KR20070054424A - 저압 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

저압 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저압 화학 기상 증착 장치에 관해 개시한다. 개시된 장치는 웨이퍼에 증착 공정이 진행되는 반응튜브와, 상기 반응튜브를 지지하는 플랜지와, 상기 반응튜브와 상기 플랜지의 접촉면에 설치되어 외부로부터 기밀을 유지하되, 일정간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 오링과 상기 오링 사이에 배치된 바를 갖는 실링부재를 구비한다.

Description

저압 화학 기상 증착 장치{low pressure chemical vapor depositor}
도 1은 일반적인 저압 화학 기상 증착 장치의 단면도.
도 2는 도 1의 A부분확대도.
도 3은 도 1의 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서, 플렌지에 형성된 유로를 개략적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 단면도.
도 5는 도 4의 B부분확대도.
도 6은 도 4의 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서, 플렌지에 형성된 유로를 개략적으로 보인 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21. 내부 튜브 23. 외부 튜브
25. 반응 튜브 27. 플랜지
28. 유로 31. 실링부재
31a. 오링 31b.바
29. 냉각수 공급관 30. 냉각수 회수관
본 발명은 반도체 소자를 제조를 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 복수의 웨이퍼들 상에 박막을 형성하는 저압 화학 기상 증착 장치(low pressure chemical vapor depositor)에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 박막 증착의 수율을 증가시키기 위하여 상압 화학기상증착(Atmosphric Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정을 주로 진행하였다. 이러한 상압 화학기상증착의 경우에는 웨이퍼들이 여러매 적재된 상태에서 증착 공정이 진행되기 때문에, 웨이퍼들 사이에 반응기체들이 제대로 도달하지 못하여, 박막 증착의 균일도가 매우 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정이 제시되었다. 상압 부근에서 박막을 증착하는 통상의 상압 화학기상증착 공정과는 달리, 저압 화학기상증착 공정은 0.1 ~ 50토르(torr)의 낮은 압력 범위에서 화학기상증착법으로 박막을 증착하는 것이다. 이와 같은 저압 화학기상증착 공정에서는 낮은 반응기체 압력 하에서 화학기상증착 공정이 진행되기 때문에, 반응기체들의 평균 자유행정(mean free path)이 길다. 따라서, 저압 화학기상증착 공정의 경우에는, 웨이퍼들 사이로 반응기체들이 잘 흘러들어가 박막증착의 균일도가 많이 향상되고, 또한, 단차 도포성도 향상되어 콘택홀이나 트랜치도 공극없이 매립할 수 있게 된다. 따라서, 상기한 장점 때문에 저압 화학기상증착 공정이 실제 반도체소자 제조 공정에 많이 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 저압 화학 기상 증착 장치의 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 저압 화학 기상 증착 장치는 내부튜브(3)와 상기 내부튜브(3)을 감싸는 외부튜브(1)로 이루어진 반응튜브(5)를 포함한다.
상기 내부튜브(3)와 외뷰튜브(1)는 그 아래에 위치되는 플랜지(7)에 의해 지지된다. 그리고 외부 튜브(1)와 플랜지(7) 사이에는 반응튜브(5) 내부를 외부로부터 실링하는 실링부재(11)가 삽입된다. 상기 실링부재(11)는 오링(O-ring)일 수 있다. 상기 실링부재(11)은 합성고무 물질로 만들어져 열에 취약한 데 반하여, 공정진행시 반응튜브(5)는 매우 높은 고온으로 유지된다. 따라서, 실링부재(11)가 열에 의한 과열로 손상되는 것을 방지하기 위하여 플랜지(7) 내부에는 냉각수가 흐르는 하나의 유로(8)가 형성된다.
도 3은 도 1의 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서, 플렌지에 형성된 유로를 개략적으로 보인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이,상기 유로(8)는 상기 플랜지(7) 내부에 형성되되, 상기 오링과 대응되는 부위를 따라 배치될 수 있다.
저압 화학 기상 증착 공정이 진행되는 과정에서 실링부재(11)가 적절한 온도로 냉각되는 것은 매우 중요하다. 냉각수의 양이 부족하면 과열로 실링부재(11)가 변형되고, 이로 인해 외부튜브(1)와 플랜지(7) 간의 실링이 제대로 이루어지지 않 아 반응튜브(5)에 누설이 발생된다. 한편, 냉각수의 양이 많으면 유로(8)에 인접한 반응튜브(5) 또는 플랜지(7)의 내벽에 공정가스가 다량 증착되며, 이들은 후에 파티클(particle)로 작용하여 공정불량을 유발한다.
