KR200222595Y1 - 저압기상증착장비의반응관내대기압조성장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치에 관한 것으로서, 반응관의 다음에 설치되어 외기와 연결되는 제 2 밸브를 없애 제 2 밸브의 고장에 의해 반응관 내부에서의 공정중 외기가 유입되는 종래의 폐해를 방지할 수 있도록 함과 아울러, 반응관 내부의 압력과 이재기실의 압력 차에 의해 커패시턴스가 정밀하게 변화하며 그 변화량을 전달하는 커패시턴스 기압계와 그 변화량의 전기적 신호를 받아 정밀하게 질소유량을 조절하는 피에조 밸브를 사용하여 구성함으로써 정확한 대기압 하에서 반응관을 개방하는 것을 가능하도록 하여 반응관과 이재기실간의 압력 차에 의해 파티클이 유발되는 것을 완전히 방지할 수 있게 한 것이다.

Description

저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치

본 고안은 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 진공상태에서의 공정진행후 엘리베이터를 내려 반응관을 개방하기에 앞서 반응관의 내부를 이재기실과 같은 대기압상태로 만듦으로써 개방시의 반응관과 이재기실간의 압력 차에 따른 난기류에 의해 파티클이 발생하는 것을 방지하는데 적합한 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치에 관한 것이다.

제1도는 종래의 일반적인 저압 기상 증착장비의 구성을 보인 장치도로서, 이에 도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 기압 기상 증착장비는 플랜지(1)의 상측에 아우터튜브(2)가 고정되고, 상기 아우터튜브(2)의 내측에는 인너튜브(3)가 설치되며, 상면에 보트(4)가 장착된 상태로 상하로 이동하며 상기 플랜지(1)의 하부를 오링(5)을 경계로 밀폐하는 엘리베이터(6)가 플랜지(1)의 하측에 설치된다. 상기 플랜지(1)의 일측에는 가스가 공급되는 가스공급관(7)이 형성되고, 또 다른 일측에는 가스를 배출하는 가스배출관(8)이 형성되는데, 상기 가스공급관(7)에는 질소(N2)와 GAS1, GAS2로 표시한 반응가스들이 각각 공급되는 질소가스라인(N)과 반응가스라인(G1, G2)들이 연결되며, 각 가스라인(N, G1, G2)의 중간에는 가스의 유량을 조절하도록 되는 유량조절기(MFC)(mass flow controller)와 밸브(V)가 각각 설치되며, 상기 가스배출관(8)은 둘로 분기되어 하나는 제 1 밸브(9)를 거쳐 진공을 만들어주기 위한 펌프(10)로 연결되고, 다른 하나는 제 2 밸브(11)를 거쳐 외부로 노출되게 되며 상기 제 2 밸브(11)의 전방에는 압력을 감지하여 제 2 밸브(11) 개폐신호를 발생시키는 프레셔스위치(12)가 설치된다.

상기 아우터튜브(2)와 인너튜브(3) 그리고 엘리베이터(6)로 밀폐되는 공간에서는 반응이 일어나게 되므로 이러한 공간 혹은 아우터튜브(2)의 내측을 널리 반응관이라 한다.

상기 프레셔스위치(12)가 동작하는 원리를 개념적으로 설명하면, 제2도에 도시한 바와 같이, 플레이트(12a)의 중앙부에서 아래쪽으로 돌출 형성된 상부접점(12b)의 이동이 스프링(12c)에 의해 일정한 힘으로 저지되면서 하부접점(12d)과의 접촉이 방지되다가, 플레이트(12a)의 상측이 대기압이 되는 경우 플레이트(12a)가 아래로 가하는 힘이 스프링(12c)의 탄성력과 동일하게 내지 약간 크게 되어 플레이트(12a)가 아래로 이동, 상부접점(12b)과 하부접점(12d)이 접촉하면서 반응관 내부가 대기압에 도달했음을 컨트롤러(미도시)로 전달하는 것이다.

상기 엘리베이터(6)의 하부에는 반응관 내부의 압력을 측정하여 컨트롤러로 표시하도록 하는 피라니 게이지(PIRANI GAUGE)(13)가 설치되고, 반응관의 하부에는 증착공정을 진행할 웨이퍼(W)를 보트(4)에 옮겨 싣고 증착이 끝난 웨이퍼(W)를 보트(4)로부터 카세트(미도시)로 이송하기 위한 작업을 위한 공간인 이재기실(14)이 있다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 종래 저압 기상 증착장비의 작용을 설명하면 다음과 같다.

