KR20060012803A - 반도체 제조 설비 - Google Patents

반도체 제조 설비 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 설비가 제공된다. 상기 반도체 제조 설비는 고온에서 공정이 진행되는 공정 챔버, 공정 챔버에 포함되는 다수개의 부재를 연결하는 밀봉재, 밀봉재를 냉각시키는 냉각 장치, 밀봉재를 소정의 온도 이상으로 유지하는 온도 유지부를 포함한다.
반도체 제조 설비, 밀봉재, 온도 유지부, 냉각 장치

Description

반도체 제조 설비{Apparatus for manufacturing semiconductor}
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 하부 플랜지 및 밀봉재를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 A-A′에 따라 절단한 평면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100 : 공정 챔버 110 : 외부 튜브
120 : 내부 튜브 130 : 상부 플랜지
140 : 하부 플랜지 150 : 밀봉재
160 : 온도 유지부 200 : 웨이퍼 보트
300 : 제1 및 제2 가스 공급 장치
400 : 가스 배출 장치 500 : 냉각 장치
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로 보다 상세하게는 공정 챔버에 포 함되는 다수개의 부재를 연결하는 밀봉재의 온도가 소정의 온도 이상으로 유지되도록 하는 반도체 제조 설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 필름 형성 공정(film forming process), 에칭 공정(etching process), 산화 공정(oxidation process), 확산 과정(diffusion process) 등 여러가지 공정를 거치게 된다. 그 중, 반도체 웨이퍼 표면에 다양한 막을 형성하는 단계에서는 주로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD')이 이용된다. CVD는 화학 소스를 가스 상태로 장치 내에 공급한 후, 웨이퍼 표면에서 확산을 일으켜 유전체막 또는 도전막 등을 형성하는 기술이다.
CVD는 증착 환경에 따라 저압 CVD(Low Pressure CVD ; LPCVD), 상압 CVD(Atmospheric Pressure CVD), 고압 CVD(High Pressure CVD ; HPCVD) 및 플라즈마 CVD(Plasma Enhanced CVD ; PECVD) 등으로 구분한다.
이와 같은 CVD 방법의 경우, 공정 챔버는 대체로 고진공 및 700℃ 이상의 고온을 요구하기 때문에 공정 챔버의 밀봉이 중요하다. 따라서, 반도체 제조 설비의 재질은 열변성 및 연소의 우려가 적은 물질이어야 한다.
그러나, 상호 분리되는 다수개의 부재를 포함하는 공정 챔버의 경우, 내부의 진공도를 높이기 위해 사용되는 밀봉재는 대부분 높은 온도에서 열변성을 일으키거나 연소의 우려가 있다.
반도체 제조 설비에서는 이 문제를 해결하기 위하여 공정 챔버 내에 밀봉재의 주변을 냉각시킴으로써, 밀봉재를 간접 냉각할 수 있는 냉각 장치를 구비한다.
하지만, 이 경우에도 공정 챔버 내에 공급되는 디클로로실렌(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)가 밀봉재 부근에서의 급격한 온도 저하로 인해 파우더(powder)로 변하게 된다. 파우더는 특히 밀봉재에 점차적으로 침적되며 결국 파티클(particle)을 발생시킨다. 따라서, 파우더의 생성은 반도체 제조 설비의 성능을 저하시키고, 빈번한 유지 보수를 요하여 생산성을 결여시킨다. 또한, 발생된 파우더 및 파티클은 공정 챔버 내에 존재하게 되어 웨이퍼의 불량을 야기하는 문제가 생긴다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 밀봉제를 소정의 온도 이상으로 유지하여 파우더 및 파티클의 발생을 줄일 수 있는 반도체 제조 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비는 고온에서 공정이 진행되는 공정 챔버, 공정 챔버에 포함되는 다수개의 부재를 연결하는 밀봉재, 밀봉재를 냉각시키는 냉각 장치, 밀봉재를 소정의 온도 이상으로 유지하는 온도 유지부를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 개념도이다.
도 1를 참조하면, 반도체 제조 설비(1)는 공정 챔버(100), 히터(190), 웨이퍼 보트(200), 제1 및 제2 가스 공급 장치(300), 가스 배출 장치(400) 및 냉각 장치(500)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 외부 튜브(110), 내부 튜브(120), 상부 플랜지(upper flange, 130), 하부 플랜지(lower flange, 140), 밀봉재(150), 온도 유지부(160)를 포함한다.
내부 튜브(120)는 웨이퍼 보트(200)을 둘러 싸고, 외부 튜브(110)는 웨이퍼 보트(200) 및 내부 튜브(120)를 하우징(housing)한다. 또한, 외부 튜브 및 내부 튜브(110, 120)는 히터(190)에 의해 직, 간접적으로 고열에 노출되기 때문에 고열에 강한 석영 재질로 이루어진다.
