KR100766303B1 - Methods and apparatuses for high pressure gas annealing - Google Patents

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KR100766303B1
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김상신
스콧 리베라 마누엘
홍석동
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주식회사 풍산마이크로텍
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Abstract

A high-pressure gas annealing method and apparatus is provided to prevent hydrogen or other process gas from being discharged into an atmosphere for fabricating an integrated circuit device using a high-K gate insulating layer. An internal chamber is made of non-metal material and is designed to maintain first pressure of a first gas comprising at least one of hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine and ammonia. An external chamber is made of metal material, and houses the internal chamber therein. The external chamber is designed to maintain second pressure of a second gas comprising inert gas from the outside of internal chamber. A holder is connected to the internal chamber to hold a semiconductor wafer in the internal chamber.

Description

고압가스 열처리를 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR HIGH PRESSURE GAS ANNEALING}METHODS AND APPARATUSES FOR HIGH PRESSURE GAS ANNEALING

도 1a는 종래기술의 고압 열처리장치의 횡단면도로서, 가스 챔버와 가스 이송장치 및 가스 배기시스템을 포함한다. 1A is a cross-sectional view of a high pressure heat treatment apparatus of the prior art, including a gas chamber, a gas transfer device, and a gas exhaust system.

도 1b는 종래기술의 고압 공정챔버를 도시한 것으로, 챔버와 챔버 덮개 사이의 간격을 실링하기 위해 사용된 O-링의 단면도를 나타낸다.1B shows a high pressure process chamber of the prior art, showing a cross-sectional view of an O-ring used to seal the gap between the chamber and the chamber lid.

도 2a는 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 것으로, 수직형태의 고압가스 챔버를 사용하고, 더 나아가 유입가스 이송장치와 가스 배기/배출시스템 및 연소 스크러버를 포함한다.  Figure 2a shows a specific embodiment of the present invention, which uses a vertical high pressure gas chamber, and further includes an inlet gas transport device, a gas exhaust / exhaust system and a combustion scrubber.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 수평형태의 고압 공정챔버를 나타내며, 내부 공정챔버와 외부 보호 챔버를 포함한다.Figure 2b shows a horizontal high pressure process chamber in accordance with an embodiment of the present invention, including an inner process chamber and an outer protective chamber.

도 3은 본 발명의 실시예에 사용된 예시적인 이중벽 챔버 관을 설명하며, 내부챔버와 외부챔버를 포함한다. 관은 내부챔버에 의해 분리된 두 가지 칸막이를 가진다. 3 illustrates an exemplary double wall chamber tube used in an embodiment of the present invention and includes an inner chamber and an outer chamber. The tube has two partitions separated by an inner chamber.

도 4는 내부챔버를 보호하기 위한 본 발명의 실시예에 사용된 예시적인 공정을 설명한 순서도이다. 압력차가 일정한 사전설정 값보다 더 크게 되면, 시스템이 자동적으로 압력을 조절한다.4 is a flow chart illustrating an exemplary process used in an embodiment of the present invention for protecting an inner chamber. If the pressure difference is greater than a certain preset value, the system automatically adjusts the pressure.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유입가스 이송장치를 나타낸다. 도면에서는 세 가지 구성을 나타낸다 : 공정챔버, 가스 여과장치 및 가스 칸막이 제어.5 shows an inflow gas transport apparatus according to an embodiment of the present invention. The figure shows three configurations: process chamber, gas filter and gas partition control.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부챔버와 외부챔버의 압력을 동시에 증가하거나 감소하기 위한 예시적 방법을 설명한 순서도이다.6 is a flow chart illustrating an exemplary method for simultaneously increasing or decreasing pressure in an inner chamber and an outer chamber in accordance with an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 사용된 예시적인 배기/배출시스템을 설명한다. 이 시스템은 배기관을 통하여 대기 공기의 역류를 방지하기 위한 여분의 가스관을 포함한다.7 illustrates an exemplary exhaust / exhaust system used in an embodiment of the present invention. The system includes an extra gas line to prevent backflow of atmospheric air through the exhaust pipe.

도 8은 본 실시예에 따른 동일 시간에 다중 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 순서도를 보여준다. 이 방법에서는, 하나의 챔버로부터 공정가스가 배기되어 다른 챔버에서 다른 가스와 혼합된다.8 shows a flow chart for discharging gas from multiple chambers at the same time according to this embodiment. In this method, the process gas is exhausted from one chamber and mixed with another gas in another chamber.

*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명** Explanation of symbols on main parts of the drawings *

20. 튜브 압력 21,141. 내부(반응)챔버/석영튜브 20. Tube pressure 21141. Internal (Reaction) Chamber / Quartz Tube

22,143. 웨이퍼 보트 23,144. 반도체 웨이퍼22,143. Wafer boat 23,144. Semiconductor wafer

24. 2-지역 플러그 히터 25. O-링24. 2-Zone Plug Heater 25. O-Rings

26,145. 가스주입장치 27. 석영 캡26,145. Gas injection device 27. Quartz cap

28. 냉각금속판의 바닥부 29. 감압화 배기관28. Bottom part of cooling metal plate 29. Decompression exhaust pipe

30,130. 쉘 압력 31,132. 냉각수 라인30,130. Shell pressure 31,132. Coolant line

32. 냉각금속판의 상단부 33,133. 절연체/절연층32. Upper part of cooling metal plate 33,133. Insulator / Insulation Layer

34,134. 4-지역 주 히터 35,135. 쉘 압력 배기관34,134. 4-zone main heater 35,135. Shell pressure exhaust pipe

36,138b. O-링 37. 관 상단부36,138b. O-ring 37. Tube top

38. 관 바닥부 39. 관 몸체부/외부 셀 챔버38. Tube bottom 39. Tube body / outer cell chamber

40. 하부 도어 잠금장치 41,137. 압력조절밸브40. Lower door lock 41,137. Pressure regulating valve

42. 배기 스테인레스강 파이프 43,151. 희석탱크42. Exhaust stainless steel pipe 43,151. Dilution tank

44. 이중벽 스테인레스강 파이프 45,152. (버닝) 스크러버44. Double-walled stainless steel pipes 45,152. (Burning) scrubber

46,153. 수소/중수소 가스제어패널/캐비넷 47. 질소46,153. Hydrogen / Deuterium Gas Control Panel / Cabinet 47. Nitrogen

48,51,54. 가스관 49,155. 고압(수소)여과장치48,51,54. Gas pipe 49,155. High pressure (hydrogen) filtration device

50. 쉘 질소분사장치 52. 쉘 질소 파이프50. Shell nitrogen injection device 52. Shell nitrogen pipe

56,161. 질소주입관 131. 쉘 챔버 56,161. Nitrogen injection line 131. Shell chamber

139,147. 배기관 142. 도어 종단 캡 139,147. Exhaust Pipe 142. Door End Cap

146. 질소분사장치 150. 질소 가스관 146. Nitrogen injection device 150. Nitrogen gas pipe

154. 다른 가스 패널 156. 수소/중수소파이프 154. Other Gas Panels 156. Hydrogen / Deuterium Pipes

157. 배기관 158. 스테인레스강 파이프157. Exhaust Pipe 158. Stainless Steel Pipe

201. 외부챔버 202,204,207. 도어201.Outer chambers 202,204,207. door

203. 내부챔버 205. 외부챔버 내부203. Inner chamber 205. Inner chamber

206. 내부챔버 내부 208,209,210. 수소 주입관206. Inside chamber 208,209,210. Hydrogen injection tube

211,212. 수소 배기관 213. 질소 주입관211,212. Hydrogen Exhaust Pipe 213. Nitrogen Injection Pipe

215. 질소 배출관 301. 가스 여과 장치215. Nitrogen discharge line 301. Gas filtration device

302. 수소 주입관 303. 가스 제어 패널302. Hydrogen injection line 303. Gas control panel

304. 가스관 305. 공정챔버304. Gas pipe 305. Process chamber

501. 첫 번째 챔버 502. 두 번째 챔버501. The first chamber 502. The second chamber

503,504. 배기관 505. 혼합 탱크503,504. Exhaust Pipe 505. Mixing Tank

506. 배기관 507. 가스관506. Exhaust Pipe 507. Gas Pipeline

본 발명은 고압가스 열처리를 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 일반적인 반도체 제조공정에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for high pressure gas heat treatment, and to a general semiconductor manufacturing process.

반도체 소자의 제조공정이 진행되는 동안에는 반도체 웨이퍼에 다양한 다른 열처리를 행한다. 그 예로서 인터페이스로 효과적인 공정을 달성하기 위해, 산화, 질화, 실리사이드, 이온 주입 및 화학기상증착(CVD:Chemical Vapor Deposition)공정이 반도체 웨이퍼에 수행된다. 반도체 소자의 계면 특성을 개선하기 위한 수소 및 중수소 열처리 공정은 일반적으로 400℃ ~ 500℃의 고온에서 수행되는 것으로 알려져 있다.Various other heat treatments are performed on the semiconductor wafer during the manufacturing process of the semiconductor device. As an example, to achieve an effective process at the interface, oxidation, nitriding, silicides, ion implantation and chemical vapor deposition (CVD) processes are performed on the semiconductor wafer. Hydrogen and deuterium heat treatment processes for improving the interfacial properties of semiconductor devices are generally known to be carried out at a high temperature of 400 ℃ ~ 500 ℃.

효과적인 반응을 위한 핵심요인(factor)은 단지 공정온도만 포함하는 것이 아니라 특정가스의 처리시간, 특정가스의 농도 및 특별한 응용 또는 처리에 사용된 가스의 혼합물을 포함하는지 못하는지를 포함한다. 이러한 세 가지 요인은 공정진행의 효율을 결정하는 독립변수로서 일반적으로 고려된다. 예를 들어, 가스농도를 일정하게 유지하는 동안에 공정온도를 증가시킴으로써 처리효율이 나아질 것이다. 유사하게는 동일 온도에서 가스농도를 증가시킴으로써 처리효율이 향상될 수도 있다. 반도체 웨이퍼는 집적회로를 과잉 열에 노출하면 돌이킬 수 없게 되고, 더욱 정확하게는 점진적으로 집적회로의 품질을 저하시킨다는 사실은 주의되어야 한다. 이것은 부분적으로, 다양한 캐리어의 확산과 웨이퍼 위에 주입된 이온 때문에 그 비율이 온도에 맞추어 완전히 선형적으로 증가한다. 각각의 집적회로는 전체 제조공정 동안에 총 열적 누출량의 수용가능 한도를 가지며, 이는 관련된 기술에서 회로의 열 이력(thermal budget)에 연관되어 있다.Key factors for an effective reaction include not only the process temperature, but also the processing time of a particular gas, the concentration of a particular gas and whether or not it contains a mixture of gases used for a particular application or treatment. These three factors are generally considered as independent variables that determine the efficiency of process progress. For example, processing efficiency will be improved by increasing the process temperature while maintaining a constant gas concentration. Similarly, treatment efficiency may be improved by increasing the gas concentration at the same temperature. It should be noted that semiconductor wafers become irreversible when the integrated circuit is exposed to excessive heat and, more precisely, gradually degrade the quality of the integrated circuit. This is, in part, due to the diffusion of the various carriers and the ions implanted on the wafer, their proportions increasing linearly with temperature. Each integrated circuit has an acceptable limit of total thermal leakage during the entire manufacturing process, which is related to the thermal budget of the circuit in the related art.

기술과 장치의 구조가 나노미터 크기에 접근함에 따라 제한된 열 이력 요구량은 공정가스의 더 낮은 처리온도와 더 높은 농도를 요구한다. 그러나, 가스농도를 높이고 처리온도를 낮추는 것은 고농도 가스에 의해 초래된 안전성 문제뿐만 아니라 더 낮은 온도에서의 효율성 문제 때문에 그 자체의 제한을 가진다. 온도 및 가스농도의 매개변수를 변환하는 것 없이 처리시간을 증가시킴으로써 비슷한 처리효율이 달성될 수 있을지라도, 열 이력 제한의 부분으로서 처리시간과 온도는 함께 고려된다. 즉, 예를 들면 처리시간을 증가시키는 것은 공정온도를 올리는 것과 마찬가지로 장치의 성능에 비슷한 역효과를 낸다.As technology and device structures approach nanometer sizes, limited thermal hysteresis requirements require lower processing temperatures and higher concentrations of process gases. However, increasing the gas concentration and lowering the treatment temperature has its own limitations not only because of the safety issues caused by the high concentration gas but also because of the efficiency at lower temperatures. Although similar treatment efficiencies can be achieved by increasing the treatment time without changing the parameters of temperature and gas concentration, the treatment time and temperature are considered together as part of the thermal history limitation. That is, for example, increasing the processing time has a similar adverse effect on the performance of the device as well as raising the process temperature.

수소를 함유하는 성형가스(forming gas) 열처리공정에 있는 웨이퍼는, 일반적으로 캡슐화 전 또는 다른 패키징 과정에 앞서 다음의 처리공정을 포함하는데, 소결 공정뿐만 아니라 반도체소자의 제조 전 공정 동안 다양한 공정에서 유발된 손상을 보수하는 공정이 광범위하게 행하여지며, 이를 본 기술에 있어서는 '수소 열처리'라 칭한다.Wafers in a hydrogen-containing forming gas heat treatment process generally include the following processing steps prior to encapsulation or other packaging processes, which are caused by various processes during the pre-fabrication of semiconductor devices as well as the sintering process. The process of repairing damaged damage is extensively performed, which is referred to as 'hydrogen heat treatment' in the present technology.

일반적으로 성형가스 열처리공정은 약 2%에서 10%까지의 수소(H2)를 질 소(N2)와 같은 나머지 비활성가스와 혼합시킨다. 그러나, 최근에 100% 순농도의 수소 및 중수소 열처리가 핫 캐리어(hot carrier) 신뢰도, 트랜지스터 수명, 댕글링 본드(dangling bond) 감소와 같은 소자 특성과 신뢰성을 향상시킨다고 한다. 수명의 개선은 소자의 상호컨덕턴스를 증가시킨다. 부품 기술과 구조는 소위 ˝나노미터 기술˝의 정교함으로 옮겨가는 추세이기 때문에 새로운 고압응용기술은 플루오르(F2), 암모니아(NH3) 및 염소(Cl2)와 같은 다른 가스의 사용을 요구하며, 이러한 다른 가스들은 매우 반응성이거나 유독하다. 순농도의 수소(H2) 및 중수소(D2)를 포함하는 성형가스 분위기에서 약 450℃ 이상의 온도 범위에서 일반적으로 열처리가 행해졌으며, 그리고 더 고온일수록 더 좋은 성능을 초래하는 경향이 있다. 그러나, 크기가 0.12㎛ 범위에 도달할수록 최초 금속화 후 한계 열 이력은 400℃나 400℃ 이하의 열처리 온도를 요구하고, 이렇게 열처리함으로써 반도체소자 성능에 대한 수소 열처리 영향을 잠재적으로 감소시킨다.In general, the molding gas heat treatment process mixes about 2% to 10% of hydrogen (H 2 ) with the remaining inert gas such as nitrogen (N 2 ). Recently, however, 100% pure hydrogen and deuterium heat treatment has been shown to improve device characteristics and reliability, such as hot carrier reliability, transistor lifetime, and dangling bond reduction. Improvements in lifespan increase the device's interconductance. As part technology and structure are moving towards the sophistication of so-called "nanometer technology", new high pressure applications require the use of other gases such as fluorine (F 2 ), ammonia (NH 3 ) and chlorine (Cl 2 ). For example, these other gases are very reactive or toxic. Heat treatment has generally been carried out at temperatures above about 450 ° C. in a forming gas atmosphere containing pure hydrogen (H 2 ) and deuterium (D 2 ), and higher temperatures tend to result in better performance. However, as the size reaches the range of 0.12 μm, the limit heat history after initial metallization requires a heat treatment temperature of 400 ° C. or below 400 ° C., thereby potentially reducing the effect of hydrogen heat treatment on semiconductor device performance.

대안으로서, 수소 및 중수소의 고압 열처리가 제안되었고, 몇몇 우수한 성능 개선이 보고되었다. 특히, 고유전율(high-K) 게이트 절연막에 있어서 수소 및 중수소의 열처리는 계면전하의 감소, 댕글링 본드(dangling bond) 감소, 상호컨덕턴스의 개선과 같은 확실한 성능 향상을 보여주었다. 이에 대한 발견은 미국 특허 제6,913,961호와 미국 특허 제6,833,306호에 예시되었다. 이러한 개선 내용은 반도체소자 기술의 다음 세대용 고유전율(high-K) 게이트 절연막을 사용하는 집적회로 소자의 제조공정에 있어서 매우 획기적이다.As an alternative, high pressure heat treatments of hydrogen and deuterium have been proposed and some good performance improvements have been reported. In particular, the heat treatment of hydrogen and deuterium in high-K gate insulating films showed a significant performance improvement such as reduction of interfacial charge, dangling bond, and improvement of interconductance. The discovery is illustrated in US Pat. No. 6,913,961 and US Pat. No. 6,833,306. These improvements are very significant in the fabrication process of integrated circuit devices using high-K gate insulating films for the next generation of semiconductor device technology.

고압 기술의 주요 장점 중의 하나는 고압에서 가스농도를 증가시킴으로써 반응률을 효과적으로 상승시킬 수 있다는 것이다. 공정가스의 압력을 증가시킴으로써 공정가스의 밀도는 증가될 것이다. 가스농도는 압력이 증가함에 따라 선형적으로 증가된다. 예를 들어, 100 % 순농도의 수소가 5 기압의 고압 조건에서 처리되면, 반도체 실리콘에 누출된 수소가스의 실제 양은 상압에서 순수 100 % 수소가스의 농도의 5배이다. 부분 압력 조건의 경우, 실리콘 웨이퍼를 수소 농도 20 %, 5 기압에서 공정 처리하면, 실리콘 웨이퍼는 효과적으로 상압에서 100% 순농도의 수소와 같은 값으로 누출된다. 마찬가지로, 수소 농도 20 %, 20 기압으로 공정 처리하는 것은 1 기압에서 100% 순농도의 수소가스로 공정 처리하는 결과의 4 배에 이를 것이다.One of the main advantages of the high pressure technology is that it can effectively increase the reaction rate by increasing the gas concentration at high pressure. By increasing the pressure of the process gas, the density of the process gas will be increased. The gas concentration increases linearly with increasing pressure. For example, if 100% pure hydrogen is treated under high pressure at 5 atmospheres, the actual amount of hydrogen gas leaked into the semiconductor silicon is 5 times the concentration of pure 100% hydrogen gas at normal pressure. In the case of partial pressure conditions, when the silicon wafer is processed at 20% hydrogen concentration and 5 atmospheres, the silicon wafer is effectively leaked at the same pressure as 100% pure hydrogen concentration. Similarly, processing at a hydrogen concentration of 20% and 20 atm will result in four times the results of processing with hydrogen gas at 1% at 100% net concentration.

공정가스의 압력을 증가시키게 되면, 처리온도와 공정시간의 양쪽을 모두 감소시키는 것이 가능하다. 열 이력 한계가 "극단적인 한계 레벨"에 도달하고 부품 기술이 45 nm 범위에 도달한 것처럼, 반도체 제조 기술에서 고압 공정은 수많은 열처리의 요구사항에 맞거나 능가하는 유일한 유효 해법이 된다. 고압 공정은 상기 언급한 세 가지 프로세스 매개변수와 비교하여 다음과 같은 이익을 제공할 수 있다(공정시간 감소, 공정온도 감소 및 공정가스의 농도 감소). (1) 동등하거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 공정시간 및 가스농도를 변경하지 않고 압력을 증가시킴으로써 공정온도를 감소시킬 수 있다. (2) 동등하거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 가스농도를 변경하지 않고 온도의 다른 매개변수를 일정하게 하는 동안에 압력을 증가시킴으로써 공정시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. (3) 동등하 거나 비슷한 공정결과를 획득하기 위하여 온도 매개변수를 변경하지 않고 공정시간을 일정하게 하는 동안에 압력을 증가시킴으로써 가스농도를 감소시킬 수 있다.Increasing the pressure of the process gas makes it possible to reduce both the treatment temperature and the process time. Just as the thermal hysteresis limit has reached the "extreme limit level" and the part technology has reached the 45 nm range, high pressure processes in semiconductor manufacturing technology are the only effective solution to meet or exceed the requirements of numerous heat treatments. The high pressure process can provide the following benefits in comparison with the three process parameters mentioned above: reduced process time, reduced process temperature and reduced process gas concentration. (1) The process temperature can be reduced by increasing the pressure without changing the process time and gas concentration in order to obtain equivalent or similar process results. (2) The process time can be significantly reduced by increasing the pressure while keeping other parameters of the temperature constant without changing the gas concentration to obtain equivalent or similar process results. (3) The gas concentration can be reduced by increasing the pressure during a constant process time without changing temperature parameters in order to obtain equivalent or similar process results.

반도체 제조에서 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후-금속화(post-metallization) 소결 열처리 및 성형가스 열처리에 대한 고압의 수소/중수소 공정의 응용은 소자 성능에 확실한 개선을 달성할 수 있다. 주어진 공정온도와 공정시간에서 부품 기술의 발전을 위한 본질적인 요구사항인 소자의 수명 상승, 상호컨덕턴스의 개선, 댕글링 본드를 감소시키는 관점에서 공정 중의 열 이력 개선을 확연하게 이끌어낼 수 있다.The application of high pressure hydrogen / deuterium processes to high-K gate insulating film annealing, post-metallization sintering and forming gas annealing in semiconductor manufacturing can achieve a significant improvement in device performance. . At a given process temperature and time, the thermal hysteresis in the process can be significantly improved in terms of increasing the lifespan of the device, improving interconductance and reducing dangling bonds, which are essential requirements for the development of component technology.