이재기실(14)에서 보트(4)에 웨이퍼(W)를 적재한 후 엘리베이터(6)가 상측으로 이동하여 플랜지(1)와 엘리베이터(6) 사이가 오링(5)을 경계로 밀폐되면 펌프(10)가 작동하여 반응관이 진공으로 되게 된다. 그 후 펌프(10)가 지속적으로 작동하면서 질소가스와 반응가스들을 이용하여 반응관내에서 화학반응을 일으켜 웨이퍼(W)상에 증착막을 입히게 되고, 이 과정에서 웨이퍼(W) 뿐만이 아니라 반응관 내부의 모든 재질에 막이 형성되게 된다.

반응이 종료한 후에는 엘리베이터(6)를 내려 이재기실(14)로 보트(4)를 위치시키기에 앞서 질소가스를 반응관 내부로 넣어 반응관의 내부를 이재기실(14)의 압력과 같은 대기압 상태로 만들게 되는데, 이는 반응관과 이재기실(14)간의 압력 차가 있는 경우 엘리베이터(6)를 내려 반응관을 개방하면 압력 차에 따른 난기류가 발생하여 반응관 내부에 파티클이 발생하게 되기 때문이다.

이때 기류 변화에 의해 증착막을 구성하는 파우더가 날리는 것을 방지하기 위하여 질소가스의 공급유량을 점진적으로 증가시키면서 반응관 내부로 유입시키는데 공급된 질소가스의 압력이 대기압이 되면 상기 프레셔스위치(12)의 플레이트(12a)를 밀게 되고 이에 따라 상부접점(12b)과 하부접점(12d)이 접촉하면 제 2 밸브(11)가 열려 반응관 내부의 대기압 이상 상승된 압을 배기시키면서 이재기실(14)의 기압과 용기내의 기압이 일치되었다고 보고 엘리베이터(6)를 하강시키게 된다.

그런데 상기한 바와 같은 구조로 되어 작동되는 종래의 저압 기상 증착장비, 특히 반응관 내부를 대기압으로 만들기 위한 작용을 행하는 부분인 반응관내 대기압 조성 장치에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 제 2 밸브(11)가 반응관의 내부와 계속 연결되어 있어 화학반응시 제 2 밸브(11)의 내부에도 일부가 증착되는 한편, 대기압 감지후 배기시에도 일부의 파우더가 제 2 밸브(11)의 내부로 이동함에 따라 고장이 잦으며 이에 따라 반응관 내부에서의 공정중 외기가 제 2 밸브(11)를 통해 반응관의 내부로 유입되게 되는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.

다음으로 상기 프레셔스위치(12)의 구조 및 작동원리가 조잡함에 따라 정확한 대기압을 측정하지 못하여, 혹은 반응관으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 설치된 위치적 제약에 의해, 반응관 내부가 정확한 대기압이 되지 못한 상황에서 엘리베이터(6)를 내리도록 하여 반응관과 이재기실(14)간의 압력 차에 의해 파티클이 유발되는 경우가 발생하는 문제점도 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 인식하여 안출된 본 고안의 목적은 정밀하게 동작하여 반응관 내부의 압력이 정확하게 대기압이 되는 상태에서 엘리베이터를 내리도록 하는 것을 가능하게 하는 한편, 반응관 내부의 공정중 외기가 유입될 우려가 없는 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치를 제공하고자 하는 것이다.

제1도는 종래의 일반적인 저압 기상 증착장비의 구성을 보인 장치도.

제2도는 프레셔스위치의 내부 구성을 개략적으로 보인 사시도.

제3도는 본 고안의 일 실시례에 의한 반응관내 대기압 조성 장치를 구비한 저압 기상 증착장비의 구성을 도시한 장치도.

제4도는 커패시턴스 기압계의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 플랜지 2 : 아우터튜브

3 : 인너튜브 4 : 보트

5 : 오링 6 : 엘리베이터

7 : 가스공급관 8 : 가스배출관

9 : 제 1 밸브 10 : 펌프

15 : 커패시턴스 기압계 16 : 피에조 밸브

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 아우터튜브와 인너튜브 그리고 엘리베이터로 밀폐되어 형성되는 공간인 반응관의 내부로 질소가스를 공급하는 질소가스라인이 형성되고, 상기 엘리베이터의 하측으로는 이재기실이 형성된 저압 기상 증착장비에 있어서; 상기 엘리베이터의 하부에 설치되어 반응관 내부의 압력과 이재기실의 압력을 각각 측정하고 이 반응관 내부 압력과 이재기실 내부 압력을 비교 판단하여 신호를 보내는 커패시턴스 기압계와; 상기 질소가스라인에 설치되어 상기 커패시턴스 기압계가 보내는 반응관 내부 압력과 이재기실 내부 압력의 비교값 신호에 따라 질소가스라인을 통과하는 질소의 유량을 조절하는 피에조 밸브;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치가 제공된다.

