KR20000025735A - 퍼니스 장비의 연소장치 및 그 연소방법 - Google Patents

Abstract

퍼니스 장비의 연소장치 및 그 연소방법이 개시된다. 퍼니스 장비의 연소장치는 수소가스를 주입하는 수소 가스노즐과, 산소가스를 주입하는 산소 가스노즐과, 주입되는 수소가스를 가열시키기 위해 수소 가스노즐의 바깥쪽에 설치된 다수의 코일들과, 주입된 수소가스의 온도를 감지하는 수소 가스노즐의 머리부분에 설치된 온도 감지 센서와, 코일들에 연결된 전기선과, 온도 감지 센서에 연결된 온도 보상 도선과, 전기선 및 온도 보상 도선이 각각 연결된 온도 조절 장치를 구비한다. 온도 조절 장치는 수소가스의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 전기선을 통하여 코일들로 전압 또는 전류를 인가하여 수소가스의 온도를 400℃ 이상으로 한다.

Description

퍼니스 장비의 연소장치 및 그 연소방법

본 발명은 퍼니스 장비에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 제조 공정에 이용되는 퍼니스 장비의 연소 장치 및 그 연소장치의 연소 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정 중에 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 공정이 있다. 산화막을 형성하기 위해서 실리콘을 고온의 산화 분위기 중에 노출시키면 실리콘 표면에는 균일한 산화막(SiO2)이 형성된다. 이 산화막은 실리콘 디바이스에서는 가장 유용한 박막 재료로서 이용된다. 그 이유는 이 박막이 물성적으로 대단히 안정한 것으로, 어떠한 산화 방법을 사용해도 거의 동일한 성질을 나타내고, 또 디바이스를 가공하는 과정에서 사용될 뿐 아니라 디바이스 자체를 구성하는 재료로도 사용되기 때문이다.

실리콘 표면에 산화막을 형성하는 방법으로는 열적 산화, 양극 산화 및 플라스마 산화가 있다. 그 중에서도 가장 실용적인 방법은 열적 산화이다. 열적 산화를 세분하면 건조(dry) 산소(O₂)를 사용하는 건조 산소 산화, 산소-물(H₂O)에 의한 습식 산소 산화, 물중에서 산화시키는 스팀 산화 및 수소-산소의 연소에 의해서 생성되는 물을 사용하는 수소 연소 산화 방법이 있다. 이들의 각종 산화 방법은 디바이스의 종류나 구조에 따라서 선택된다.

도 1은 종래의 퍼니스 구조의 단면도이며, 도 2는 도 1의 연소장치를 구체적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(11)들이 보트(13)에 놓여진 상태에서 퍼니스(15) 내의 반응관(17) 내에 장착되어 있고, 반응관(17)의 입구에는 수소가스와 산소가스를 연소시키기 위한 연소 장치(19)가 설치되어있다. 물이 생성되기 위해서 수소가스와 산소가스가 반응관(17)의 입구로 유입되고, 그에 따라 연소 장치(19)는 고온의 열을 발생시켜서 이들을 연소시킨다. 그리고 생성된 물은 반응관(17) 내에 장착되어 있는 웨이퍼(11)의 실리콘 표면을 산화시켜서 산화막을 형성한다.

도 2를 참조하면, 할로겐 램프(21)가 반사경(23) 내에 설치되어있고, 그 하단에는 집열판(25), 수소 가스노즐(Nozzle)(27) 및 산소 가스노즐(29)이 위에서부터 차례로 설치되어있다. 반사경(23)은 할로겐 램프(21)에서 방출된 빛이 모두 집열판(25)으로 집결되도록 촛점이 맞추어져 있다. 연소 장치의 연소 과정을 살펴보면, 먼저 산소가스와 수소가스가 각각의 노즐들(27,29)을 통해 공급되고, 할로겐 램프(21)에 전기가 공급되어 빛을 발하게 된다. 할로겐 램프(21)에 의한 빛과 반사경(23)에 의해 반사된 빛이 집열판(25)에 집결되어 집열판(25)에는 많은 열이 발생한다. 이러한 열에 의하여 수소가스의 온도가 상승하여 적정 온도에 도달하면 연소되면서 산소가스와 반응하여 물을 생성하게 된다.