고압 열처리, 특히 수소(H2)나 중수소(D2) 분위기에서 반도체소자의 성능이 확연하게 개선된 것을 다소간 인지하였음에도 불구하고, 반도체 제조업계가 생산라인에 이 제조기술을 구현시킬 수 없었다. 주요 장애물의 하나가 기존 열처리 소자, 특히 고압 공정챔버에 관련한 다양한 안전성 문제였다.Although the semiconductor manufacturing industry was not able to implement this manufacturing technique in the production line, even though it was somewhat recognized that the performance of the semiconductor device was significantly improved under high pressure heat treatment, especially in hydrogen (H 2 ) or deuterium (D 2 ) atmospheres. One of the main obstacles was the variety of safety issues associated with conventional heat treatment devices, especially high pressure process chambers.

공정가스 중 일부는 매우 반응성이 강하고, 가연성이며 유독하고 위험하다. 그리고 이러한 가스가 가압되었을 때에는 가압용기 또는 주위의 보조 서브시스템에서부터의 가스누출의 개연성이 증가하고 위험성은 훨씬 높아진다.Some of the process gases are very reactive, flammable, toxic and dangerous. And when these gases are pressurized, the likelihood of gas leakage from the pressurized vessel or surrounding auxiliary subsystems increases and the risk is much higher.

그 예로, 수소/중수소 가스는 가연성이 매우 높아 고농도의 수소/중수소가 대기 중의 산소에 누출되었을 때에는 폭발할 수도 있다. 부가적으로 고농도의 수소/중수소의 작은 분자 크기 때문에 고압인 조건 하에서는 수소/중수소의 누출의 개연성은 더 높다. 이것은 반도체 주요 장비 업계에서 고압의 수소/중수소 공정챔버 의 더딘 개발을 초래했다. 고압공정 분위기에서는 가연성이며 유독하고 유해한 가스의 사용에서도 동일한 사실을 확인할 수 있었다.For example, hydrogen / deuterium gas is highly flammable and may explode when a high concentration of hydrogen / deuterium leaks into atmospheric oxygen. In addition, the probability of leakage of hydrogen / deuterium is higher under high pressure conditions due to the small molecular size of high concentration hydrogen / deuterium. This has led to the slow development of high pressure hydrogen / deuterium process chambers in the semiconductor major equipment industry. The same was true for the use of flammable, toxic and harmful gases in high pressure process atmospheres.

고압공정시스템은 일반적으로 다음의 세 가지 주요 매개변수 또는 서브시스템을 포함한다 : (1) 고압가스 공정챔버 (2) 유입 고압가스 전달 시스템 (3) 공정 완료 후 고압가스의 처리(배기) 기계장치. 이 중 가장 중요한 것은 통상적으로 공정챔버나 챔버이고, 그리고 상기 공정챔버나 챔버에서는 수소와 같은 활성가스를 가압하여 반도체 웨이퍼를 공정처리하고 있다. 챔버 도어나 덮개는 일반적으로 O-링으로 밀폐되어 있다. 고압 및 고온 조건하에서 O-링의 밀폐를 유지할 수 없다면, 수소와 같은 활성가스는 대기 중으로 누출될 수 있다. 조립체에 있는 다른 연결부위나 재료에 있는 결함 등은 가스누출을 초래할 수 있으며, 잠재적으로 위험상황으로 이어질 수 있다.The high pressure process system generally comprises three main parameters or subsystems: (1) high pressure gas process chamber (2) inlet high pressure gas delivery system (3) high pressure gas treatment (exhaust) mechanism after completion of the process . The most important of these is a process chamber or chamber, and in the process chamber or chamber, a semiconductor wafer is processed by pressurizing an active gas such as hydrogen. Chamber doors or covers are generally sealed with O-rings. If the O-ring cannot be sealed under high pressure and high temperature conditions, an active gas such as hydrogen may leak into the atmosphere. Other connections in the assembly, defects in the material, etc. can cause gas leakage and potentially lead to dangerous situations.

고압수소 장치의 또 다른 안전문제는 유입가스 제어 서브시스템 또는 모듈이고, 여기에는 유량계, 유량제어기(MFC) 및 다른 가스 제어 기계장치와 연결되어 있다. 이러한 연결부위는 수소 누출의 모든 잠재적 원인이 되고, 이러한 연결부위에 있는 어떠한 약함이나 결함은 위험한 조건을 야기한다. 공정가스를 운반하기 위해 사용되어지는 스테인레스강 파이프 또한 안전성 고려의 일부분이다. 오늘날 일반적으로 스테인레스강 파이프의 품질이 매우 높아졌다하더라도, 스테인레스강 자체에 있는 어떠한 결함도 고압인 조건 하에서는 수소의 누출을 초래할 수 있다.Another safety issue with high pressure hydrogen devices is influent gas control subsystems or modules, which are connected to flow meters, flow controllers (MFCs) and other gas control machinery. These connections are all potential sources of hydrogen leakage, and any weaknesses or defects in these connections cause dangerous conditions. Stainless steel pipes used to transport process gases are also part of the safety considerations. Although the quality of stainless steel pipes is generally very high today, any defect in the stainless steel itself can lead to the leakage of hydrogen under high pressure conditions.

고압 열처리 시스템을 설계함에 있어서 또 다른 중요한 고려 요소는 공정이 끝났을 때 상당히 가압된 수소/중수소와 같은 활성가스를 대기 중으로 어떻게 고갈 시킬 것인가 하는 문제이다. 가압된 수소는 그 농도가 100%에 달할 수 있으며, 그것을 적절하게 다루지 않는다면 안전상의 문제를 야기할 수 있다. 또 다른 안전문제는 공정이 완료되고 가스를 감압한 후에 공정챔버의 문을 여는 곳의 로드락(load lock, 진공 장치 전체의 진공 상태를 깨지 않고 시료를 넣고 빼는 방법) 환경에 관한 것이다. 공정가스를 감압한 이후라도, 챔버에는 갇힌 잔류가스가 있을 가능성이 항상 있고, 수소와 같은 잔류가스는 대기의 공기와 상호반응을 할 수 있다.Another important consideration in designing a high pressure heat treatment system is how to deplete active gases, such as hydrogen / deuterium, which are highly pressurized to the atmosphere at the end of the process. Pressurized hydrogen can reach concentrations of 100% and cause safety problems if not handled properly. Another safety concern concerns the environment of load locks where the process chamber is opened after the process has been completed and the gas has been depressurized, without breaking the vacuum of the entire vacuum system. Even after depressurizing the process gas, there is always the possibility of trapped residual gas in the chamber, and residual gas such as hydrogen can interact with atmospheric air.

이러한 안전성 문제 때문에 부분적으로, 고압수소 공정이 반도체소자의 성능을 위해 매우 유익하다고 알려져 있다고 하더라도, 주요한 장비 업계에서는 고압수소 처리장치를 개발하기 위한 필요자본을 투자하는 것을 꺼려왔다. 대부분 보고된 고압수소 처리장치가 단지 실험실 내에서만 테스트되거나 세팅에만 사용되며, 도 1a에서 도시되어진 것과 같이 사용되는 시제품이다. 도 1a는 종래 기술에서의 전형적인 고압수소 공정챔버의 단면도를 나타낸다. 도 1a에 도시된 공정챔버는 시제품이거나 실험실 모델이라는 사실은 주의되어야 한다. 고압 공정챔버의 이 특별한 설계는 상술한 안전성 문제 때문에 반도체소자 제조 전 공정의 생산환경에서 사용되지 않을 수도 있다.In part because of these safety issues, although the high pressure hydrogen process is known to be very beneficial for the performance of semiconductor devices, the major equipment industry has been reluctant to invest the necessary capital to develop high pressure hydrogen processing equipment. Most reported high-pressure hydrogen treatment devices are prototypes used only as tested or used in settings only in the laboratory, as shown in FIG. 1A. 1A shows a cross-sectional view of a typical high pressure hydrogen process chamber in the prior art. It should be noted that the process chamber shown in FIG. 1A is a prototype or a laboratory model. This particular design of the high pressure process chamber may not be used in the production environment of the pre-semiconductor device fabrication process due to the safety concerns described above.

도 1a는 주 공정챔버(10)(이 경우에는 스테인레스강으로 만들어진다)와 챔버의 상단 부분인 챔버 덮개(11)를 나타낸다. 일반적으로 챔버 덮개(11)는 닫혀있을 때에 O-링(도시되지 않음)으로 밀폐된다. 주 챔버(10) 내부에는 히터(20), 반응기 챔버(21) 및 반응기 덮개(22)가 반도체 웨이퍼(도시되지 않음)를 지탱하기 위해 함께 겹쳐져 있다.1a shows the main process chamber 10 (in this case made of stainless steel) and the chamber lid 11 which is the upper part of the chamber. In general, the chamber lid 11 is closed with an O-ring (not shown) when it is closed. Inside the main chamber 10, a heater 20, a reactor chamber 21, and a reactor lid 22 are superimposed together to support a semiconductor wafer (not shown).

수소/중수소(H2/D2) 가스주입장치 또는 유입구(15)와, 압력센서장치(14)와, 가스 배기용 배기구(16)는 주 공정(10)의 내부에 대하여 상단 부분의 관 덮개(11)를 지나서 연결되어 있다. 주 가열장치는 열전대 온도센서(17,18)에 연결되며, 열전대 온도센서(17,18)의 양쪽은 온도제어장치(12)와 연결된다. 압력센서장치(14)는 온도제어장치(12)에 연결되어 다시 압력감지장치(13)와 연결된다.The hydrogen / deuterium (H 2 / D 2 ) gas injection device or inlet port 15, the pressure sensor device 14, and the gas exhaust port 16 have a tube cover of an upper portion with respect to the inside of the main process 10. It is connected past (11). The main heating device is connected to the thermocouple temperature sensors 17 and 18, and both of the thermocouple temperature sensors 17 and 18 are connected to the temperature control device 12. The pressure sensor device 14 is connected to the temperature control device 12 and the pressure sensor device 13 again.

도 1a에서 도시된 시제품 타입의 설계는 앞서 언급한 안전성의 문제는 고려하지 않았고, 이 특별한 모델은 단지 타당성 분석을 위해서만 설계되었다. 단지 상기 챔버는 매엽식(single wafer)을 유지하기 위해 설계되었다는 사실은 주의되어야 한다. 상기 시스템은 반응기 챔버(21)의 내부로 첫째 웨이퍼를 로딩함으로써 작동된다. 웨이퍼는 히터(20)에 의해 가열되고 수소가스는 가스주입장치(15)를 통하여 상단으로부터 주입된다. 압력센서장치(14)와 압력감지장치(13)는 열전대 온도센서(17,18)가 온도를 모니터링하는 동안에 메인 챔버 안의 가스압력을 모니터링한다. 일단 이상적인 가스압력과 온도에 도달하면 전형적인 열처리가 약 30분간 지속된다. 공정이 완료된 후, 챔버에 있는 수소(H2)가스는 가스 배출용 배기구(16)를 통하여 배기된다.The design of the prototype type shown in FIG. 1A does not take into account the aforementioned safety issues, and this particular model is designed only for feasibility analysis. It should be noted that only the chamber is designed to hold a single wafer. The system is operated by loading the first wafer into the reactor chamber 21. The wafer is heated by the heater 20 and hydrogen gas is injected from the top through the gas injection device 15. The pressure sensor device 14 and the pressure sensor device 13 monitor the gas pressure in the main chamber while the thermocouple temperature sensors 17 and 18 monitor the temperature. Once the ideal gas pressure and temperature are reached, a typical heat treatment lasts about 30 minutes. After the process is completed, the hydrogen (H 2 ) gas in the chamber is exhausted through the gas exhaust vent 16.

이러한 설계의 취약부분 중의 하나는 공정챔버 또는 챔버를 밀폐하기 위해 사용된 메인 O-링일 것이다. 이것은 도 1b에 묘사되어 있으며, 여기에는 메인 O-링이 명확하게 도시되어 있다. 도 1b는 도 1a에서와 같이, 주 챔버(110)와 주 챔버의 덮개(111)의 단면도를 나타내고 있다. 본 실시예에서 상기 주 챔버(110)는 원통형 형상을 가진다. 도 1a에서 포함된 유입가스관과 같은 외측 부분 및 배기관은 도면의 명확성을 위해서 도 1b에서 도시하지 않았다.One of the weak points of this design would be the main O-ring used to seal the process chamber or chamber. This is depicted in FIG. 1B, where the main O-ring is clearly shown. FIG. 1B is a cross-sectional view of the main chamber 110 and the lid 111 of the main chamber, as in FIG. 1A. In the present embodiment, the main chamber 110 has a cylindrical shape. The outer part and the exhaust pipe such as the inlet gas pipe included in FIG. 1A are not shown in FIG. 1B for clarity.

도 1b에 도시된 바와 같이, 주 챔버(110)와 덮개(111) 사이의 공간은 O-링(109)으로 밀폐된다. O-링(109)은 원형 링의 모양을 가지고 있으며, 일반적으로는 원형이거나 타원인 정단면도를 가진다. 도면에서는 장방형(직사각형)의 단면으로 O-링(109)을 나타내었다. 이 메인 O-링(109)이 고압에 이른다면, 수소가스는 관에서 외부로 누출될 수 있고 대기 중의 산소에 누출되었을 때에는 발화될 수 있다. 이것은 매우 극단적인 위험한 상황을 야기할 수 있다. 정상운전상태 하에서라도, O-링 주위에서는 수소 누출가능성이 더욱 커지는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 1B, the space between the main chamber 110 and the lid 111 is closed with an O-ring 109. O-ring 109 has the shape of a circular ring, and generally has a cross section, either circular or elliptical. In the figure the O-ring 109 is shown in a rectangular (rectangular) cross section. If the main O-ring 109 is at high pressure, hydrogen gas may leak out of the tube and ignite when leaked to atmospheric oxygen. This can cause a very extreme dangerous situation. Even under normal operating conditions, there was a problem in that the possibility of hydrogen leakage was greater around the O-ring.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수소나 중수소의 고압 열처리 방법을 제공하고, 반도체소자 기술의 다음 세대용 고유전율(high-K) 게이트 절연막을 사용하는 집적회로 소자의 제조 기술에 매우 획기적인 고압가스 열처리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, provides a high-pressure heat treatment method of hydrogen or deuterium, integrated circuit device using a high-k gate insulating film for the next generation of semiconductor device technology It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for high-pressure gas heat treatment that is very breakthrough in the production technology.

또한, 본 발명은 수소 또는 다른 공정가스가 직접 대기 중으로 방출되지 않도록 방지할 수 있는 고압가스 열처리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for high pressure gas heat treatment that can prevent hydrogen or other process gases from being released directly into the atmosphere.

또한, 본 발명은 공정처리하는 동안에 가스누출을 최소로 하여 안전성 문제를 극복한 열처리 챔버와 공정진행 서브시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a heat treatment chamber and a process progress subsystem which minimize the gas leakage during process processing and overcome the safety problem.

또한, 본 발명은 반도체소자 제조 전 공정의 생산 환경에서 전개될 수 있는 순농도의 수소/중수소나 성형가스를 사용한 최초의 고압공정시스템의 하나를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide one of the first high pressure processing systems using a net concentration of hydrogen / deuterium or forming gas that can be developed in the production environment of the semiconductor device pre-process.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압가스 열처리를 위한 방법 및 장치는, 고압수소나 중수소가스를 고유전율(high-K) 게이트 절연막과 같은 다양한 열처리, 후-금속화(post-metallization) 소결 열처리, 성형가스 열처리와 같은 다양한 열처리에 사용되며, 고압가스의 사용은 현저하게 소자 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 그것은 소자의 수명상승과 상호컨덕턴스를 개선시킬 수 있고, 댕글링 본드(dangling bond)를 감소시킬 수 있다. 고압가스 열처리의 주요 장점의 하나가 소자 성능에 있어서 주어진 온도 및 주어진 처리시간에 감소된 열 이력 비용으로 달성될 수 있다는 것이며, 이는 소자 성능개선을 위한 본질적인 요구사항인 것이다.Method and apparatus for high-pressure gas heat treatment according to an embodiment of the present invention to achieve the above object, a variety of heat treatment, post-metallization of high-pressure hydrogen or deuterium gas, such as high-K gate insulating film (post-metallization) It is used in various heat treatments such as sintering heat treatment and molding gas heat treatment, and the use of high pressure gas can significantly improve device performance. For example, it can improve the lifetime and interconductance of the device and reduce dangling bonds. One of the main advantages of high pressure gas heat treatment is that it can be achieved with reduced thermal hysteresis costs at given temperatures and given processing times in device performance, which is an essential requirement for improved device performance.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면 고압공정시스템은 수소/중수소 열처리를 위하여 수직형태의 챔버를 사용한다. 또 다른 실시예에 있어서는, 수평형태의 공정챔버가 고압의 수소/중수소 열처리를 위해 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 열처리 챔버는 내부챔버와 외부챔버를 포함하는 이중벽 챔버 구조를 가진다. 이러한 실시예에서는, 가연성이며 유독하고 위험한 활성가스는 내부챔버에만 한정된다. 내부챔버는 외부챔버에 함유된 다른 가스에 의해 가압된 외부압력에 의해 보호된다. 몇몇 실시예에서는, 질소와 같은 비활성가스가 이 목적을 위해 사 용된다. 이러한 설계는 내부챔버로부터 공정가스의 누출이 있는 경우에 일종의 버퍼 영역을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 하나 이상의 외부챔버가 보호용 다층이나 버퍼 영역을 제공하기 위해 사용된다. 마찬가지로 유입가스 이송 서브시스템 또는 모듈과 배기가스 배출 서브시스템은 몇몇 실시예에 다양한 방법에 의해 보호된다. 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, 내부챔버는 석영과 같은 비금속계 기재로 만들어지고, 외부챔버는 스테인레스강과 같은 금속 또는 금속성 합금으로 만들어진다. 몇몇 실시예에서는, 양쪽 챔버는 고융점을 갖는 금속성 물질로 만들어진다.According to another preferred embodiment of the present invention, the high pressure process system uses a vertical chamber for hydrogen / deuterium heat treatment. In another embodiment, a horizontal process chamber is used for high pressure hydrogen / deuterium heat treatment. According to another embodiment of the present invention, the heat treatment chamber has a double wall chamber structure including an inner chamber and an outer chamber. In this embodiment, flammable, toxic and dangerous active gases are limited to the inner chamber only. The inner chamber is protected by an external pressure pressurized by another gas contained in the outer chamber. In some embodiments, an inert gas such as nitrogen is used for this purpose. This design provides a kind of buffer area in the event of a process gas leak from the inner chamber. In another embodiment of the present invention, one or more outer chambers are used to provide a protective multilayer or buffer area. Likewise the inlet gas transport subsystem or module and the exhaust gas exhaust subsystem are protected by various methods in some embodiments. In another preferred embodiment of the present invention, the inner chamber is made of a nonmetallic substrate such as quartz and the outer chamber is made of a metal or metallic alloy such as stainless steel. In some embodiments, both chambers are made of a metallic material having a high melting point.

이중벽 챔버 설계에서, 내·외부챔버에 있는 가스압력은 동일한 방법에 의해 제어된다. 예를 들어, 내부챔버 벽을 가로지르는 압력차는 미리 결정된 사전설정 값의 범위 내에 남아 있도록 하기 위해 내부챔버의 가스압력이 높아지거나 낮아질 때, 외부챔버에 있는 가스량은 증가되거나 줄어든다. 일정한 값보다 더 높은 압력차는 내부챔버의 일체성에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 외부챔버보다 압력차에 의해 초래된 힘에 대한 저항이나 강도가 더 낮을 수 있다.In the double wall chamber design, the gas pressure in the inner and outer chambers is controlled by the same method. For example, when the gas pressure in the inner chamber is raised or lowered so that the pressure difference across the inner chamber wall remains within a range of predetermined preset values, the amount of gas in the outer chamber is increased or decreased. A pressure difference higher than a certain value may affect the integrity of the inner chamber, which may have a lower resistance or strength to the force caused by the pressure difference than the outer chamber.

본 발명의 실시예에 따르면, 반도체소자 제조 전 공정에서 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후-금속화 소결 열처리 및 성형가스 열처리에 적합한 고압의 수소/중수소와 유해가스 고압(100% 순수한 압력 또는 부분 압력) 제조 시스템의 설계 및 제작하는 방법을 공개한다. 이 방법으로 고압의 수소/중수소, 플루오르, 암모니아, 염소와 같은 가연성이고 유해한 가스와 관련된 수많은 주요 안정성 문제들이 극복될 수 있으며, 이것은 소자의 수명상승, 상호컨덕턴스의 개선, 댕글 링본드(dangling bond) 감소 등과 같은 다양한 측면에서 반도체소자 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, high-pressure hydrogen / deuterium and noxious gas high pressure (100% pure) suitable for high-K gate insulating film heat treatment, post-metallization sintering heat treatment, and molding gas heat treatment in the semiconductor device manufacturing process. Pressure or partial pressure). In this way, a number of major stability problems associated with flammable and harmful gases such as high pressure hydrogen / deuterium, fluorine, ammonia and chlorine can be overcome. In various aspects, such as reduction, semiconductor device performance can be significantly improved.

본 발명의 실시예에서는 고압인 환경에서 열처리를 가능하게 하거나 실용적이게 하고, 그 중에서도 세 가지 필수 공정 파라미터(공정시간, 공정온도 및 공정가스의 농도)에 영향을 미침으로써 다음과 같은 이점을 제공한다. (1) 동등하거나 비슷한 공정결과를 이끌어 내는 동안에, 가스농도와 공정시간을 변경하지 않고 공정온도는 증가된 압력에 따라서 감소될 수 있다. (2) 동일한 공정결과를 이끌어내는 동안에, 공정온도의 다른 매개 변수를 유지하면서 가스농도를 변경하지 않고, 공정시간은 증가된 압력에 따라 현저하게 감소될 수 있다. (3) 비슷한 공정결과를 이끌어내는 동안에, 공정시간을 유지하면서 온도 매개변수를 변경하지 않고, 공정가스의 농도는 증가된 압력에 따라 감소될 수 있다. (4) 공정시간과 공정온도는 공정가스의 농도가 변하지 않는 동안 증가된 압력에 따라 동시에 감소될 수 있다. (5) 공정시간, 공정온도 및 가스농도는 공정결과에 영향을 미치는 것 없이 증가된 압력에 따라 동시에 감소될 수 있다. 그리고, (6) 공정가스의 농도, 공정시간 및 공정온도는 사실상 동시에 감소되거나 줄어들 수 있다.Embodiments of the present invention provide the following advantages by enabling or practical heat treatment in a high pressure environment and, among other things, affecting three essential process parameters (process time, process temperature and concentration of process gas): . (1) While producing equivalent or similar process results, the process temperature can be reduced with increasing pressure without changing the gas concentration and process time. (2) While leading to the same process results, the process time can be significantly reduced with increased pressure, without changing the gas concentration while maintaining other parameters of the process temperature. (3) While producing similar process results, the process gas concentration can be reduced with increased pressure, without changing the temperature parameters while maintaining the process time. (4) The process time and process temperature can be reduced simultaneously with the increased pressure while the process gas concentration does not change. (5) Process time, process temperature and gas concentration can be simultaneously reduced with increasing pressure without affecting the process results. And, (6) the concentration of process gas, process time and process temperature can be reduced or reduced at the same time.

