KR101377751B1

KR101377751B1 - 배치식 장치

Info

Publication number: KR101377751B1
Application number: KR1020120044319A
Authority: KR
Inventors: 이병일; 박경완; 유한길
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-03-26
Also published as: KR20130131503A

Abstract

배치식 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 배치식 장치는, 히터가 판형상으로 형성되어 공정튜브의 외면에 접촉되므로, 히터와 공정튜브의 접촉면적이 넓다. 이로 인해, 히터의 열이 공정튜브의 챔버로 신속하게 전달되므로, 증착공정의 생산성이 향상되는 효과가 있다. 그리고, 공정튜브의 외면을 감싸는 형태로 하우징이 결합되며, 하우징과 공정튜브 사이에 부품들이 설치되므로, 공정튜브를 포함한 부품들에 이상이 발생하였을 경우, 하우징과 함께 공정튜브를 분리하여 부품들을 수리할 수 있으므로, 유지 보수가 간편한 효과가 있다. 또한, 하우징을 포함한 공정튜브 자체를 교체하여 사용하면 되므로, 유지 보수가 대단히 편리한 효과가 있다.

Description

배치식 장치 {BATCH TYPE APPARATUS}

본 발명은 증착공정의 생산성을 향상시킬 수 있음과 동시에 유지 보수가 용이한 배치식 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 박막 증착공정에는 스퍼터링(Sputtering)법, 화학기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등이 주로 사용된다.

스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 생성된 아르곤 이온을 타겟의 표면에 충돌시키고, 타겟의 표면으로부터 이탈된 타겟 물질이 기판 상에 박막으로 증착되게 하는 기술이다. 스퍼터링법은 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있는 장점은 있으나, 고 종횡비(High Aspect Ratio)를 갖는 미세 패턴을 형성하기에는 한계가 있다.

화학기상 증착법은 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고 에너지에 의해 유도된 가스들을 반응가스와 화학 반응시킴으로써 기판 상에 박막을 증착시키는 기술이다. 화학기상 증착법은 신속하게 일어나는 화학 반응을 이용하기 때문에 원자들의 열역학적(Thermodynamic) 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 및 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다.

원자층 증착법은 반응가스인 소스가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 기판 상에 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술이다. 원자층 증착법은 단차 피복성(Step Coverage)의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용하기 때문에, 고 종횡비를 갖는 미세 패턴 형성에 적절하고, 박막의 전기적 및 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.

원자층 증착법을 수행하는 장치로는 챔버 내에 기판을 하나씩 로딩하여 증착공정을 진행하는 매엽식 장치와 챔버 내에 복수개의 기판을 로딩하여 일괄적으로 증착공정을 진행하는 배치(Batch)식 장치가 있다.

원자층을 증착하기 위한 종래의 배치식 장치는 하우징과 상기 하우징의 내부에 설치되며 기판이 로딩되어 증착공정이 진행되는 공간인 챔버를 형성하는 공정튜브를 포함한다. 그리고, 상기 공정튜브의 외면에는 기판에 증착공정을 수행하기 위하여 기판을 가열하는 코일형태로 감긴 히터가 설치된다.

상기와 같은 종래의 배치식 장치는 상기 히터가 코일형태로 형성되어 상기 공정튜브의 외면과 접촉되므로, 상기 공정튜브와 상기 히터의 접촉면적이 상대적으로 작다. 이로 인해, 상기 히터의 열이 상기 챔버로 신속하게 전달되지 못하므로, 증착공정의 생산성이 저하되는 단점이 있었다.

그리고, 상기와 같은 종래의 배치식 장치는 그 구조상, 하우징과 공정튜브 사이에 설치된 부품들 중에서 이상이 발생한 어느 하나의 부품을 수리하기 위하여 다른 부품들까지도 조립 및 분해하여야 하므로, 유지 보수가 불편한 단점이 있었다.

원자층을 증착하기 위한 배치식 장치와 관련한 선행기술은 한국공개특허공보 10-2011-0087580호 등에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 히터를 판형상으로 형성하여 공정튜브의 외면에 접촉 설치함으로써, 증착공정의 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유지 보수가 간편한 배치식 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배치식 장치는, 내부에 챔버가 형성된 공정튜브; 상기 공정튜브의 외주면 및 상면에 각각 접촉 결합된 히터를 포함한다.

