KR100910373B1 - 반도체 저압화학기상증착기의 챔버 체결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 저압화학기상증착기(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LP-CVD)의 챔버 체결구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석영 재질로 이루어지는 튜브와 금속재질로 이루어지는 플랜지를 별도의 체결링으로서 분해 및 조립이 가능토록 구성함과동시에 상기 튜브내에 설치되는 석영재질의 가스포트 역시 플랜지의 외연에 형성된 체결관내에 삽입하여 너트로서 분해 및 조립가능토록 구성함으로써 주기적으로 발생되는 증착막이나 이물질들의 세정에 따른 작업성을 향상시키면서도 석영재질로 이루어지는 튜브와 가스포트의 파손을 방지하여 안전성을 향상시키고 또한 체결력을 증대시켜 내구성을 향상시키도록 한 것이다.

이는 석영 재질로 이루어지면서 상부는 밀폐됨과동시에 하부는 개구되고 하부 일측에는 가스배출구가 일체로 형성되는 튜브(10)와; 상기 튜브(10)의 하부에 체결되고 금속재질로 이루어지면서 외주연상에는 다수개의 체결관(23)이 외향돌출되게 형성되는 플랜지(20)와; 상기 튜브(10)와 플랜지(20)를 결합하여 다수의 보울트로 조립체결토록 하는 금속재질의 체결링(30)과; 상기 플랜지(20)의 내부에서 다수의 체결관(23)을 통하여 각각 삽입되어 너트(41)로 체결고정되는 석영재질의 가스포트(40);를 갖추어 이들을 분해 및 조립이 가능토록 구성한 것이다.

화학기상증착, 반도체 회학기상증착, 웨이퍼, 웨이퍼 가스증착

Description

반도체 저압화학기상증착기의 챔버 체결구조{Chamber of Low Pressure Chemical Vapor Deposition}

본 발명은 반도체 저압화학기상증착기(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LP-CVD)의 챔버 체결구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석영 재질로 이루어지는 튜브와 금속재질로 이루어지는 플랜지를 별도의 체결링으로서 분해 및 조립이 가능토록 구성함과동시에 상기 튜브내에 설치되는 석영재질의 가스포트 역시 플랜지의 외연에 형성된 체결관을 통하여 너트로서 분해 및 조립가능토록 구성함으로써 제조성 및 조립성을 향상시킴과 동시에, 내부에 발생되는 증착막이나 이물질들의 주기적인 세정작업을 향상시키면서도 석영재질로 이루어지는 튜브와 가스포트의 파손을 방지하는 등 안전성을 향상시키도록 한 것이다.

일반적으로 반도체소자 제조공정 중 빈번히 이루어지는 공정 중의 하나는 화학기상증착(CVD)공정이며, 이는 상압이나 저압 또는 플라즈마 등의 특정한 상태를 형성하고 있는 챔버의 내부에 막의 재료가 되는 여러 가지 가스들을 공급함으로써 웨이퍼의 표면상에 요구되는 재질의 막을 증착시키도록 하는 공정이다.

상기 웨이퍼는 실리콘으로 만든 얇은 원판 형태의 반도체 칩의 원판으로서 이 실리콘 웨이퍼의 표면에 도전층 및 절연층 등의 얇은 막을 증착함과 동시에 회로를 구성하여 전기적 동작이 가능토록 하는 것이다.

따라서, 상기한 화학기상증착 공정 중에서 챔버의 내부를 저압상태로 형성하여 공정을 진행토록 하는 것이 일명 저압화학기상증착(LPCVD)이라 할 수 있으며, 이의 일반적인 구성을 살펴보면 도1에서 보는 바와 같다.

도1에서 참조되듯이 공정을 위한 챔버(1)는 상부가 밀폐되면서 하부가 개구되고 석영재질로 이루어지는 원통형의 튜브(2)를 갖추어 구성됨과 동시에, 이의 내부에는 웨이퍼(3)들을 다수로 적층할 수 있도록 하는 보트(4)가 승강 가능토록 설치된다.