앞에서 언급한 것처럼, 주요한 안전성 문제는 열처리 챔버로부터의 가스누출 가능성이다. 가스누출 가능성은 고압인 조건 하에서 증가한다. 예를 들어, 고농도의 수소가스는 공기 중의 산소에 누출될 때 그것은 발화하거나 폭발한다. 본 발명의 실시예에서는 수소나 다른 공정가스를 직접 대기 중으로 방출되지 않도록 방지할 수 있는 다양한 방법과 기술이 사용되며, 한편으로는 열처리 장치의 동작 중에 대기 중으로의 가스누출 가능성을 감소시킨다. 특히, 열처리 챔버나 열처리 챔버와 연결된 어떠한 서브시스템에 있는 고압의 수소/중수소나 다른 유해가스를 공정 처리하는 동안에 가스누출을 최소로 하기 위하여 상기한 방법이나 기술이 사용된다. 본 발명의 실시예는 생산 현장에서 사용될 수 있다.As mentioned earlier, the main safety issue is the possibility of gas leakage from the heat treatment chamber. The possibility of gas leakage increases under conditions of high pressure. For example, high concentrations of hydrogen gas ignite or explode when leaked into oxygen in the air. Embodiments of the present invention employ various methods and techniques that can prevent hydrogen or other process gases from being released directly into the atmosphere, while reducing the possibility of gas leakage into the atmosphere during operation of the heat treatment apparatus. In particular, the methods or techniques described above are used to minimize gas leakage during process processing of high pressure hydrogen / deuterium or other noxious gases in the heat treatment chamber or any subsystem connected to the heat treatment chamber. Embodiments of the present invention can be used at production sites.

본 발명은 수소를 가압하여 웨이퍼를 처리하는 개선된 공정챔버를 제공한다. 공정챔버 또는 챔버는 다양한 챔버 구성성분을 설치하기 위한 하나 이상의 개구부와, 적절한 크기의 챔버 부품, 챔버와 챔버 도어나 덮개의 사이 공간을 밀폐하기 위해 사용되는 O-링을 가진다. 고압조건이나 극단적인 열적 상태 하에서 O-링이 밀폐를 유지할 수 없으면 수소가 대기 중으로 누출되어 잠재적으로 위험한 상황으로 이어질 수 있다. 일반적으로 O-링의 주위나 어떤 결합부분의 근처에서는 수소 누출의 개연성이 더욱 높다. 수소와 같은 작은 분자는 챔버의 고체 금속성 재료에 어떤 결함이 있을 경우, 심지어는 그 결함을 통하여서도 투과될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정챔버는 내부챔버와 외부챔버를 포함한다. 수소나 다른 활성가스는 내부챔버에 한정되며, 내부챔버는 외부챔버에 포함된 다른 가스에 의해 가압된 외부압력에 의해 보호된다. 이 실시예에서는 직접적으로 대기에 누출될 때 매우 반응성이고, 가연성이며 유독하고 위험한 유해가스의 누출을 대비하여 버퍼 영역을 제공한다. 질소와 같은 비활성가스는 외부챔버에서 사용될 수 있고, 외부챔버는 그 중에서도 내부챔버로부터 누출된 잠재적으로 유해가스를 희석시키고, 직접적으로 대기 중으로 가스가 누출되는 것을 막아주는 두 가지 주 메인 기능을 제공한다. 본 발명에 따른 일 실시예에 의하면, 공정챔버는 두 가지의 수직형태인 챔버가 사용되며, 하나의 챔버는 다른 챔버를 에워싼다. 다른 실시예에 따르면, 주 챔버는 두 가지 또는 그 이상의 수평형태의 챔버를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 직접적 또는 간접적으로 하나의 챔버는 공정진행에 사용되고, 다른 챔버는 상기 공정챔버를 에워싸는데 사용되며, 또한 다른 유형의 챔버는 다양한 조합으로 공정진행에 사용된다. The present invention provides an improved process chamber for processing wafers by pressurizing hydrogen. Process chamber Alternatively, the chamber has one or more openings for installing various chamber components, and O-rings used to seal the space between the chamber parts and the chamber door or cover of appropriately sized chamber parts. If the O-ring cannot remain sealed under high pressure or extreme thermal conditions, hydrogen may leak into the atmosphere, leading to potentially dangerous situations. In general, the probability of hydrogen leakage is higher around the O-ring or near any joint. Small molecules, such as hydrogen, can be transmitted if there is a defect in the solid metallic material of the chamber, even through the defect. According to one embodiment of the invention, the process chamber comprises an inner chamber and an outer chamber. Hydrogen or other active gases are limited to the inner chamber, and the inner chamber is protected by an external pressure pressurized by another gas contained in the outer chamber. This embodiment provides a buffer area against the leakage of highly reactive, flammable, toxic and dangerous noxious gases when leaking directly into the atmosphere. Inert gases such as nitrogen can be used in the outer chamber, which provides two main main functions that dilute the potentially harmful gases leaking from the inner chamber and, among other things, prevent direct gas leakage into the atmosphere. . According to one embodiment according to the invention, two vertical chambers are used, and one chamber surrounds the other chamber. According to another embodiment, the main chamber comprises two or more horizontal chambers. According to another embodiment, one chamber is used directly or indirectly to process, another chamber is used to enclose the process chamber and another type of chamber is used to process the process in various combinations.

또한, 본 발명의 몇몇 실시예에서는 안전한 유입가스의 주입, 전달 및 제어 서브시스템이나 모듈을 제공하고, 이러한 제어 서브시스템이나 모듈은 유량계, 유량제어기(MFC) 및 다른 가스 제어 기계장치와 연결된다. 일 실시예에서는, 이러한 장치 간의 연결은 추가적인 칸막이나 캐비넷에 의해 보호된다. 다른 실시예에 있어서는, 가스관은 이중벽 구조에 의해 보호된다. 몇몇 실시예에서는, 이러한 공정챔버와 가스관을 포함한 서브시스템과 경보 또는 경보 시스템을 연결시켜 서브시스템으로부터 누출된 어떠한 가스라도 검출하는데 사용된다.In addition, some embodiments of the present invention provide a safe inlet, delivery, and control subsystem or module, which is connected to a flow meter, a flow controller (MFC), and other gas control machinery. In one embodiment, the connections between these devices are protected by additional partitions or cabinets. In another embodiment, the gas pipe is protected by a double wall structure. In some embodiments, an alarm or alarm system is connected to a subsystem including such a process chamber and gas line to detect any gas leaking out of the subsystem.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 안전한 배기 시스템이 제공되며, 그리고 배기 시스템에서는 100% 순수한 형태에 도달한 가압된 수소가 열처리된 뒤에 대기 중으로 방출된다. 몇몇 실시예에서, 수소가스는 배기공정 동안 또 다른 가스에 의해 희석된다. 일 실시예에 따르면, 외부챔버로부터 가스가 방출되는 것과 동시에 내부챔버로부터의 수소/중수소 가스 또는 다른 유해가스나 가연성 가스와 혼합된다. 또 다른 실시예에 따르면, 배기공정 동안 질소와 같은 다른 비활성가스가 추가되어 열처리 챔버에서 배기된 활성가스의 농도를 감소시킨다. In another embodiment of the present invention, a safe exhaust system is provided, where pressurized hydrogen, which has reached 100% pure form, is released into the atmosphere after heat treatment. In some embodiments, the hydrogen gas is diluted by another gas during the exhaust process. According to one embodiment, the gas is discharged from the outer chamber and mixed with hydrogen / deuterium gas or other noxious or flammable gas from the inner chamber at the same time. According to another embodiment, another inert gas, such as nitrogen, is added during the exhaust process to reduce the concentration of active gas exhausted from the heat treatment chamber.

공정이 완료되고 다양한 목적으로 사용된 가스를 감압한 후에, 열처리 챔버 또는 서브시스템에는 몇몇 갇힌 잔류가스가 여전히 남아 있을 수 있다. 갇힌 잔류가스는 결국 누출될 수 있고, 대기 공기와 상호 반응하여 잠재적으로 위험한 상황을 야기시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 공정이 완료되거나 종결된 후 시스템에 남아 있는 잔류가스를 안전하게 제거하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 몇몇 실시예에서는, 열처리 챔버의 배기밸브나 관 주위에 여분의 질소 흐름을 활용한 설계를 사용함으로써 이 구현을 실현시킬 수가 있다.After the process has been completed and the gas used for various purposes has been depressurized, some trapped residual gas may still remain in the heat treatment chamber or subsystem. Trapped residual gas can eventually leak and interact with atmospheric air, causing a potentially hazardous situation. According to one preferred embodiment of the present invention, a method and apparatus are provided for safely removing residual gas remaining in a system after a process is completed or terminated. In some embodiments, this implementation can be realized by using a design that utilizes extra nitrogen flow around the exhaust valves or tubes of the heat treatment chamber.

그러므로, 여기에 요약된 것처럼, 본 발명은 종래 시스템과 관련된 많은 안전성 문제를 극복할 수 있는 순수한 고압이나 부분 압력 수소(H2), 중수소(D2) 및 다른 유해가스(예를 들어, F2, NH3, Cl2)를 제공하는 열처리 챔버와 기타 공정진행 서브시스템을 제공한다. 본 발명은 반도체소자 제조 전 공정의 생산환경에 전개될 수 있는 순농도의 수소/중수소 또는 성형가스를 사용한 최초의 고압공정시스템의 하나를 제공한다. 본 발명의 실시예는 반도체 제조공정에서 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후 금속화 소결 열처리 및 성형가스 열처리에 사용될 수 있다. Therefore, as summarized herein, the present invention provides pure high pressure or partial pressure hydrogen (H 2 ), deuterium (D 2 ) and other harmful gases (eg, F 2 ) that can overcome many safety problems associated with conventional systems. , NH 3 , Cl 2 ) and heat treatment chambers and other process progress subsystems. The present invention provides one of the first high-pressure processing systems using net concentrations of hydrogen / deuterium or forming gases that can be deployed in the production environment of a semiconductor device pre-process. Embodiments of the present invention may be used for high-k gate insulating film heat treatment, post metallization sintering heat treatment, and molding gas heat treatment in a semiconductor manufacturing process.

본 발명에 따른 이러한 실시예, 특징, 양상과 본 발명의 장점은 첨부 도면으로부터 그리고 상세한 설명과 첨부된 청구항으로부터 분명하게 확인될 수 있다. These embodiments, features, aspects and advantages of the present invention according to the present invention can be clearly seen from the accompanying drawings and from the description and the appended claims.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 매우 상세하게 기술될 것이고, 그것에는 본 발명의 다양한 구체적인 실시예를 나타내고 있다. 본 발명은 많은 다른 형태로 표현될 수 있고 여기에서 설명된 실시예에 제한된 것처럼 해석되지 않아야 한다. 오히려 이러한 실시예가 제공되어서 이 공개가 해당 분야의 전문가에게는 본 발명의 범위가 충분하게 알려질 것이다. 마찬가지로, 다양한 상세한 설명은 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 다음과 같이 명기된다. 본 발명은 이러한 상세한 설명이 없어도 실행될 수 있다는 것은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 명백하다.The invention will be described in greater detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate various specific embodiments of the invention. The invention can be expressed in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, such embodiments are provided so that this disclosure will be fully appreciated by those skilled in the art. Likewise, various details are set forth as follows to provide a thorough understanding of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these details.

수소나 다른 유해가스를 사용하는 고압 공정챔버를 설계하는 것에 있어서 기본적인 요구사항 중의 하나는 안전 보장이다. 통제된 환경 하에서, 이원자수소나 중수소가스는 상대적으로 안전하다. 그러나, 농축된 수소나 중수소는 매우 가연성이며, 대기나 산소에 누출되면 발화하거나 폭발할 수 있다. 그 위험성은 대기 중에 나타난 수소/중수소의 가스량이 증가함에 따라 더욱 커진다. 주어진 부피의 공간에 있는 기체분자의 가스량은 압력에 비례하여 증가하고, 그러므로 가스가 압력을 더 받는 것에 따라 폭발의 위험성 또는 수소의 갑작스러운 점화의 확률은 증가한다. 상압에서, 7 %나 높은 수소의 농도는 심각한 안전성 문제를 불러일으킨다. 상승된 압력 조건 하에서 안전성 문제는 압력에 비례한 가스농도와 함께 선형적으로 비례하여 커진다. 앞에서 언급한 것처럼, 이러한 안전성 문제로 인해 반도체 주요 장비업체가 생산 현장에서 사용될 수 있는 고압의 수소/중수소 공정챔버를 설계하고 제조하는 것을 꺼린 주요 이유 중 하나이다. 안전하고 통제된 환경을 제공하기 위해 설계에 있어서 가장 중요한 고려사항 중 하나는 공정가스를 한정시키고, 대기 중으로의 누출 가능성 또는 공정가스의 누출을 최소화하는 것이다. One of the basic requirements for the design of high pressure process chambers using hydrogen or other harmful gases is safety. Under controlled circumstances, diatomic or deuterium gases are relatively safe. However, concentrated hydrogen or deuterium is extremely flammable and can ignite or explode if leaked into the atmosphere or oxygen. The danger is even greater as the gas content of hydrogen / deuterium appeared in the atmosphere. The amount of gas in the gas molecules in a given volume of space increases in proportion to the pressure, and therefore the risk of explosion or the probability of sudden ignition of hydrogen increases as the gas is further pressured. At atmospheric pressure, concentrations of hydrogen as high as 7% raise serious safety problems. Under elevated pressure conditions, the safety problem increases linearly with gas concentration proportional to pressure. As mentioned earlier, this safety issue is one of the main reasons why major semiconductor equipment companies are reluctant to design and manufacture high-pressure hydrogen / deuterium process chambers that can be used in production. One of the most important considerations in design to provide a safe and controlled environment is to limit the process gas and to minimize the possibility of leakage into the atmosphere or the process gas.

일반적으로 수소(및 다른 가스)를 사용한 고압공정시스템의 설계는 (1) 주 공정챔버 (2) 유입 고압수소가스 전달 및 제어 시스템, 그리고 (3) 공정완료 후 고 압수소가스를 고갈시키기 위한 배기 또는 기계장치의 세 가지 중요한 매개변수나 서브시스템을 포함할 것이다. 본 발명의 다양한 측면에서는 이러한 세 가지 서브시스템에 관해서 논의될 것이다. 다음 설명에서 수소가스는 예시적인 공정가스로서 주로 사용되고, 이것이 단지 수소가스에 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 대부분 다른 경우가 언급된 경우가 아니라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예에서는 일반적으로 반응적이고, 가연성이며, 유해하고 위험한 어떠한 가스도 "수소"를 대체할 수 있다.In general, the design of a high pressure process system using hydrogen (and other gases) includes (1) the main process chamber, (2) the inlet high pressure hydrogen gas delivery and control system, and (3) the exhaust to exhaust high pressure hydrogen gas after completion of the process. Or three important parameters or subsystems of the mechanism. Various aspects of the present invention will be discussed with respect to these three subsystems. In the following description, hydrogen gas is mainly used as an exemplary process gas, and it should not be interpreted as being limited only to hydrogen gas. Unless most other cases are mentioned, in various embodiments according to the invention any gas which is generally reactive, flammable, harmful and dangerous can replace "hydrogen".

우선, 첫 번째로 본 발명은 수소는 가압되고 웨이퍼가 공정처리되고 있는 개선된 열처리 챔버를 제공한다. 열처리 챔버는 도 1b에 도시된 바와 같이, 챔버와 챔버 도어 사이를 밀폐하는 O-링에 의해 일반적으로 에워싸인다. 종래 기술에 있는 전형적인 챔버에서, O-링이 고압 하에서 밀폐를 유지할 수 없으면, 수소가스는 챔버에서 외부로 직접 누출될 수 있으며 잠재적으로 위험한 상황을 야기시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 공정챔버는 내부챔버와 외부챔버로 이루어진 이중벽 챔버를 포함한다. 수소 또는 다른 활성가스는 내부챔버에 한정되며, 내부챔버는 외부챔버에 함유된 다른 가스에 의해 가압된 외부압력에 의해 보호된다. 이 실시예는 내부 가스의 누출이 있는 경우를 위해 버퍼 영역을 제공한다. 또 다른 실시예에 따르면, 공정챔버는 두 가지의 수직형태의 챔버가 사용된다. 하나의 챔버는 다른 챔버를 에워싼다. 또 다른 실시예에 따르면, 공정챔버는 두 가지의 수평형태의 챔버를 포함한다. 즉, 다시 하나의 챔버가 다른 챔버를 에워싼다. 일정한 실시예에서는 두 개 이상의 챔버가 사용된다.Firstly, the present invention provides an improved heat treatment chamber in which hydrogen is pressurized and the wafer is being processed. The heat treatment chamber is generally surrounded by an O-ring that seals between the chamber and the chamber door, as shown in FIG. 1B. In a typical chamber of the prior art, if the O-ring cannot maintain its tightness under high pressure, hydrogen gas may leak directly out of the chamber and cause a potentially dangerous situation. According to a preferred embodiment of the invention, the process chamber comprises a double wall chamber consisting of an inner chamber and an outer chamber. Hydrogen or other active gas is confined to the inner chamber, and the inner chamber is protected by an external pressure pressurized by another gas contained in the outer chamber. This embodiment provides a buffer area for cases of leakage of internal gas. According to another embodiment, two vertical chambers are used for the process chamber. One chamber encloses the other chamber. According to another embodiment, the process chamber comprises two horizontal chambers. In other words, one chamber surrounds another chamber. In certain embodiments two or more chambers are used.

두 번째로, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 개선된 유입가스 이송과 제어 서브시스템 또는 모듈이 제공되고, 이러한 서브시스템 또는 모듈에는 유량계, 유량제어기(MFC) 및 다른 가스 제어 기계장치와 연결된다. 적어도 일 실시예에서는, 이러한 장치 사이의 연결 부위뿐만 아니라 다양한 가스 조절 유니트는 추가적인 칸막이 또는 챔버에 의해 보호된다. 어떤 장치로부터의 공정가스가 누출되었을 때, 누출된 가스는 보호한 칸막이에 한정될 것이다. 몇몇 실시예에서, 경보 또는 경보 시스템은 가스누출이 검출되었을 때 작동된다. 이중벽 또는 층으로 된 스테인레스강 파이프의 사용으로 일정한 실시예에서 가스관으로부터의 누출이 방지되거나 감소된다.Secondly, according to some embodiments of the present invention, an improved inlet gas transfer and control subsystem or module is provided, which subsystem or module is connected with a flow meter, a flow controller (MFC) and other gas control machinery. . In at least one embodiment, the various gas conditioning units as well as the connections between these devices are protected by additional partitions or chambers. When process gas from a device is leaked, the leaked gas will be confined to a protected partition. In some embodiments, the alert or alert system is activated when a gas leak is detected. The use of double wall or layered stainless steel pipes prevents or reduces leakage from gas lines in certain embodiments.

세 번째로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개선된 가스 처리 또는 배기시스템이 제공되고, 가압된 수소가스는 열처리 후에 대기 중으로 방출되는 것으로 완료된다. 몇몇 실시예에서, 수소가스는 배기공정 동안에 다른 가스에 의해 희석된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부챔버에서 가스가 방출되는 것과 동시에 내부챔버에서는 수소가스나 다른 유해가스 또는 가연성 가스로 혼합된다. 몇몇 실시예에서는, 외부챔버의 부피가 내부챔버의 부피보다 더 크고, 그러므로 그것은 더욱 효과적으로 공정가스를 희석시킨다. 여기서 본 발명에 따른 첫 번째 사전설정 값이라 함은 첫 번째 챔버와 두 번째 챔버와의 부피 비율을 설정한 값을 정의하는 것으로, 바람직하게는 첫 번째 챔버보다는 두 번째 챔버의 부피가 더 커야 한다. 일 실시예에서는, 외부챔버의 부피가 내부챔버의 부피의 세 배이다. 몇몇 실시예에서는, 열처리 챔버에서 배기된 활성가스의 농도를 감소시키기 위해 배기공정 동안에 배기관 안으로 다른 비활성가스가 추가된다. 공정이 완료되고 가스가 가압된 후, 열처리 챔버나 어떤 서브시스템에는 몇몇 잔류가스가 남아 있을 수가 있다. 잔류가스는 누출될 수 있어 대기공기와 상호 반응하여 잠재적으로 위험한 상황을 야기할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 공정이 완료된 후에 시스템에 남아 있는 잔류가스를 안전하게 제거하기 위한 방법과 장치가 제공된다. Third, according to one embodiment of the present invention, an improved gas treatment or exhaust system is provided, and the pressurized hydrogen gas is completed by being released into the atmosphere after heat treatment. In some embodiments, hydrogen gas is diluted by another gas during the exhaust process. According to an embodiment of the present invention, the gas is discharged from the outer chamber and mixed with hydrogen gas or other harmful gas or combustible gas in the inner chamber. In some embodiments, the volume of the outer chamber is larger than the volume of the inner chamber, and therefore it dilutes the process gas more effectively. Herein, the first preset value according to the present invention defines a value for setting a volume ratio between the first chamber and the second chamber. Preferably, the volume of the second chamber should be larger than that of the first chamber. In one embodiment, the volume of the outer chamber is three times the volume of the inner chamber. In some embodiments, other inert gases are added into the exhaust pipe during the exhaust process to reduce the concentration of active gases exhausted from the heat treatment chamber. After the process is complete and the gas is pressurized, some residual gas may remain in the heat treatment chamber or in some subsystems. Residual gases may leak and interact with atmospheric air, causing a potentially hazardous situation. According to an embodiment of the present invention, a method and apparatus are provided for safely removing residual gas remaining in a system after a process is completed.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 기술하기 전에, 다양한 구체적인 실시예의 주요 특징 일부를 우선 요약한다. Before describing various embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings, some of the main features of the various specific embodiments are first summarized.

