KR20000072977A - 반도체 종형로설비 - Google Patents

Abstract

CVD용 로설비에 관한 것이다.

본 발명의 로설비는 히터를 이루는 벽체, 상기 벽체 내측 공간에 설치되는 석영 튜브, 상하로 움직이면서 외부에서 투입된 다수의 웨이퍼를 적재하여 상기 석영튜브 내부로 옮겨주는 웨이퍼 보트, 상기 웨이퍼 보트를 이동시키는데 사용되는 이동장치, 공정진행중 소오스 가스를 상기 튜브내로 투입할 수 있도록 외부에서 상기 튜브내로 설치되는 관형 노즐을 포함하는 가스 공급장치 및 상기 튜브의 가스를 배기라인으로 배출시키는 통로가 되는 배출구를 구비하여 이루어지는 CVD용 로설비에 있어서, 상기 배출구 부분에 가열수단을 설치하여 공정 배기중에 배기 가스의 온도를 파우더성 물질의 응결온도보다 높게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 설비의 부분적인 가열을 통해 파티클의 발생을 억제하고 적어도 파티클 발생 및 누적 부위를 설비 관리에 보다 용이한 곳이 되도록 함으로써 장비의 운용 가능 시간을 늘릴 수 있고 보수에 드는 수고와 비용을 줄일 수 있게 된다.

Description

반도체 종형로설비{Vertical furnace machine for semiconductor devices fabrication}

본 발명은 CVD 공정에 사용하는 로(furnace)설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CVD 공정에서 발생하는 응결성 부산물 가스를 배출하는 CVD 로설비의 배기부에 관한 것이다.

반도체장치는 반도체 웨이퍼 기판에 도체, 부도체, 반도체 막을 형성시키고 패터닝하여 소자와 회로를 구성한 장치이다. 따라서 반도체장치를 이루는 혹은 반도체 장치를 이루는데 도구로 사용되는 많은 막 형성 공정이 반도체장치 제조과정에서 이루어진다. 그 가운데 대표적인 막형성 방법이 CVD 기법이다.

CVD 기법은 저압 혹은 상압의 환경에서 그리고 경우에 따라서는 플라즈마 환경에서 이루어지는데, 공정을 위해서 웨이퍼를 공정 챔버의 가열된 플레이트에 놓고 챔버 내에 막의 원료가 되는 소오스 가스들을 투입하면 소오스 가스들은 그 환경에서 반응하여 필요한 막질을 생성시키고 이 막질이 웨이퍼 위에 적층되어 해당 물질막을 이루게 된다. 이 과정에서 여러 가지 반응 부산물들이 생길 수 있는데 이들 부산물들은 대개 진공펌프를 이용하여 배기라인을 통해 외부로 배출된다.

CVD 공정을 행하기 위해서 만들어진 장비들은 여러 가지가 있는데 웨이퍼를 개별로 처리하는 개별 CVD 장비와 배치방식으로 여러 장의 웨이퍼를 동일한 공간에서 동시에 처리하는 배치식 CVD 장비로 나눌 수 있다. 배치식 CVD 장비도 공정의 종류에 따라 그리고 형태 및 방식에 따라 여러 가지로 나눌 수 있는데 기존에 많이 사용하는 장비 가운데 하나가 종형로(Vertical furnace) LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition) 장비이다.

도1은 일반적인 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이고 도2는 도1의 배기부 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 측단면도 이다. 웨이퍼는 수직으로 형성되는 보트(10)의 슬롯 사이에 위치하고 보트는 아래에 설치된 로드락 챔버에서 웨이퍼를 적재하여 수직으로 움직이는 엘리베이터에 의해서 로 내부로 투입된다. 로는 가장 안쪽의 실린더형으로 된 내측 튜브(12), 그 바깥 쪽에 설치된 그리고 실린더 위쪽이 돔형으로 폐쇄된 형태의 외측 튜브(14) 및 외측 튜브 외측의 히터(16)로 되어 있다. 튜브는 주로 석영재질로 이루어지며 히터의 열이 복사와 전도로 튜브를 통해 보트에 적재된 웨이퍼 및 튜브 내부 공간에 미치게 된다. 튜브 하부의 한 편에는 소오스 가스 투입을 위해 인입된 분사 노즐(18)이 있다. 그리고 대략 반대편에는 반응물이나 미반응된 가스들을 배기시킬 수 있도록 말단에 플랜지(22)를 형성한 배기구(20)가 설치되어 배기라인(24)과 연결되고 있다. 배기라인(24)에는 공정이 이루어지는 로 내부를 진공으로 형성하고, 반응물이나 미반응 가스를 배출하기 위한 진공펌프(26)가 설치된다. 화살표는 배기가스의 흐름을 나타내는 것이다. 기타 부수적으로 로의 온도를 측정하기 위한 열전대 온도계 등도 함께 설치될 수 있다.