상기 튜브(2)는 그 전체가 석영 재질로 이루어지는 특징을 지니고 있고, 이의 하부의 일측에는 가스가 튜브(2) 내부로 출입되도록 하는 역시 석영 재질로 이루어지는 다수 개의 가스포트(5)가 일체형으로 설치됨과 동시에 이의 반대측에는 가스배출구(6)가 형성된다.

이때, 상기 가스포트(5)는 직각형태로 절곡되게 형성되므로써 일부는 외부로 노출되게 설치되어 별도의 배관과 연결될 수 있도록 구성됨과 동시에 나머지 부분의 노즐(7)은 튜브(2)의 내부에서 벽면을 따라 수직방향으로 설치되어 구성된다.

또한 상기 웨이퍼(3)가 장착되는 보트(4)는 베이스(8)에 설치되고, 이의 베이스(8)는 도면에서 미도시된 별도의 구동장치에 의해 일정한 범위내에서 승강작동되도록 구성된다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 종래의 저압 화학기상증착장치는 웨이퍼(3)들이 보트(4)의 각 슬롯에 다층으로 장착된 상태에서 베이스(8)의 상승작동에 의해 튜브(2)의 내부로 진입되어 밀폐된 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 가스배출구(6)를 통하여 튜브(2)의 내부 공기를 배출시켜 진공상태로 유지한 다음, 별도의 가스공급장치에서 대상이 되는 가스를 가스포트(5)들을 통해 유입시킴과 동시에 튜브(2)의 외연에 형성된 가열부(미도시됨)를 가동함으로써 웨이퍼(3)의 표면상에 화학성분의 얇은 질화막을 증착시키게 되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 종래의 화학기상증착장치에 있어서는 튜브의 구조적인 특성상 여러 가지 문제점이 야기되고 있다.
먼저, 석영재질로 이루어지는 튜브(2)의 하부에서 외주연을 따라 다수의 가스포트(5)를 비롯하여 가스배출구(6)를 일체로 형성하여야 하기 때문에 그 재질이 가지는 특성으로 인하여 튜브(2)를 제조하는데 따른 어려움과 더불어 제조원가도 많이 소요되는 문제점이 있었다.
즉, 튜브(2)의 하부에 형성되는 상기 가스포트(5)와 가스배출구(6) 등은 튜브로 부터 돌출되게 형성될 뿐만 아니라 이들이 가지는 형상으로 인하여 고도의 연결방법이 요구되는 등 가스포트(5) 및 가스배출구(6)들을 연결하는 방법이 까다롭고 어려운 문제점이 있었다.
또한, 상기 가스포트(5)에는 가스를 공급하는 테프론 재질의 배관(9)을 금속재질로 이루어지는 콘넥트(9a)와 한 쌍의 체결너트(9b) 등을 이용하여 나사조립하여 연결함과 동시에, 상기 가스배출구(6)에도 역시 테프론 등의 재질로 이루어지는 별도의 가스배출배관을 연결하여야 하기 때문에 이러한 경우 석영의 재질로 이루어지는 가스포트(5) 및 가스배출구(6)에 약간의 충격만 가해지더라도 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.
이같이 가스포트(5)의 어느 하나가 파손되면, 파손된 가스포트(5)만을 교체사용할 수가 없기 때문에 튜브(2)의 전체를 교체하여야만 하는 문제점이 있었고, 더욱이 이러한 문제점은 튜브(2) 내부의 세정을 위하여 수시로 분해 및 조립하는 과정에서 빈번하게 발생되었고, 이에 따른 작업성도 좋지 못한 문제점이 있었다.
특히, 튜브(2)의 내부에는 증착막이나 이물질들이 달라붙게 됨으로써 이를 주기적으로 세정하는 것이 절대적으로 요구되었고, 이러한 경우 튜브(2)에는 가스포트(5) 및 가스배출구(6)가 일체로 형성되는 구성이기 때문에 세정작업이 어렵고 까다로운 문제점이 있었다.
