KR20000025196A - 폐쇄형 반도체 습식 열 산화장치 - Google Patents
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Abstract
물이 담기며 시편이 지지되는 내부 튜브와, 상기 내부 튜브를 감싸서 밀봉시키는 외부 튜브를 포함하는 쳄버유니트; 및
상기 시편과 물을 가열하는 가열로를 포함하는 가열유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
Description
본 발명은 화합물 반도체(compound semiconductor) 제조공정에 사용되는 것으로서 반도체 시편을 습식 열 산화(wet thermal oxidation) 시키는 장치에 관한 것이다.
화합물 반도체 제조 공정에 있어서, 시편을 산화시키기 위한 여러 가지 시스템 및 장치가 개발되어 있는데, 그 중 일반적인 산화장치를 도 1에 나타내었다. 도시된 산화장치는 외부의 가스가 연속적으로 유입되는 개방 산화 시스템(open oxidation system)을 채용한다.
즉, 도면을 참조하면 상기 개방 시스템 산화장치는 물이 담긴 탱크(10), 상기 탱크(10) 내의 물을 가열하기 위해 탱크(10)의 주변을 감싸도록 설치되는 가열로(11), 상기 탱크(10) 내에서 가열되어 발생한 수증기가 흐르는 배관(12), 시편(100)이 위치하는 쳄버(14), 상기 쳄버(14)에 설치되어 시편(100)을 지지하는 홀더(15), 및 수증기가 배출되는 배출관(17)을 포함한다. 또한 상기 배관(12)에는 밸브들(18)이 필요에 따라 설치되며, 상기 쳄버(14)에는 그 쳄버를 가열하기 위한 가열로(16)가 인접하여 설치된다.
본 장치에 있어서는 상기 탱크(10) 내에서 가열된 수증기를 운반하는 캐리어가스(carrier gas)로서 질소(N2)가 사용되었다. 질소는 상기 배관(12)으로 유입되며 그 유입량은 유량 조절기(13)에 의해 적절히 제어된다.
상기와 같은 구성을 가진 종래의 산화 장치의 동작을 살펴보면, 먼저 가열로(11,16)를 가동시켜 물이 담긴 탱크(10)와 산화시키고자 하는 시편(100)이 놓일 쳄버(14)를 가열한다. 이때, 가열온도는 탱크(10)의 경우에는 물이 증발하여 수증기가 발생하도록 80℃ ∼ 100℃의 온도로 가열되며, 쳄버(16)는 약 350℃ ∼ 500℃로 가열된다. 탱크(10)와 쳄버(16)가 적정 온도까지 가열되면, 이어서 시편(100)을 홀더(15)로 지지하여 쳄버(14) 내에 위치시킨다.
다음, 유량 조절기(13)에 의해 유입되는 질소의 양을 조절하면서 질소가 유입되면 탱크(10) 내에서 발생하여 배관(12)을 통해 흐르는 수증기와 함께 쳄버(14) 내로 투입됨으로써 시편(100)의 산화가 시작된다.
이러한 산화 장치는 개방 시스템을 채용하므로 외부의 질소 및 수증기가 계속해서 쳄버(14) 내로 유입되므로 외부 환경에 따라 쳄버(14) 내의 산화 분위기가 항상 일정한 상태로 유지되기 힘들다. 또한, 질소 가스를 시편(100)에 대해 수평으로 투입하는 경우 질소 가스가 쳄버(14) 내에서 진행하면서 쳄버(14) 내의 고온에 의해 점차 가열되므로 투입되는 배관 단부 근처의 질소온도보다 그로부터 얼마간 진행하여 멀리 떨어진 질소 가스의 온도가 더 높다. 이러한 질소 가스의 온도 편차는 결과적으로 시편(100) 전체에 걸친 산화를 균일하게 수행하는데 장애 요인으로 작용하며, 이러한 경향은 시편(100)의 길이가 길수록 더욱 심해진다. 따라서, 산화의 균일도가 저하되는 문제가 발생한다.
나아가, 수증기가 흐르는 배관(12)의 내벽에 수증기가 응결되어 물방울이 된 다음 유속되는 질소 등의 가스에 의해 쳄버(14) 내로 토출되어 시편을 적실 우려가 있어 화합물 반도체 시편의 산화 신뢰성 및 재현성이 확보되지 않는다.