이상과 같은 LPCVD 장비에서 이루어질 수 있는 공정 가운데 실리콘질화막 (Si₃N₄) 형성 공정이 있다. 이 공정에서는 분사 노즐을 통해 외부에서 소오스 가스가 되는 이염화사이렌(SiH₂Cl₂)과 암모니아(NH₃) 가스를 투입할 경우 튜브 내의 고온에서 가스들이 반응하여 웨이퍼에 실리콘질화막을 형성하게 되고 다른 가스와 함께 염화암모늄(NH₄Cl)이 생성된다.

염화암모늄은 로 내부에서 소오스 가스들의 반응에 의해 생성될 때는 기체상을 이루나 100℃ 이하의 온도에서는 고체상태가 된다. 따라서 로 내부에서 생성반응이 이루어진 후 배기라인에 유입되어 배출될 때 튜브의 배기구를 이루는 플랜지 부분은 히터 벽체에서 빠져나와 있고 배기라인도 별도의 가열수단이 없는 이유로 배기구로 빠져나오는 시점에서 로 내부의 고온 분위기에서 저온 분위기로 바뀌면서 급격히 냉각되어 고체 파우더(28)의 상태로 석출되면서 배출구 플랜지 부분에 쌓이게 된다.

이 염화암모늄 파우더는 일종의 파티클을 형성하므로 배기라인에 불안정성으로 역류가 생길 경우 로 내부로 유입되어 로를 오염시키고 파티클 불량의 요인이 될 수 있으며, 배기라인 입구 로설비의 플랜지형 배기구에 계속 적층될 경우 단단히 누적되어 라인을 폐쇄시키는 문제를 발생시켜 로 내부의 압력에 이상을 가져오고 이로인한 형성막질의 불량 등을 유발시킬 수 있다.

따라서 이러한 문제를 예방하기 위해서 염화암모늄이 많이 쌓이기 전에 일정 주기로 플랜지 부분의 염화암모늄을 제거하는 보수 관리를 하게 된다. 그러나 염화암모늄의 누적속도가 빠르기 때문에 보수 주기는 매우 짧게 되고 빈번한 세척과정에서 LPCVD 장비의 열화가 생기고 특히 석영제품의 수명이 짧아지는 문제가 있다. 또한 LPCVD 장비 자체의 보수, 세정을 해야 하기 때문에 세정하는 동안은 공정의 진행이 불가능해진다.

본 발명은 실리콘질화막 등 CVD 막을 형성할 때 부가적 반응물이 생성되어 배기되면서 급속한 냉각으로 인하여 응결, 누적되고 공정 및 설비에 나쁜 영향을 주는 것을 예방할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1과 도2는 종래기술에 따른 것으로 도1은 일반적인 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도2는 도1의 배기부 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 측단면도 이다.

도3과 도4는 본 발명에 따른 것으로 도3은 CVD용 로설비의 일 실시예를 나타내는 측단면도 이다.

도4는 도3의 배기부 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 요부 측단면도 이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 보트 12: 내측 튜브

14: 외측 튜브 16: 히터

18: 분사 노즐 20: 배기구

22: 플랜지 24: 배기라인

26: 진공펌프 28: 파우더(powder)