한편, 상기와 같은 여러 가지 문제점을 보완하고자 본원 출원인은 개선된 형태의 챔버구조를 제안한 바 있으며, 이는 국내 실용신안등록 제20-406614호를 들수 있다.
상기 등록고안은 석영재질로 이루어지는 튜브와는 별도로 금속재질로 이루어지는 플랜지를 형성하여 이들을 결합토록 구성한 것이나, 이는 석영과 금속이라는 서로 상이한 재질로 이루어지는 두가지 부품을 단순히 오링을 이용하여 결합한다는 구성에 불과한 것임으로써 실제적인 구조가 없을 뿐만 아니라 조립과정에서도 여러 가지 구조적인 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 저압화학기상증착장치의 챔버를 조립 및 분해가 가능한 서로 다른 재질의 튜브와 플랜지로 구성하면서도 이들을 별도의 금속 체결링을 이용하여 편리하고도 견고하게 체결할 수 있도록 조립식으로 형성함과 동시에, 상기 플랜지상에 다수의 가스포트를 역시 너트를 이용하여 조립식으로 형성함으로써 제조성 및 구조성을 향상시킴과 동시에, 세정작업에 따른 작업성을 향상시키고, 또한 분해 및 조립에 의한 관련부품들의 파손을 방지하여 안전성을 향상시키도록 하는 반도체 저압화학기상증착기의 챔버 체결구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저압화학기상증착기의 챔버구조를 개선함으로써 달성되는 것으로, 상기 챔버를 석영재질로 이루어지는 튜브와 상기 튜브의 하부에 체결되면서도 금속재질로 이루어지는 플랜지로 구분하고, 이들을 금속재질로 이루어지는 별도의 체결링으로서 간편하고도 편리하게 조립 및 분해가능토록 조립식으로 구성하고, 또한 상기 플랜지상에는 역시 석영 재질로 이루어지는 다수의 가스포트를 역시 분해 및 조립가능토록 조립식으로 구성함을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 저압화학기상증착장치에 사용되는 챔버를 석영재질로 이루어지는 튜브와 금속재질로 이루어지는 플랜지로 각각 구분하고, 이들을 분해 및 조립이 가능한 조립식으로 구성함으로써 세정작업에 따른 분해 및 조립이 용이하여 작업성이 월등히 향상되는 효과를 가지고 될 뿐만 아니라 작업과정에서 관련부품들이 파손되는 것을 미연에 방지하게 되는 등 안정성을 향상시키게 되는 효과를 가지게 된다.
또한, 본 발명은 석영재질로 이루어는 튜브와 금속재질의 플랜지를 각각 별도의 제조할 수가 있음으로써 즉, 튜브를 단순한 형태로 제조가 가능할 뿐만 아니라 가스포트 역시 별도로 제조하여 조립할 수가 있음으로써 제조를 간편하고 편리하게 할수 있는 효과를 가지게됨은 물론이고 조립성도 월등히 향상되는 효과를 가지게 된다.
특히 본 발명은 여러 가지 작업중 부주의 등으로 인하여 관련부품이 파손된다 하더라도 해당되는 부품만을 교체사용할 수가 있음으로써 사후 관리성에서도 매우 뛰어난 효과를 가지게 되는 것이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면의 도3 및 도4에서는 본 발명이 적용되는 반도체 저압화학기상증착장치의 챔버 부분을 나타낸 도면이고, 도5 이하에서는 본 발명의 보다 상세한 구조들을 나타내고 있다.

상기 저압화학기상증착장치의 챔버는 도면에서 보듯이 석영재질로 이루어지는 튜브(10)와, 이의 저면에 조립식으로 설치되는 금속재질의 플랜지(20)로 구성되고, 상기 튜브(10)와 플랜지(20)는 별도의 금속 체결링(30)에 의해 조립됨과 동시에 상기 플랜지(20)에는 다수의 가스포트(40)들이 역시 조립식으로 설치되는 구조를 가진다.