이와같은 퍼니스의 연소 장치는 그 반사경이 부식되어 있거나 오염되어 있을 경우에 반사경에 의해 반사되는 빛의 양이 적어서 집열판의 온도는 충분히 올라가지 않게 된다. 그러면 수소가스와 산소가스의 반응 상태가 나빠져 수소가스와 산소가스를 충분히 연소하지 않게 되므로 H₂O의 생성이 제대로 되지 않는다. 이로 말미암아 웨이퍼의 실리콘 산화가 충분하지 않아서 원하는 두께로 산화막을 형성할 수 없다. 따라서 공정조절이 어렵게 되고, 제품 신뢰도가 낮아지는 문제점을 유발한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수소가스와 산소가스를 충분히 연소시킬 수 있는 퍼니스 장비의 연소장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 수소가스와 산소가스를 충분히 연소시킬 수 있는 퍼니스 장비 내의 연소장치의 연소방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 퍼니스 구조의 단면도이다.

도 2는 도 1에서의 연소장치를 구체적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 퍼니스 장비의 연소장치를 나타낸 단면도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 퍼니스 장비의 연소장치는, 수소가스를 주입하는 수소 가스노즐과, 산소가스를 주입하는 산소 가스노즐과, 주입되는 수소가스를 가열시키기 위해 수소 가스노즐의 바깥쪽에 설치된 다수의 코일들과, 주입된 수소가스의 온도를 감지하는 산소 가스노즐의 머리부분에 설치된 온도 감지 센서와, 코일들에 연결된 전기선과, 온도 감지 센서에 연결된 온도 보상 도선과, 전기선 및 온도 보상 도선이 각각 연결된 온도 조절 장치를 구비한다.

제1 가스노즐, 온도 감지 센서 및 코일들은 피복되어져 퍼니스 장비 반응관 입구에 설치된다. 코일들은 전기선을 통하여 인가되는 전류 또는 전압에 의하여 팽창되어 질 수 있도록 여유를 두고 피복되어 있다.

온도 조절 장치는 수소가스의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 전기선을 통하여 코일들로 전압 또는 전류를 인가하여 수소가스의 온도를 400℃ 이상으로 한다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 연소장치의 연소방법은, 제2 가스노즐을 통해 산소를 주입하는 제1 단계와, 제1 가스노즐의 바깥쪽에 설치된 다수의 코일들에 전기선을 통해서 전류 또는 전압을 인가하는 제2 단계와, 제1 가스노즐의 머리부분에 설치된 온도 감지 센서에 의하여 상기 수소가스의 온도를 감지하는 제3 단계와, 제1 가스노즐을 통해 수소를 주입하는 제4 단계로 이루어진다.

제3 단계에서의 수소가스 온도는 400℃ 이상으로 한다.

제4 단계 동안 온도 감지 센서를 통해 수소가스의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 온도 감지 센서에 연결된 온도 보상 도선을 통해 온도 조절장치로 입력하고, 온도 조절 장치에 입력된 온도를 미리 세팅된 수소 가스의 온도와 비교하여 전기선을 통해 코일들에 인가되는 전류 또는 전압을 조절한다.

본 발명의 퍼니스 연소 장치에 의하면, 수소가스가 일정한 온도에서 산소가스와 바로 반응하여 웨이퍼의 실리콘을 충분히 산화시켜 의도한 대로 산화막 두께를 형성하고, 수소가스의 온도를 400℃ 이상으로 유지함으로 연소되지 못한 수소가스가 남지 않기 때문에 폭발할 위험성이 없다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 막의 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 퍼니스 장비의 연소장치를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 퍼니스 장비 내의 연소장치를 나타낸다. 산화막 형성 조건을 만드는 데 필요한 고순도의 가스를 주입하기 위하여 수소가스를 주입하는 수소 가스노즐(56) 및 산소가스를 주입하는 산소 가스노즐(58)이 설치되어 있다. 수소 가스노즐(56)의 머리부분(60)에는 온도 감지 센서(62)가 설치되어 있고, 수소 가스노즐(56)의 바깥쪽에는 다수의 코일들(64)이 설치되어 있다. 수소 가스노즐(56), 온도 감지 센서(62) 및 코일들(64)은 피복되어(미도시) 퍼니스의 반응관(70) 입구에 설치되어 있다. 코일들(64)에는 전기선(66)이 각각 연결되어 있다. 온도 감지 센서(62) 에는 온도 보상 도선(68)이 연결되어 있다. 전기선(66)과 온도 보상 도선(68)은 각각 온도 조절 장치(70)에 연결되어 있다. 코일들(64)은 전기선을 통하여 전류 또는 전압이 인가되어 팽창되더라도 여유를 가지도록 피복되어 있다.