본 발명에 따른 배치식 장치는, 히터가 판형상으로 형성되어 공정튜브의 외면에 접촉되므로, 히터와 공정튜브의 접촉면적이 넓다. 이로 인해, 히터의 열이 공정튜브의 챔버로 신속하게 전달되므로, 증착공정의 생산성이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 배치식 장치는, 공정튜브의 외면을 감싸는 형태로 하우징이 결합되며, 하우징과 공정튜브 사이에 부품들이 설치되므로, 공정튜브를 포함한 부품들에 이상이 발생하였을 경우, 하우징과 함께 공정튜브를 분리하여 부품들을 수리할 수 있으므로, 유지 보수가 간편한 효과가 있다. 또한, 하우징을 포함한 공정튜브 자체를 교체하여 사용하면 되므로, 유지 보수가 대단히 편리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 일부 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 하우징의 내부 구성을 보인 도.
도 4는 도 1의 평단면도.
도 5는 도 3에 도시된 하우징의 외면에 설치된 히터의 확대 정면도.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 원자층을 증착하기 위한 본 실시예에 따른 배치식 장치는 상호 착탈가능하게 결합되는 하우징(Housing)(110)과 보트(210)를 포함한다.

하우징(110)은 하면이 개방된 원통형으로 형성되며, 내부에는 챔버(122)(도 4 참조)가 형성된 공정튜브(120)(도 3 및 도 4 참조)가 하우징(110)과 동심을 이루면서 설치된다. 하우징(110)의 상면측은 크린룸 등과 같은 공정실(미도시)에 지지될 수 있고, 공정튜브(120)의 상면은 편평하게 형성된다.

보트(210)는 공지의 엘리베이터 시스템(미도시)에 의하여 승강가능하게 설치되며, 받침부(211), 돌출부(213) 및 지지바(215)를 포함한다.

받침부(211)는 대략 원통형으로 형성되어 상기 공정실의 바닥 등에 놓이며, 상면이 하우징(110)의 하단부측에 결합된 매니폴드(Manifold)(180)에 밀폐 결합된다.

돌출부(213)는 대략 원통형으로 형성되어 받침부(211)의 상면에 설치되며, 공정튜브(120)의 내경 보다 작은 직경으로 형성되어 공정튜브(120)의 내부에 삽입된다. 돌출부(213)는 반도체 제조공정의 균일성 확보를 위하여 증착공정 중에 기판(50)이 회전할 수 있도록 회전가능하게 설치될 수 있다.

돌출부(213) 내부에는 반도체 제조공정의 신뢰성 확보를 위하여 증착공정 중에 기판(50)의 하측에서 열을 인가하기 위한 보조히터(미도시)가 설치될 수 있다. 보트(210)에 적재 보관된 기판(50)은 상기 보조히터에 의하여 증착공정 전에 미리 예열될 수 있다.

지지바(215)는 돌출부(213)의 테두리부측을 따라 상호 간격을 가지면서 복수개 설치된다. 돌출부(213)의 중심측을 향하는 지지바(215)의 내면에는 상호 대응되게 복수의 지지홈(215a)이 각각 형성된다. 지지홈(215a)에는 기판(50)의 테두리부측이 삽입 지지되며, 이로 인해 복수의 기판(50)이 상하로 적층된 형태로 보트(210)에 적재 보관된다.

하우징(110)의 내부 구성에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 하우징의 내부 구성을 보인 도이고, 도 4는 도 1의 평단면도이다.

도시된 바와 같이, 하우징(110)의 내부에는 챔버(122)가 형성된 하면이 개방된 공정튜브(120)가 설치된다. 즉, 하우징(110)은 공정튜브(120)의 외면을 감싸는 형태로 설치되며, 하우징(110)과 공정튜브(120)는 동심을 이룬다.