하부 플랜지(140)는 승강부(도면 미도시) 상부에 위치하고 외부 튜브(110)와 내부 튜브(120)를 지지하고, 상부 플랜지(130)는 외부 튜브(110)의 하부에 위치하 는 보스(110a)상에 형성되어 외부 튜브를 안착 및 고정시킨다. 특히, 하부 플랜지(140) 내부에 형성된 보스(140a) 상에는 내부 튜브(120)가, 하부 플랜지(140)의 상부에는 외부 튜브(110)가 안착된다.
밀봉재(150)는 외부 튜브(110)와 하부 플랜지(140)을 연결하고 밀봉한다. 밀봉재(150)로는 주로 오링(O-ring)을 사용한다. 밀봉을 위해 탄성을 가지는 열경화성 또는 열가소성 물질을 사용하는 데 통상 고무 재질로 이루어져 있다.
온도 유지부(160)은 밀봉재(150) 및 밀봉재(150)의 주변 온도가 110 내지 130℃ 이하로 내려가지 않도록 조절하는 역할을 한다.
공정 챔버(100)의 내부 온도가 상기 온도 이하로 내려가면, 제1 및 제2 가스 공급 장치(300)에 의해 공급된 디클로로실렌(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)가 반응하여 염화 암모늄(NH4Cl) 파우더가 생성된다. 또한, 생성된 파우더가 밀봉재에 침적되면서 결국 파티클을 발생시키게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위해 밀봉재(150)의 온도를 상기 온도 이하로 내려가지 않도록 유지할 필요가 있다.
바람직하게는 온도 유지부(160)로써 히팅 자켓을 주로 사용한다. 히팅 자켓은 내외부 재질이 인체에 무해한 실리카 섬유(silica fiber) 재질을 사용한다. 히팅 자켓은 최대 800℃ 정도까지 안정적으로 고온 가열이 가능하다. 또한, 형태 변형이 자유로워 사용 용도 및 특성에 맞추어 제작이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예로서 온도 유지부(160)는 하부 플랜지(140)의 상부에 위치하며, 밀봉재를 둘러싸는 형태를 제작할 수 있다.
바람직하게는 캔탈 와이어 히터(Kanthal? Wire Heater)를 내부 열선으로 사용하여 온도 균질성을 높일 수 있다. 캔탈 와이어 히터는 합금계(合金系)로서는 철-크롬-알루미늄계에 속하며, 표준성분은 크롬 23%, 알루미늄 6%로 그 외에 코발트 2%를 함유한다. 인장강도는 1mm2당 75 내지 80 kg이며, 니켈을 주성분으로 하는 니크롬보다 가격이 저렴하다.
공정 챔버(100) 내부에는 석영으로 이루어진 웨이퍼 보트(200)가 배치된다. 웨이퍼 보트(200)에는 산화막을 형성해야 할 작업물(workpieces)이 위치한다. 예를 들어, 주로 실리콘으로 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 위치한다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 보트(200)상에 소정의 간격을 두고 위치한다. 그리고, 승강부(도면 미도시)에 의해 지지대(210)가 상승하고, 웨이퍼 보트(200)가 공정 챔버 내부로 이동한다.
공정 챔버(100)의 주위에는, 예를 들어 저항 발열체로 구성된 히터(190)가 위치한다. 히터(190)는 공정 챔버(100)의 내부 온도 또는 내부에 배치된 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 설정 온도가 되도록 가열된다
한편, 하부 플랜지(140)에는 제1 및 제2 가스 공급 장치(300)가 연결된다. 제1 가스 공급 장치(300a)는 제1 가스 공급부(320a), 제1 가스 조절부(330a), 제1 가스 공급관(310a) 및 제1 가스 노즐(340a)를 포함한다. 제2 가스 공급 장치(300b)는 제2 가스 공급부(320b), 제2 가스 조절부(330b), 제2 가스 공급관(310b) 및 제2 가스 노즐(340b)를 포함한다. 또한, 제1 및 제2 가스 공급 장치(300)는 주로 내부식성을 가지는 테플론(Teflon?)을 사용한다.
디클로로실렌(SiH2Cl2)은 제1 가스 공급관(310a)을 통해서 공급되며, 제1 가스 조절부(330a)에 의해 공정 챔버(100) 내부로 유입되는 가스의 유량을 조절하게 된다. 제1 가스 공급관(310a)의 형태는 여러가지가 가능하며, 공정 챔버의 상부 또는 하부에서 디클로로실렌(SiH2Cl2)이 유입되게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 공정 챔버(100)의 하부로부터 디클로로실렌(SiH2Cl2)이 유입된다.