이러한 문제는 상기 배관(12)이 쳄버(14) 내의 시편(100)에 대해 수직으로 설치될 경우에도 마찬가지로 발생하며 물방울에 의한 시편의 적심 현상은 더욱 빈번하게 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 산화 장치의 시스템을 외부의 환경을 차단할 수 있는 폐쇄 시스템으로 채용함으로써 산화 공정의 신뢰성과 재현성을 확보할 수 있는 폐쇄형 반도체 습식 열 산화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 개방형 반도체 습식 열 산화장치의 개략적 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 폐쇄형 반도체 습식 열 산화장치를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 폐쇄형 반도체 습식 열 산화장치의 구성을 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...탱크 11,16,21,22...가열로
13...유량조절기 14...쳄버
18..밸브 20...가열유니트
24...베이스 25...히팅공간
30...쳄버유니트 31...외부 튜브
32...내부 튜브 33...장착 베이스
34...서포트베이스 35...진공어댑터
36...차단밸브 43,44...슬라이더
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화합물 반도체의 습식 열 산화장치는 물이 담기며 시편이 지지되는 내부 튜브와, 상기 내부 튜브를 감싸서 밀봉시키는 외부 튜브를 포함하는 쳄버유니트; 및 상기 시편과 물을 가열하는 가열로를 포함하는 가열유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 쳄버유니트는, 상기 내부 튜브가 지지되며 상기 외부 튜브가 착탈가능하게 결합되는 장착 베이스; 및 상기 장착 베이스와 밀봉되도록 착탈결합되며, 상기 가열유니트에 대해 승강가능하도록 설치되는 서포터 베이스를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐쇄형 반도체 습식 열 산화장치를 나타내었다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 습식 열 산화장치는 시편 및 수증기 발생을 위해 물을 가열하는 가열유니트(20)와 시편(100)과 물(101)이 담겨 있으며 상기 시편(100)의 산화가 일어나는 쳄버유니트(30)를 포함한다.
상기 가열유니트(20)는 도시되지 않은 지지체와 연결되어 지지되는 베이스(24) 위에 시편(100)을 가열하는 제1 가열로(21)와 물을 가열하여 수증기를 만드는 제2 가열로(22)가 설치되어 구성된다. 상기 제1가열로(21)와 제2가열로(22)는 각각 시편(100)과 물이 담긴 위치에 해당하는 높이로 상호 공간(23)을 사이에 두고 이격되어 있다.
상기 제1가열로(21) 및 제2가열로(22)는 후술하는 바와 같이 쳄버유니트(30)를 둘러싸서 가열할 수 있도록 설치되는데 본 실시예에서와 같이 히팅공간(25)을 중심으로 원형으로 구성되는 것이 바람직하나 이것에 제한되는 것은 아니다. 상기 가열로(21,22)로는 통상의 전기로가 채용될 수 있다. 또한, 상기 히팅공간(25) 내에는 물을 가열하는 온도와 시편(100)을 가열하는 온도를 각각 측정하기 위한 써모커플(thermo couple)(51,52)이 설치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 쳄버유니트(30)는 상기 가열유니트(20)의 히팅공간(25) 내로 진입 및 후퇴할 수 있도록 설치된다. 즉, 상기 가열유니트(20)의 베이스(24) 하면에는 가이드 샤프트(41,42)가 설치되며, 이 가이드 샤프트(41,42)에는 쳄버유니트(30)와 서포트바(45)에 의해 연결된 슬라이더(43,44)가 슬라이딩 가능하도록 설치되어 쳄버유니트(30)의 상하 승강운동을 유도하도록 되어 있다. 이러한 승강수단은 본 실시예에서 예시된 구조만으로 한정되지 않는 것으로 하며 상기 쳄버유니트(30)를 가열유니트(20)의 히팅공간(25)에 대해 승강시킬 수 있는 구조로서 당해 기술분야에서 통상적으로 채용될 수 있는 기술을 포함하는 것으로 한다.
한편, 상기 쳄버유니트(30)는 글래스 등으로 된 외부 튜브(31), 상기 외부 튜브(31)가 결합되어 지지되는 장착 베이스(33) 및 상기 외부 튜브(31) 내부에 설치되며 시편(100)과 물(101)이 담기는 내부 튜브(32)를 포함한다.
상기 외부 튜브(31)는 통상적인 결합수단(미도시)에 의해 상기 장착 베이스(33)에 착탈가능하도록 결합되며 그들 사이에는 밀봉상태가 유지되는 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(32)는 외부 튜브(31) 보다 직경이 작아서 외부 튜브(31) 내의 상기 장착 베이스(33)에 설치될 수 있다. 여기서 상기 내부 튜브(32)의 하부에는 물(101)이 담기고 그 상부에는 산화될 반도체 시편(100)이 지지된다. 상기 시편(100)이 지지되는 위치와 물(101)이 담긴 위치는, 쳄버유니트(30)가 상승되어 상기 가열유니트(20)의 히팅공간(25)에 삽입되었을 때 제1가열로(21) 및 제2가열로(22)와 대응되는 위치이다.
또한, 상기 내부 튜브(32)와 외부 튜브(31)가 장착된 장착 베이스(33)는 서포터 베이스(34)에 그 내부가 서로 연통되도록 결합되는데 바람직하게 상기 장착 베이스(33)의 외주면 및 서포터 베이스(34)의 내주면에 나사부(미도시)가 각각 형성되어 이들이 볼트-너트 결합된다.
상기 서포터 베이스(34)의 하면에는 공기의 유입을 차단하는 차단밸브(36)가 설치되며, 그 일측에는 상기 쳄버유니트(30) 내의 공기를 뽑아 진공상태로 만들 수 있도록 진공 어댑터(35)가 설치되어 있다.