본 발명은 반도체 제조 환경에 있는 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후-금속화 소결 열처리, 성형가스 열처리 및 다른 공정 적용 용도의 수소/중수소 및 유해가스 고압공정장치(100 기압까지)를 설계 및 제조하기 위한 방법과 장치를 제공한다.The present invention provides a high-pressure hydrogen / deuterium and noxious gas high pressure process apparatus (up to 100 atmospheres) for high-K gate insulating film heat treatment, post-metal sintering heat treatment, molding gas heat treatment and other process applications in semiconductor manufacturing environments. Provided are methods and apparatus for designing and manufacturing.

본 발명은 내부챔버나 공정챔버의 안전을 보장하기 위하여 고압 질소 환경(쉘 압력)의 사용으로 대기로부터 고압인 수소(튜브 압력)를 절연시키기 위해 이중 압력 메커니즘의 설계를 제공한다. 튜브 압력은 내부챔버나 튜브에서 수소/중수소나 다른 유해가스와 같은 활성가스의 압력이고, 쉘 압력은 외부챔버 또는 쉘에서 질소 또는 다른 비활성가스의 압력이다. 몇몇 실시예에서 석영 챔버는 튜브 압력으로부터 쉘 압력을 분리시키기 위해 내부챔버로 사용된다.The present invention provides the design of a dual pressure mechanism to insulate high pressure hydrogen (tube pressure) from the atmosphere with the use of a high pressure nitrogen environment (shell pressure) to ensure the safety of the inner chamber or process chamber. Tube pressure is the pressure of an active gas, such as hydrogen / deuterium or other noxious gas in the inner chamber or tube, and shell pressure is the pressure of nitrogen or other inert gas in the outer chamber or shell. In some embodiments a quartz chamber is used as the inner chamber to separate shell pressure from tube pressure.

본 발명은 비상 공정 중단의 경우, 공정완료 후 공정챔버의 압력을 내리는 동안에 쉘 압력 질소로 튜브 압력의 수소를 희석시키기 위한 방법과 장치를 제공한다. 더 나아가 몇몇 실시예에서는, 수소/중수소나 다른 유해가스를 희석시키기 위해 연소 배기관이나 희석탱크에 추가적인 희석물이 사용된다. 이런 경우에, 배기가스의 안전성을 보장하기 위해 필요하다면 대기 중으로 방출하는 것에 앞서 스크러 버에서 완전 연소시킨다.The present invention provides a method and apparatus for diluting hydrogen at tube pressure with shell pressure nitrogen during an emergency process interruption, while reducing the pressure in the process chamber after completion of the process. Furthermore, in some embodiments, additional diluents are used in combustion exhaust pipes or dilution tanks to dilute hydrogen / deuterium or other harmful gases. In this case, to ensure the safety of the exhaust gases, if necessary, complete combustion in a scrubber prior to release to the atmosphere.

본 발명의 실시예는 진공상태 하에서나 질소 압력하에서 밀폐된 가스 제어 패널 서브시스템을 설계하는 것, 또는 어떤 수소/중수소가 어떠한 접속부분이나 조인트로부터 새는 것을 방지하기 위하여 가스 패널 안에 수소나 중수소 센서를 설계하는 것으로 고압 조건하에서 가스 제어 서브시스템에 안전을 제공한다.Embodiments of the present invention provide for the design of closed gas control panel subsystems under vacuum or under nitrogen pressure, or to provide a hydrogen or deuterium sensor in a gas panel to prevent any hydrogen / deuterium from leaking from any connection or joint. The design provides safety to the gas control subsystem under high pressure conditions.

본 발명의 실시예에서는 밀폐 가스 제어 패널과 고압챔버의 공정챔버와, 밀폐 가스 제어 패널과 가스 원천(가압 가스 여과장치나 부스터 펌프) 사이에 설치된 고압 공정가스(H2/D2 또는 F2, NH3, Cl2, 기타 등등) 유량 파이프를 위하여 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프를 설치함으로써 대기 환경에 안전을 제공한다. 몇몇 실시예에서는, 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프는 공정가스를 배출하기 위하여 공정챔버와 배기관 사이에 설치된다. 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프는 내부 가스관 외부에 제 2 파이프를 가짐으로써 대기 중으로 수소가 직접적으로 누출되는 것을 방지한다.In the embodiment of the present invention, the high pressure process gas (H 2 / D 2 or F 2 , installed between the process chamber of the closed gas control panel and the high pressure chamber, and the closed gas control panel and the gas source (pressurized gas filtration device or booster pump); NH 3 , Cl 2 , etc.) Provide safety to the atmosphere by installing double-walled stainless steel pipes for the flow pipes. In some embodiments, a double walled stainless steel pipe is installed between the process chamber and the exhaust pipe to exhaust the process gas. Double-walled stainless steel pipes have a second pipe outside the inner gas pipe to prevent the direct leakage of hydrogen into the atmosphere.

본 발명의 실시예에서는 공정완료 후에 챔버의 도어가 열릴 때 수소나 중수소의 잠재적 잔존물을 제거하기 위해 연소를 통하여 로딩 지역에서 질소가 항상 흐를 수 있도록 함으로써 공정진행의 안전을 보장한다. 몇몇 실시예에서는, 배기된 질소 가스는 희석탱크로 직접 유입되며, 희석탱크에서 배기가스는 다른 가스와 혼합된 이후에 희석된다.Embodiments of the present invention ensure the safety of the process by ensuring that nitrogen always flows in the loading zone through combustion to remove potential residues of hydrogen or deuterium when the door of the chamber is opened after completion of the process. In some embodiments, the exhausted nitrogen gas flows directly into the dilution tank, where the exhaust gas is diluted after mixing with other gases.

도 2a를 참조하면, 상술한 세 가지 서브시스템을 포함한 본 발명의 구체적인 실시예가 설명된다. 이 실시예에서는, 수직형태의 고압공정시스템이 사용된다. 이 구체적인 실시예에 따르면, 열처리 챔버는 내부챔버와 외부챔버를 포함한 이중벽 챔버 구조로 되어 있으며, 가연성이고 유해하고 위험한 활성가스는 내부챔버에 한정된다. 내부챔버는 외부챔버에 함유된 다른 가스에 의해 가압된 외부압력에 의해 보호된다. 이 설계는 내부 공정챔버로부터 공정가스의 누출이 있는 경우에 버퍼 영역을 제공하고, 그렇기 때문에 두 가지 주요 이점이 있다. 즉, 내부챔버로부터 누출된 잠재적으로 위험한 가스를 희석시키고, 누출된 가스가 대기 중으로 직접 방출되는 것을 막는다. 어떤 실시예에서는, 하나 이상의 외부챔버가 보호 기능을 하는 다층 및 버퍼 영역을 제공하기 위해 사용된다. 도면에 나타내어진 주 외형챔버 또는 외부챔버는, 상단부(37)와, 몸체부(39)와, 바닥부(38)의 세 가지 구성부분을 포함한다. 몇몇 실시예에서는, 이러한 외부 챔버의 재질은 압력에 높은 응력 포인트를 가지는 316계열의 스테인레스강 소재로 만들어진다. 챔버 상단부(37)는 통상적으로 스크류에 의해 챔버 몸체부(39)에 부착되고, 챔버 바닥부(38)는 하부 도어 잠금장치(40)를 사용함으로써 챔버 몸체부(39)에 부착되며, 또한 몇몇 실시예에서는 316계열의 스테인레스강으로 만들어진다. 이 예시적인 설계에서는, 챔버 바닥부(38)는 챔버 도어가 로딩과 언로딩을 위해 열릴 때 주 챔버로부터 분리된다.2A, a specific embodiment of the present invention including the three subsystems described above is described. In this embodiment, a vertical high pressure process system is used. According to this specific embodiment, the heat treatment chamber has a double wall chamber structure including an inner chamber and an outer chamber, and flammable, harmful and dangerous active gases are limited to the inner chamber. The inner chamber is protected by an external pressure pressurized by another gas contained in the outer chamber. This design provides a buffer area in the event of a process gas leak from the internal process chamber and therefore has two major advantages. That is, they dilute the potentially dangerous gas leaked from the inner chamber and prevent the leaked gas from being released directly into the atmosphere. In some embodiments, one or more outer chambers are used to provide a multi-layered and buffered area for protection. The main contour chamber or outer chamber shown in the figure includes three components: an upper end portion 37, a body portion 39, and a bottom portion 38. In some embodiments, the material of this outer chamber is made of 316 series stainless steel material with high stress points in pressure. The chamber top portion 37 is typically attached to the chamber body portion 39 by means of a screw, and the chamber bottom portion 38 is attached to the chamber body portion 39 by using the lower door lock 40. In the embodiment it is made of 316 series stainless steel. In this exemplary design, the chamber bottom 38 is separated from the main chamber when the chamber door is opened for loading and unloading.

주 챔버 내부에는 각 가열지역을 독립적으로 제어하는 4-지역 주 히터(34)가 있다. 주 히터(34)는 절연체(33)에 의해 챔버 벽으로부터 격리된다. 이 실시예에서는 챔버 바닥부(38)로부터의 꼭대기에 2-지역 플러그 히터(24)가 있으며, 이것은 웨이퍼 보트(wafer boat)(22)나 웨이퍼 홀더를 가열시킬 수 있다. 웨이퍼 보트(22) 는 반도체 웨이퍼(23)를 유지하고, 몇몇 실시예에서는, 이 웨이퍼 보트는 석영으로 만들어진다. 외부 주 챔버에는 주 히터(34)에 의해 챔버 내부가 안전온도를 넘어서 챔버가 과열되는 것을 막기 위한 냉각수 라인(31)을 가진다. 플러그 히터(24) 주위에는 석영 캡(27)이 위치되고, 석영 캡(27)은 공정온도에 대해 유입 공정가스를 가열할 플러그 히터의 주위에 석영 나선을 가진다. 공정가스는 튜브를 가압하는 가스주입장치(26)를 통해 내부 공정챔버(21)/내부 튜브 챔버에 유입된다. 몇몇 실시예에서는, 내부 공정챔버(21)는 석영과 같은 비금속재로 만들어지고, 외부챔버는 스테인레스강과 같은 금속 또는 금속성 합금으로 만들어진다. 다른 실시예에서는, 양쪽 챔버가 고융점의 금속성 재질로 만들어진다. 내부 공정챔버(21)는 두 영역으로 나뉘고, 이러한 두 영역에 있는 가스는 완전히 고립될 수 있고 서로 다른 압력을 가질 수 있다. 도면의 20으로 표시된 바와 같이 공정챔버 안에 있는 가스압력을 튜브 압력으로 명명하고, 도면에 30으로 표시된 바와 같이 공정챔버 밖에 있는 가스압력을 쉘 압력으로 명명한다. 외부 쉘 챔버는 일반적인 공정가스와는 달리 다른 가스에 의해 가압되고, 이 공정가스는 매우 반응적이고 가연성이며 다른 한편으로는 위험할 수도 있다. 몇몇 실시예에서는 질소와 같은 비활성가스가 이 목적으로 사용된다. 질소는 도면에 나타내어진 구체적인 실시예에서 쉘 질소분사장치(50)를 통해 외부챔버로 유입된다. 도면에서는 또한 상단부(32)와 바닥부(28)의 두 냉각금속판을 볼 수 있으며, 이 냉각금속판은 과열로부터 냉각금속판의 상단부(32) 위와 냉각금속판의 바닥부(28) 아래의 온도보호구역에서 구성성분을 보호하기 위해 사용된다. 외부챔버 내부에 있는 쉘 압력구역과 공정챔버 내부에 있는 튜브 압력구역은 분리되어 있고, O-링(25)에 의해 밀폐된다. O-링(36)은 또한 외부 환경에 대한 주 챔버에서 누출되는 비활성의 쉘 가스를 막음으로써 쉘 압력을 유지하는데 사용된다.Inside the main chamber is a four-zone main heater 34 that controls each heating zone independently. The main heater 34 is isolated from the chamber wall by the insulator 33. In this embodiment there is a two-zone plug heater 24 atop the chamber bottom 38, which can heat the wafer boat 22 or wafer holder. The wafer boat 22 holds the semiconductor wafer 23, and in some embodiments, the wafer boat is made of quartz. The outer main chamber has a coolant line 31 for preventing the chamber from overheating by the main heater 34 to exceed the safe temperature inside the chamber. A quartz cap 27 is positioned around the plug heater 24, and the quartz cap 27 has quartz spirals around the plug heater that will heat the incoming process gas with respect to the process temperature. Process gas enters the inner process chamber 21 / inner tube chamber through a gas injection device 26 for pressurizing the tube. In some embodiments, the inner process chamber 21 is made of a nonmetallic material, such as quartz, and the outer chamber is made of a metal or metallic alloy, such as stainless steel. In another embodiment, both chambers are made of a high melting point metallic material. The internal process chamber 21 is divided into two zones, and the gases in these two zones can be completely isolated and have different pressures. As indicated by 20 in the figure, the gas pressure inside the process chamber is referred to as the tube pressure, and as indicated by 30 in the figure, the gas pressure outside the process chamber is referred to as the shell pressure. The outer shell chamber is pressurized by a gas other than the usual process gas, which is very reactive and flammable and on the other hand can be dangerous. In some embodiments, an inert gas such as nitrogen is used for this purpose. Nitrogen is introduced into the outer chamber through the shell nitrogen injection device 50 in the specific embodiment shown in the figure. The figure also shows two cooling metal plates, the upper part 32 and the bottom part 28, which are in a temperature protection zone above the upper part 32 of the cooling metal plate and under the bottom 28 of the cooling metal plate from overheating. Used to protect the components. The shell pressure zone inside the outer chamber and the tube pressure zone inside the process chamber are separated and closed by an O-ring 25. O-ring 36 is also used to maintain shell pressure by preventing inert shell gas leaking out of the main chamber to the external environment.

이중벽 챔버 설계에서, 튜브 압력과 쉘 압력은 통합된 방법으로 제어된다. 예를 들어, 튜브에 있는 공정가스(예를 들어, H2)의 압력이 증가하거나 감소할 때, 쉘에 있는 비활성가스의 가스량은 자동 가스 제어시스템에 의해 자동적으로 증가되거나 감소하며, 이 자동 가스 제어시스템에 의해 내부챔버 벽을 가로지르는 압력차가 사전설정범위 내에 남아 있도록 튜브 압력과 쉘 압력을 모니터링하고 압력차를 제어한다. 챔버를 가압할 때, 압력이 평형을 맞출 필요가 있는 쉘 챔버와 튜브 챔버에서 증가하고, 이 챔버들은 사실상 항상 각각의 다른 챔버와 같아야 한다. 석영 튜브를 사용하는 일정한 실시예에서, 일반적으로 쉘 압력과 튜브 압력 사이의 압력차가 ± 2 기압 차이는 용인될 수 있다. 튜브를 가압하고 수소나 중수소 가스가 유입되기 시작될 때, 쉘 질소 가스는 바람직한 범위(예를 들어 ± 2 기압) 내에서 압력차를 유지하기 위한 방법으로서 쉘 안으로 동시에 주입된다. 이중벽 챔버 시스템의 전형적인 설계에서, 도 2a에서 쉘 질소의 유입량은 외부 셀 챔버(39)가 일반적으로 도면에서 내부 튜브 챔버(21)보다 매우 크기 때문에 쉘 질소의 유입량은 수소나 중수소 유입량보다 일반적으로 더 크다. 비슷한 경우로, 수소가스가 배기될 때(예를 들어, 공정진행이 완료된 후에), 질소와 수소가 희망 범위 내에서 압력차를 유지하기 위한 그런 방법에서 동시에 방출된다.In a double wall chamber design, tube pressure and shell pressure are controlled in an integrated manner. For example, when the pressure of a process gas (eg H 2 ) in a tube increases or decreases, the gas volume of the inert gas in the shell is automatically increased or decreased by an automatic gas control system, which is automatically The control system monitors and controls the tube pressure and shell pressure so that the pressure differential across the inner chamber wall remains within the preset range. When pressurizing the chamber, the pressure increases in the shell and tube chambers that need to be balanced, and these chambers should in fact always be the same as each other chamber. In certain embodiments using quartz tubes, in general, the pressure difference between the shell pressure and the tube pressure can be tolerated by ± 2 atmospheres. When the tube is pressurized and hydrogen or deuterium gas begins to flow, shell nitrogen gas is simultaneously injected into the shell as a way to maintain the pressure difference within the desired range (eg ± 2 atmospheres). In a typical design of a double wall chamber system, the inflow of shell nitrogen in FIG. 2A is generally greater than that of hydrogen or deuterium because the outer cell chamber 39 is generally much larger than the inner tube chamber 21 in the figure. Big. In a similar case, when hydrogen gas is exhausted (eg after completion of the process), nitrogen and hydrogen are released simultaneously in such a way to maintain the pressure difference within the desired range.

쉘 질소(30)와 튜브 수소(20)의 균질 또는 근접 균질 압력은 내부 혹은 밖으로 붕괴되는 것으로부터 석영 튜브의 일체성을 유지할 것이다. 튜브가 지정된 압력 레벨까지 수소/중수소나 다른 활성가스에 의해 완전히 가압되었을 때, 쉘도 또한 비슷한 압력 레벨의 질소나 다른 비활성가스에 의해 압력을 받는다. 쉘 압력과 튜브 압력의 차이(차압)는 특별한 차원(도면에 도시되지 않음)을 사용하는 도 2a에 도시된 특별한 설계의 경우, 튜브에서 2 기압까지 점점 더 높거나 낮은 값까지 대략 도달할 수 있다. 이러한 조건 하에서, 고압 하에 있는 수소나 중수소는 고압공정 동안 튜브 영역의 주위 질소의 많은 양으로 인해 완전히 대기로부터 고립되므로 수소/중수소의 어떠한 누출도 방지된다.The homogeneous or near homogeneous pressure of the shell nitrogen 30 and the tube hydrogen 20 will maintain the integrity of the quartz tube from collapse inside or out. When the tube is fully pressurized by hydrogen / deuterium or other active gases up to the specified pressure level, the shell is also pressurized by nitrogen or other inert gases at similar pressure levels. The difference between the shell pressure and the tube pressure (differential pressure) can approximate reaching higher and lower values up to 2 atmospheres in the tube for the particular design shown in FIG. 2A using a special dimension (not shown). . Under these conditions, hydrogen or deuterium under high pressure is completely isolated from the atmosphere due to the large amount of ambient nitrogen in the tube region during the high pressure process, thus preventing any leakage of hydrogen / deuterium.

고압공정이 완료될 때, 튜브 압력(20)은 감압화 배기관(29)을 통해 배기될 것이고, 쉘 압력(30)은 압력조절밸브(41)로 제어되는 쉘 압력 배기관(35)을 통해 배기될 것이다. 도 2a의 실시예에서는, 쉘 압력과 튜브 압력은 둘 다 동일한 압력조절밸브 또는 밸브 세트에 의해 제어된다. 압력조절밸브(41)에서 압력을 느슨하게 할 때, 쉘 내의 질소와 튜브 내의 수소나 다른 활성가스는 동시에 배출을 위해 배기된다. 배기가스가 혼합되고, 이것은 질소와 함께 수소와 같은 활성가스를 효과적으로 희석시키고, 또한 희망범위 내에서 두 개의 챔버 간의 압력차를 유지시킨다. 도면에 나타내어진 구체적인 실시예에서, 외부챔버의 부피가 내부챔버의 부피의 세 배가 되는 지점에서, 내부챔버로부터의 공정가스의 농도는 원래 농도의 3분의 1 레벨까지 희석되었다. 예를 들어, 30 % 수소를 가진 성형가스가 열처리 동안 사용되었을 때, 배기관에 있는 수소 농도는 약 10 % 쯤 될 것이다.When the high pressure process is completed, the tube pressure 20 will be exhausted through the decompression exhaust pipe 29, and the shell pressure 30 will be exhausted through the shell pressure exhaust pipe 35 controlled by the pressure regulating valve 41. will be. In the embodiment of FIG. 2A, both shell pressure and tube pressure are controlled by the same pressure regulating valve or valve set. When the pressure is released in the pressure regulating valve 41, nitrogen in the shell and hydrogen or other active gas in the tube are simultaneously evacuated for discharge. The exhaust gases are mixed, which effectively dilutes an active gas such as hydrogen with nitrogen and also maintains the pressure difference between the two chambers within the desired range. In the specific embodiment shown in the figure, at the point where the volume of the outer chamber is three times the volume of the inner chamber, the concentration of the process gas from the inner chamber is diluted to one third of its original concentration. For example, when a forming gas with 30% hydrogen is used during heat treatment, the hydrogen concentration in the exhaust pipe will be about 10%.