그러나, 일반적인 저압 화학 기상 증착 장치에서 유로(8) 내 냉각수의 실질적인 온도와는 무관하게 일정량의 냉각수가 유로로 계속적으로 공급되므로, 실링부재(11)가 과냉각 또는 부족냉각될 수 있다. 따라서, 상기 유로(8) 내의 냉각수가 항상 적절한 양만큼 원활한 공급이 이루어지도록 하기 위해, 상기 유로(8)의 일단에는 냉각수 공급관(9)이 연결 설치되고 타단에는 냉각수 회수관(10)이 연결 설치된다. 즉, 냉각수 공급관(9) 및 냉각수 회수관(10)을 통해 유로(8) 내의 냉각수 공급이 적절하게 조절될 수 있다.
그러나, 상기 유로(8)의 길이가 길게 되면 유로(8)의 일단과 타단에서 냉각수의 온도 차이는 커진다. 상기 유로(8)의 일단과 근접한 실링부재(11)의 영역을 적정 온도로 유지하면 유로(8)의 타단과 근접한 영역에서 실링부재(11)가 부족냉각되어 파손된다. 이와 반대로, 상기 유로(8)의 타단과 근접한 실링부재(11)의 영역을 적정온도로 유지하면, 유로(8)의 일단과 근접한 부분에서 과냉각으로 인해 플랜지(7) 또는 반응튜브(5)의 내벽에 공정가스가 다량 증착되어 공정불량이 발생된다.
또한, 비록 실링부재(11)가 모든 영역에서 적정온도 범위 이내로 냉각된다 할지라도 유로(8)의 일단과 근접한 실링부재(11)의 영역과 유로(8)의 타단과 근접한 실링부재(11)의 영역간 큰 온도차이로 인하여 실링부재(11)가 변형되어 파손될 수 있다. 실제 저온 화학 기상 증착 공정은 700∼780℃의 고온에서 진행하기 때문 에 열에 의한 실링부재(11)의 파손은 심각하다. 특히, 상기 내부 튜브(3) 안에서 H2가스를 이용하여 공정을 진행하는 경우, 실링이 제대로 되지 않게 되면 폭발할 수도 있다. 또한, 웨이퍼가 대구경화될수록 상술한 문제는 더욱 커지는 문제점이 있다.
따라서, 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서, 내부튜브와 플랜지 간의 실링 효과를 높이고 열에 의한 변형을 최소화할 수 있는 실링부재가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실링부재의 구조를 개선하여 열에 의한 변형을 최소화하고 내부튜브와 플랜지 간의 실링 효과를 높일 수 있는 저압 화학 기상 증착 장치를 제공하려는 것이다.
상기 문제점을 해결하고자, 본 발명은 저압 화학 기상 증착 장치를 제공한다. 상기 저압 화학 기상 증착 장치는 웨이퍼에 증착 공정이 진행되는 반응튜브와, 상기 반응튜브를 지지하는 플랜지와, 상기 반응튜브와 상기 플랜지의 접촉면에 설치되어 외부로부터 기밀을 유지하되, 일정간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 오링과 상기 오링 사이에 배치된 바를 가진 실링부재를 구비한다.
상기 플랜지 내부에 형성되어, 상기 실링부재를 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 유로를 더 포함한다.
상기 유로는 상기 오링과 대응되는 부위를 따라 배치된 것이 바람직하다.
상기 유로는 일단에는 냉각수 공급관이 연결설치되고 타단에는 냉각수 회수 관이 연결설치된 것이 바람직하다.
상기 반응튜브는 석영 재질인 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 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.
도 4는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4의 B부분 확대도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치는 내부튜브(23)와 상기 내부튜브(23)을 감싸는 외부튜브(21)로 이루어진 반응튜브(25)를 포함한다.
상기 반응튜브(25) 즉, 내부튜브(23) 및 외부튜브(21)는 석영재질로 형성되므로, 증착 공정 진행 시 열에 안정적이다.
상기 내부튜브(23)와 외뷰튜브(21)는 그 아래에 위치되는 플랜지(27)에 의해 지지된다. 그리고 외부 튜브(21)와 플랜지(27) 사이에는 반응튜브(25) 내부를 외부로부터 실링하는 실링부재(31)가 삽입된다. 즉, 상기 실링부재(31)는 상기 반응튜브(25)와 상기 플랜지(27)의 접촉면에 설치되어 외부로부터 기밀을 유지하는 역할을 한다. 상기 실링부재(31)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일정간격으로 배열된 적 어도 2개 이상의 오링들(31a)과 상기 오링(O-ring)들(31a) 사이에 배치된 바(bar)(31b) 구조를 가질 수도 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 실링부재(31)는 오링들일 수 있다. 상기 실링부재(31)는 적어도 2개 이상의 오링들이 결합된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 저압 화학 기상증착 장치 내에서 진행되는 저압 화학 기상증착 공정은 700∼780℃의 고온에서 진행된다. 상기 실링부재(31)은 합성고무 물질로 형성된다. 합성 고무 재질의 상기 실링부재(31)는 열에 매우 취약한 특성을 가진다.