보트(210)가 상승하여 하우징(110)의 개방된 하단면(下端面)측 및 공정튜브(120)의 개방된 하단면(下端面)측에 보트(210)의 받침부(211)의 상면이 결합되면, 기판(50)이 챔버(122)에 로딩되며 챔버(122)는 밀폐된다.

공정튜브(120)의 외주면 일측에는 증착공정에 필요한 반응가스를 챔버(122)로 공급하는 가스공급부(131)가 일체로 형성되고, 외주면 타측에는 가스공급부(131)와 대향되게 형성되어 챔버(122)에 유입된 반응가스를 외부로 배출하는 가스배출부(135)가 일체로 형성된다.

하우징(110)과 공정튜브(120) 사이에는 기판(50)을 가열하기 위한 히터(140, 150), 가스공급부(131)를 냉각하는 냉각덕트(160), 보트(210)가 하우징(110) 및 공정튜브(120)의 하단면에 결합되었을 때, 챔버(122)를 진공 상태로 유지하기 위한 진공흡입관(미도시) 등이 설치될 수 있고, 단열재(170)가 충진될 수 있다.

하우징(110)과 공정튜브(120)의 사이의 하단면에는 매니폴드(180)(도 1 및 도 2 참조)가 결합된다. 매니폴드(180)에는 가스공급부(131), 가스배출부(135), 냉각덕트(160) 및 상기 진공흡입관이 각각 연통 설치된다. 그리고, 매니폴드(180)에는 외부의 전원을 히터(140, 150)로 공급하기 위한 커넥터(미도시)가 설치될 수도 있다.

챔버(122)의 안정된 실링을 위하여 매니폴드(180)와 보트(210)의 받침부(211) 사이에는 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.

히터(140, 150)는 판형상으로 형성되며, 그라파이트(Graphite) 또는 카본(Carbon) 복합체 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 또는, 히터(140, 150)는 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 몰리브텐 중에서 선택된 어느 하나로 형성되거나, 칸탈(Kanthal)로 형성될 수 있다.

히터(140)에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

히터(140)는 공정튜브(120)의 상면에 접촉 결합되며, "┓"형상과 "┏"형상이 순차적으로 연속되어 반복되는 형상으로 형성된다. 이때, 공정튜브(120)의 상면에는 복수의 보강레일(124)이 형성되고, 히터(140)는 보강레일(124)에 의하여 구획된 공정튜브(120)의 상면에 각각 접촉 결합된다.

히터(150)에 대하여 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 3에 도시된 하우징의 외면에 설치된 히터의 확대 정면도이다.

도시된 바와 같이, 히터(150)는 공정튜브(120)의 외주면에 접촉 결합되며, 하측 및 상측에 각각 배치되어 대향하면서 쌍을 이루는 제 1 히터(151)와 제 2 히터(155)를 포함한다. 그리고, 쌍을 이루는 제 1 히터(151)와 제 2 히터(155)는 공정튜브(120)의 원주방향을 따라 소정간격으로 복수개 설치된다.

제 1 히터(151)는 제 1 외측수직판(151a), 제 1 내측수직판(151b), 제 1 하측연결판(151c) 및 제 1 상측연결판(151d)을 가진다.

제 1 외측수직판(151a)은 상호 소정거리 이격되어 대향하는 한쌍으로 마련되어 공정튜브(120)의 상하방향을 향한다. 제 1 내측수직판(151b)은 상호 소정거리 이격되어 대향하는 한쌍으로 마련되어 공정튜브(120)의 상하방향을 향하며, 제 1 외측수직판(151a) 보다 짧게 형성되어 한쌍의 제 1 외측수직판(151a) 사이에 배치된다.

제 1 하측연결판(151c)은 한쌍으로 마련되며, 한쌍의 제 1 외측수직판(151a)과 한쌍의 제 1 내측수직판(151b) 중, 상호 인접하는 어느 하나의 제 1 외측수직판(151a)과 어느 하나의 제 1 내측수직판(151b)의 하측 부위 및 상호 인접하는 다른 하나의 제 1 외측수직판(151a)과 다른 하나의 제 1 내측수직판(151b)의 하측 부위를 각각 연결한다. 제 1 상측연결판(151d)은 한쌍의 제 1 내측수직판(151b)의 상측 부위를 연결한다.