고압공정 진행 동안, 튜브로부터 셀까지 수소나 다른 활성가스의 누출은 쉘 내 질소를 둘러쌈으로써 즉시 희석될 것이다. 튜브로부터 쉘까지 누출이 충분히 큰 경우, 즉 쉘로부터 튜브까지 누출이 상대적으로 작은 동안, 튜브 압력은 희망 압력 범위 이하로 감소될 것이다. 이런 경우, 고압공정은 몇몇 실시예에서 소프트웨어 인터록(진행 중인 동작이 끝날 때까지 다음 동작을 개시하지 못하게 하는 일[장치])으로 인해 중단될 것이다. 다른 한편으로는, 튜브에서 쉘까지의 질소 누출은 튜브 내부로 수소(아니면 다른 활성가스)와 혼합될 것이다. 이것은 수소(또는 다른 활성가스) 농도의 희석 결과를 초래할 것이다. 튜브 압력은 상대적으로 높은 채로 남아 있는 동안에, 누출이 충분히 높을 때에는 희망 레벨 아래까지 쉘 압력을 감소시키기 위해 인터록은 몇몇 실시예에서 또한 운전가동을 중단할 것이다. 운전가동을 중단할 때에는, 압력조절밸브(41)가 양쪽 챔버로부터 가스를 방출하며, 이렇게 해서 쉘 압력과 튜브 압력은 동시에 방출된다. 쉘로부터 대기로 누출이 발생될 때에는 쉘 압력은 급속하게 떨어질 수 있고, 반면에 튜브에 있는 압력은 안정적이다. 이 경우에, 인터록은 공정을 그만두게 할 것이고 몇몇 실시예에서는 운전가동을 중단한다. 쉘 압력과 튜브 압력이 동시에 떨어졌을 때에는, 내부챔버와 외부챔버 둘 다로부터 가스가 대기로 누출되었다는 것을 의미한다. 또한, 석영 튜브에서 튜브 압력과 쉘 압력을 분리하여 붕괴하였을 때, 예를 들어, 압력차 기계 오작동으로 인해, 수소(또는 다른 활성가스)가 혼합되어 쉘 질소와 즉시 희석되며, 이로써 위험 부담을 감소시키게 된다. 그와 같은 조건 하에, 기계적인(하드웨어) 것과 소프트웨어 인터록 둘 다 양쪽 챔버의 압력을 낮추기 위해 공정을 중단하고 압력 방출 밸브 가 바로 개구된다. 내부챔버 및 외부챔버 내의 압력센서장치는 여기에서 기술된 제어용 컴퓨터와 연결될 수 있고, 이러한 제어가 컴퓨터에 의해 소프트웨어 프로그램을 통하여 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.During the high pressure process, the leakage of hydrogen or other active gas from the tube to the cell will immediately dilute by surrounding the nitrogen in the shell. If the leak from the tube to the shell is large enough, ie while the leak from the shell to the tube is relatively small, the tube pressure will be reduced below the desired pressure range. In this case, the high pressure process will be interrupted in some embodiments due to software interlocking (a device that prevents the next operation from starting until the end of the ongoing operation). On the other hand, nitrogen leakage from the tube to the shell will mix with hydrogen (or other active gas) into the tube. This will result in dilution of the hydrogen (or other active gas) concentration. While the tube pressure remains relatively high, the interlock will also shut down in some embodiments to reduce shell pressure below the desired level when the leak is high enough. When the operation is stopped, the pressure regulating valve 41 discharges gas from both chambers, so that the shell pressure and the tube pressure are simultaneously released. When leakage from the shell occurs to the atmosphere, the shell pressure can drop rapidly, while the pressure in the tube is stable. In this case, the interlock will stop the process and in some embodiments stop the operation. When the shell pressure and the tube pressure dropped at the same time, it means that gas leaked from both the inner chamber and the outer chamber into the atmosphere. In addition, when the tube pressure and the shell pressure are disintegrated in the quartz tube and collapsed, for example, due to a differential pressure machine malfunction, hydrogen (or other active gas) is mixed and immediately diluted with the shell nitrogen, thereby reducing the risk. Let's go. Under such conditions, both the mechanical (hardware) and software interlocks interrupt the process to lower the pressure in both chambers and the pressure relief valve opens immediately. It will be appreciated that the pressure sensor devices in the inner chamber and the outer chamber can be connected to the control computer described herein, and such control can be implemented by means of a software program by the computer.

압력조절밸브(41)가 열릴 때, 양쪽 챔버의 압력은 질소와 수소가스가 여전히 고압의 통제 하에 있는 동안 동시에 방출된다. 쉘에서 질소로 희석된 수소는 대기에 누출되지 않아야 한다. 일반적으로 스테인레스강으로 만들어진 배기관(42)에 있는 어떠한 결함은 대기 중으로 수소를 방출할 것이다. 스테인레스강 파이프에 있는 결함으로부터 그와 같은 불필요한 누출을 막기 위하여, 도 2a에서 배기 스테인레스강 파이프(42)는 본 발명의 몇몇 실시예에서 이중벽 스테인레스강으로 만들어진다. 이중벽 스테인레스강 구조에서, 첫 번째 또는 내부 가스관에 결함이 있고 가스누출을 경험하면, 두 번째 또는 외부 보호 파이프에는 파이프 내에 누출된 수소를 포함할 것이다. 그러므로, 가스누출이 직접적으로 대기 중으로 누출될 개연성은 현저하게 감소된다. 쉘 질소에 의해 희석된 수소는 이중벽 배기관(42)을 통해 희석탱크(43)로 유입되고, 더 나아가 또 다른 이중벽 스테인레스강 파이프(44)를 통해 수소/중수소 버닝 스크러버(45)로 이동하기 전에 더 희석된다. 배기관에서는 스크러버(45)를 통해 수소와 어떤 가연성 가스가 연소된 후, 도면에 경로(53)에 의해 가리키는 바와 같이, 그것은 대기 중으로 연소 잔존물을 방출할 것이다. 배기관에서는 아마도 관 내부로 물에 의한 응축을 가질 것이다. 특히, 스크러버(45)를 사용하지 않았을 경우, 대기로부터 역류하는 공기로 인해 배기가스보다 일반적으로 매우 낮은 온도를 가지지 않으면 안 된다. 물(H2O)이 산소를 포함하기 때문에 응축은 수소와 반응할 수 있다. 이것은 안전성 문제의 원천일 수 있다. 물에 의한 응축을 방지하고 수소/중수소의 희석을 증가시키기 위해, 몇몇 실시예에서는 추가적으로 질소가 배기관에 주입된다. 도 2a는 배기밸브 뒤이어 바로 배기관과 연결된 질소 주입관(56)을 나타내고, 이 질소 주입관(56)은 스크러버(45)의 배기구로부터 가스의 일정한 외부 흐름을 보장하기 위해 질소의 일정한 원천의 역할을 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 질소의 낮은 흐름은 배기관에서 응축을 방지하고 스크러버(45)로부터 질소의 외부로 향한 흐름을 유지하기 위해 정규동작 동안 유지된다. 챔버 감압 동안, 질소 유량은 열처리 챔버로부터 고갈된 잠재적으로 위험한 배기 수소/중수소 또는 다른 공정가스를 더욱 희석시키기 위하여 증가될 수도 있다.When the pressure regulating valve 41 is opened, the pressure in both chambers is simultaneously released while nitrogen and hydrogen gas are still under high pressure control. Hydrogen diluted with nitrogen in the shell should not leak to the atmosphere. Any defect in the exhaust pipe 42, generally made of stainless steel, will release hydrogen into the atmosphere. In order to prevent such unnecessary leakage from defects in the stainless steel pipe, the exhaust stainless steel pipe 42 in FIG. 2A is made of double wall stainless steel in some embodiments of the present invention. In a double walled stainless steel construction, if the first or inner gas pipe is defective and experiences a gas leak, the second or outer protective pipe will contain the leaked hydrogen in the pipe. Therefore, the probability that the gas leak will leak directly into the atmosphere is significantly reduced. Hydrogen diluted by the shell nitrogen enters the dilution tank 43 through the double wall exhaust pipe 42 and further before moving to another hydrogen / deuterium burning scrubber 45 through another double wall stainless steel pipe 44. Diluted. In the exhaust pipe, after the combustion of hydrogen and some combustible gas through the scrubber 45, it will release combustion residues into the atmosphere, as indicated by path 53 in the figure. In the exhaust pipe you will probably have condensation by water inside the tube. In particular, when the scrubber 45 is not used, it must generally have a much lower temperature than the exhaust gas due to the air flowing back from the atmosphere. Because water (H 2 O) contains oxygen, condensation can react with hydrogen. This may be a source of safety issues. In some embodiments additional nitrogen is injected into the exhaust pipe to prevent condensation by water and to increase the dilution of hydrogen / deuterium. 2A shows a nitrogen inlet tube 56 directly connected to the exhaust pipe immediately after the exhaust valve, which serves as a constant source of nitrogen to ensure a constant external flow of gas from the exhaust port of the scrubber 45. do. According to one preferred embodiment of the invention, a low flow of nitrogen is maintained during normal operation to prevent condensation in the exhaust pipe and to maintain the outward flow of nitrogen from the scrubber 45. During chamber depressurization, the nitrogen flow rate may be increased to further dilute the potentially hazardous exhaust hydrogen / deuterium or other process gas depleted from the heat treatment chamber.

도 2a는 또한 고압 여과장치(병 모양)(49)나 부스터 펌프를 나타내며, 수소와 같은 활성가스의 원천이다. 유입 공정가스는 가스관(54)(48)을 통하여 가스 제어 패널이나 캐비넷(46) 안으로 유입되고, 가스주입장치(26)(파이프(51)와 가스주입장치(26) 사이의 가스관은 도면에 명확하게 나타내지 않음)와 가스관(51)을 통하여 내부 공정챔버(21) 안으로 주입된다. 유입된 수소나 중수소 가스는 100 % 순수한 가스일 수 있고, 그 압력은 일반적으로 최소 500 PSI 이며, 그렇게 해서 유입 가스관(예를 들면, 54, 48 및 51)과 가스 여과장치 또는 펌프 주위의 다양한 부분은 고압 시스템에서 가장 위험한 구역의 하나일 수 있다. 수소 주입관은 흐름을 제어하기 위하여 유량제어기나 유량계와 같은 가스 제어 기계장치와 연결될(가스 캐 비넷(46)에 포함될) 필요가 있다. 가스 연결 부위와 가스 제어부품 자체는 고압 하에서 수소가스누출의 원천일 수 있다. 그러므로, 모든 유입 가스관(54,48,51)은 대기 중으로 수소 누출을 방지하거나 축소하기 위해 몇몇 실시예에서는 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프가 사용된다. 부가적으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수소/중수소 가스 제어 패널(46)은 질소(47)에 사용된 것과 같은 다른 가스 패널로부터 분리된다. 본 설계에 따른 가스 제어 패널(46)은 가압된 질소 환경 하에서나 진공 환경 하에서 밀폐된다. 그리고 수소/중수소 가스 제어 패널(46)은 모든 가스 제어부품이(도면에 도시되지 않음) 설치된 곳에서 일반적으로 실링될 필요가 있고, 수소/중수소 감지 센서는 제어 패널 내에서 설치된다. 제어 패널은 또한 희석탱크(43)와 연결될 수 있다. 수소 누출이 제어 패널 내에서 검출될 때, 배기관은 열리고, 알람 소리가 날 것이며, 원천 가스 라인은 차단될 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 질소(N2)나 산소(O2) 가스관 같은 다른 가스관은 단일 벽으로 둘러싸인 스테인레스강 파이프가 사용된다. 예를 들어, 듀워나 부스터 펌프의 질소 가스 원천으로부터 쉘 질소 파이프(52)와 쉘 질소분사장치(50)는 도면에 도시된 바와 같이 단독 벽 파이프이다.2A also shows a high pressure filtration device (bottle) 49 or a booster pump, which is a source of active gas such as hydrogen. The incoming process gas is introduced into the gas control panel or the cabinet 46 through the gas pipes 54 and 48, and the gas pipe between the gas injection device 26 (pipe 51 and the gas injection device 26 is clearly shown in the drawing). Not shown) and through the gas pipe 51 into the internal process chamber 21. The incoming hydrogen or deuterium gas can be 100% pure gas, the pressure of which is generally at least 500 PSI, so that the inlet gas pipes (eg 54, 48 and 51) and various parts around the gas filtration or pump May be one of the most dangerous zones in a high pressure system. The hydrogen injection line needs to be connected to (included in the gas cabinet 46) a gas control mechanism such as a flow controller or flow meter to control the flow. The gas connection and the gas control components themselves may be sources of hydrogen gas leakage under high pressure. Therefore, all inlet gas pipes 54, 48, 51 are double walled stainless steel pipes in some embodiments to prevent or reduce hydrogen leakage to the atmosphere. Additionally in accordance with one preferred embodiment of the present invention, the hydrogen / deuterium gas control panel 46 is separated from other gas panels, such as those used for nitrogen 47. The gas control panel 46 according to the present design is sealed under a pressurized nitrogen environment or under a vacuum environment. The hydrogen / deuterium gas control panel 46 needs to be generally sealed where all gas control components (not shown) are installed, and the hydrogen / deuterium detection sensor is installed within the control panel. The control panel can also be connected to the dilution tank 43. When a hydrogen leak is detected in the control panel, the exhaust pipe will open, an alarm will sound and the source gas line will shut off. According to an embodiment of the present invention, other gas pipes, such as nitrogen (N 2 ) or oxygen (O 2 ) gas pipes, use a stainless steel pipe surrounded by a single wall. For example, shell nitrogen pipe 52 and shell nitrogen injection device 50 from a nitrogen gas source of a duo or booster pump are single wall pipes as shown in the figure.

앞서 언급하였듯이, 일반적으로 본 발명의 구현은 순농도의 수소나 중수소를 포함하여 공정가스의 많은 다른 유형으로 실행될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 일정 농도 비율로 두 가지 이상 유형의 가스 혼합물을 사용할 수도 있다. 몇몇 다른 실시예에서는 확실한 혼합물 농도 비율을 가진 더 많은 유형이 사용될 수 있다. 몇 몇 다른 실시예에서 발명 시스템은 하나 이상의 고압 여과장치(49)나 다른 공정가스 원천을 가질 수 있고, 미리 결정된 혼합물 농도 비율의 가스 혼합물이 가스 주입 시스템(예를 들어, 도 2a에서 46, 48, 그리고 51)에서 생산될 수 있다. 몇몇 다른 경우에는 10 % H2와 90 % N2의 가스 혼합물(즉, 성형가스)은 공정가스(예를 들어, 가스 여과장치(49)에)로서 사용될 수 있다. 또 다른 경우에는 5 % H2와 95 % N2의 가스 혼합물이 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는 2 %의 F2 또는 Cl2와 98 % N2가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 헬륨, 질소 또는 아르곤과 같은 다른 비활성가스와 혼합된 중수소의 2 % ~ 98 %인 성형가스가 공정진행에 사용될 수 있다. 또한 몇몇 실시예에서는, 중수소 농도가 1%와 99% 사이일 수 있으며, 나머지는 비활성가스가 된다. 그러므로, 본 발명은 어떤 특별한 공정가스에 제한되지 않고, 어떤 종류의 가스는 적용 조건에 근거하여 사용되지 않을지도 모른다.As mentioned above, in general, implementations of the present invention may be implemented with many other types of process gases, including net concentrations of hydrogen or deuterium. In some embodiments, two or more types of gas mixtures may be used at certain concentration ratios. In some other embodiments more types with a certain mixture concentration ratio may be used. In some other embodiments the invention system may have one or more high pressure filters 49 or other process gas sources, and the gas mixture of a predetermined mixture concentration ratio may be a gas injection system (eg, 46, 48 in FIG. 2A). And 51). In some other cases a gas mixture of 10% H 2 and 90% N 2 (ie, shaping gas) may be used as the process gas (eg in the gas filtration device 49). In other cases a gas mixture of 5% H 2 and 95% N 2 may be used. In another preferred embodiment of the invention 2% F 2 or Cl 2 and 98% N 2 can be used. In some embodiments, shaping gas of 2% to 98% of deuterium mixed with other inert gases such as helium, nitrogen or argon may be used in the process. Also in some embodiments, the deuterium concentration may be between 1% and 99%, with the remainder being an inert gas. Therefore, the present invention is not limited to any particular process gas, and any kind of gas may not be used based on the application conditions.

전형적인 공정챔버 설계에서 대기 중의 잠재적 수소가 누출되는 또 다른 영역은 챔버의 로딩지역이다. 도 2a에서 하부 도어 잠금에서 챔버도어를 공정이 완료된 후 열었을 때, 몇몇 포획된 잔류 수소가 로딩지역에서 대기로 방출될 수 있는 가능성이 있다. 수소 누출의 잠재적 위험 부담을 최소화하기 위해, 몇몇 실시예에서는, 로딩지역을 한 방향으로부터 유입되는 수평 형태의 질소 판으로 형성된다. 적어도 일 실시예에 따르면, 공정가스 주입 메카니즘(예를 들어, 도 2a의 26 이나 46)은 이 목적을 위해 재사용된다. 이 경우에, 공정가스의 전원을 차단하면 질소 가스 여과장치나 가스 펌프(도면에 도시되지 않음)로부터 깨끗한(Purging) 질소 또는 다른 비활성가스가 가스주입장치(26)를 통하여 챔버내부로 주입될 수 있다(퍼징 가스관은 도면에 명쾌하게 나타내어지지 않다는 것을 주지할 것). 로딩지역은 잔존수소를 희석탱크(43)로 보내기 위해 연결된 배기관이나 희석탱크(43)로 배기시킬 수 있는 모양을 하고 있다. 부가적으로 몇몇 실시예에 따르면, 로딩지역에 수소 누출을 모니터링하기 위해 수소/중수소(H2/D2) 감지 센서를 포함할 것이다.In a typical process chamber design, another area where potential hydrogen leaks into the atmosphere is the loading zone of the chamber. When the chamber door is opened after the process is completed in the lower door lock in FIG. 2A, there is a possibility that some trapped residual hydrogen can be released to the atmosphere in the loading zone. In order to minimize the potential risk of hydrogen leakage, in some embodiments, the loading zone is formed with a horizontal plate of nitrogen flowing from one direction. According to at least one embodiment, the process gas injection mechanism (eg, 26 or 46 of FIG. 2A) is reused for this purpose. In this case, when the process gas is powered off, purging nitrogen or other inert gas from the nitrogen gas filtration device or gas pump (not shown) can be injected into the chamber through the gas injection device 26. (Note that the purging gas pipe is not clearly shown in the drawing). The loading area is shaped to exhaust the remaining hydrogen to the exhaust pipe or the dilution tank 43 connected to the dilution tank 43. In addition, in some embodiments, a hydrogen / deuterium (H 2 / D 2 ) sensing sensor will be included to monitor hydrogen leakage in the loading zone.

공정챔버 도어가 닫힐 때 쉘 챔버 내부에서뿐만 아니라 튜브 챔버 내부에서 대기를 가둬둘 수 있는 가능성이 크고, 이것은 가압화를 시작할 때 수소와 상호반응을 초래할 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 고압공정의 마무리 단계에서 챔버도어가 열릴 때 챔버 안에 있는 수소를 가둬둘 수 있는 가능성이 또한 있으며, 이는 대기에서 산소와 반응할 수 있다. 이러한 뜻하지 않은 잔존물 반응을 방지하기 위해, 본 발명의 확실한 실시예에서는 수소 가압화를 시작하는 것에 앞서 챔버도어를 닫은 후에 공정의 시작점에서, 그리고 나서 쉘과 튜브의 둘 다 내에 갇힌 수소를 정화시키기 위해 챔버도어를 열기 전에 공정의 끝에서 질소를 정화할 수 있는 공정을 사용한다.When the process chamber door is closed, there is a high possibility of trapping the atmosphere not only inside the shell chamber but also inside the tube chamber, which can result in interaction with hydrogen at the start of pressurization. As mentioned above, there is also the possibility of trapping hydrogen in the chamber when the chamber door is opened at the finishing stage of the high pressure process, which can react with oxygen in the atmosphere. In order to prevent this unintended residue reaction, in certain embodiments of the present invention, after the chamber door is closed prior to starting hydrogen pressurization, at the beginning of the process and then to purify the hydrogen trapped in both the shell and the tube. Use a process to purify nitrogen at the end of the process before opening the chamber door.

도 2a에서 나타내어진 실시예는 수직형태의 두 개의 챔버를 사용하며, 하나가 다른 것을 에워싼다. 확실한 다른 실시예에 따르면, 챔버는 둘 또는 그 이상의 수평형태의 챔버를 포함한다. 또 다른 실시예에서는, 다른 유형의 챔버의 다양한 유형을 사용하며, 직접적으로 또는 간접적으로 하나 이상의 챔버를 공정진행을 위 해 사용되고, 다른 챔버는 공정챔버를 포함하기 위해 사용한다. 그러한 실시예가 도 2b에서 나타내어지고, 그곳에서 이중벽 챔버 고압 공정챔버는 내부가 수평형태인 챔버 또는 튜브 그리고 외부가 수평형태인 챔버 또는 쉘을 포함한다.The embodiment shown in FIG. 2A uses two chambers in the vertical form, one surrounding the other. According to another obvious embodiment, the chamber comprises two or more horizontal chambers. In another embodiment, various types of different types of chambers are used, one or more chambers being used directly or indirectly for process progress, and other chambers are used to include process chambers. Such an embodiment is shown in FIG. 2B, where the double wall chamber high pressure process chamber comprises a chamber or tube horizontally inside and a chamber or shell horizontally outside.

