KR20060007734A - 반도체 제조용 확산로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조용 확산로에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산로는 외주에 공정 수행을 위한 열을 제공하는 히터블럭이 위치하는 제 1튜브, 상기 제 1튜브의 내측에 상기 제 1튜브와 겹쳐지며 내측에 확산공정이 수행되는 공정 수행공간이 형성된 제 2튜브, 상기 제 1튜브와 상기 제 2튜브 사이에 형성되며 내부에 냉각 가스가 유통하여 상기 히터블럭의 열이 상기 제 2튜브 측으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 공정 수행공간과 차단된 냉각 공간부, 상기 제 2튜브 내측으로 진출입하며 다수의 웨이퍼가 적재되는 보트, 상기 제 2튜브 내측에 접하여 위치하며 상기 반응가스를 상기 제 2튜브 내측으로 공급하는 노즐을 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산로는 히터블럭과 공정 수행 공간 사이에 냉각 가스가 순환하는 냉각 공간부를 형성시켜 공정 수행 공간 내부의 냉각이 보다 신속하게 이루어지도록 하여 공정시간 단축과 이에 따른 공정효율을 보다 향상시킬 수 있고, 이와 더불어 노즐을 튜브의 내면에 일체로 형성하여 작업 중 노즐이 훼손되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산로를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 I - I 부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산로에서 노즐의 입구를 확대 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110...제 1튜브
120...제 2튜브
200...냉각 공간부
300...안내관
400...노즐
본 발명은 반도체 제조용 확산로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급속 냉각이 가능하도록 히터와 공정 수행공간 사이에 냉각 가스가 유통하는 공간이 형성되도록 한 반도체 제조용 확산로에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조용 저압화학기상증착 장치는 고온 저압의 분위기에서 공정 가스를 공급하여 웨이퍼의 표면에 요구되는 막질이 형성되도록 하는 것이다.
이러한 저압화학기상증착 장치는 확산로(diffusion furnace)와 이 확산로에 수납되며 다수의 웨이퍼가 종형으로 안착되는 보트(boat)로 이루어져 있으며, 확산로 내부에는 튜브가 설치된다. 튜브는 통상적으로 외측튜브와 내측튜브로 구성되는데, 내측튜브는 공정의 종류에 따라 채용된다. 즉 산화막이나 질화막 형성을 위하여 사용되는 확산로에서는 사용하지 않는 경우도 있다. 그리고 튜브의 외측에는 히터블럭이 설치된다.
이러한 종래의 확산로에서는 공정의 종료 시점에 튜브 내부를 냉각시키기 위하여 비 반응성 냉각 가스를 튜브 내부로 공급하여 냉각을 수행한다.
그런데 냉각시 히터블럭의 동작을 오프시키더라도 히터블럭에서의 잠열이 계속해서 튜브 내부로 전달된다. 따라서 냉각을 위한 시간이 길어지고, 그 만큼 냉각용 가스가 많이 소모되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 히터블럭의 내측으로 위치하는 튜브를 이중구조로 하여 히터블럭과 공정 수행공간 사이에 냉각 가스가 충전된 공간부가 형성되도록 하여 냉각 작업 수행시 보다 신속한 냉각이 이루어지도록 한 반도체 제조용 확산로를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 이중구조로 된 튜브의 내면에 반응가스를 공급하는 노즐을 일체로 형성하여 작업 중 노즐이 훼손되는 것을 최소 화 할 수 있도록 한 반도체 제조용 확산로를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 외주에 공정 수행을 위한 열을 제공하는 히터블럭이 위치하는 제 1튜브; 상기 제 1튜브의 내측에 상기 제 1튜브와 겹쳐지며 내측에 확산공정이 수행되는 공정 수행공간이 형성된 제 2튜브; 상기 제 1튜브와 상기 제 2튜브 사이에 형성되며 내부에 냉각 가스가 유통하여 상기 히터블럭의 열이 상기 제 2튜브 측으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 공정 수행공간과 차단된 냉각 공간부; 상기 제 2튜브 내측으로 진출입하며 다수의 웨이퍼가 적재되는 보트; 상기 제 2튜브 내측에 접하여 위치하며 상기 반응가스를 상기 제 2튜브 내측으로 공급하는 노즐을 구비한다.
그리고 바람직하게 상기 제 1튜브와 상기 제 2튜브는 캡 형상으로 형성된다.
또한 바람직하게 상기 냉각 공간부의 일측에는 냉각 가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 공간부의 타측에는 상기 냉각 가스가 유출되는 유출구가 형성되고, 상기 유입구는 상기 제 2튜브의 상단에 형성되고, 상기 유출구는 상기 제 1튜브의 하단에 형성된다.
또한 바람직하게 상기 제 2튜브의 내측에는 상기 제 2튜브의 하측으로부터 냉각 가스를 안내하여 상기 유입구 측으로 안내하는 냉각 가스 안내유로가 구비된다.