암모니아(NH3)는 제2 가스 공급관(310b)을 통해서 공급되며, 제2 가스 조절부(330b)에 의해 공정 챔버(100) 내부로 유입되는 가스의 유량을 조절되게 된다. 제2 가스 공급관(310b)는 여러가지 형태가 가능하며, 공정 챔버의 상부 또는 하부에서 암모니아(NH3)가 유입되게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 공정 챔버(100)의 하부로부터 암모니아(NH3)가 유입된다.
공급된 디클로로실렌(SiH2Cl2), 암모니아(NH3)는 도 1에서 도시한 바와 같이 반응 챔버(100)내부를 순환하게 된다. 즉, 내부 튜브(120)를 거치면서 웨이퍼 보트(200)에 적층된 웨이퍼(W)와 반응하고, 남은 가스는 외부 튜브(110)와 내부 튜브(120) 사이를 거치게 된다.
남은 가스는 가스 배출 장치(400)를 통해서 외부로 배출된다. 가스 배출 장치(400)는 가스 배출관(410) 및 배출 노즐(440)을 포함한다.
한편, 하부 플랜지(140)에는 상부 및 하부 플랜지(130, 140)를 냉각시키기 위한 냉각 장치(500)가 연결된다. 냉각 장치(500)는 PCW(Process Cooling Water) 공급부(520), PCW 공급관(510), PCW 조절부(530), PCW 연결관(540), PCW 배출관(550)을 포함한다.
상부 및 하부 플랜지(130, 140) 내부에 PCW를 순환시키기 위해 PCW 순환관(도면 미도시)를 포함한다. PCW 순환관(도면 미도시)은 상부 플랜지(130)과 하부 플랜지(140)의 내부에 링 형태로 형성되며, 각각 PCW 연결관(540)으로 연결된다.
공정 챔버(100) 내의 밀봉재(150) 주변을 냉각시킴으로써, 상부 및 하부 플랜지(130,140) 사이에 위치하는 밀봉재(150)가 고열에 의해 변성되거나 연소되는 것을 방지한다.
전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비(1)는 온도 유지부(160)를 두어 밀봉재(150)가 과도하게 냉각되는 것을 방지한다. 즉, 공정 챔버 내에 공급되는 디클로로실렌(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)가 밀봉재 부근이 냉각 장치(500)에 의해 급격히 온도 저하되고, 이로 인해 파우더(powder)가 생성되는 것을 방지한다.
따라서, 파우더의 생성을 방지함으로써, 반도체 제조 설비의 성능을 높히고 빈번한 유지 보수를 줄여 생산성을 높일 수 있다. 또한, 발생된 파우더 및 파티클은 공정 챔버 내에 존재하게 되어 웨이퍼의 불량을 야기하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 하부 플랜지 및 밀봉재를 나타낸 사시도이다.
하부 플랜지(140)는 제1 가스 노즐(340a), 제2 가스 노즐(340b) 및 배출 노즐(440)을 포함한다.
하부 플랜지(140)의 상부에는 밀봉재(150)로써 오링이 위치한다. 바람직하게는 온도 유지부(160)는 밀봉재(150)를 둘러싸는 형태로 배치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비를 A-A′에 따라 절단한 평면도이다.
웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(200)에 적층되어 있으며, 웨이퍼 보트(200)를 내부 튜브(120)가 둘러싼다. 밀봉재(150)로써 오링이 위치하고, 바람직하게는 온도 유지부(160)는 밀봉재(150)를 둘러싸는 형태로 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서는 외부 튜브(110)와 하부 플랜지(140)를 연결하는 밀봉재(150)에 대해서만 설명하였으나, 승강부(도면 미도시)와 하부 플랜지(140)을 연결하는 밀봉재(도면 미도시)의 온도를 유지하기 위한 온도 유지부에 대해서도 적용할 수 있음은 물론이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 반도체 제조 설비에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 설비는 온도 유지부를 두어 밀봉재가 과도하게 냉각되는 것을 방지한다. 즉, 공정 챔버 내에 공급되는 디클로로실렌(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)가 반응하여 파우더(powder)가 발생되는 것을 방지한다.
둘째, 파우더의 생성을 방지함으로써, 반도체 제조 설비의 성능을 높히고 빈번한 유지 보수를 줄여 생산성을 높일 수 있다.
셋째, 발생된 파우더 및 파티클은 공정 챔버 내에 존재하게 되어 웨이퍼의 불량을 야기하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 포함되는 다수개의 부재를 연결하는 밀봉재;
    상기 밀봉재를 냉각시키는 냉각 장치; 및
    상기 밀봉재를 소정의 온도 이상으로 유지하는 온도 유지부를 포함하는 반도체 제조 설비.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 온도 유지부는 상기 밀봉재를 둘러싸는 반도체 제조 설비.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 온도 유지부는 히팅 자켓인 반도체 제조 설비.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 소정의 온도는 110 내지 130℃ 인 반도체 제조 설비.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉재는 외부 튜브와 하부 플랜지를 연결하는 반도체 제조 장치.
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