도 2b의 예시적인 고압공정시스템은, 도 2a에서 나타내어진 실시예를 가지고서 말하자면, 세 가지 주 서브시스템을 포함하며, 이 세 가지 주 서브시스템은 주 공정챔버, 유입가스 주입 및 제어 시스템, 그리고 가스 배기시스템이다. 주 챔버 구성은 쉘 또는 외부챔버를 포함하며, 이는 본체(131)와 챔버 바닥을 포함한 외부챔버 또는 도어(136) 그리고 튜브 또는 내부챔버(141)를 포함한다. 이 실시예에서는, 외부챔버는 압력에 대해 고 응축점을 가지는 316계열의 스테인레스강 소재로 만들어지고, 내부챔버는 석영으로 만들어진다. 챔버도어(136)는 로딩과 언로딩을 위해 열릴 때 주 챔버(131)로부터 분리된다. 하나 또는 그 이상의 O-링(138a)은 이러한 두 구성성분 사이의 공간을 밀폐하고, 쉘의 압력을 유지하기 위해 사용된다. 수소 또는 다른 공정가스는 대기 중으로 잠재적으로 이 로딩지역 주위에 누출될 수 있다. 주 도어(136)에서 문 잠금을 해제하고 공정이 완료된 후 챔버도어가 열릴 때, 몇몇 포획된 잔류 수소가 대기에 방출될 수 있는 잠재성이 있다. 수소 누출의 잠재적 위험성 부담을 최소로 하기 위하여, 로딩지역은 한 방향으로부터 유입되는 질소 판으로 형성되고, 질소 판은 또한 희석탱크(151)와 연결되는 포착제 또는 배기관으로 형성된다. 부가적으로, 확실한 실시예에서는 로딩지역에서는 수소 누출을 모니터링하기 위해 H2/D2 센서를 포함할 수 있다.The exemplary high pressure process system of FIG. 2B, with the embodiment shown in FIG. 2A, includes three main subsystems, which are the main process chamber, the inlet gas injection and control system, and the gas. Exhaust system. The main chamber configuration includes a shell or outer chamber, which includes a body 131 and an outer chamber or door 136 including a chamber bottom and a tube or inner chamber 141. In this embodiment, the outer chamber is made of 316 series stainless steel material having a high condensation point with respect to pressure, and the inner chamber is made of quartz. The chamber door 136 is separated from the main chamber 131 when opened for loading and unloading. One or more O-rings 138a are used to seal the space between these two components and to maintain pressure in the shell. Hydrogen or other process gases can potentially leak into the atmosphere around this loading area. There is the potential for some trapped residual hydrogen to be released to the atmosphere when the door is unlocked at the main door 136 and the chamber door is opened after the process is complete. In order to minimize the potential risk of hydrogen leakage, the loading zone is formed with nitrogen plates flowing in from one direction, and the nitrogen plates are also formed with trapping or exhaust pipes connected to the dilution tank 151. Additionally, in certain embodiments, the loading zone may include an H 2 / D 2 sensor to monitor hydrogen leakage.

수직형태의 이중벽 챔버설계에서, 내부챔버나 튜브는, 두 개로 분리된 영역으로 주 챔버를 분리시키며, 그것의 각각 다른 가스를 포함하고 다른 압력을 유지한다. 몇몇 실시예에서는, 내부 공정가스의 압력, 튜브 압력(140) 및 외부챔버에 있는 비활성가스의 압력에 따라서 쉘 압력(130)이 미리 결정된 범위 내에 압력들이 남아 있을 수 있게 함께 조절된다. 이런 경우에 차압은 예를 들어 ± 2 기압 차이 내에서 유지된다. 쉘 챔버(131)는 질소 가스관(150)과 연결된 쉘 질소분사장치(146)를 경유하여 유입된 질소에 의해 가압되고, 튜브 챔버(141)는 가스주입장치(145)를 경유하여 유입된 유입 수소나 중수소에 의해 가압된다. 또한, 도 2b는 석영 튜브(141) 내부에 위치된 웨이퍼 보트(143)에 수직적으로 부하가 걸린 반도체 웨이퍼(144)를 나타낸다. 또한, 내부챔버는 챔버도어 종단 캡(142)을 포함한다. 쉘 압력(130)과 튜브 압력(140)은 도 2a의 실시예에서와 같이, O-링(138b)에 의해 밀폐된다. 외부 주 챔버는 챔버내부에서 히터(134)로부터 발생되는 복사열을 차폐하기 위해 냉각수 라인(132)을 가진다. 또한, 4-지역 주 히터는 절연층(133)을 포함한다. 각각의 히터는 독립적으로 제어될 수 있다.In a vertical double-walled chamber design, the inner chamber or tube separates the main chamber into two separate regions, each of which contains a different gas and maintains a different pressure. In some embodiments, the shell pressure 130 is adjusted together so that pressures remain within a predetermined range depending on the pressure of the inner process gas, the tube pressure 140 and the pressure of the inert gas in the outer chamber. In this case the differential pressure is kept within ± 2 atmospheres, for example. The shell chamber 131 is pressurized by nitrogen introduced via the shell nitrogen injection device 146 connected to the nitrogen gas pipe 150, and the tube chamber 141 flows in through the gas injection device 145. Pressurized by sonar or deuterium. 2B also shows a semiconductor wafer 144 loaded perpendicular to the wafer boat 143 located inside the quartz tube 141. The inner chamber also includes a chamber door end cap 142. Shell pressure 130 and tube pressure 140 are closed by O-ring 138b, as in the embodiment of FIG. 2A. The outer main chamber has a coolant line 132 to shield radiant heat generated from the heater 134 inside the chamber. The four-zone main heater also includes an insulating layer 133. Each heater can be controlled independently.

고압공정이 완료되었을 때, 압력조절밸브(137)는 양쪽 챔버로부터 배기가스를 방출함으로써 챔버 내부에서 누적된 압력을 방출한다. 튜브 압력은 배기관(147)을 통해 배기될 것이고, 쉘 압력은 쉘 압력 배기관(135)을 통해 배기될 것이다. 압력조절밸브가 압력을 방출할 때, 쉘에 있는 질소와 튜브에 있는 수소가 혼합되고 배기관(157)을 통하여 질소로 수소를 희석하면서, 배기관(139)에서 동시에 방출된다. 본 발명의 적어도 일 실시예에서는, 쉘 질소에 의해 희석된 수소가 이중벽 배 기관(157)을 경유하여 희석탱크(151)로 옮겨지고, 그곳에서 더 희석된다. 또한, 몇몇 실시예에서는 또 다른 이중벽 스테인레스강 파이프(158)를 경유하여 희석탱크와 연결된 버닝 스크러버(152)를 포함하고, 도면에서 경로(159)로 표시된 것처럼, 수소 또는 다른 가연성 배기가스는 완전 연소되어 대기 중으로 방출된다. 배기관(157)은, 특히 스크러버가 사용되지 않으면, 공기로부터의 차가운 공기의 백 스트림 때문에 라인 내부에서 물에 의한 응축되는 현상을 가지고 있다. 물에 의한 응축은 잠재적으로 위험한 상황을 초래하면서, 고온에서 수소와 반응할 수 있다. 물에 의한 응축을 방지하고 또한 배기 수소/중수소 또는 다른 공정가스를 더욱 희석시키기 위하여, 추가적인 질소를 도 2a의 주입 라인(56)과 똑같은 기능을 제공함으로써 이로써 배기관에서 주입된다. 질소 주입관(161)이 배기 구멍 밸브 뒤에 바로 배기관과 연결되고, 질소의 흐름은 배기 라인에서 물에 의한 응축을 방지하기 위해 유지된다. 몇몇 실시예에서는, 배기 수소/중수소가스를 더욱 희석시키기 위하여 챔버 감압 동안에 질소의 흐름은 증가된다.When the high pressure process is completed, the pressure regulating valve 137 releases the accumulated pressure inside the chamber by releasing exhaust gas from both chambers. The tube pressure will be exhausted through the exhaust pipe 147 and the shell pressure will be exhausted through the shell pressure exhaust pipe 135. When the pressure regulating valve releases pressure, nitrogen in the shell and hydrogen in the tube are mixed and released simultaneously in the exhaust pipe 139, diluting the hydrogen with nitrogen through the exhaust pipe 157. In at least one embodiment of the invention, hydrogen diluted with shell nitrogen is transferred to dilution tank 151 via double wall exhaust 157 and further diluted there. In addition, some embodiments include a burning scrubber 152 connected to the dilution tank via another double walled stainless steel pipe 158, and hydrogen or other flammable exhaust gas is completely burned, as indicated by path 159 in the figure. And released into the atmosphere. The exhaust pipe 157 has the phenomenon of condensation by water inside the line due to the back stream of cold air from the air, especially if no scrubber is used. Condensation by water can react with hydrogen at high temperatures, leading to potentially dangerous situations. In order to prevent condensation by water and to further dilute the exhaust hydrogen / deuterium or other process gases, additional nitrogen is thereby injected in the exhaust pipe by providing the same function as the injection line 56 of FIG. 2A. The nitrogen inlet 161 is connected directly to the exhaust pipe behind the exhaust hole valve, and the flow of nitrogen is maintained to prevent condensation by water in the exhaust line. In some embodiments, the flow of nitrogen is increased during chamber depressurization to further dilute the exhaust hydrogen / deuterium gas.

또한, 도 2b의 전형적인 시스템은 고농도의 고압 공정가스의 존재 때문에 시스템에 가장 위험한 영역 중의 하나인 유입가스이송 및 제어 서브시스템을 포함한다. 도면에 나타내어진 예시적인 유입가스이송 및 제어 서브시스템은 고압수소 여과장치(155)나 부스터 펌프 그리고 수소/중수소가스 캐비넷(153)을 포함한다. 유입 수소나 중수소가스는 100% 농도일 수 있고, 그 압력은 일반적으로 700 PSI보다 적지 않다. 도면에서 경로(160)로 표시된 여과장치로부터 가스는 수소/중수소 주입관(156)을 통하여 수소/중수소가스 캐비넷(153) 안으로 유입된다. 몇몇 실시예에서 는, 수소/중수소 주입관(156)은 이중벽 스테인레스강 파이프가 사용된다. 도면에 나타내어진 구체적인 실시예에서, 수소/중수소가스 캐비넷(153)은 실링되거나 고압 질소 환경 또는 진공 환경에 의해 보호받는다. 또한, 그것은 안전을 보장받기 위해, 다른 가스 패널(154)로부터 또한 분리된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 수소/중수소 검출기가 제어 캐비넷 내부에서 설치되고, 또한 제어 캐비넷은 희석탱크(151)로 이어진 배기관에 연결된다. 수소 누출이 제어 캐비넷 내부에서 검출될 때, 배기관은 열리고, 그리고 알람 소리가 날 것이고 원천 가스 라인은 차단될 것이다.The typical system of FIG. 2B also includes an inlet gas transfer and control subsystem, one of the most dangerous areas for the system because of the presence of high concentrations of high pressure process gases. The exemplary inlet gas transfer and control subsystem shown in the figure includes a high pressure hydrogen filtration device 155 or a booster pump and a hydrogen / deuterium gas cabinet 153. The incoming hydrogen or deuterium gas can be at a 100% concentration and the pressure is generally no less than 700 PSI. Gas is introduced into the hydrogen / deuterium gas cabinet 153 through the hydrogen / deuterium injection pipe 156 through the filtration device indicated by the path 160 in the figure. In some embodiments, hydrogen / deuterium injection tube 156 is a double wall stainless steel pipe. In the specific embodiment shown in the figure, the hydrogen / deuterium gas cabinet 153 is sealed or protected by a high pressure nitrogen environment or a vacuum environment. In addition, it is also separated from other gas panels 154 to ensure safety. According to an embodiment of the invention, a hydrogen / deuterium detector is installed inside the control cabinet, and the control cabinet is also connected to an exhaust pipe leading to the dilution tank 151. When a hydrogen leak is detected inside the control cabinet, the exhaust pipe will open and an alarm will sound and the source gas line will shut off.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중벽 공정챔버의 단면도가 도시되어 있다. 이중벽 공정챔버는 도 2a에 도시된 예시적인 챔버의 설계와 유사한 내부챔버(203)와 외부챔버(201)를 포함한다. 이중벽 챔버의 설계에서, 가연성이며, 유독하고 위험한 활성가스는 내부챔버 내부(206)에 한정되고, 내부챔버는 외부챔버에 함유된 다른 가스에 의해 가압된 외부압력에 의해 보호된다. 몇몇 실시예에서는, 질소와 같은 비활성가스가 외부챔버에 사용된다. 외부챔버 내부에서 내부챔버를 유지하는 지지체를 포함한 다양한 부분은 명확성을 위해서 도면에 도시되지 않은 것은 주의되어야 한다. 앞서 언급한 것처럼, 이러한 이중벽 챔버 설계가 내부챔버로부터 공정가스의 누출이 있는 경우에 버퍼 영역을 제공한다. 도시된 실시예에서는 내부챔버와 외부챔버는 각각 덮개 또는 도어(204, 202,207)에 의해 밀폐된다. 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 외부챔버는 316계열의 스테인레스강과 같은 금속으로 만들어지며, 내부챔버는 고온과 고압 작업 환경에서 오염을 감소시키기 위해 석영과 같은 비금속계 기재로 만들어지기 때문에 가장 높은 응력 포인트의 하나를 가진다.3, a cross-sectional view of a double wall process chamber in accordance with an embodiment of the present invention is shown. The double wall process chamber includes an inner chamber 203 and an outer chamber 201 similar to the design of the exemplary chamber shown in FIG. 2A. In the design of the double wall chamber, flammable, toxic and dangerous active gases are defined in the inner chamber interior 206, which is protected by an external pressure pressurized by other gases contained in the outer chamber. In some embodiments, an inert gas such as nitrogen is used in the outer chamber. It should be noted that various parts including the support holding the inner chamber inside the outer chamber are not shown in the drawings for clarity. As mentioned earlier, this double wall chamber design provides a buffer area in the event of a leak of process gas from the inner chamber. In the illustrated embodiment, the inner and outer chambers are closed by lids or doors 204, 202, and 207, respectively. According to at least one embodiment of the present invention, the outer chamber is made of a metal such as 316 series stainless steel, and the inner chamber is the highest because it is made of a non-metallic substrate such as quartz to reduce contamination in high temperature and high pressure working environments. Has one of the stress points.

도 3은 또한 다양한 가스 주입과 배기 라인을 나타낸다. 이러한 가스관은 도면에 줄을 쳐 놓은 바와 같이 도시되어 있는 것을 주목하라. 도면 또한 냉각수 라인(214)을 나타낸다. 수소나 중수소(H2/D2)와 같은 공정가스는 공정가스 주입관(208,209,210)을 통하여 주입되고 공정가스 배기관(211,212)을 통하여 배기된다. 다른 한편으로는, 질소(N2)와 같은 외부챔버 가스는 질소 주입관(213)을 통하여 챔버로 흘러 들어가고, 215를 통하여 배기된다. 몇몇 실시예에서는, 이러한 가스관은 다른 목적을 위해 재사용될 수 있다. 예를 들어, 로딩과 언로딩 동안, 공정가스 주입관(208,209,210) 뿐만 아니라 질소 주입관(213)을 챔버에 남겨진 잔존 공정가스를 정화시키기 위한 질소를 유입하는데 사용될 수도 있다.3 also shows various gas injection and exhaust lines. Note that these gas lines are shown as lined up in the figure. The figure also shows the coolant line 214. Process gas such as hydrogen or deuterium (H 2 / D 2 ) is injected through process gas injection pipes 208, 209, 210 and exhausted through process gas exhaust pipes 211, 212. On the other hand, an external chamber gas such as nitrogen (N 2 ) flows into the chamber through the nitrogen injection pipe 213 and is exhausted through 215. In some embodiments, these gas lines can be reused for other purposes. For example, during loading and unloading, the nitrogen injection pipe 213 as well as the process gas injection pipes 208, 209, 210 may be used to introduce nitrogen for purifying the remaining process gas left in the chamber.

이중벽 챔버 설계에서, 도 3에서 각각 내부챔버 내부(206)와 외부챔버(205) 내부의 압력차는 내부챔버(203) 벽의 표면 위에 가압된다. 석영과 같은 일정한 재료 만들어진 내부챔버는 붕괴되거나 고압차 하에 부서진다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 내부에 있는 가스와 외부챔버의 압력이 미리 결정된 범위 내에서 유지된다. 예를 들어, 내부챔버(203) 벽을 가로지르는 압력차가 미리 결정된 범위에 남아 있도록, 내부챔버에 있는 가스의 압력이 상승 또는 감소하면 외부챔버에 있는 가스량은 증가되거나 감소된다. In the double wall chamber design, in FIG. 3, the pressure difference inside the inner chamber interior 206 and the outer chamber 205, respectively, is pressed over the surface of the inner chamber 203 wall. Inner chambers made of certain materials, such as quartz, collapse or break under high-pressure cars. In some embodiments of the invention, the pressure of the gas inside and the outer chamber is maintained within a predetermined range. For example, if the pressure of the gas in the inner chamber rises or decreases so that the pressure difference across the wall of the inner chamber 203 remains in a predetermined range, the amount of gas in the outer chamber is increased or decreased.

이것은 도 4에서 나타내어진 순서도에서 설명된다. 이 예시적인 프로세스에 서, 내부챔버와 외부챔버 사이의 압력차는 블록 S251, S252, S253, S254와 S256에 의해 미리 결정된 범위 내에 유지되고 루프에 정돈된다. 공정은 양쪽 챔버에서 압력센서장치를 판독하고 바람직한 범위 내에 압력차를 유지하기 위해 하나 또는 양쪽 압력을 변환하라고 프로그램화된 컴퓨터로 구현될 수도 있다. 블록(S251)에서 내부챔버의 가스압력(튜브 압력)과 외부챔버의 가스압력(쉘 압력)이 측정되고, 블록(S252)에서 튜브 압력과 쉘 압력의 압력차가 연산된다. 만약 압력차가 최초 사전설정 값 내에 있으면 블록(S253)에서 '아니오' 경로로 지시된 것과 같이 이러한 측정이 정기적으로 행해지거나 또는 다른 조건의 변화에 근거하여 반복된다. This is illustrated in the flowchart shown in FIG. 4. In this exemplary process, the pressure difference between the inner chamber and the outer chamber is kept within the predetermined range by blocks S251, S252, S253, S254 and S256 and trimmed in the loop. The process may be implemented with a computer programmed to read the pressure sensor device in both chambers and convert one or both pressures to maintain the pressure differential within the desired range. In block S251, the gas pressure (tube pressure) of the inner chamber and the gas pressure (shell pressure) of the outer chamber are measured, and in block S252, the pressure difference between the tube pressure and the shell pressure is calculated. If the pressure difference is within the initial preset value, these measurements are performed periodically or repeated based on changes in other conditions as indicated by the no path in block S253.

압력차가 최초 사전설정 값보다 더 높은 것으로 검출된다면 블록(S253)에 있는 '예' 경로를 따라가고, 최초 사전설정 값보다 더 낮은 것으로 검출된다면 블록(S253)에 있는 '아니오' 경로를 따라가서 블록(S256)에 나타내어진 공정이 수행된다. 본 예에서, 압력차는 각각의 챔버에서 또는 각각의 챔버로 가스를 첨가하거나 제거함으로써 조절된다. 그런 다음 공정은 블록(S251)으로부터 시작함으로써 다시 시작한다. 블록(S254)에 '예' 경로에 의해 표시된 것처럼, 압력차가 두 번째 임계값보다 더 높으면, 예를 들어 블록(S255)에 의해 표시된 것처럼 시스템을 차단하고, 어떤 필요한 비상조치를 취함으로써 종결된다.If the pressure difference is detected to be higher than the initial preset value, follow the 'Yes' path in block S253 and if it is detected to be lower than the initial preset value, follow the 'No' path in block S253 and block The process shown in S256 is performed. In this example, the pressure difference is adjusted by adding or removing gas to or from each chamber. The process then begins again by starting from block S251. If the pressure difference is higher than the second threshold, as indicated by the 'yes' path in block S254, it is terminated by shutting down the system, for example as indicated by block S255, and taking any necessary emergency action.

앞서 언급한 것처럼, 도 2a나 2b에 나타내어진 바와 같이 차압 허용 오차의 레벨은 이중벽 챔버의 전형적인 설계에서 2 기압쯤에 있을 것이다. 튜브 압력에 비슷하거나 본질적으로 가까운 쉘 압력은 내부챔버의 일체성을 유지할 것이며, 몇몇 실시예에서 내부챔버는 석영과 같이 소재로 만들어진다. 주의 깊게 측정한 조건 하 에서, 압력차가 임계값 아래에 남아 있는 데서, 내부챔버에 있는 수소나 중수소가스는 튜브 영역 주위 질소의 큰 양에 의해 대기로부터 고립되며, 이렇게 해서 고압공정 동안 대기 공기 중으로 수소의 누출을 방지하게 된다. 튜브로부터의 수소 누출은 쉘 주위의 질소에 의해 즉시 희석될 것이다. 그러나, 도 4의 블록(S255)에 표시된 것처럼, 누출이 커서 압력차가 미리 설정된 임계값을 넘어서 커지도록 하는데 충분하다면, 고압공정은 몇몇 실시예에서 소프트웨어 인터록에 의해 중단된다. 외부챔버로부터 가스가 내부챔버 안으로 또는 외부 공기 중으로 누출되었을 경우, 비슷한 예방조치를 취하게 되고, 인터록은 압력차가 임계값에 도달할 때 고압공정을 중단한다. 몇몇 실시예에서는, 차압뿐만 아니라 튜브와 쉘 압력 둘 다 시스템에 어떤 가능한 기능장애를 일으키는지 검출하기 위해 모니터링 된다. 쉘 압력과 튜브 압력 둘 다 동시에 떨어질 때, 혹은 차압의 오작동으로 인해 튜브 압력과 쉘 압력을 분리한 석영 튜브가 붕괴될 때, 기계적인 것과 소프트웨어 인터록은 고압공정을 그만두게 할 것이며, 압력 방출 밸브는 양쪽 챔버를 비우기 위해 바로 열리게 된다.As mentioned earlier, the level of differential pressure tolerance, as shown in FIG. 2A or 2B, will be around 2 atm in a typical design of a double wall chamber. Shell pressures similar or essentially close to the tube pressure will maintain the integrity of the inner chamber, and in some embodiments the inner chamber is made of material such as quartz. Under carefully measured conditions, the pressure difference remains below the threshold, where hydrogen or deuterium gas in the inner chamber is isolated from the atmosphere by a large amount of nitrogen around the tube region, thus allowing hydrogen to enter the atmosphere during the high pressure process. To prevent leakage. Hydrogen leakage from the tube will immediately be diluted by the nitrogen around the shell. However, as indicated by block S255 of FIG. 4, if the leak is large enough to cause the pressure differential to increase beyond the preset threshold, the high pressure process is interrupted by software interlock in some embodiments. If gas from the outer chamber leaks into the inner chamber or into the outside air, similar precautions are taken, and the interlock stops the high pressure process when the pressure difference reaches a threshold. In some embodiments, both the differential pressure as well as the tube and shell pressures are monitored to detect what possible malfunctions in the system. When both the shell pressure and the tube pressure drop at the same time, or when the quartz tube separating the tube pressure and the shell pressure collapses due to a malfunction of the differential pressure, the mechanical and software interlocks will stop the high pressure process, and the pressure relief valve It opens immediately to empty both chambers.

