KR20070001639A - 반도체 소자의 제조에 사용되는 종형 확산로 - Google Patents

반도체 소자의 제조에 사용되는 종형 확산로 Download PDF

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Abstract

반도체 소자의 제조에 사용되는 종형 확산로를 제공한다. 이 확산로는 위 아래가 오픈된 통 형태인 플랜지(flange), 플랜지 상에 장착된 외부 튜브(outer tube), 및 플랜지와 외부 튜브 사이에 개재된 오-링(O-ring)을 포함한다. 플랜지는 그것의 벽 내부에 위치하는 빈 영역을 갖는다. 이로써, 플랜지의 내부 및 외부간의 열적 교류를 최소화하여 잔여물의 생성을 최소화할 수 있다.

Description

반도체 소자의 제조에 사용되는 종형 확산로{VERTICAL FURNACE USED IN FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICES}
도 1은 종래의 종형 확산로(vertical furnace)를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종형 확산로를 보여주는 도면이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 반도체 장비에 관한 것으로, 특히, 종형 확산로(vertical furnace)에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 공정들 중에는, 종형 확산로를 이용하는 반도체 공정들이 있다. 종형 확산로는 소스 가스들을 화학적으로 반응시켜 웨이퍼 상에 물질막을 증착하는 화학기상 증착 공정을 수행할 수 있다.
종형 확산로는 주로 열에너지를 반응에너지로 사용하며, 복수매의 웨이퍼들에 대해 동시에 반도체 공정을 수행할 수 있다. 종형 확산로는 복수매의 웨이퍼들을 서로 이격한채로 수직으로 적층하여 탑재한다. 복수매의 웨이퍼들이 수직으로 적층되는 것에 의하여 종형 확산로라 정의될 수 있다. 종형 확산로를 도면을 참조 하여 설명한다.
도 1은 종래의 종형 확산로를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종형 확산로는 아래 및 위가 오픈된 원통 형태의 플랜지(10, flange)를 포함한다. 상기 플랜지(10)의 상에는 외부 튜브(20, outer tube)가 장착된다. 상기 외부 튜브(20)의 내부 공간과 상기 플랜지(10)의 외부 공간은 서로 연통한다. 상기 플랜지(10)와 상기 외부 튜브(20) 사이에는 오-링(70, O-ring)이 개재된다. 상기 오-링(70)에 의하여 상기 플랜지(10)와 상기 외부 튜브(20)는 실링(sealing)된다.
상기 외부 튜브(20) 밖에 히터(25, heater)가 배치된다. 상기 히터(25)는 상기 외부 튜브(20)를 둘러싸는 형태이며, 상기 외부 튜브(20)내로 열을 공급한다. 상기 외부 튜브(20)내에 내부 튜브(30, inner tube)가 배치된다. 상기 내부 튜브(30)도 상기 플랜지(10)에 장착된다. 상기 외부 및 내부 튜브들(20,30)은 서로 이격되어 있다. 즉, 상기 플랜지(10)의 벽으로부터 상기 플랜지(10)의 내부로 연장된 돌출부에 상기 내부 튜브(30)가 장착된다.
상기 플랜지(10)의 일측벽에 가스 배출관(14)이 형성되어 있으며, 가스 주입관(12)이 상기 플랜지(10)의 일벽을 관통한다. 상기 가스 주입관(12)을 통하여 소스 가스등의 공정 가스가 주입되고, 상기 가스 배출관(14)을 통하여 상기 튜브들(20,30)내의 잔류가스들이 배출된다.
상기 내부 튜브(30)내에 장착가능한 보트(50, boat)가 지지 플레이트(60) 상에 배치된다. 상기 보트(50)는 상기 지지 플레이트(60)에 고정된다. 상기 보트(50) 에는 복수매의 웨이퍼들이 탑재된다. 상기 지지 플레이트(60)는 상하 이동이 가능하다. 공정 진행시, 상기 지지 플레이트(60)는 상기 플랜지(10)의 아랫에 장착되어 상기 튜브들(20,30) 및 상기 플랜지(10)의 내부 공간을 밀폐시킨다.
상술한 구조의 종래 종형 확산로는 통상적으로 높은 온도에서 증착 공정 또는 열처리 공정을 수행한다. 이러한 높은 온도로 인하여, 상기 외부 튜브(20)와 상기 플랜지(10)를 실링시키는 상기 오-링(70)이 파손되거나 변형될 수 있다. 상기 오-링(70)의 파손 또는 변형으로 인하여, 상기 외부 튜브(20)와 상기 플랜지(10)간의 실링 상태가 와해될 수 있다. 그 결과, 상기 오-링(70) 부위를 통하여 가스의 누설 또는 진공압의 누설등이 발생되어 공정 불량이 초래될 수 있다.
이러한 오-링(70)의 파손 또는 변형을 최소화하기 위하여, 쿨링 수단(80)이 장착될 수 있다. 상기 쿨링 수단(80)은 상기 오-링(70)에 가깝게 배치되어 상기 오-링(70)을 쿨링시켜 상기 오-링(70)의 파손 또는 변형을 최소화시킨다.