30: 히팅 자켓 32: 전기 케이블

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CVD용 로설비는, 히터를 이루는 벽체, 상기 벽체 내측 공간에 설치되는 석영 튜브, 상하로 움직이면서 외부에서 투입된 다수의 웨이퍼를 적재하여 상기 석영튜브 내부로 옮겨주는 웨이퍼 보트, 상기 웨이퍼 보트를 이동시키는데 사용되는 이동장치, 공정진행중 소오스 가스를 상기 튜브내로 투입할 수 있도록 외부에서 상기 튜브내로 설치되는 관형 노즐을 포함하는 가스 공급장치 및 상기 튜브의 가스를 배기라인으로 배출시키는 통로가 되는 배출구를 구비하여 이루어지는 CVD용 로설비에 있어서, 상기 배출구 부분에 가열수단을 설치하여 공정 배기중에 배기 가스의 온도를 파우더성 물질의 응결온도보다 높게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 가열수단으로는 플랜지 부위를 감싸도록 형성된 실린더형 히팅 자켓(Heating Jaket)을 설치하여 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우 플랜지 부위를 히팅 자켓의 실린더가 감싸게 하고, 실린더는 실린더 축방향으로 2 조각으로 나누어지고 볼트결합 등으로 체결할 수 있도록 하면 필요에 따라 용이하게 탈착할 수 있을 것이다. 히팅 자켓은 별도의 전원에 연결되어 배기 가스에 염화암모늄이 있는 경우 150℃ 정도를 유지하도록 하면 된다. 일정 온도를 유지하기 위해서 온도센서를 포함하는 열 조절기가 포함된 것을 사용하면 된다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적 내용을 일 실시예를 통해 좀 더 살펴보기로 한다.

도3은 본 발명에 따른 CVD용 로설비의 일 실시예를 나타내는 도면이고 도4는 도3의 배기부 부분을 좀 더 확대하여 상세하게 도시한 요부 측단면도 이다.

상기 도면을 종래의 CVD용 로설비에 비교하여 보면 배기라인과 연결된 배기구 플랜지 결합 전단의 관을 별도로 설치된 히팅 자켓(30)이 감싸고 있는 것을 볼 수 있다. 히팅 자켓에는 히터 전력을 공급하기 위해 설치된 전기 케이블(32)이 접속단자를 통해 연결되어 있다. 화살표는 배기가스의 흐름을 나타내는 것이며 종래에는 배기구 부분에 두껍게 적층되어 있던 염화암모늄 파우더 층이 없어져 있다.

종래에는 배기구 플랜지(22) 부분에 염화암모늄 층이 적층되므로 설비의 유지관리를 위한 보수시 로설비의 튜브부분까지 세정을 해야하고 따라서 많은 시간이 소요되었다. 그러나 본 발명과 같이 설비의 튜브와 일체로 된 배출구 부분에는 히팅 자켓을 설치함으로써 이 부분에서 급격히 냉각되어 석출, 적층되던 염화암모늄은 배기라인상의 다른 부분에서 응결되어 쌓이게 된다. 물론 배기라인 전체를 가열하여 일단 배기된 후 혹은 배기가스를 처리하는 스크러버 장치에서 파우더를 발생시키거나 제거되도록 할 수도 있으나 일단 튜브의 배기구 부분에서 적층되지 않으면 염화암모늄이 응결 적층되는 배기라인 부분만 교체하여 세정하면 되므로 파우더를 제거하기 위해 설비의 튜브 전체를 세정하기 위해 많은 시간을 소모하는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면 부산물로 파티클이 생성될 수 있는 공정에서 부분적인 가열을 통해 파티클의 발생을 억제하고 적어도 파티클 발생 및 누적 부위를 설비 관리에 보다 용이한 곳이 되도록 함으로써 장비의 운용 가능 시간을 늘릴 수 있고 보수에 드는 수고와 비용을 줄일 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 히터를 이루는 벽체, 상기 벽체 내측 공간에 설치되는 석영 튜브, 상하로 움직이면서 외부에서 투입된 다수의 웨이퍼를 적재하여 상기 석영튜브 내부로 옮겨주는 웨이퍼 보트, 상기 웨이퍼 보트를 이동시키는데 사용되는 이동장치, 공정진행중 소오스 가스를 상기 튜브내로 투입할 수 있도록 외부에서 상기 튜브내로 설치되는 관형 노즐을 포함하는 가스 공급장치 및 상기 튜브의 가스를 배기라인으로 배출시키는 통로가 되는 배출구를 구비하여 이루어지는 CVD용 로설비에 있어서,

   상기 배출구 부분에 가열수단을 설치하여 공정 배기중에 배기 가스의 온도를 파우더성 물질의 응결온도보다 높게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 CVD용 로설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열수단으로는 두 편으로 형성되어 결합 및 분리가 용이한 히팅 자켓(Heating Jaket)을 사용하는 것을 특징으로 하는 CVD용 로설비.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 가열수단은 온도조절장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CVD용 로설비.