본 발명의 몇몇 실시예에서는, 안전한 유입가스 주입, 전달과 제어 서브시스템이 제공되며, 여기에는 유량제어기와, 유량계 그리고 다른 가스 제어 기계장치와 연결된다. 적어도 일 실시예에 따르면, 이러한 장치 사이에 연결되는 연결부위는 추가적인 칸막이 또는 챔버에 의해 보호받는다. 전형적인 시스템이 도 5에서 개략적으로 나타내어지며, 가스 여과장치(301), 공정챔버(305) 및 가스 제어 패널(303)이 포함된다. 가스 여과장치(301)와 가스 제어 패널(303)은 가스관(302)을 통해 연 결되며, 가스 제어 패널(303)에서 가스는 가스관(304)을 통해 공정챔버(305)로 연결된다. 몇몇 실시예에서는, 가스관(304)은 앞서 기술된 것처럼, 이중벽 구조에 의해 보호받는다. 가스 여과장치 또는 부스터 펌프의 최소 압력은 일반적으로 700 PSI 인데, 이러한 가스 이송장치는 고압 시스템에서 안전을 보장하는데 가장 취약한 연결 중의 하나이다. 수소가 주입되는 가스관(302,304)은 유량제어기와 같은 다양한 가스 제어 기계장치(도면에 도시되지 않음)나 유량계와 연결되고, 흐름을 제어하기 위한 가스 제어 패널(303)에 일반적으로 포함된다. 몇몇 실시예에서는, 가스 제어 패널(303)은 가압된 질소 환경 하에서 또는 진공 환경 하에서 부가적인 기계장치를 사용함으로써 보호된다. 이것은 수소가 대기 중으로 직접적으로 누출되는 것을 막는다. 몇몇 실시예에서는, 경보 또는 경보 시스템은 가스 분사 관을 포함하여, 가스 제어 패널로부터 또는 어떤 구성성분으로부터 가스누출을 검출하기 위해 사용된다. 제어 패널 내부에서나 주위에서 수소 누출이 검출될 때, 배기관은 열리고, 알람 소리가 날 것이며 원천 가스 라인은 차단될 것이다. 일정한 실시예에서는, 가스 제어 패널은 배기가스 희석탱크와 연결되며, 원천 가스는 비상 상황의 경우 공정챔버를 통과시킴으로써 직접적으로 배출시킬 수 있다.In some embodiments of the present invention, a secure inlet gas injection, delivery and control subsystem is provided, which is connected to a flow controller, a flow meter and other gas control mechanisms. According to at least one embodiment, the connections between these devices are protected by additional partitions or chambers. A typical system is shown schematically in FIG. 5 and includes a gas filtration device 301, a process chamber 305 and a gas control panel 303. The gas filtration device 301 and the gas control panel 303 are connected through the gas pipe 302, and the gas is connected to the process chamber 305 through the gas pipe 304 in the gas control panel 303. In some embodiments, the gas line 304 is protected by a double wall structure, as described above. The minimum pressure of the gas filter or booster pump is typically 700 PSI, which is one of the most vulnerable connections to ensure safety in high pressure systems. Gas lines 302 and 304 into which hydrogen is injected are connected to various gas control mechanisms (not shown in the figure) or flow meters, such as flow controllers, and are generally included in gas control panels 303 for controlling flow. In some embodiments, the gas control panel 303 is protected by using additional machinery under pressurized nitrogen environment or under vacuum environment. This prevents hydrogen from leaking directly into the atmosphere. In some embodiments, an alarm or alarm system is used to detect gas leaks from gas control panels or from certain components, including gas injection tubes. When a hydrogen leak is detected inside or around the control panel, the exhaust pipe will open, an alarm will sound and the source gas line will shut off. In certain embodiments, the gas control panel is connected to the exhaust gas dilution tank, and the source gas can be discharged directly by passing through the process chamber in case of an emergency.

대기 중으로 잠재적 수소 누출이 일어나는 또 다른 영역은 공정챔버의 로딩지역이다. 도 5의 하부 도어와 챔버도어는 공정이 완료된 후에 문이 열리면, 몇몇 포획된 잔류 수소가 대기 중으로 방출될 수 있는 잠재 가능성이 있다. 수소 누출의 잠재적 위험 부담을 최소로 하기 위하여, 도 3과 비교하여 앞서 설명한 것처럼, 몇몇 실시예에서는 로딩지역에서 질소가 항상 흐를 수 있도록 한다. 질소가 희석탱크 로 흐르는 동안 수소 잔존물은 수소와 함께 희석탱크 안으로 유입된다. 또한, 몇몇 실시예에서는, 로딩지역은 수소 누출을 모니터링하기 위하여 수소 센서를 갖추고, 안전 레벨 이상으로 수소 누출이 발생되면 시스템을 정지시킬 가능성을 포함하면서 비상조치를 트리거링(기계나 프로그램이 자동적으로 동작을 개시하도록 하는 일)을 행할 것이다.Another area where potential hydrogen leaks into the atmosphere is the loading chamber of the process chamber. The lower door and chamber door of FIG. 5 have the potential to release some trapped residual hydrogen into the atmosphere if the door is opened after the process is complete. In order to minimize the potential risk of hydrogen leakage, as described above in comparison to FIG. 3, some embodiments allow nitrogen to always flow in the loading zone. While nitrogen flows into the dilution tank, the hydrogen residue flows into the dilution tank along with the hydrogen. In addition, in some embodiments, the loading zone is equipped with a hydrogen sensor to monitor the hydrogen leak and triggers emergency actions (including the possibility of shutting down the system if a hydrogen leak occurs above a safe level). Will be initiated.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버에 압력을 가하기 위한 예시적인 공정을 설명하는 것으로서, 여기서는 이중벽 챔버를 사용한다. 이중벽 챔버에 압력을 가하면, 내부챔버에서 압력이 증가하고 외부챔버는 주의 깊게 제어되어야 한다. 여기서 본 발명에 따른 두 번째 사전설정 값이라 함은 첫 번째 챔버와 두 번째 챔버와의 압력비율을 설정한 값을 정의하는 것으로, 바람직하게는 두 번째 챔버의 압력이 항상 높도록 유지하여 첫 번째 챔버로부터 가스 유출을 막고 혼합가스의 농도를 맞추게 되는 것으로, 통상적으로 차압은 사전설정 값, 예를 들면, 2 기압 이하에서 남아 있어야 한다. 도면에 나타내어진 순서도는 불연속적인 잠금 단계에서 상압 공정을 기술하며, 루프는 블록 S401, S402, S403, S405, 그리고 S406을 포함하도록 형성된다. 그러나 다른 실시예에서는 이러한 공정이 끊임없이 수행될 수도 있다. 도 6의 블럭(S401)에 도시된 바와 같이, 예시적인 공정은 첫 번째 가스(내부챔버에 있는 공정가스)의 일정한 가스량 x를 첨가하고, 두 번째 가스(외부챔버에 있는 비활성가스)의 일정한 가스량 y를 첨가함으로써 시작된다. 전형적인 설계에서, 외부챔버의 부피는 내부챔버의 부피보다 매우 크므로 압력을 같게 하기 위해 두 번째 가스의 가스량은 비례하여 더 크게 주입되어야 한다. Figure 6 illustrates an exemplary process for applying pressure to a process chamber in accordance with an embodiment of the present invention, where a double wall chamber is used. When pressure is applied to the double wall chamber, the pressure increases in the inner chamber and the outer chamber must be carefully controlled. Here, the second preset value according to the present invention is to define a value that sets the pressure ratio between the first chamber and the second chamber, and preferably the first chamber is maintained at a high pressure at all times. To prevent the outflow of gas from the gas and adjust the concentration of the mixed gas, Typically the differential pressure should remain below a preset value, for example 2 atm. The flowchart depicted in the figure describes an atmospheric process in a discontinuous locking step, and the loop is formed to include blocks S401, S402, S403, S405, and S406. However, in other embodiments, this process may be performed continuously. As shown in block S401 of FIG. 6, an exemplary process adds a constant gas amount x of the first gas (process gas in the inner chamber) and a constant gas amount of the second gas (inert gas in the outer chamber). starts by adding y. In a typical design, the volume of the outer chamber is much larger than the volume of the inner chamber so that the gas volume of the second gas must be proportionately larger in order to equalize the pressure.

이러한 가스량 x와 y는 챔버의 특별한 설계에 근거하여 일반적으로 계산할 수 있는 수량이다. 예를 들면, 주입 가스량은 다른 직경으로 사용되는 주입 파이프나 주입 시간을 가변시키는 등 다양한 방법으로 제어될 수 있다. 그리고 나서, 튜 브 압력과 쉘 압력을 측정하고(블록S402), 압력차가 연산된다(블록S405). 튜브 압력과 쉘 압력이 본질적으로 목표 값에 근접한다면, 공정은 블록(S404)에서 종결된다. 반면에, 다른 경우에는 공정이 계속된다. 압력차가 사전설정 값의 범위 내에 남아 있다면 상압 공정은 블록(S405)에서 '아니오' 경로를 좇아 계속된다. 다른 경우에 몇몇 추가적인 공정은 쉘 압력과 튜브 압력을 균형화시키기 위해 블록(S406)에서 획득하게 된다.These gas quantities x and y are generally quantities that can be calculated based on the particular design of the chamber. For example, the injection gas amount can be controlled in various ways, such as varying the injection pipe used for different diameters or the injection time. Then, the tube pressure and the shell pressure are measured (block S402), and the pressure difference is calculated (block S405). If the tube pressure and the shell pressure are essentially close to the target value, the process ends at block S404. On the other hand, in other cases the process continues. If the pressure difference remains within the range of the preset value, the atmospheric pressure process continues along the 'no' path in block S405. In other cases, some additional processing is obtained at block S406 to balance shell pressure and tube pressure.

도 7에 관련하여, 예시적인 배기시스템은 본 발명의 실시예에 따라서 설명된다. 가압된 수소나 다른 유해가스는 열처리가 완료된 후 배기시스템을 통하여 대기 중으로 방출된다. 이 개략적인 도면은 두 챔버(501,502)를 보여주며, 이는 각각 배기관(503,504)에 연결된다. 도면은 또한 혼합 탱크(505)의 부가 구성 부분을 볼 수 있으며, 혼합 탱크(505)는 직접적으로 파이프와 연결된 추가적인 칸막이에 연결된다. 이 구체적인 실시예에 따르면, 첫 번째 챔버(501)로부터의 가스가 방출되는 것과 동시에 혼합 탱크에 있는 두 번째 챔버(502)로부터의 가스로 혼합된다. 가스 중 하나가 고농도 또는 고압 하에서 가연성이면서 유독하고 위험한 경우, 이 기계장치는 다른 챔버로부터 유입된 가스로 유해가스를 희석시킨다. 이것은 예를 들어, 도 2a와 2b에 나타내어진 실시예에서 관련하여 묘사되었다. 혼합되거나 희석된 가스는 또 다른 파이프(506)를 통하여 혼합 챔버(505)에서 밖으로 유출되며, 이는 다른 혼합 또는 희석탱크나 연소 스크러버와 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 배기관(503,504)이 매우 짧거나 혹은 전혀 제공되지 않을 수도 있으며, 가스 챔버는 이로써 혼합의 유효성을 증가시키면서, 직접적으로 혼합 칸막이와 연결될 수 있다. 일정한 실시예에서, 챔버로부터 배기관을 개폐한 배기밸브(도면에 도시되지 않음)가 함께 제어되고, 배기가스의 상대적인 양은 그들의 상대 압력에 근거하여 자동적으로 세팅된다. 배기가스는 또한 각각의 챔버의 상대적인 크기와 파이프 직경의 상대적인 크기에 달려있을 수 있다. 일정한 다른 실시예에서, 배기밸브는 독립적으로 제어될 수 있어서 각각의 챔버로부터의 배기가스의 가스량이 독립적으로 조절될 수 있다. 후자의 경우, 배기가스의 상대농도는 고압인 조건 하에 혼합 탱크(505)에서 제어될 수 있다.With reference to FIG. 7, an exemplary exhaust system is described in accordance with an embodiment of the present invention. Pressurized hydrogen or other harmful gases are released to the atmosphere through the exhaust system after the heat treatment is complete. This schematic diagram shows two chambers 501 and 502, which are connected to exhaust pipes 503 and 504, respectively. The figure also shows an additional component part of the mixing tank 505, which is connected to an additional partition directly connected to the pipe. According to this specific embodiment, the gas from the first chamber 501 is mixed with the gas from the second chamber 502 in the mixing tank at the same time as it is released. If one of the gases is flammable, toxic and dangerous under high concentrations or high pressures, the mechanism dilutes the noxious gas with gas from another chamber. This is depicted in relation to, for example, the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B. The mixed or diluted gas flows out of the mixing chamber 505 through another pipe 506, which may be connected to another mixing or dilution tank or combustion scrubber. In some embodiments, the exhaust pipes 503 and 504 may be very short or not provided at all, and the gas chamber may be connected directly to the mixing partition, thereby increasing the effectiveness of the mixing. In certain embodiments, exhaust valves (not shown) that open and close the exhaust pipe from the chamber are controlled together, and the relative amount of exhaust gas is automatically set based on their relative pressure. The exhaust gas may also depend on the relative size of each chamber and the relative size of the pipe diameter. In some other embodiments, the exhaust valves can be controlled independently so that the amount of gas in the exhaust gas from each chamber can be adjusted independently. In the latter case, the relative concentration of the exhaust gas can be controlled in the mixing tank 505 under conditions of high pressure.

적어도 일 실시예에 따르면, 질소와 같은 다른 비활성가스는 열처리 챔버로부터 활성가스의 농도를 감소시킴으로써 이로써 배기공정 동안 부가된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 구체적인 실시예에서 여분의 가스관(507)은 혼합 탱크(505)에 포함된다. 질소와 같은 첨가가스는 수소와 같이 더욱 유독하거나 유해한 가스의 농도를 감소시킨다. 이 첨가가스의 흐름은 또한 배기관(506)을 통하여 외부로부터 가스의 역류를 막는다. 앞서 언급한 것처럼, 가스의 역류(백 스트림) 또는 외부로부터의 공기가 배기가스에 산소를 제공함으로써, 예를 들면, 배기시스템에 역효과를 가져올 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 이 파이프(507)를 통한 가스 흐름은 배기관(503)과 배기관(504)으로부터 나오는 배기가스의 가스량이나 압력에 근거하여 자동적으로 조절된다.According to at least one embodiment, another inert gas such as nitrogen is added during the exhaust process by reducing the concentration of the active gas from the heat treatment chamber. As shown in FIG. 7, in this specific embodiment, an extra gas pipe 507 is included in the mixing tank 505. Additive gases such as nitrogen reduce the concentration of more toxic or harmful gases such as hydrogen. This flow of additive gas also prevents backflow of gas from the outside through the exhaust pipe 506. As mentioned above, the backflow of the gas (back stream) or air from the outside can provide oxygen to the exhaust gas, for example, to have an adverse effect on the exhaust system. In some embodiments, the gas flow through the pipe 507 is automatically adjusted based on the gas amount or pressure of the exhaust gas from the exhaust pipe 503 and the exhaust pipe 504.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 두 챔버 열처리 관에서 배기가스를 배출하기 위한 예시적인 공정을 설명한다. 관은 도 7에서 나타내어진 시스템에서와 같이 첫 번째 챔버와 두 번째 챔버를 포함하고, 첫 번째 챔버가 안전성 이유로 모니터링될 필요가 있는 공정가스를 포함하는 것으로 생각한다. 순서도는 열처리가 행해지고 배기공정이 시작된 후 공정의 세그먼트를 나타낸다. 블록(S551)에서, 양쪽 챔버로부터 가스의 제어량은 동시에 또는 차례로 방출된다. 블록에 명시된 것처럼, 각각의 챔버의 압력은 안전을 보장하기 위한 경우에는 모니터링 될 필요가 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 이중벽 챔버 설계에서, 압력차가 항상 사전설정 범위 내에 있을 필요가 있다. 그리고 나서 블록(S552)에서 배기가스에 있는 첫 번째 가스농도가 측정되거나 연산된다. 여기서 본 발명에 따른 세 번째 사전설정 값이라 함은 가스를 배출할 때 혼합탱크에서의 첫 번째 챔버에서 나오는 가스의 농도와 두 번째 챔버에서 나오는 가스농도의 비율을 설정한 값을 의미하는 것으로, 첫 번째 가스농도가 사전설정 범위 내에 있다면 블록(S553)에서 '예' 경로에 의해 표시된 것처럼, 배기공정은 다음 블록(S555)을 지속한다. 한편으로, '아니오' 경로에 의해 표시된 것처럼 추가적인 공정은 첫 번째 가스농도를 변환하기 위해 수행된다. 예를 들면 이것은 블록(S554)에 도시된 바와 같이, 혼합 챔버 안으로 비활성가스의 가스량(z량)을 첨가하거나 공정의 다음 주기에서 각각의 챔버로부터 배기 가스량을 제어함으로써 또한 행해질 수 있다. 가스가 완전히 배기되었거나 또는 압력레벨이 확실한 사전설정값 아래로 떨어진다면, 블록(S555)의 '예' 경로를 따라가며, 이 예시적인 배기공정은 블록(S556)에서 멈춘다.8 illustrates an exemplary process for venting exhaust gas from a two chamber heat treatment tube in accordance with an embodiment of the present invention. The tube comprises a first chamber and a second chamber as in the system shown in FIG. 7, and the first chamber is considered to contain the process gas that needs to be monitored for safety reasons. The flowchart shows the segment of the process after the heat treatment has been performed and the exhaust process has begun. In block S551, the control amount of gas from both chambers is released simultaneously or sequentially. As stated in the block, the pressure in each chamber needs to be monitored in order to ensure safety. For example, in the double wall chamber design shown in FIG. 3, the pressure differential needs to always be within a preset range. Then at block S552 the first gas concentration in the exhaust gas is measured or calculated. Here, the third preset value according to the present invention refers to a value that sets the ratio of the gas concentration coming out of the first chamber and the gas concentration coming out of the second chamber when the gas is discharged. If the first gas concentration is within the preset range, the exhaust process continues to the next block S555, as indicated by the yes path in block S553. On the one hand, an additional process, as indicated by the 'no' route, is carried out to convert the first gas concentration. For example, this can also be done by adding a gas amount (z amount) of inert gas into the mixing chamber, or controlling the amount of exhaust gas from each chamber in the next cycle of the process, as shown in block S554. If the gas is exhausted completely or the pressure level falls below a certain preset value, follow the 'yes' path of block S555, and this exemplary exhaust process stops at block S556.

공정이 완료되거나 종결된 후, 그리고 가스가 감압화 된 후에는 열처리 챔버나 어떤 서브시스템에 갇힌 몇몇 잔류가스가 남아 있을 수 있다. 갇힌 잔류가스는 결국 누출되고 대기 중의 공기와 상호 반응하여 잠재적으로 위험한 상황을 야기할 수 있다. 챔버도어가 닫힐 때 공정챔버 내부에 대기 공기가 갇혀있게 될 가능성 또한 크며, 이것은 가압화가 시작될 때 수소와 같은 활성가스와 상호작용을 초래할 수 있다. 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 챔버도어가 닫힌 후 그리고 열처리 장치의 다양한 부분에 갇힌 잔류가스나 공기를 제거하는 수소 가압화의 시작 전에 질소 정화 공정이 공정 시작 시점에서 채택된다. 질소 정화 공정은 챔버 도어를 여는 것에 앞서 가스 챔버 내에 갇힌 수소를 정화시키기 위해 공정의 끝 단계에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 질소가 항상 흐를 수 있도록 하는 것은 공정이 완료된 뒤에 시스템에 남아 있는 잔류가스를 제거하는 것을 돕기 위한 열처리 챔버의 배기밸브나 챔버 부근에서 유지된다.After the process is completed or terminated, and after the gas has been depressurized, some residual gas may remain in the heat treatment chamber or any subsystem. The trapped residual gas eventually leaks and can interact with the air in the atmosphere, causing a potentially dangerous situation. There is also a high possibility that atmospheric air will be trapped inside the process chamber when the chamber door is closed, which can result in interaction with an active gas such as hydrogen when pressurization begins. According to at least one embodiment of the present invention, a nitrogen purifying process is employed at the start of the process after the chamber door is closed and before the start of hydrogen pressurization to remove residual gas or air trapped in various parts of the heat treatment apparatus. The nitrogen purge process can be used at the end of the process to purify hydrogen trapped in the gas chamber prior to opening the chamber door. In some embodiments, allowing nitrogen to flow at all times is maintained near the chamber or the exhaust valve of the heat treatment chamber to help remove residual gas remaining in the system after the process is complete.

이상과 같이, 고압가스 환경에서 반도체소자를 열처리하기 위한 방법과 장치가 제공되었다. 본 발명은 특별한 구체적인 실시예를 참조하여 기술되었을지라도, 그것은 다양한 변경과 변화가 더 광범위한 정신을 벗어나지 않으면서 이러한 실시예와 청구항에 기술된 바와 같이 발명의 범위에 만들어질 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 상술한 내용과 도면 등은 제한적인 의미보다는 오히려 예시적으로 간주되어야 된다.As described above, a method and apparatus for heat treating a semiconductor device in a high pressure gas environment have been provided. Although the present invention has been described with reference to particular specific embodiments, it is evident that various changes and modifications can be made within the scope of the invention as set forth in these embodiments and claims without departing from the broader spirit. Accordingly, the foregoing description and drawings are to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 고압가스 분위기에서 반도체장치를 열처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 내용을 제시하였으며, 반도체 제조 공정에서 고유전율(high-K) 게이트 절연막 열처리, 후-금속화 소결 열처리 및 성형가스 열처리에 대하여 고압의 수소/중수소 공정 응용이 소자 성능에 확실한 개선을 달성할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention provides a method and apparatus for heat treatment of a semiconductor device in a high-pressure gas atmosphere, and a high-K gate insulating film heat treatment, a post-metallization sintering heat treatment, and The application of high pressure hydrogen / deuterium process for molding gas heat treatment has the effect of achieving a definite improvement in device performance.

