KR20020087607A - 화학적 기상 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종형의 화학적 기상 증착(CVD) 장치에 관한 것으로, 반응가스의 사용량을 최소화할 수 있고, 내관 사용에 따른 원가를 절감하고, 내관을 설치하는 데 따른 피엠(PM) 시간을 줄일 수 있는 단일관 구조의 화학적 기상 증착(CVD) 장치를 제공한다. 즉, 내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와; 상기 보트를 둘러싸는 반응관과; 상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과; 상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및 상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응 가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하는 단일관 구조의 CVD 장치를 제공한다.

Description

화학적 기상 증착 장치{Apparatus for chemical vapor deposition}

본 발명은 화학적 기상 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일관 구조를 갖는 종형의 화학적 기상 증착 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서, 증착 공정(Deposition Process)이라 함은기상(Gas or Vapor Phase)의 소스(Source)로부터 특정 원자나 분자를 고상(Solid Phase)화 시켜 필요로 하는 박막을 얻어내는 일종의 물질 합성(Material Synthesis) 과정을 통칭한다. 반도체 소자의 제조에는 다결정 실리콘(Poly-crystal Silicon), 산화막(Oxide Film), 질화막(Nitride Film) 등 여러 종류의 금속 혹은 실리사이드(Silicide) 박막이 필요하며 이와 같은 박막들은 모두 증착 공정에 의해서 형성된다.

증착 공정은 박막 형성 공정(Thin Film Process)이라고 말할 수 있으며, 이는 크게 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정과 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 대별된다. PVD 공정은 소스로부터 다른 성분이 더해지거나 감해지지 않고 상의 변환 과정만을 통하여 증착되는 것이다. 반면에 CVD 공정은 화학 반응을 수반하기 때문에 소스와 증착 산물간에 물리화학적 구조의 차이가 있다.

CVD 공정은 증착 하고자 하는 대상 물질의 원소를 포함하는 기체(혹은 Vapor) 소스와 반응 기체를 가열된 웨이퍼와 같은 기판 위에 공급하고 화학 반응이 일어나도록 하여 기판 위에 고상의 박막을 형성하고 반응 부생성물(By-product) 기체를 제거하는 일련의 공정이다. CVD 공정은 증착 압력에 따라 상압 CVD, 저압 CVD 공정 등으로 분류하거나 에너지원에 따라 열(Thermal) CVD, 플라즈마(Plasma) CVD, 광 CVD, 레이져(Laser) CVD 공정 등으로 분류하기도 한다.

여기서, 저압 CVD 공정은 진공 상태에서 가스를 반응시켜 반응된 가스 화합물을 웨이퍼 표면에서 박막을 증착토록 하는 공정이다. 저압 CVD 공정에 사용되는장치의 반응관은 재질이 석영(SiO₂)으로 된 내관(Inner Tube) 및 외관(Out Tube)으로 이루어진 이중 반응관으로 내관 내에서 증착 공정이 이루어지는 것이 일반적이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 종래 기술에 따른 저압 CVD 공정에 사용되는 CVD 장치에 대하여 설명하겠다.

도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 종형의 CVD 장치(100)를 설명하면, CVD 장치(100)는 반응가스가 공급되는 가스 공급관(30)과, 가스 공급관(30)과 연결된 이중 반응관(10)과, 이중 반응관(10)을 가열하기 위한 가열원(20)과, 반응되고 남은 반응가스와 미반응된 부산물을 포함하는 배출가스를 배출하기 위한 가스 배출관(40) 및 이중 반응관(10) 내부에 설치되는 보트(50; Boat)를 포함하며, 보트(50)의 밑 부분은 회전축(70)에 축지(軸支)된 구조를 갖는다. 여기서, 보트(50)는 복수의 웨이퍼(60)를 적재할 수 있는 수단이다.

이중 반응관(10)은 석영 반응관인 내관(12)과 외관(14)으로 이루어져 있으며, 내관(12)의 내부에는 복수개의 웨이퍼(60)가 수직으로 적재된 보트(50)가 설치되며, 보트(50)의 밑부분은 회전축(70)에 축지되어 있다. 그리고, 내관(12)의 상부는 개방되어 있어 내관(12)에 주입되는 반응가스는 내관(12)에 설치된 웨이퍼(60) 상에 박막을 증착시키고, 배출가스는 내관(12)의 상부의 형성된 개방부(16)를 거쳐 외관(14)을 통하여 가스 배출관(40)으로 배출된다. 그리고, 보트(50) 또한 재질이 석영이다. 통상적으로 내관의 개방부(16)를 통하여 배출가스가 잘 배출될 수 있도록 개방부(16)의 직경은 보트(50)의 직경보다는 크게 형성한다.

반응가스가 공급되는 가스 공급관(30)은 내관(12)의 내부와 연결되어 있으며, 내관(12)의 내부의 측면부에 평행하게 설치되어 있다. 그리고, 가스 공급관(30)은 보트(50)에 대응되는 길이로 내관(12) 안쪽에 수직으로 뻗어 있으며, 복수개의 노즐(32)을 통하여 반응 가스를 수평으로 분사한다. 반응가스는 가스 공급관(30)의 노즐(32)을 통하여 공급되어, 웨이퍼(60)를 통과한 반응가스를 포함하는 배출가스는 내관(12)의 상부에 있는 개방부(16)로 배출되어, 내관(12)과 외관(14) 사이에 연결된 가스 배출관(40)을 통해서 배출된다.