제 2 히터(155)는, 제 2 외측수직판(155a), 제 2 내측수직판(155b), 제 2 상측연결판(155c) 및 제 2 하측연결판(155d)을 가진다.

제 2 외측수직판(155a)은 상호 소정거리 이격되어 대향하는 한쌍으로 마련되어 공정튜브(120)의 상하방향을 향한다. 제 2 내측수직판(155b)은 상호 소정거리 이격되어 대향하는 한쌍으로 마련되어 공정튜브(120)의 상하방향을 향하며, 제 2 외측수직판(151a) 보다 길게 형성되어 한쌍의 제 2 외측수직판(155a) 사이에 배치된다.

제 2 상측연결판(155c)은 한쌍으로 마련되며, 한쌍의 제 2 외측수직판(155a)과 한쌍의 제 2 내측수직판(155b) 중, 상호 인접하는 어느 하나의 제 1 외측수직판(155a)과 어느 하나의 제 1 내측수직판(155b)의 상측 부위 및 상호 인접하는 다른 하나의 제 2 외측수직판(151a)과 다른 하나의 제 1 내측수직판(155b)의 상측 부위를 각각 연결한다. 제 2 하측연결판(155d)은 한쌍의 제 2 내측수직판(155b)의 하측 부위를 연결한다.

이때, 제 1 외측수직판(151a)의 상단면(上端面)과 제 2 외측수직판(155a)의 하단면(下端面)은 상호 대향하고, 제 2 내측수직판(155b)의 하측 부위는 제 1 외측수직판(151a) 사이에 위치된다. 그리고, 제 1 상측연결판(151d)과 제 2 하측연결판(155d)은 상호 대향한다.

챔버(122)의 내부가 가열되면, 대류 현상의 의하여 챔버(122)의 상측 부위가 하측 부위 보다 고온이 된다. 그런데, 히터(150)가 상호 구획된 제 1 히터(151)와 제 2 히터(155)로 마련되어, 상하로 배치되므로, 제 1 히터(151)와 제 2 히터(155)를 적절하게 제어하면, 챔버(122)의 상하 공간의 온도를 균일하게 제어할 수 있다.

도 3의 미설명 부호 132, 도 5의 미설명 부호 163은 가스공급부(131) 및 냉각덕트(160)와 각각 연통된 연결관이다. 연결관(132, 163)은 도 2에 도시된 매니폴드(180)에 각각 형성된 연통공(181, 185)에 각각 삽입되어 연통된다. 그리고, 가스배출부(135)에도 연결관(미도시)이 형성되어 매니폴트(180)의 연통공(183)(도 2 참조)에 삽입되어 연통된다.

본 실시예에 따른 배치식 장치는 히터(140, 150)가 판형상으로 형성되어 공정튜브(120)의 외면에 접촉되므로, 히터(140, 150)와 공정튜브(120)의 접촉면적이 넓다. 이로 인해, 히터(140, 150)의 열이 공정튜브(120)의 챔버(122)로 신속하게 전달된다.

그리고, 공정튜브(120)의 외면을 감싸는 형태로 하우징(110)이 결합되며, 하우징(110)과 공정튜브(120) 사이에 부품들이 설치되므로, 공정튜브(120)를 포함한 부품들에 이상이 발생하였을 경우, 하우징(110)과 함께 공정튜브(120)를 분리하여 부품들을 수리할 수 있으므로, 유지 보수가 간편하다. 또한, 하우징(110)을 포함한 공정튜브(120) 자체를 교체하여 사용하면 되므로, 유지 보수가 대단히 편리하다.

상기와 같이 기술된 본 발명의 실시예들에 대한 도면은 자세한 윤곽 라인을 생략한 것으로서, 본 발명의 기술사상에 속하는 부분을 쉽게 알 수 있도록 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 상기 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 기준이 될 수 없으며, 본 발명의 청구범위에 포함된 기술사항을 이해하기 위한 참조적인 사항에 불과하다.