이하, 첨부도면에 도시한 본 고안의 일 실시례에 의거하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

제3도는 본 고안의 일 실시례에 의한 반응관내 대기압 조성 장치를 구비한 저압 기상 증착장비의 구성을 도시한 장치도로서, 이에 도시한 바와 같이, 가스배출관(8)이 둘로 분기되어 그 하나의 분지관측에 프레셔스위치(12)와 그 뒤에 제 2 밸브(11)가 설치되던 종래의 것과 달리 가스배출관(8)이 분지되지 않고 제 1 밸브(9)만이 설치되게 되며, 종래와 달리 엘리베이터(6)의 하부에 피라니 게이지(13)가 설치되는 대신 커패시턴스 기압계(Capacitance Manometer)(15)가 설치되어 커패시턴스의 변화로 반응관 내부의 압력과 이재기실(14)의 압력을 비교하는 신호를 보내도록 되고, 질소가스라인(N)에는 상기 커패시턴스 기압계(15)가 보내는 신호에 의해 질소의 유량을 조절하는 피에조 밸브(Piezo valve)(16)가 설치되게 된다.

도면상 미설명 부호는 종래와 동일한 것을 나타낸다.

상기 커패시턴스 기압계(15)는, 제4도에서 확대하여 도시한 바와 같이, 내부를 상하로 격리하는 다이아프램(Diaphragm)(15a)의 상하로 전극판(15b)이 설치되어 다이아프램(15a)의 변형에 따라 정전용량 즉 커패시턴스가 변화될 수 있는 형태로 구성되게 되며, 다이아프램(15a)의 상측에는 반응관 내부의 압력이 가해지게 되고 다이아프램(15a)의 하측에는 이재기실(14)의 압력이 가해지게 된다. 이러한 커패시턴스 기압계(15)는 이재기실(14)과 반응관 내부의 압력 차에 따른 다이아프램(15a)의 유동이 발생시키는 커패시턴스의 변화량을 전기적인 신호로 바꾸어 전달하게 되며, 이러한 전기적 신호는 압전소자를 사용하여 동작하는 피에조 밸브(16)로 송출되어 질소유량을 적절하게 조절하게 된다.

커패시턴스 기압계(15)와 피에조 밸브(16)의 상호작용을 예를 들어 설명하면, 반응관 내부를 대기압으로 하기 위해 질소가스를 반응관의 내부로 공급하여 이재기실(14)의 압력인 대기압에 반응관 내부의 압력이 근접하는 경우에는 다이아프램(15a)의 유동이 차츰 완만하게 되며 이에 따라 시간이 갈수록 커패시턴스의 변화량이 작아질 것인데, 피에조 밸브(16)는 이러한 변화량을 전기적 신호로 받아 서서히 유량을 줄이다가, 반응관 내부의 압력과 이재기실(14)의 압력이 동일하게 되어 다이아프램(15a)이 평형을 이루는 신호가 오는 경우에는 완전히 닫게 동작하게 된다. 피에조 밸브(16)가 완전히 닫힌 경우에는 더 이상 질소가 유입되지 않아 반응관 내부의 압력은 대기압 상태로 유지되게 되며, 이제 엘리베이터(6)를 내려 이재기실(14) 내에서의 작업을 행하게 된다.

상기한 바와 같은 구조로 되는 본 고안에 의한 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치는 먼저, 반응관의 다음에 설치되어 외기와 연결되는 제 2 밸브가 없으므로 제 2 밸브의 고장에 의해 반응관 내부에서의 공정중 외기가 유입되는 종래의 폐해를 방지할 수 있음과 아울러, 반응관 내부의 압력과 이재기실의 압력 차에 의해 커패시턴스가 정밀하게 변화하며 그 변화량을 전달하는 커패시턴스 기압계와 그 변화량의 전기적 신호를 받아 정밀하게 질소유량을 조절하는 피에조 밸브를 사용하여 구성되므로 정확한 대기압 하에서 반응관을 개방하는 것이 가능하게 되어 반응관과 이재기실간의 압력 차에 의해 파티클이 유발되는 경우가 발생하지 않게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 아우터튜브와 인너튜브 그리고 엘리베이터로 밀폐되어 형성되는 공간인 반응관의 내부로 질소가스를 공급하는 질소가스라인이 형성되고, 상기 엘리베이터의 하측으로는 이재기실이 형성된 저압 기상 증착장비에 있어서, 상기 엘리베이터의 하부에 설치되어 반응관 내부의 압력과 이재기실의 압력을 각각 측정하고 이 반응관 내부 압력과 이재기실 내부 압력을 비교 판단하여 신호를 보내는 커패시턴스 기압계와; 상기 질소가스라인에 설치되어 상기 커패시턴스 기압계가 보내는 반응관 내부 압력과 이재기실 내부 압력의 비교값 신호에 따라 질소가스라인을 통과하는 질소의 유량을 조절하는 피에조 밸브;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 저압 기상 증착장비의 반응관내 대기압 조성 장치.