이와 같은 구조를 갖는 CVD 장치(100)를 이용한 CVD 공정은, 보트(50)가 축지된 회전축(70)이 소정의 속도로 회전하는 상태에서 가스 공급관(30)을 통하여 반응가스를 공급하여 웨이퍼(60) 상에 필요한 박막을 증착시키고, 반응되고 남은 반응가스를 포함한 배출가스를 가스 배출관(40)을 통하여 이중 반응관(10) 밖으로 배출시키는 단계로 진행된다.

이와 같은 종형의 CVD 장치(100)를 이용하면, 종래의 CVD 장치에 비하여 약 10배의 처리능력을 향상시킬 수가 있다. 한편, 종형의 CVD 장치(100)는 처음에는 보트(50)의 회전 없이 증착 공정을 하였으나 웨이퍼(60)에 균일한 박막을 증착시키기 위하여 한 방향으로 보트(50)를 회전시키면서 증착 공정을 진행하였다.

그러나, 이와 같은 종형의 CVD 장치(100)는 내관(12)과 외관(14) 사이에 공간을 갖기 때문에, 내관(12)과 외관(14) 사이에 대응되는 공간만큼 사용되는 반응가스의 양이 증가한다.

그리고, 외관(14) 내부로 내관(12)을 설치한 다음, 내관(12) 안으로 보트(50)를 설치한 이후에 CVD 공정을 진행하기 때문에, 피엠(PM;Preventive Maintenance) 시간이 증가하여 폴리 저압 CVD 공정 네크(neck) 공정에 대해서 신속히 대응을 할 수 없는 문제점을 안고 있다.

또한 내관(12) 사용에 따른 재료비가 증가하는 문제점도 안고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 반응가스의 사용을 최소화할 수 있는 CVD 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이중 반응관 사용에 따른 문제점을 해결하는 데 있다.

도 1은 종래기술에 따른 이중관 구조의 화학적 기상 증착 장치를 보여주는 부분 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일관 구조의 화학적 기상 증착 장치를 보여주는 부분 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

110 : 반응관 120 : 가열원

130 : 가스 공급관 132 : 노즐

140 : 가스 배출관 150 : 보트

160 : 웨이퍼 170 : 회전축

180 : 플랜지 200 : CVD 장치

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내관을 사용하지 않는 단일관 구조의 CVD 장치를 제공한다. 즉, 내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와; 상기 보트를 둘러싸는 반응관과; 상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과; 상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및 상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응 가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하는 단일관 구조의 CVD 장치를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일관 구조의 CVD 장치를 보여주는 부분 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CVD 장치(200)는 반응가스가 주입되는 가스 공급관(130)과, 가스 공급관(130)과 연결된 반응관(110)과, 반응관(110)의 외측에 배치되어 반응관(110)을 가열하는 가열원(120)과, 반응되고 남은 잔류가스와 미반응된 부산물을 배출하기 위한 가스 배출관(140) 및 반응관(110) 내부에 설치되는 보트(150)를 포함하며, 보트(150)의 밑 부분은 회전축(170)에 축지(軸支)된 구조를 갖는다. 이때, 가스 공급관(130)은 반응관(110)과 보트(150) 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 반응관(110) 안으로 반응 가스를 분사하는 복수개의 노즐(132)이 설치되어 있다.

특히, 본 발명에 따른 반응관(110)은 석영 반응관으로서 단일관 구조를 갖는다. 반응관(110)의 내부에는 복수개의 웨이퍼(160)가 적층된 보트(150)가 설치되며, 보트(150)의 밑부분은 회전축(170)에 축지되어 있다. 수직으로 설치된 가스 공급관의 노즐(132)들을 통하여 주입되는 반응가스는 반응관(110)의 아래에 설치된 가스 배출관(140)으로 배출된다. 보트(150) 또한 재질이 석영이다.

이때, 반응관(110)을 단일관으로 형성한 이유는, 종래의 이중 반응관 사용에 따른 반응관의 체적이 커져서 반응 가스의 사용량이 증가와 CVD 공정 시간 증가하는 억제하고, 더불어 내관의 사용에 따른 재료비가 증가하는 것을 억제하기 위해서이다.

반응관(110)은 종래의 내관에 대응되는 크기로 축소시켜 반응관(110)의 체적을 최소화한다. 반응관(110)의 내경이 좁아지는 관계 반응관의 플랜지(180; flange)도 그에 대응되게 축소된다. 그리고, 가스 공급관(130)에 설치된 노즐(132)은 종래의 수평 분사에서 수직 분사가 되도록 가공하여 내관이 없어지는 공간에서의 반응 가스의 정체 시간을 증가시켜 CVD 공정이 원활하게 이루어지도록 하였다.

본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치(200)를 이용한 CVD 공정은, 보트(150)가 축지된 회전축(170)이 소정의 속도로 회전하는 상태에서 가스 공급관(130)의 노즐(132)들을 통하여 수직 방향으로 반응가스를 공급하면, 반응가스는 반응관(110) 내부를 순환하면서 보트(150)에 적재된 웨이퍼(160) 상에 필요한 박막을 일정한 두께로 증착시키고, 반응되고 남은 반응가스를 포함한 배출가스는 가스 배출관(140)을 통하여 반응관(110) 밖으로 배출시키는 단계로 진행된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

따라서, 본 발명의 구조를 따르면 단일관 구조로 CVD 장치를 구현함으로써, 반응가스의 사용량을 줄일 수 있다.

그리고, 내관 사용에 따른 원가를 절감하고, 내관을 설치하는 데 따른 피엠시간을 줄일 수 있다.

Claims (1)

1. 내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와;

   상기 보트를 둘러싸는 반응관과;

   상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과;

   상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및

   상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응 가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일관 구조의 화학적 기상 증착 장치.