이와 같은 연소장치에서 그 연소과정을 살펴보면, 먼저 연소 장치 내에 산소 가스노즐(58)을 통해 산소가스를 주입하고, 산소가스가 주입된 한 상태에서 코일들(64)에 전기선(66)을 통해 전류 또는 전압을 인가한다. 코일들(64)에 인가되는 전류 또는 전압에 의하여 열이 발생하여 수소 가스노즐(56) 및 그 주변의 온도를 상승시킨다.

온도가 상승하여 적정온도 예를 들어, 400°C 이상에 이르게 되었을 때, 수소 가스노즐(56)을 통하여 수소가스를 주입한다. 주입되는 수소가스는 주입과 동시에 연소하면서 미리 주입되어 있는 산소가스와 반응 즉, 연소하여 물(H₂O)를 생성하게 된다.

여기서, 수소가스의 온도는 온도 감지 센서(62)에 의하여 감지되며, 감지된 온도는 온도 보상 도선(68)을 통하여 온도 조절 장치(70)에 전달된다. 감지된 온도가 450℃ 이하이면 온도 조절 장치(70)의 제어에 의하여 전기선(66)을 통하여 코일들(64)에 전류 또는 전압을 인가하여 일정한 온도 즉, 400℃ 이상으로 유지되도록 한다. 수소가스가 일정한 온도에서 남김없이 산소가스와 충분히 연소할 수 있도록 한다. 따라서, 웨이퍼의 실리콘 산화가 의도한 산화막 두께로 형성되어 진다.

만약에 수소가스의 온도가 400℃ 이하가 되면 산소와의 반응속도 즉, 연소속도가 느려지며, 또한 연소되지 못한 수소가스가 남게 된다. 이렇게 남은 수소가스는 폭발할 위험성을 내재하므로 400℃ 이상에서 산소가스와 바로 연소하도록 조절한다.

상술한 본 발명의 연소장치에 따르면, 수소가스가 일정한 온도에서 산소가스와 바로 반응하여 웨이퍼의 실리콘을 충분히 산화시킬 수 있다. 따라서, 의도한 대로 산화막 두께를 형성함이 가능하다.

또한, 수소가스의 온도를 400℃ 이상으로 유지함으로 연소되지 못한 수소가스가 남지 않아 폭발할 위험성이 없다.

Claims (8)

1. 수소가스를 주입하는 산소 가스노즐과 산소가스를 주입하는 수소 가스노즐;

   상기 주입되는 수소가스를 가열시키기 위해 상기 수소 가스노즐의 바깥쪽에 설치된 다수의 코일들;

   상기 주입된 수소가스의 온도를 감지하는 상기 수소 가스노즐의 머리부분에 설치된 온도 감지 센서;

   상기 코일들에 연결된 전기선;

   상기 온도 감지 센서에 연결된 온도 보상 도선; 및

   상기 전기선 및 상기 온도 보상 도선이 각각 연결된 온도 조절 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 장비의 연소장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수소 가스노즐, 상기 온도 감지 센서 및 상기 코일들은 피복되어져 상기 퍼니스 장비의 반응관 입구에 설치되는 것을 특징으로 하는 퍼니스 장비의 연소장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 코일들은 상기 전기선을 통하여 인가되는 전류 또는 전압에 의하여 팽창되어 질 수 있도록 여유를 두고 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 퍼니스 장비의 연소장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 온도 조절 장치는 상기 수소가스의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 상기 전기선을 통하여 상기 코일들로 전압 또는 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 장비의 연소장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 수소가스의 온도는 400℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 장비의 연소장치.
6. 퍼니스 장비의 연소장치에 있어서,

   산소 가스노즐을 통해 산소를 주입하는 제1 단계;

   수소 가스노즐의 바깥쪽에 설치된 다수의 코일들에 전기선을 통해서 전류 또는 전압을 인가하는 제2 단계;

   상기 수소 가스노즐의 머리부분에 설치된 온도 감지 센서에 의하여 상기 수소가스의 온도를 감지하는 제3 단계; 및

   상기의 수소 가스노즐을 통해 수소를 주입하는 제4 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연소장치의 연소방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제3 단계의 수소가스 온도는 400℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 연소장치의 연소방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제4 단계 동안 상기 온도 감지 센서를 통해 상기 수소가스의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 상기 온도 감지 센서에 연결된 온도 보상 도선을 통해 온도 조절장치로 입력하는 단계; 및

   상기 온도 조절 장치에 입력된 온도를 미리 세팅된 수소 가스의 온도와 비교하여 상기 전기선을 통해 상기 코일들에 인가되는 전류 또는 전압을 조절하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연소장치의 연소방법.