또한 상기 튜브(10)의 내부에는 플랜지(20)의 하부에서 별도의 구동장치에 의해 승강작동되면서 웨이퍼(51)를 적층한 보트(50)가 설치되고, 이 보트(50)는 베이스(52)에 설치된다.

이러한 구성을 좀 더 상세히 설명하여 보면, 상기 튜브(10)는 구조적인 특성상 석영재질로 형성되면서도 상부는 밀폐되고 하부는 개구되는 원통형으로 형성되며, 하부의 일측에는 가스배출구(11)가 일체로 형성됨과 동시에 하단부는 플랜지(20)와 체결을 원활하도록 하는 실링턱(12)이 외향 돌출되게 형성된다.

또한, 상기 튜브(10)의 하부에 조립식으로 체결되는 플랜지(20)는 금속재질로 형성되는 크다란 링형태로 구성되고, 상단부에는 전술한 튜브(10)와 체결을 위한 실링턱(21)이 형성됨과 동시에 하단부에는 보트의 베이스(52)의 결합을 위한 실링턱(22)이 각각 일체로 형성된다.

또 상기 플랜지(20)의 외주연 일측에는 가스포트(40)가 체결될 수 있는 다수 개의 체결관(23)이 원주방향을 따라 외향 돌출되게 일체로 형성되고, 상부 실링턱(21)은 그 내부에 냉각을 위한 냉각공간(24)이 형성됨과 동시에 이의 상면에는 오링(25)과 실링(26)이 체결되는 결합면이 형성되며, 외주연에는 다수개의 너트공이 형성된다.

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또한 상기 튜브(10)와 플랜지(20)는 별도의 체결링(30)에 의해 조립되며, 이의 체결링(30)은 튜브(10)의 실링턱(12)을 감싸는식으로 체결될 수 있도록 링형태로 형성되면서 외주연상에는 별도의 보울트(31)가 체결될 수 있는 다수 개의 너트공(32)이 형성된다.

이때, 상기 체결링(30)의 내부 상단에는 튜브(10)의 실링턱(12)과 접면될 시 기밀성과 완충을 위하여 테프론이 설치된다.

또한, 상기 플랜지(20)에 체결되는 가스포트(40)는 다수개로 형성되고, 그 구조적인 특성상 역시 석영 재질로 이루어지면서도 가스가 통과될 수 있는 절곡된 관체로 형성되며, 이의 일측은 플랜지(20)의 체결관(23)내로 삽입체결됨과 동시에 타측은 튜브(10)의 내경과 근접되게 수직으로 설치된다.

한편, 첨부된 도면의 도6 에서는 가스포트(40)와 가스공급배관(43)과의 연결수단을 상세히 나타내고 있다.

이는 플랜지(20)의 체결관(23)에 나사체결되는 너트(41)와 기밀을 유지하기 위한 고무재질의 오링(42)이 갖추어 구성됨과 동시에 가스공급배관(43)의 끝단과 체결관(23)의 끝단에는 각각 오링(42)이 결합되는 홈이 형성되므로 너트(41)의 나 사결합력에 의해 체결관(23)내에 삽입된 가스포트(40)와 가스공급배관(43)은 서로 긴밀히 연결되는 구성이다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 조립과정을 살펴보면, 이는 첨부된 도면에서 보듯이 석영재질로 이루어지는 튜브(10)과 금속재질로 이루어지는 플랜지(20)를 별도의 체결링(30)으로서 체결토록 하는 것이다.

즉, 플랜지(20)의 상단면에 오링(25) 및 실링(26)을 안착시킨 상태에서 튜브(10) 저면의 실링턱(12)을 결합하고, 이어서 별도의 체결링(30)을 튜브(10)의 상부에서 실링턱(12)을 감싸는 식으로 체결한 후, 외주연의 너트공(32)을 통하여 별도의 보울트(31)를 플랜지(20)에 나사조립함으로써 이들을 일체형으로 조립 완료하게 된다.