이상과 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 폐쇄형 습식 열 산화장치의 동작을 살펴보기로 한다.
먼저, 쳄버유니트(30)가 가열유니트(20)의 하방에 하강된 상태에서 시편(100)을 가열하는 제1가열로(21)와 물(101)을 가열하는 제2가열로(22)를 작동시켜 원하는 온도까지 상승시킨다. 이때의 온도는 시편(100) 가열영역의 온도를 측정하는 써모커플(52)와 물(101) 가열영역의 온도를 측정하는 써모커플(51)에 의해 각각 측정된다.
다음으로, 쳄버유니트(30)의 외부 튜브(31)를 장착 베이스(33)로부터 분리하고 내부 튜브(32) 내부에 적당량의 물(101)을 채운 후 그 상부 시편홀더에 시편(100)을 올려 놓은 후 외부 튜브(31)를 덮고 밀폐시킨다.
이렇게 시편(100)과 물(101)이 채워 진 쳄버유니트(30)의 장착 베이스(33)를 서포터 베이스(34)에 밀봉되도록 결합한다. 이어서, 차단밸브(36)를 돌려 외부의 공기유입을 차단한 상태에서 진공 어댑터(35)에 진공 펌프(미도시)를 연결시킨 뒤 구동시켜 쳄버유니트(30)의 외부 튜브(31) 내를 진공상태로 만든다.
쳄버유니트(30)의 진공작업이 완료되면, 미도시된 구동원에 의해 상기 쳄버유니트(30)를 상승시켜 가열유니트(20)의 히팅공간(25) 내로 진입시킨다.
여기서, 일단 쳄버유니트(30)가 가열유니트(20)의 히팅공간(25) 내로 진입되면 히팅공간(25)은 이미 제1가열로(21) 및 제2가열로(22)에 의해 소정 온도로 가열된 상태이므로 내부 튜브(32)에 담긴 물(101)이 급격히 끓으면서 짧은 시간내에 스테디 스테이트(steady state)에 도달하여 시편(100)의 산화가 진행된다.
본 발명에 따르면, 시편(100)은 쳄버유니트(30) 내에 밀봉되어 있으므로 외부공기의 유입이 이루어지지 않아 쳄버 내의 산화분위기가 일정상태로 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체 습식 열 산화장치에 따르면, 시편(100)이 외부 튜브(31)와 장착 베이스(33) 및 서포터 베이스(34) 등으로 이루어지는 쳄버유니트(30) 내에서 밀봉된 상태에서 가열로에 의해 그 물이 급격하게 증발하여 산화가 이루어지므로 외부 공기의 유입이나 외부 환경에 의해 산화분위기가 변화되지 않는다. 따라서, 산화가 일정한 분위기에서 지속적으로 이루어질 수 있어 시편의 산화가 균일하게 되고 또한 산화 재현성 또한 확보될 수 있다.
본 발명에서는 쳄버유니트와 가열유니트의 한정된 실시예만을 도시하여 설명하였으나 그러한 도면 및 설명에 의해서 본 발명의 권리범위는 제한되지 않으며, 시편과 물을 밀봉시켜 그 내부 산화분위기를 일정하게 유지시키는 쳄버유니트와 그 쳄버유니트를 소정 온도로 가열하도록 구성되는 가열유니트의 기능을 감안하여 특허청구범위에 기재된 사항의 범위내에서 다양한 변형예들이 적용될 수 있다.
Claims (6)
- 물이 담기며 시편이 지지되는 내부 튜브와, 상기 내부 튜브를 감싸서 밀봉시키는 외부 튜브를 포함하는 쳄버유니트; 및상기 시편과 물을 가열하는 가열로를 포함하는 가열유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
- 제1항에 있어서, 상기 쳄버유니트는,상기 내부 튜브가 지지되며 상기 외부 튜브가 착탈가능하게 결합되는 장착 베이스; 및상기 장착 베이스와 밀봉되도록 착탈결합되며, 상기 가열유니트에 대해 승강가능하도록 설치되는 서포터 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
- 제2항에 있어서, 상기 가열로는,상기 시편을 가열하는 제1가열로와 상기 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 제2가열로를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
- 제2항에 있어서, 상기 서포트 베이스에는 상기 외부 튜브 내부를 진공상태로 만들기 위해 진공펌프와 연결되는 진공어댑터와 외부의 공기 유입을 차단하는 차단밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
- 제2항에 있어서, 상기 가열유니트에는 가이드 샤프트가 수직으로 설치되고, 상기 서포트 베이스는 상기 가이드 샤프트를 따라 슬라이딩되는 슬라이더와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
- 제2항에 있어서, 상기 장착 베이스의 외주면과 상기 서포터 베이스의 내주면에는 나사부가 형성되어, 상기 시편과 물이 상기 내부 튜브에 공급되고 상기 외부 튜브가 상기 장착 베이스에 설치된 후 상기 장착 베이스와 서포터 베이스가 볼트-너트 결합되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 습식 열 산화장치.
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