도 6은 도 4의 저압 화학 기상 증착 장치에 있어서, 플렌지에 형성된 유로를 개략적으로 보인 도면이다.
따라서, 상기 실링부재(31)가 열에 의한 과열로 손상되는 것을 방지하기 위하여 플랜지(27) 내부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각수가 흐르는 유로(28)가 형성된다. 상기 유로(28)는 상기 플랜지(27) 내부에 형성되되, 상기 실링부재(31)와 대응되는 부위를 따라 배치될 수 있다. 상기 유로(28)의 일단에는 냉각수 공급관(29)이 연결 설치되고 타단에는 냉각수 회수관(30)이 연결 설치된다. 따라서, 상기 냉각수 공급관(29) 및 냉각수 회수관(30)을 통해 유로(28) 내의 냉각수 공급이 어느 정도는 조절될 수 있다.
그러나, 냉각수 공급관(29) 및 냉각수 회수관(30)을 통해 유로(28) 내의 냉각수 공급이 조절된다 할지라도, 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치에서 유로(28) 내 냉각수의 실질적인 온도와는 무관하게 일정량의 냉각수가 유로로 계속적으로 공급되므로, 실링부재(31)가 과냉각 또는 부족냉각될 수 있다.
또한, 상기 유로(28)의 길이가 길게 되면 유로(28)의 일단과 타단에서 냉각수의 온도 차이는 커진다. 상기 유로(28)의 일단과 근접한 실링부재(31)의 영역을 적정 온도로 유지하면 유로(28)의 타단과 근접한 영역에서 실링부재(31)가 부족냉각되어 파손될 수 있다. 이와 반대로, 상기 유로(28)의 타단과 근접한 실링부재(31)의 영역을 적정온도로 유지하면, 유로(28)의 일단과 근접한 부분에서 과냉각으로 인해 플랜지(27) 또는 반응튜브(25)의 내벽에 공정가스가 다량 증착되어 공정불량이 발생될 수 있다. 또한, 비록 실링부재(31)가 모든 영역에서 적정온도 범위 이내로 냉각된다 할지라도 유로(28)의 일단과 근접한 실링부재(31)의 영역과 유로(28)의 타단과 근접한 실링부재(31)의 영역간 큰 온도차이로 인하여 실링부재(31)가 변형되어 파손될 수 있다.
이런 경우, 본 발명에 따른 실링부재(31)를 사용하게 되면 상기 실링부재(31)의 일부위가 파손된다 하더라도 나머지 부분에서 실링 역할을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 실링부재(31)는 일정간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 오링들(31a)과 상기 오링(O-ring)들(31a) 사이에 배치된 바(bar)(31b) 구조를 가짐으로써, 기존보다도 외부 튜브(21)와 플랜지(27) 사이의 실링 면적이 커지게 된다. 따라서, 저온 화학 기상 증착 공정 도중에 상기 실링부재(31)의 일부위가 파손된다 하더라도 나머지 부분에서 실링 역할을 수행할 수 있다. 이로써, 만족할 만한 실링효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 반응튜브와 상기 플랜지의 접촉면에 설치되어 외부 로부터 기밀을 유지하되, 일정간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 오링들과 상기 오링들 사이에 배치된 바 구조를 가진 실링부재가 제공된다. 상기 본 발명에 따른 실링부재를 이용할 경우, 기존보다도 외부 튜브와 플랜지 사이의 실링 면적이 커지게 된다.
따라서, 본 발명에서는 저온 화학 기상 증착 공정 도중에 상기 실링부재의 일부위가 파손된다 하더라도 나머지 부분에서 실링 역할을 수행할 수 있으므로, 내부튜브와 플랜지 간의 만족할 만한 실링효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼에 증착 공정이 진행되는 반응튜브와,
    상기 반응튜브를 지지하는 플랜지와,
    상기 반응튜브와 상기 플랜지의 접촉면에 설치되어 외부로부터 기밀을 유지하되, 일정간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 오링과 상기 오링 사이에 배치된 바를 갖는 실링부재를 구비한 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지 내부에 형성되어, 상기 실링부재를 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 유로를 더 포함하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 유로는 상기 플랜지 내부에서 상기 오링과 대응되는 부위를 따라 배치된 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 유로는 일단에는 냉각수 공급관이 연결설치되고 타단에는 냉각수 회수관이 연결설치된 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반응튜브는 석영 재질인 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
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