이같이 튜브(10)와 플랜지(20)를 체결링(30)으로 조립한 상태에서 상기 플랜지(20)의 체결관(23)에 가스포트(40)를 내부에서 외부를 향해 삽입체결하고, 상기 체결관(23)의 외측으로 노출되는 가스포트(40)를 통하여 통상에서와 같이 조립너트 등을 이용하여 가스배관을 조립완료하게 된다.

이러한 조립순서는 플랜지(20)상에 가스포트(40)를 먼저 조립한 상태에서 튜브(10)와 결합할 수 있음은 당연하다 할 것이고, 상기와 같이 조립이 완료되면, 베이스(52)에 고정된 보트(50)의 슬롯에 웨이퍼(51)를 장착한 후, 이를 별도의 엘리베이터와 같은 승강기를 이용하여 튜브(10)의 내부로 이동시키게 된다.

상기와 같은 상태에서 도면에 미도시된 가열부를 가열하게 되면 튜브(10)의 내부 온도는 약800℃ 정도로 유지하게 됨과 동시에 진공펌프를 통하여 튜브(10)의 내부를 진공상태로 유지시키게 된다.

이는 내부에 잔류하는 공기 중에 포함된 산소, 이산화탄소, 질소, 수분 등과 같은 불순물의 영향을 최소화하기 위한 것으로, 즉 열전달 물질인 공기를 최대한 제거하여 튜브내의 온도편차를 줄이기 위함이다.

튜브(10)내의 진공이 이루어지고 나면 가스포트(40)들을 통해 가스(SiH2CL2, NH3, SiH4, N2O 등)를 주입함으로써 이 가스에 의한 화학적인 반응이 시작되면서 웨이퍼(51)의 표면상에 막이 증착된다.

이같이 증착이 완료되면, 전술한 역순의 작동에 의해 튜브(10)내를 대기압으로 만든 후 보트(50)를 하강시켜 웨이퍼(51)를 회수함으로써 일련의 모든 증착공정이 완료되는 것이다.

도 1은 일반적인 반도체 저압화학기상증착 설비의 개략구성도

도 2는 도1의 일부를 단면하여 보인 구성도

도 3은 본 발명이 적용되는 반도체 저압화학기상증착 설비의 구성도

도 4는 본 발명 도3의 작동상태를 보인 설명도

도 5는 본 발명 도3의 분리구성도

도 6은 본 발명 도3의 요부를 확대하여 보인 구성도

도 7은 본 발명 플랜지의 사시도

도 8은 본 발명 도7의 평면구성도

도 9는 본 발명 도7의 측단면구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:튜브 11:가스배출구

12,21,22:실링턱 20:플랜지

23:체결관 24:냉각공간

25,42:오링 26:실링

30:체결링 31:보울트

32:너트공 40:가스포트

41:너트 43:가스공급배관

50:보트 51:웨이퍼 52:베이스

Claims (1)

1. 석영 재질로 이루어지면서 상부는 밀폐됨과동시에 하부는 개구되고 하부 일측에는 가스배출구가 일체로 형성되는 튜브(10)와;

   상기 튜브(10)의 하부에 체결되고 금속재질로 이루어지면서 외주연상에는 다수개의 체결관(23)이 외향돌출되게 형성되는 플랜지(20)와;

   상기 튜브(10)와 플랜지(20)를 결합하여 다수의 보울트로 조립체결토록 하는 금속재질의 체결링(30)과;

   상기 플랜지(20)의 내부에서 다수의 체결관(23)을 통하여 각각 삽입되어 너트(41)로 체결고정되는 석영재질의 가스포트(40);를 갖추어 이들을 분해 및 조립이 가능토록 구성함을 특징으로 하는 반도체 저압화학기상증착기의 챔버 체결구조.

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