또한 바람직하게 상기 노즐은 제 2튜브의 내측에 상기 제 2튜브와 일체로 형성되며 상기 제 2튜브 하측에서 상기 제 2튜브 내부 상측으로 반응가스를 안내하도 록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 반도체 제조용 종형 확산로를 한 예로 하여 설명하고 있으나, 그 실시는 횡형 확산로든 종형 확산로든 어느 것에도 적용이 가능하다. 즉 본 발명의 기술적 사상은 확산로의 종류에 구애받지 않는다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 종형 확산로는 도 1에 도시된 바와 같이 캡 형상으로 형성되며, 이중 벽체 구조로 된 튜브(110)(120)와, 이 튜브(110)(120)의 외주에 설치되어 공정 수행을 위한 온도로 튜브(110)(120) 내부를 가열하기 위한 히터블럭(100)을 구비한다.
튜브(110)(120)의 내부에는 공정이 수행되는 다수의 웨이퍼(140)가 적재되어 튜브(110)(120) 내부로 진출입할 수 있게 된 보트(130)가 위치한다. 그리고 도면에 도시되지 않았지만 보트(130)를 진, 출입시키는 구동장치가 튜브(110)(120)의 하부에 설치된다.
한편, 튜브(110)(120)는 두 개의 캡 형상의 케이스가 겹쳐진 형태로 되어 있다. 즉 종래에 서로 구분된 외측튜브와 내측튜브로 구성된 것이 아니라 내경이 다른 두 개의 튜브가 겹쳐진 형상이다.
도 1과 도 2를 참조하여 튜브(110)(120)를 구체적으로 설명하면, 튜브(110)(120)는 제 1튜브(110)와 이 제 1튜브(110)의 내측으로 제 1튜브(110)와 소정 간격 이격되어 겹쳐지는 제 2튜브(120)로 되어 있는데, 보트(130)는 이 제 2튜브(120) 내측에 위치한다. 따라서 확산공정이 수행되는 공간도 이 제 2튜브(120) 내 측이 된다.
그리고 제 1튜브(110)와 제 2튜브(120) 사이의 이격된 공간은 내부에 냉각 가스가 유통하는 냉각 공간부(200)가 마련된다. 즉 종래의 내측튜브와 외측튜브로 된 경우와 달리 공정 수행공간 내부 전체를 차단하는 공간부를 형성한다.
이 냉각 공간부(200)는 공정 종료시 상온 상태로 확산로를 냉각시킬 때 히터블럭(100)으로부터 전달되는 열이 공정 수행공간으로 전달되는 것을 최대한 억제하는 역할을 한다. 즉 외부 열의 전도를 차단하여 공정 수행공간에서 급속한 냉각이 이루어지도록 한다. 여기서 냉각 가스는 비 반응성 가스인 헬륨이나 질소, 아르곤 가스를 사용할 수 있다.
그리고 이 냉각 가스를 냉각 공간부(200)로 공급하는 유입구(210)가 냉각 공간부(200)의 상측에 마련된다. 이 유입구(210)는 제 2튜브(120)의 상측에 형성되어 있다. 따라서 유입구(210)로 냉각 가스가 유입되도록 하기 위하여 냉각 가스 안내유로인 안내관(300)이 제 2튜브(120)의 내면에 상하 방향으로 밀착 설치되어 있다. 그리고 이 안내관(300)은 하나 이상 설치된다.
여기서 안내관(300)이 제 2튜브(120) 내부에 설치된 이유는 제 1튜브(110) 외측으로 히터블럭(100)이 설치되어 있기 때문이다. 다시 말해서 제 1튜브(110) 외측에 안내관(300)이 설치될 경우 냉각 가스는 냉각 공간부(200)로 유입되기 전에 미리 가열되어 냉각 기능이 훼손되기 때문이다.
그리고 냉각 공간부(200)의 하측중 제 1튜브(110)에는 냉각 공간부(200)를 유통한 냉각 가스가 외부로 배출되도록 하는 유출구(220)가 형성되어 냉각 가스가 냉각 공간부(200)를 거쳐 배출되도록 한다. 한편 도면에 별도로 도시하지 않았지만 냉각효율을 보다 향상시키기 위하여 배출된 냉각 가스를 다시 냉각시킨 후 냉각 공간부(200)로 순환 공급할 수 있도록 하는 냉각 장치가 별도로 설치될 수 있다.
계속해서 제 2튜브(120)의 내측에는 공정이 수행되는 공간에 반응가스를 공급하기 위한 노즐(400)이 설치된다. 이 노즐(400)은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 제 2튜브(120)의 내면에 일체로 형성되어 있으며, 입구(410)가 노즐(400)의 하단에 형성되어 있고, 출구(420)가 도 1에 도시된 바와 같이 노즐(400)의 상단에 형성되어 있다.
이와 같이 노즐(400)을 제 2튜브(120)와 일체로 형성한 것은 종래에 노즐이 별도로 구성되어 설치됨에 따라 작업시에 작업자의 실수로 노즐이 파손되는 경우가 종종 발생하기 때문이다. 따라서 노즐(400)을 제 2튜브(120)와 일체로 형성하면 이와 같은 작업 실수에 의한 노즐(400) 파손을 최소화할 수 있다.