110: 하우징
120: 공정튜브
140, 150: 히터

Claims

내부에 챔버가 형성되고, 상면은 편평한 공정튜브 - 상기 공정튜브의 상면에는 보강레일이 형성됨 - ;
상기 공정튜브의 외주면 및 상면에 각각 접촉 결합된 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 판형상인 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제2항에 있어서,
상기 공정튜브의 상면에 접촉 결합된 상기 히터는 "┓"형상과 "┏"형상이 순차적으로 연속되어 반복되는 형상인 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제3항에 있어서,
상기 공정튜브의 상면에 접촉 결합된 상기 히터는 상기 보강레일에 의하여 구획된 상기 공정튜브의 상면에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제4항에 있어서,
상기 공정튜브의 외주면에 접촉 결합된 상기 히터는 하측 및 상측에 각각 배치되어 대향하면서 쌍을 이루는 제 1 히터와 제 2 히터를 가지고,
쌍을 이루는 상기 제 1 히터와 상기 제 2 히터는 상기 공정튜브의 원주방향을 따라 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제5항에 있어서,
상기 제 1 히터는, 상호 대향하면서 상하방향을 향하는 한쌍의 제 1 외측수직판; 상호 대향하면서 상하방향을 향하고, 한쌍의 상기 제 1 외측수직판 보다 짧게 형성되어 한쌍의 상기 제 1 외측수직판 사이에 배치된 한쌍의 제 1 내측수직판; 한쌍의 상기 제 1 외측수직판과 한쌍의 상기 제 1 내측수직판 중, 상호 인접하는 어느 하나의 상기 제 1 외측수직판과 어느 하나의 상기 제 1 내측수직판의 하측 부위 및 상호 인접하는 다른 하나의 상기 제 1 외측수직판과 다른 하나의 상기 제 1 내측수직판의 하측 부위를 각각 연결하는 한쌍의 제 1 하측연결판; 한쌍의 상기 제 1 내측수직판의 상측 부위를 연결하는 제 1 상측연결판을 가지고,
상기 제 2 히터는, 상호 대향하면서 상하방향을 향하는 한쌍의 제 2 외측수직판; 상호 대향하면서 상하방향을 향하고, 한쌍의 상기 제 2 외측수직판 보다 길게 형성되어 한쌍의 상기 제 2 외측수직판 사이에 배치된 한쌍의 제 2 내측수직판; 한쌍의 상기 제 2 외측수직판과 한쌍의 상기 제 2 내측수직판 중, 상호 인접하는 어느 하나의 상기 제 2 외측수직판과 어느 하나의 상기 제 2 내측수직판의 하측 부위 및 상호 인접하는 다른 하나의 상기 제 2 외측수직판과 다른 하나의 상기 제 2 내측수직판의 하측 부위를 각각 연결하는 한쌍의 제 2 상측연결판; 한쌍의 상기 제 2 내측수직판의 하측 부위를 연결하는 제 2 하측연결판을 가지고,
상기 제 1 외측수직판의 상단면(上端面)과 상기 제 2 외측수직판의 하단면(下端面)은 상호 대향하고, 상기 제 2 내측수직판의 하측 부위는 상기 제 1 외측수직판 사이에 위치되며, 상기 제 1 상측연결판과 상기 제 2 하측연결판은 상호 대향하는 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제6항에 있어서,
상기 공정튜브의 하면은 개방되고,
상기 공정튜브의 외면을 감싸는 형태로 하면이 개방된 하우징이 결합되며,
복수의 기판이 상호 간격을 가지면서 적재 보관되고, 승강가능하게 설치되어 기판을 상기 챔버에 로딩시키는 보트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제7항에 있어서, 상기 보트는 승강하면서 상기 하우징의 하단면(下端面) 및 상기 튜브의 하단면(下端面)에 착탈가능하게 결합되고,
상기 보트가 상기 하우징의 하단면(下端面) 및 상기 튜브의 하단면(下端面)에 결합되면 기판이 상기 챔버에 로딩되는 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 그라파이트(Graphite) 또는 카본(Carbon) 복합체 중에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 몰리브텐 중에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 칸탈(Kanthal)로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 장치.