또한, 본 발명은 고압의 수소/중수소, 플루오르, 암모니아, 염소와 같은 가 연성이고 유해한 가스와 관련된 수많은 주요 안정성 문제들을 극복할 수 있으며, 소자의 수명상승, 상호컨덕턴스의 개선, 댕글링 본드(dangling bond) 감소 등과 같은 다양한 측면에서 반도체소자의 성능을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can overcome a number of major stability problems associated with flammable and harmful gases such as high pressure hydrogen / deuterium, fluorine, ammonia, chlorine, and increase device lifetime, improve interconductance, and dangling bonds. There is an effect that can significantly improve the performance of the semiconductor device in various aspects such as reducing the bond).

또한, 본 발명은 주어진 공정온도에 있는 열 이력 비용을 줄이고 소자 성능개선을 위한 본질적인 요구사항인 짧은 처리시간을 달성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the thermal history cost at a given process temperature and achieving a short processing time which is an essential requirement for improving device performance.

Claims (40)

비금속재로 만들어지고, 100% 순농도의 수소, 중수소, 불소, 염소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 첫 번째 가스의 첫 번째 압력을 유지하기 위해 설계된 내부챔버와;An inner chamber made of a non-metallic material and designed to maintain a first pressure of a first gas containing at least one of hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine and ammonia at a 100% net concentration; 금속재로 만들어지고, 상기 내부챔버를 포함하며, 상기 내부챔버의 외부에서 비활성가스를 포함하는 두 번째 가스의 두 번째 가스압력을 유지하기 위해 설계된 외부챔버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.A high pressure heat treatment comprising: an outer chamber made of a metal material, the outer chamber including the inner chamber and designed to maintain a second gas pressure of a second gas including an inert gas outside of the inner chamber The device used for. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 내부챔버와 연결되어 있으며, 상기 내부챔버의 내부에서 반도체 웨이퍼를 유지할 수 있게 형성된 홀더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And a holder connected to the inner chamber and configured to hold the semiconductor wafer in the inner chamber. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 내부챔버와 외부챔버 중 어느 하나와 연결되고, Is connected to any one of the inner chamber and the outer chamber, 상기 내부챔버의 상기 첫 번째 가스를 가열시키도록 형성된 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And a heater configured to heat the first gas of the inner chamber. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 첫 번째 가스압력과 상기 두 번째 가스압력은 개별적으로 제어될 수 있 는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And said first gas pressure and said second gas pressure can be controlled separately. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내부챔버는 상기 내부챔버를 개폐하는 수단을 포함하고, The inner chamber includes means for opening and closing the inner chamber, 상기 외부챔버는 상기 외부챔버를 개폐하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And said outer chamber comprises means for opening and closing said outer chamber. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비금속재는 석영을 포함하고, 상기 금속재는 스테인레스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치. Wherein said non-metal material comprises quartz and said metal material comprises stainless steel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 첫 번째 가스압력과 상기 두 번째 가스압력 중 적어도 어느 하나를 감소시키는 장치의 운전가동을 중단하게 하기 위한 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And means for discontinuing operation of the device for reducing at least one of said first gas pressure and said second gas pressure. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 첫 번째 가스는,The method of claim 1, wherein the first gas, 중수소를 포함하는 성형가스(forming gas)를 포함하며, 상기 성형가스는 1%에서 99%의 중수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.A forming gas comprising deuterium, the forming gas comprising 1% to 99% deuterium. 집적회로를 공정처리하기 위한 방법에 있어서,A method for processing an integrated circuit, 25atm이상까지의 압력과 1% 에서 99%의 농도인 중수소 가스의 분위기에서 집적회로를 열처리하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로를 공정처리하기 위한 방법.A method for processing an integrated circuit comprising heat treating the integrated circuit in an atmosphere of deuterium gas at a pressure of at least 25 atm and a concentration of 1% to 99%. 제 10 항에 있어서, 상기 열처리 분위기는,The method of claim 10, wherein the heat treatment atmosphere, 2%에서 98%까지의 중수소가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로를 공정처리하기 위한 방법.A method for processing an integrated circuit comprising from 2% to 98% deuterium gas. 첫 번째 압력에서 첫 번째 가스를 가지는 첫 번째 압력 챔버를 보호하기 위한 방법에 있어서,In a method for protecting a first pressure chamber having a first gas at a first pressure, 상기 첫 번째 압력 챔버를 에워싸는 두 번째 압력 챔버를 제공하는 과정과; Providing a second pressure chamber surrounding the first pressure chamber; 두 번째 가스의 두 번째 압력과 상기 첫 번째 가스의 첫 번째 압력과의 압력차가 본질적으로 사전설정 값 범위 내에 있도록 상기 두 번째 압력 챔버에 두 번째 가스를 추가하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 첫 번째 압력에서 첫 번째 가스를 가지는 첫 번째 압력 챔버를 보호하기 위한 방법.Adding a second gas to the second pressure chamber such that the pressure difference between the second pressure of the second gas and the first pressure of the first gas is essentially within a preset value range; Method for protecting the first pressure chamber with the first gas at the first pressure. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 압력차가 사전설정 값 범위 밖이면 비상조치를 실행하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 첫 번째 압력에서 첫 번째 가스를 가지는 첫 번째 압력 챔버를 보호하기 위한 방법.And performing an emergency action if the pressure difference is outside of a preset value range. 제 13 항에 있어서, 상기 실행은,The method of claim 13, wherein the execution is 알람을 울리거나 장치의 실행을 중단하게 하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 첫 번째 압력에서 첫 번째 가스를 가지는 첫 번째 압력 챔버를 보호하기 위한 방법.A method for protecting a first pressure chamber with a first gas at a first pressure, characterized in that it comprises at least one of ringing an alarm or stopping the execution of the device. 내부챔버와 외부챔버를 포함하는 고압 공정챔버에서, 외부챔버는 내부챔버를 포함하고, 내부챔버가 첫 번째 압력에서 첫 번째 가스를 가지고 외부챔버가 두 번째 압력에서 두 번째 가스를 가진 내부챔버를 보호하기 위한 방법에 있어서, In a high pressure process chamber comprising an inner chamber and an outer chamber, the outer chamber includes an inner chamber, the inner chamber having the first gas at the first pressure and the outer chamber protecting the inner chamber with the second gas at the second pressure. In the method for 첫 번째 압력과 두 번째 압력의 압력차가 본질적으로 사전설정 값 범위 내에서 내부챔버에 있는 첫 번째 가스의 가스량과 외부챔버에 있는 두 번째 가스의 가스량 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 내부챔버를 보호하기 위한 방법.Wherein the pressure difference between the first pressure and the second pressure essentially controls at least one of the amount of gas of the first gas in the inner chamber and the amount of gas of the second gas in the outer chamber within a preset value range. How to protect. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 압력차가 사전설정 값 범위 밖이면 비상조치를 실행하는 것을 특징으로 하는 내부챔버를 보호하기 위한 방법.And emergency action if the pressure difference is outside the preset value range. 제 16 항에 있어서, 상기 실행은,The method of claim 16, wherein the execution is 알람을 울리거나 장치의 실행을 중단하게 하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부챔버를 보호하기 위한 방법.At least one of ringing an alarm or stopping the execution of the device. 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 첫 번째 챔버는 첫 번째 가스를 포함하고, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 두 번째 챔버는 두 번째 가스를 포함하고, At least one first chamber of the plurality of chambers comprises a first gas, at least one second chamber of the plurality of chambers comprises a second gas, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 첫 번째 챔버는 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 두 번째 챔버에 에워싸이도록 형성된 것에 있어서, Wherein at least one first chamber of the plurality of chambers is formed to enclose a second chamber of at least one of the plurality of chambers, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 첫 번째 챔버는 첫 번째 가스의 첫 번째 압력을 변환하고,The first chamber of at least one of the plurality of chambers converts the first pressure of the first gas, 상기 첫 번째 챔버의 변환된 압력과 상기 두 번째 챔버의 압력의 압력차가 본질적으로 사전설정 값 범위 내에 남아 있게 하기 위하여 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 두 번째 챔버가 두 번째 가스의 두 번째 챔버의 압력을 변환하는 것을 특징으로 하는 다수의 압력 챔버에 압력을 변환하기 위한 방법.In order for the pressure difference between the converted pressure of the first chamber and the pressure of the second chamber to remain essentially within the preset value range, the second chamber of at least one of the plurality of chambers is the pressure of the second chamber of the second gas. Method for converting pressure in a plurality of pressure chambers characterized in that for converting. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 첫 번째 챔버 안으로 첫 번째 가스를 추가하는 것과, Adding a first gas into the first chamber of at least one of the plurality of chambers, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 첫 번째 챔버로부터 첫 번째 가스를 배기하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 압력 챔버에 압력을 변환하기 위한 방법. At least one of evacuating a first gas from a first chamber of at least one of the plurality of chambers. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 두 번째 챔버 안으로 두 번째 가스를 추가하는 것과,Adding a second gas into a second chamber of at least one of the plurality of chambers, 다수의 챔버들 중 적어도 하나의 두 번째 챔버로부터 두 번째 가스를 배기하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 압력 챔버에 압력을 변환하기 위한 방법.At least one of venting a second gas from a second chamber of at least one of the plurality of chambers. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 압력차가 사전설정 값 범위 밖이면 비상조치를 실행하는 것을 특징으로 하는 다수의 압력 챔버에 압력을 변환하기 위한 방법.And emergency action if the pressure difference is outside the preset value range. 다수의 가스 챔버들 중 첫 번째 챔버로부터 첫 번째 가스를 운반하도록 형성된 첫 번째 배기관과;A first exhaust pipe configured to carry a first gas from a first of the plurality of gas chambers; 다수의 가스 챔버들 중 두 번째 챔버로부터 두 번째 가스를 운반하도록 형성된 두 번째 배기관과;A second exhaust pipe configured to carry a second gas from a second one of the plurality of gas chambers; 상기 첫 번째 배기관과 두 번째 배기관에 연결된 세 번째 배기관; 및 A third exhaust pipe connected to the first exhaust pipe and the second exhaust pipe; And 상기 첫 번째 배기관과 상기 두 번째 배기관과 상기 세 번째 배기관에 연결된 칸막이;를 포함하여 이루어지되,Comprising: the partition connected to the first exhaust pipe and the second exhaust pipe and the third exhaust pipe; 상기 첫 번째 가스와 상기 두 번째 가스가 상기 칸막이에서 혼합되며, 상기 혼합된 기체가 상기 세 번째 배기관에서 운반되도록 하는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.Wherein said first gas and said second gas are mixed in said partition, and said mixed gas is carried in said third exhaust pipe, said apparatus for discharging gas from a high pressure process chamber comprising a plurality of gas chambers. . 제 22 항에 있어서, 상기 세 번째 배기관은,The method of claim 22, wherein the third exhaust pipe, 장치 밖으로 혼합된 기체를 운반하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.Apparatus for evacuating gas from a high pressure process chamber comprising a plurality of gas chambers, characterized in that it is configured to carry gas mixed out of the apparatus. 제 22 항에 있어서, The method of claim 22, 상기 두 번째 챔버와 첫 번째 챔버 사이의 부피비율은 두 번째 챔버의 부피가 더 크도록 설정된 첫 번째 사전설정값보다 더 높고,The volume ratio between the second chamber and the first chamber is higher than the first preset value set so that the volume of the second chamber is larger, 상기 두 번째 챔버에 있는 상기 두 번째 가스와 상기 첫 번째 챔버에 있는 상기 첫 번째 가스 사이의 압력비율은 상기 혼합된 기체 안에 첫 번째 가스의 농도가 더 크도록 설정된 세 번째 사전설정 값보다 더 낮은 상태를 유지하기 위하여, 고압 공정 동안에, 상기 두 번째 챔버의 압력이 더 크도록 설정된 두 번째 사전설정 값보다 더 높은 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.The pressure ratio between the second gas in the second chamber and the first gas in the first chamber is lower than a third preset value set such that the concentration of the first gas in the mixed gas is greater. And during the high pressure process, the pressure of the second chamber is higher than a second preset value set to be greater. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 세 번째 배기관에 연결된 연소 스크러버와;A combustion scrubber connected to the third exhaust pipe; 상기 연소 스크러버에 연결되고, 상기 장치 밖으로 상기 혼합된 기체를 유동시키기 위해 사용된 네 번째 배기관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.And a fourth exhaust pipe connected to said combustion scrubber and used to flow said mixed gas out of said device. 2. The apparatus of claim 1, further comprising a plurality of gas chambers. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 칸막이에 연결되고, 상기 세 번째 배기관 안으로 세 번째 가스를 유동시키도록 형성된 가스관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.And a gas pipe connected to the partition and configured to flow a third gas into the third exhaust pipe. 2. The apparatus of claim 1, further comprising a gas pipe. 제 26 항에 있어서, 상기 가스관은,The method of claim 26, wherein the gas pipe, 상기 첫 번째 배기관과 상기 두 번째 배기관 중 적어도 하나의 가스 흐름에 따라서 상기 세 번째 가스의 흐름이 조절되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.Apparatus for discharging gas from the high pressure process chamber comprising a plurality of gas chambers characterized in that the flow of the third gas is adjusted in accordance with the gas flow of at least one of the first exhaust pipe and the second exhaust pipe. 제 26 항에 있어서, The method of claim 26, 상기 가스관에 있는 상기 세 번째 가스의 흐름이 유지되고 그래서 장치의 외부를 향하여 상기 세 번째 배기관에 밖으로 향한 가스 흐름이 있고, 그래서 상기 세 번째 배기관에 있는 장치의 외부로부터의 공기의 흐름이 본질적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버를 포함하는 고압 공정챔버로부터 가스를 배출하기 위한 장치.The flow of the third gas in the gas conduit is maintained so that there is a gas flow outward to the third exhaust pipe towards the outside of the device, so that the flow of air from the outside of the device in the third exhaust pipe is essentially reduced. Apparatus for discharging gas from a high pressure process chamber comprising a plurality of gas chambers, characterized in that. 비금속재로 만들어지고 첫 번째 가스의 첫 번째 압력을 유지하기 위해 설계된 첫 번째 챔버와, 금속재로 만들어지고 상기 첫 번째 챔버를 포함하며 상기 첫 번째 챔버의 외부에서 두 번째 가스의 두 번째 가스 압력을 유지하기 위해 설계된 두 번째 챔버를 포함한 다수의 가스 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 방법에 있어서,A first chamber made of non-metallic material and designed to maintain the first pressure of the first gas, and containing the first chamber made of metal material and maintaining the second gas pressure of the second gas outside of the first chamber A method for evacuating a gas from a plurality of gas chambers, including a second chamber designed to 다수의 챔버로부터 첫 번째 챔버에서 첫 번째 가스를 첫 번째 배기관을 통하여 혼합탱크로 배기를 수행하는 단계와; Exhausting the first gas from the plurality of chambers in the first chamber to the mixing tank through the first exhaust pipe; 주어진 기간에 배기된 첫 번째 가스의 가스량과 주어진 기간에 있는 두 번째 가스의 가스량 사이의 비율이 최초 사전설정 값 이상에서 두 번째 사전설정 값 이하까지 유지되도록 다수의 챔버로부터 두 번째 챔버에서 두 번째 가스를 두 번째 배기관을 통하여 혼합탱크로 배기를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 방법.The second gas in the second chamber from the plurality of chambers such that the ratio between the amount of gas of the first gas exhausted in a given period and the amount of gas of the second gas in a given period is maintained from above the first preset value to below the second preset value And exhausting the mixed tank through a second exhaust pipe to the mixing tank. 제 29 항에 있어서,The method of claim 29, 상기 첫 번째 가스의 배기 실행과 상기 두 번째 가스의 배기 실행 중 적어도 하나의 동안에 세 번째 가스를 상기 혼합탱크에 추가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 가스 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 방법.Adding a third gas to the mixing tank during at least one of the exhausting operation of the first gas and the exhausting operation of the second gas; Way. 첫 번째 가스의 첫 번째 가스압력을 유지하기 위해 설계된 첫 번째 챔버와; A first chamber designed to maintain the first gas pressure of the first gas; 상기 첫 번째 가스가 두 번째 가스에 의해 둘러싸이도록 상기 첫 번째 챔버에 연결되고, 두 번째 가스의 두 번째 가스압력을 유지하기 위해 설계된 두 번째 챔버와;A second chamber connected to the first chamber such that the first gas is surrounded by a second gas and designed to maintain a second gas pressure of the second gas; 상기 첫 번째 가스를 운반하도록 형성되며, 상기 첫 번째 챔버에 연결된 첫 번째 주입관; 및A first injection tube formed to carry the first gas and connected to the first chamber; And 상기 두 번째 가스를 운반하도록 형성되며, 상기 두 번째 챔버에 연결된 두 번째 주입관;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.And a second injection tube formed to carry the second gas and connected to the second chamber. 제 31 항에 있어서, The method of claim 31, wherein 상기 첫 번째 챔버를 개폐하기 위한 첫 번째 수단과; First means for opening and closing the first chamber; 상기 두 번째 챔버를 개폐하기 위한 두 번째 수단;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.The second means for opening and closing the second chamber; apparatus for high pressure heat treatment, characterized in that it further comprises. 제 32 항에 있어서, The method of claim 32, 개폐하기 위한 상기 첫 번째 수단과 상기 두 번째 수단 중 적어도 하나에 가깝고, 유입가스는 비활성가스인 가스 유입 수단;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.At least one of the first means for opening and closing, and the second means, wherein the inlet gas is a gas inlet means which is an inert gas. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 첫 번째 주입관은 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프를 포함하고, 상기 두 번째 주입관은 이중벽으로 된 스테인레스강 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 열처리에 사용되는 장치.The first injection tube comprises a double walled stainless steel pipe, and the second injection tube comprises a double walled stainless steel pipe. 첫 번째 가스 챔버가 두 번째 가스 챔버에 에워싸이도록 형성되는 첫 번째 가스 챔버 및 두 번째 가스 챔버를 포함하고, 상기 첫 번째 가스 챔버는 첫 번째 가스를 포함하기 위해 형성되고, 상기 두 번째 가스 챔버는 두 번째 가스를 포함하기 위해 형성되는 관과;The first gas chamber comprises a first gas chamber and a second gas chamber formed to surround the second gas chamber, the first gas chamber being formed to contain the first gas, and the second gas chamber being A tube formed to contain a second gas; 상기 관에 연결되는 첫 번째 가스관과 두 번째 가스관을 포함하고, 상기 첫 번째 가스관은 상기 첫 번째 가스 챔버에 연결되고 상기의 두 번째 가스관은 상기 두 번째 가스 챔버에 연결되는 유입가스 흐름 제어 시스템; 및 An inlet gas flow control system comprising a first gas pipe and a second gas pipe connected to the pipe, wherein the first gas pipe is connected to the first gas chamber and the second gas pipe is connected to the second gas chamber; And 첫 번째 배기관, 두 번째 배기관 및 세 번째 배기관을 포함하되, 상기 첫 번째 배기관은 상기 첫 번째 가스 챔버에 연결되고, 상기 두 번째 배기관은 상기 두 번째 가스 챔버에 연결되고, 상기 세 번째 배기관은 상기 첫 번째 배기관과 두 번째 배기관에 연결되도록 상기 관에 연결되는 가스 배기시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스 분위기에서 반도체소자를 열처리하기 위한 장치.A first exhaust pipe, a second exhaust pipe and a third exhaust pipe, wherein the first exhaust pipe is connected to the first gas chamber, the second exhaust pipe is connected to the second gas chamber, and the third exhaust pipe is connected to the first exhaust pipe. And a gas exhaust system connected to the pipe so as to be connected to a second exhaust pipe and a second exhaust pipe. 제 35 항에 있어서, 상기 유입가스 흐름 제어 시스템은,The method of claim 35, wherein the inflow gas flow control system, 가스 흐름을 개폐하기 위한 밸브와;A valve for opening and closing the gas flow; 상기 밸브, 상기 첫 번째 가스관, 그리고 상기 두 번째 가스관 중 적어도 하나는 이중벽 구조에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 고압가스 분위기에서 반도체소자를 열처리하기 위한 장치.At least one of the valve, the first gas pipe, and the second gas pipe is protected by a double wall structure. 제 35 항에 있어서, 상기 유입가스 흐름 제어 시스템은, The method of claim 35, wherein the inflow gas flow control system, 상기 첫 번째 가스관과 상기의 두 번째 가스관 중 적어도 하나에 연결된 가 스 제어 캐비넷;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스 분위기에서 반도체소자를 열처리하기 위한 장치.And a gas control cabinet connected to at least one of the first gas pipe and the second gas pipe. 삭제delete 제 35 항에 있어서, 36. The method of claim 35 wherein 상기 첫 번째 가스 챔버 내부에서 반도체 웨이퍼를 유지하도록 형성되며, 상기 첫 번째 가스 챔버와 결부된 홀더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스 분위기에서 반도체소자를 열처리하기 위한 장치.And a holder formed to hold the semiconductor wafer in the first gas chamber, the holder being associated with the first gas chamber. 제 35 항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein 상기 첫 번째 가스 챔버 내부의 상기 첫 번째 가스를 가열시키라고 형성되며, 상기 첫 번째 가스 챔버와 상기 두 번째 가스 챔버 중 적어도 하나와 결부된 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스 분위기에서 반도체소자를 열처리하기 위한 장치.And a heater formed to heat the first gas inside the first gas chamber, the heater being associated with at least one of the first gas chamber and the second gas chamber. Apparatus for heat treatment of the device.
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