이상에서는 전술한 바와 같은 실시 구성으로 된 본 발명에 따른 반도체 제조용 종형 확산로의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 종형 확산로는 공정 수행 시 반응가스를 공급하는 매니폴드를 통하여 공정 가스가 공급되면 보트(130)에 적재된 다수의 웨이퍼(140)에 필요로 하는 막질이 증착되도록 한다.
이때의 공정 가스는 노즐(400)의 입구(410)를 통하여 투입되어 노즐(400)의 상단으로부터 제 2튜브(120) 내부로 공급되어 제 2튜브(120) 내측의 공정 수행공간으로 확산되고, 보트(130)에 안착된 웨이퍼(140) 상에 확산되어 막질의 증착이 이 루어지도록 한다. 그리고 이러한 공정을 수행하기 위하여 적합한 공정온도, 공정압력이 필요하며, 공정압력은 펌프(미도시)에 의하여 그리고 공정온도는 히터블럭(100)에 의하여 제공된다.
그리고 공정이 종료되는 시점에서 상온, 상압상태로의 복귀가 필요하다. 특히 공정시간을 줄이기 위하여 가능한 한 온도를 신속하게 상온상태로 낮추어주어야 하는데, 종래의 경우 튜브 내부로 비 반응성 가스를 단순 투입하여 냉각을 수행하였지만, 본 발명에서는 히터블럭(100)과 공정 수행공간 사이를 비 반응성 가스로 완충 격리함으로써, 보다 신속한 냉각이 이루어지도록 한다.
이때의 냉각작용은 외부의 비 반응성 가스 공급원(미도시)으로부터 냉각 가스를 냉각 가스 안내관(300)으로 공급한다. 그러면 이 냉각 가스는 안내관(300)을 거쳐 제 2튜브(120)의 상측에 형성된 냉각 공간부(200)의 유입구(210)를 통하여 냉각 공간부(200) 내부로 진입하게 된다.
그리고 냉각 공간부(200) 내부에 충진된 냉각 가스는 히터블럭(100) 측으로부터 제 1튜브(110) 및 제 2튜브(120)를 거쳐 공정 수행공간으로 전달되는 열 및 각각의 튜브(110)(120)의 열을 흡열하여 공정 수행공간 내부를 냉각시키는 기능을 수행한다.
그리고 냉각을 수행한 냉각 가스는 냉각 공간부(200) 하측으로 흘러서 유출구(220)를 통하여 외부로 배출되며, 배출된 냉각 가스는 다시 상온 이하의 상태로 냉각되어 위와 같은 순환을 반복하게 되거나, 또는 외기로 배기 처리되는데, 바람직하게는 순환한 냉각 가스를 별도의 냉각장치를 사용하여 냉각 순환시킴으로써 냉 각 가스의 사용효율을 증진시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 확산로는 제 1튜브(110)와 제 2튜브(120)의 간격, 냉각 가스의 종류, 그리고 노즐의 구성 또는 형상을 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 그러나 변형된 실시예가 제 1튜브(110)와 제 2튜브(120) 사이를 이격시켜 그 사이로 비 반응성 가스를 유통시켜 냉각을 수행하도록 한 것이라면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 제조용 확산로는 히터블럭과 공정 수행공간 사이에 냉각 가스가 순환하는 냉각 공간부를 형성시켜 공정 수행공간 내부의 냉각이 보다 신속하게 이루어지도록 하여 공정시간 단축과 이에 따른 공정효율을 보다 향상시킬 수 있고, 이와 더불어 노즐을 튜브의 내면에 일체로 형성하여 작업 중 노즐이 훼손되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 외주에 공정 수행을 위한 열을 제공하는 히터블럭이 위치하는 제 1튜브;상기 제 1튜브의 내측에 상기 제 1튜브와 겹쳐지며 내측에 확산공정이 수행되는 공정 수행공간이 형성된 제 2튜브;상기 제 1튜브와 상기 제 2튜브 사이에 형성되며 내부에 냉각 가스가 유통하여 상기 히터블럭의 열이 상기 제 2튜브 측으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 공정 수행공간과 차단된 냉각 공간부;상기 제 2튜브 내측으로 진출입하며 다수의 웨이퍼가 적재되는 보트;상기 제 2튜브 내측에 접하여 위치하며 상기 반응가스를 상기 제 2튜브 내측으로 공급하는 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 확산로.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1튜브와 상기 제 2튜브는 캡 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 확산로.
- 제 1항에 있어서, 상기 냉각 공간부의 일측에는 냉각 가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 공간부의 타측에는 상기 냉각 가스가 유출되는 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 확산로.
- 제 3항에 있어서, 상기 유입구는 상기 제 2튜브의 상단에 형성되고, 상기 유 출구는 상기 제 1튜브의 하단에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 확산로.
- 제 4항에 있어서, 상기 제 2튜브의 내측에는 상기 제 2튜브의 하측으로부터 냉각 가스를 안내하여 상기 유입구 측으로 안내하는 냉각 가스 안내유로가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 확산로.
- 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 제 2튜브의 내측에 상기 제 2튜브와 일체로 형성되며 상기 제 2튜브 하측에서 상기 제 2튜브 내부 상측으로 반응가스를 안내하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 종형 확산로.
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