하지만, 상기 쿨링 수단(80)에 의하여 상기 플랜지(10)의 벽 주변의 온도, 특히, 상기 플랜지(10)의 내부 온도가 낮아져 상기 가스 배출관(14) 주변에 공정 가스들의 응고 현상에 따른 잔여물들이 생성될 수 있다. 예컨대, 공정 소그 가스로서 SiH2 또는/및 NH3 가스가 사용되는 경우, 낮은 온도로 인하여 상기 가스 배출관(14) 주변에 파우더(powder)성 잔여물들이 발생될 수 있다. 이러한 잔여물들은 공정이 진행중인 웨이퍼들에 오염원으로 작용할 수 있다.
본 발명은 상술한 제반적인 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정 잔여물들의 생성을 최소화할 수 있는 종형 확산로를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 종형 확산로를 제공한다. 이 확산로는 위 아래가 오픈된 통 형태인 플랜지(flange), 상기 플랜지 상에 장착된 외부 튜브(outer tube), 및 상기 플랜지와 상기 외부 튜브 사이에 개재된 오-링(O-ring)을 포함한다. 이때, 상기 플랜지는 상기 플랜지의 벽 내부에 위치하는 빈 영역을 갖는다.
구체적으로, 상기 종형 확산로는 상기 오-링에 인접한 쿨링(cooling) 수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 빈 영역은 상기 쿨링 수단과 상기 플랜지의 내측면 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 종형 확산로는 상기 외부 튜브의 내부에 배치되며 상기 플랜지에 장착된 내부 튜브, 상기 내부 튜브 내에 장착가능하며 복수매의 웨이퍼들이 탑재되는 보트, 상기 플랜지의 벽에 형성된 가스 배출관, 및 상기 플랜지의 벽의 다른 부분을 관통하는 적어도 하나의 가스 주입관을 더 포함할 수 있다. 상기 가스 주입관 및 가스 배출관은 서로 이격되고, 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브는 서로 이격된다. 이 경우에, 상기 빈 영역은 상기 가스 주입관 위쪽에 위치할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종형 확산로를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 종형 확산로는 위아래가 오픈된(opened) 통형태의 플랜지(110)를 포함한다. 특히, 웨이퍼들이 통상 원형임으로, 상기 플랜지(110)는 원통 형태일 수 있다.
상기 플랜지(110) 상에 외부 튜브(120)가 장착된다. 상기 외부 튜브(120)는 증착 공정 또는/및 열처리 공정이 수행되는 내부 공간을 갖는다. 특히, 상기 외부 튜브(120)는 위쪽이 닫히고 아래쪽이 오픈된 원통형태인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 외부 튜브(120)의 내부 공간과 상기 플랜지(110)의 내부 공간은 서로 연통한다. 상기 외부 튜브(120)와 상기 플랜지(110) 사이에 오-링(170)이 개재된다. 상기 오-링(170)에 의하여 상기 외부 튜브(120)와 상기 플랜지(110)는 실링된다.
상기 외부 튜브(120) 외부에 히터(125)가 배치된다. 상기 히터(125)는 상기 외부 튜브(120)의 내부에 열을 공급한다. 즉, 상기 히터(125)에 의하여 공정이 수행되는 공간(즉, 외부 튜브의 내부)의 온도를 공정이 요구하는 공정 온도로 상승시킬 수 있다.
상기 외부 튜브(120)내에 내부 튜브(130)가 배치된다. 상기 내부 튜브(130)는 위쪽 및 아래쪽이 모두 오픈된 통형태이다. 상기 외부 및 내부 튜브들(120,130)은 서로 이격되어 있다. 상기 플랜지(110)의 내측면으로부터 상기 플랜지(110) 내부로 돌출된 돌출부에 상기 내부 튜브(130)가 장착된다.
상기 플랜지(110)의 일벽에 가스 배출관(114)이 형성되어 있다. 상기 가스 배출관(114)은 상기 외부 튜브(120)의 내부 공간과 연통한다. 특히, 상기 가스 배출관(114)은 상기 외부 및 내부 튜브들(120,130) 사이의 공간과 연통하는 것이 바람직하다. 상기 가스 배출관(114)을 통하여 상기 튜브들(120,130)내 잔류가스등이 배출된다. 상기 플랜지(110)의 일벽에 적어도 하나의 가스 주입관(112)이 관통한다. 상기 가스 주입관(112)을 통하여 공정이 사용되는 공정 가스들(ex, 소스 가스 또는/및 불활성 가스등)이 상기 튜브들(120,130) 내부로 주입된다.
상기 오-링(170)에 인접하여 쿨링 수단(180)이 배치된다. 상기 쿨링 수단(180)은 상기 오-링(170)의 온도를 감소시키는 기능을 수행한다. 상기 쿨링 수단(180)은 상기 플랜지(110)내에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 쿨링 수단(180)은 상기 플랜지(110)의 외측면에 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 상기 오-링(170)과 상기 플랜지(110)의 외측면 사이에 상기 쿨링 수단(180)이 배치될 수 있다.
