될 수 있다. 보트지지부(244)의 아래에는 보트(260)를 상하로 이동하고 이를 회전시키는 구동부(도시되지 않음)가 결합된다.

내부튜브(120)와 외부튜브(110)는 그 아래에 위치되는 플랜지(130)에 의해 지지된다. 플랜지(130)의 중앙에는 통공(270)이 형성되며 이 통공(270)을 통해 처리실(100)은 그 아래에 배치되는 대기실(200)과 통한다. 웨이퍼들은 대기실(200)에서 보트(260)에 적재된 후 처리실(100) 내로 출입하게 된다. 플랜지(130)의 상단부 에는 외부튜브(110)를 지지하는 받침대(132)가 배치되며, 내측벽에는 내부튜브(120)를 지지하는 원반형의 받침대(134)가 안쪽으로 돌출된다. 또한, 플랜지(130)의 일측에는 공정가스 공급관(136)과 퍼지가스 공급관(도시되지 않음)이 연결된다. 공정가스는 내부튜브(120)의 내측으로 유입되어 보트(260)에 탑재된 웨이퍼(W)들 상에 증착된다. 퍼지가스는 웨이퍼(W)상에 자연산화막이 형성되는 것을 방지하기 위해 처리실(100) 내 공기를 제거한다. 퍼지가스로는 질소가스가 사용될 수 있다. 플랜지(130)의 타측에는 배기 시스템(300)이 연결된다. 배기 시스템(300)은 플랜지와 연결되는 배기관(320)과 공정 진행시 처리실(100) 내부를 저압분위기로 형성하고 공정 부산물들을 강제 흡입하는 펌프(302)와 배기가스에서 유해성분을 중화시키는 스크러버(304)가 설치된다. 또한, 반응 부산물들을 응집하기 위해 배기관(320)에 트랩(trap)(도시되지 않음)이 설치될 수 있다.

도 3은 배기 시스템(300)을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 3의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 단면도이다. 증착공정 진행시 처리실(100)로부터 배기되는 반응부산물들은 일정온도 이하에서 고형화된다. 이들이 배기관(320)의 내벽에 고형화되어 증착되는 것을 방지하기 위해 공정진행 중 배기관(320)은 가열부재(340)에 의해 설정온도로 가열된다. 예컨대 설정온도는 150℃ 이상이 될 수 있다. 가열부재(340)는 배기관(320)의 둘레를 감싸는 가열관(heating pipe)(342)을 가진다. 도 3과 도 4를 참조하면 가열관(342)은 중앙에 통공(346)이 형성되며, 내벽(342a)과 외벽(342b)을 가진다. 통공(346)에는 열선(348)과 같은 가열수단이 설치될 수 있다. 가열부재(340)로 유연성 있는 재질로 제조된 히팅 재킷이 사용되는 경우, 히팅 재 킷과 배기관 간에 영역에 따라 불완전하게 접촉되어 배기관 내부가 설정온도에 도달하지 못할 수 있다. 본 실시예에서 가열관(342)은 배기관(320) 전체 영역에서 균일한 열전달이 이루어지도록 단단한 재질로 제조된다. 가열관(342)은 열전달이 잘 이루어지도록 스테인리스 스틸과 같은 금속재질로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 가열관(342)으로부터 배기관(320)으로 열전달 효율을 높이기 위해 가열관(342)의 내벽은 배기관(320)의 외벽과 접촉되도록 배치될 수 있다.

도 5는 배기 시스템(300)의 다른 예를 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 5의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단한 단면도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 배기 시스템(300)은 도 3의 배기 시스템의 구성요소들 이외에 냉각부재(360)를 더 포함한다. 가열관(342)의 외벽(342b)이 고온으로 유지됨에 따라 작업자가 설비의 유지보수 중 가열관(342)과의 접촉으로 인해 상처를 입을 수 있다. 냉각부재(360)는 가열관(342)을 감싸도록 배치되어 가열부재(340)가 외부로 노출되는 것을 방지한다. 냉각부재(360)로는 중앙에 가열관(340)이 삽입되는 통공(364)이 형성된 냉각관(362)이 사용될 수 있다. 냉각관(362)의 외벽으로 열이 전달되는 것을 최소화하기 위해 냉각관(362)은 가열관(342)으로부터 일정거리 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 냉각관(362)과 가열관(342) 사이에 냉각수 공급부(도시되지 않음)로부터 냉각수가 공급되어 냉각관(362) 외벽의 온도를 안전온도 이하로 유지할 수 있다.