복수매의 웨이퍼들이 탑재되는 보트(150)가 지지 플레이트(160) 상에 장착된다. 상기 지지 플레이트(160)는 상하 이동이 가능하다. 공정 진행시, 상기 지지 플레이트(160)는 상기 플랜지(110)의 아래쪽에 장착되어 상기 튜브들(120,130) 및 플랜지(110)의 내부 공간들을 밀폐시킨다. 상기 보트(150)는 상기 내부 튜브(130) 내 부에 배치된다.
상기 플랜지(110)의 벽 내부에 빈 영역(200)이 배치된다. 상기 빈 영역(200)은 상기 쿨링 수단(180)과 상기 플랜지(110)의 내측면 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 빈 영역은 상기 오링(170)에 가까이 배치될 수 있다. 상기 빈 영역(200)으로 인하여, 상기 플랜지(110)의 내부와 외부간의 열적 교류가 최소화된다. 즉, 상기 플랜지(110)의 내부와 외부간의 열적으로 단절시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 플랜지(110)의 내부온도가 낮아지는 현상을 최소화시킬 수 있다. 특히, 상기 빈 영역(200)이 상기 쿨링 수단(180)과 상기 플랜지(110)의 내측면 사이에 위치함으로써, 상기 쿨링 수단(180)에 의해 상기 플랜지(110)의 내부 온도가 낮아지는 현상을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 종래의 플랜지의 내부 온도가 낮아짐으로써 발생되는 잔여물을 최소화하여 웨이퍼 상의 오염원을 최소화할 수 있다. 이러한 잔여물의 생성을 최소화는 장비의 정비기간을 늘려 생산성이 향상된다.
상기 빈 영역(200)은 진공상태이거나, 열적 교류가 매우 낮은 기체가 소량 존재할 수 있다. 상기 빈 영역(200)은 상기 가스 배출관(112)의 위쪽에 배치될 수 있다. 이로써, 종래의 가스 배출관 주변의 잔여물 생성을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 플랜지의 내부에 빈 영역이 배치된다. 상기 빈 영역에 의하여 상기 플랜지의 내부 및 외부간의 열적 교류를 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 종래의 플랜지의 내부 온도가 낮아져 발생되던 잔여물의 생성을 최소화할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 상의 오염원을 최소화할 수 있으며, 또한, 종형 확산로의 정비기간을 대폭 늘려 반도체 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 위 아래가 오픈된 통 형태인 플랜지(flange);
    상기 플랜지 상에 장착된 외부 튜브(outer tube); 및
    상기 플랜지와 상기 외부 튜브 사이에 개재된 오-링(O-ring)을 포함하되, 상기 플랜지는 상기 플랜지의 벽내부에 위치하는 빈 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 종형 확산로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오-링에 인접한 쿨링(cooling) 수단을 더 포함하되, 상기 빈 영역은 상기 쿨링 수단과 상기 플랜지의 내측면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 종형 확산로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 튜브의 내부에 배치되되, 상기 플랜지에 장착된 내부 튜브;
    상기 내부 튜브 내에 장착가능하며, 복수매의 웨이퍼들이 탑재되는 보트;
    상기 플랜지의 벽에 형성된 가스 배출관; 및
    상기 플랜지의 벽의 다른 부분을 관통하는 적어도 하나의 가스 주입관을 더 포함하되, 상기 가스 주입관 및 가스 배출관은 서로 이격되고, 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브는 서로 이격된 것을 특징으로 하는 종형 확산로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빈 영역은 상기 가스 주입관 위쪽에 위치한 것을 특징으로 하는 종형 확산로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111998155A (zh) * 2020-08-26 2020-11-27 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备的排气装置及半导体工艺设备

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