가열관과 냉각관은 하나의 온도 조절부재(380)에 의해 제공될 수 있다. 도 7은 온도 조절부재(380)를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 온도 조절부재(380)는 내벽(382), 중간벽(384), 그리고 외벽(386)을 가진다. 내벽(382)은 배기관(320)이 삽입되는 통공(392)을 가진다. 배기관(320)의 외벽은 온도 조절부재의 내벽(382)과 접촉되는 것이 바람직하다. 중간벽(384)은 내벽(382)으로부터 일정거리 이격되어 내벽(382)을 감싼다. 중간벽(384)과 내벽(382) 사이에는 열선(도시되지 않음)과 같은 가열수단이 제공된다. 외벽(386)은 중간벽(384)으로부터 일정거리 이격되어 중간벽(384)을 감싼다. 외벽(386)과 중간벽(384) 사이에는 냉각수 공급부(도시되지 않음)으로부터 냉각수가 제공될 수 있다. 온도 조절부재(380)는 단단한 재질로 제조되며, 바람직하게는 스테인리스 스틸과 같은 금속을 재질로 하여 제조된다. 온도 조절부재(380)가 단단한 재질로 이루어짐으로써 영역에 따라 온도 조절부재(380)로부터 배기관(320)으로 열이 불균일하게 제공되는 것을 방지하고, 온도 조절부재(380)를 금속재질로 제조함으로써 배기관(320)으로 열전달 효율이 향상된다.

본 발명에 의하면, 배기관과 가열부재의 접촉불량으로 인해 배기관이 설정온도로 충분히 가열되지 않는 것을 방지할 수 있으며, 가열부재의 내벽이 금속재질로 이루어져 가열부재로부터 배기관으로 열이 효과적으로 전달될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 배기관을 가열하는 가열부재가 냉각부재에 의해 감싸여지도록 배치되므로, 가열부재에 작업자의 신체가 닿아 안전상 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

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반도체 소자 제조에 사용되는 기판 처리 장치로부터 반응부산물을 배기하는 배기 시스템에 있어서,

상기 처리실과 연결되는 배기관;

상기 배기관의 둘레를 감싸도록 배치되며, 상기 배기관을 가열하는 가열부재; 및

상기 가열관의 외벽을 감싸도록 배치되어, 상기 가열관이 외부로 노출되는 것을 방지하는 냉각부재를 포함하되,

상기 가열부재는 중앙에 상기 배기관이 삽입되는 통공 및 내벽과 외벽 사이에 가열수단이 제공되는 통공이 형성된 가열관을 포함하며,

상기 배기관과 대향되는 상기 가열부재의 내벽은 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 냉각부재는 내부에 상기 가열관이 삽입되는, 그리고 상기 가열관의 외벽과 일정거리 이격되는 크기를 가지는 통공이 형성되는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 장치는 상기 냉각관과 상기 가열관 사이에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
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반도체 소자 제조에 사용되는 기판 처리 장치로부터 반응부산물을 배기하는 배기 시스템에 있어서,

상기 처리실과 연결되는 배기관; 및

상기 배기관의 둘레를 감싸도록 배치되며 상기 배기관의 온도를 조절하는, 그리고 금속재질로 이루어진 온도 조절부재를 포함하되,

상기 온도 조절부재는,

상기 배기관을 감싸도록 배치되는 내벽;

상기 내벽으로부터 일정거리 이격되어 배치되는 중간벽;

상기 중간벽과 일정거리 이격되어 배치되는 외벽;

상기 내벽과 상기 중간벽 사이에 제공된 가열수단; 및

상기 중간벽과 상기 외벽 사이에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
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반도체 소자 제조에 사용되는 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서,

저압에서 증착 공정이 수행되는 처리실; 및

상기 처리실 내 반응부산물이 배기되고, 감압부재가 설치되어 상기 처리실 내부를 공정압력으로 유지하는 배기시스템을 포함하되,

상기 배기시스템은,

상기 처리실과 연결되는 배기관;

상기 배기관의 외부를 감싸도록 배치되는, 그리고 내부에 가열수단이 삽입되어 상기 배기관을 가열하는 금속재질의 가열관; 및

상기 가열관의 외벽을 감싸도록 배치되며, 상기 가열관이 외부에 노출되지 않도록 상기 가열관을 감싸는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제 13항에 있어서,

상기 장치는 상기 냉각관과 상기 가열관 사이에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.