KR20090059540A - 고온 퍼니스 - Google Patents

Abstract

소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하방에 설치되어 반응 챔버로 반응 가스의 유입 및 유출을 매개하는 매니폴드를 포함하는 고온 퍼니스가 개시된다. 본 발명에 따른 매니폴드(200)는 반응 가스가 반응 챔버로부터 누설되는지를 감지하는 누설 감지 수단을 포함하며, 누설 감지 수단은 매니폴드(200)의 일측에 설치되어 감지 가스를 공급하는 감지 가스 공급관(210); 매니폴드(200)의 상단에 설치되어 감지 가스 공급관(210)으로 공급된 감지 가스가 흐르도록 하는 감지홈(220); 매니폴드(200)의 일측에 설치되어 감지 가스를 배출하는 감지 가스 배기관(230); 및 감지 가스 배기관(230)으로부터 배출되는 감지 가스에 반응 가스가 포함되어 있는지를 감지하는 가스 감지기(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

반도체, 퍼니스, 반응 챔버, 매니폴드, 실링, 누설 방지

Description

고온 퍼니스{High Temperature Furnace}

본 발명은 반도체 소자 제조용 고온 퍼니스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하방에 설치되어 반응 챔버로 반응 가스의 유입 및 유출을 매개하는 매니폴드에 반응 가스가 반응 챔버로부터 누설되는지를 감지하는 누설 감지 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스에 관한 것이다.

반도체 소자 제조를 위한 열처리 공정으로는 실리콘의 표면 산화를 위한 산화 공정, 불순물을 확산하기 위한 확산 공정, 반도체 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 화학 기상 증착 공정, 및 균일한 확산이나 재결정 등을 목적으로 하는 어닐링(annealing) 공정 등이 있다. 이와 같은 반도체 제조 공정을 수행하기 위해서는 고온 퍼니스(furnace)의 사용이 필수적이다.

도 1은 종래기술에 따른 고온 퍼니스(1)의 구성을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 고온 퍼니스(1)는 내부에 장입된 피처리체, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(100)에 대한 반응(또는, 공정) 공간을 제공하는 반응 챔버(2), 반응 챔버(2) 내부를 가열하는 히터(3) 및 반응 챔버(2) 내부에 반응 가스를 분사시키는 가스 분사관(5)을 포함하여 구성되어 있다.

가스 분사관(5)은 가스 공급관(4a)에 연결되어 반응 가스를 공급받고, 가스 분사관(5)의 단부는 반응 챔버(2)의 내측 상단 일측에 위치되어 외부에서 공급되는 반응 가스를 반응 챔버(2)의 내부로 분사하여 공급한다.

반응 챔버(2)에 반응 가스가 공급된 상태에서 히터(3)를 동작시키면 소정의 반도체 제조 공정이 수행되며, 사용된 반응 가스는 가스 배기관(4b)을 통해 반응 챔버(2) 외부로 배출된다.

가스 공급관(4a)과 가스 배기관(4b)은 반응 챔버(2)의 하단에 고정 플랜지(미도시)와 같은 수단을 통하여 연결되는 매니폴드(10)를 매개로 하여 반응 챔버(2)와 연결된다.

따라서, 매니폴드(10)의 일측에 설치된 가스 공급관(4a)을 통하여 반응 가스가 반응 챔버(2) 내부로 유입되고, 매니폴드(10)의 일측에 설치된 가스 배기관(4b)을 통하여 반응 가스가 반응 챔버(2) 외부로 배기된다.

한편, 소정의 열처리 공정 중에 반응 챔버(2)는 외부와 격리되어야 하며 이를 위해서는 반응 챔버(2)는 밀봉되어야 한다. 그 이유로서는 반응 가스는 대개 폭발성이 높거나 인체에 유해한 경우가 대부분이기 때문에 반응 챔버(2) 외부로 누출되는 것을 방지할 필요가 있고, 아울러 외부의 이물질이 반응 챔버(2) 내부로 유입될 경우 열처리 중인 웨이퍼를 오염시켜 결국은 반도체 소자의 특성을 저하시키기 때문이다.

따라서, 고온 퍼니스에서 반응 챔버(2)와 매니폴드(10) 사이의 효과적인 밀 봉 문제가 중요하게 대두되어 왔다. 특히, 반응 챔버(2) 내부의 온도가 열처리 중에 경우에 따라서는 1,000℃ 이상이 될 수도 있다는 점을 감안할 때, 일반적인 오 링(O ring)을 통한 밀봉은 오 링 재료의 고온 내구성 측면에서 적절하디 않다는 지적이 있어 왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반응 챔버를 효과적으로 밀봉하여 반응 가스가 외부로 누설되지 않도록 하는 고온 퍼니스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고온 퍼니스는 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하방에 설치되어 반응 챔버로 반응 가스의 유입 및 유출을 매개하는 매니폴드(manifold)를 포함하며, 상기 매니폴드는 반응 가스가 반응 챔버로부터 누설되는지를 감지하는 누설 감지 수단을 포함하고, 상기 누설 감지 수단은 상기 매니폴드의 일측에 설치되어 감지 가스를 공급하는 감지 가스 공급관; 상기 매니폴드의 상단에 설치되어 상기 감지 가스 공급관으로 공급된 감지 가스가 흐르도록 하는 감지홈; 상기 매니폴드의 일측에 설치되어 감지 가스를 배출하는 감지 가스 배기관; 및 상기 감지 가스 배기관으로부터 배출되는 감지 가스에 반응 가스가 포함되어 있는지를 감지하는 가스 감지기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 매니폴드는 반응 챔버를 밀봉하기 위한 가스 실링 수단을 더 포함하며, 상기 가스 실링 수단은 상기 매니폴드와 반응 챔버의 접촉부를 따라 설치되는 실링홈; 및 상기 실링홈에 실링 가스를 공급하기 위한 실링 가스 공급관을 포함할 수 있다.

상기 매니폴드는 반응 챔버에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급관을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반응 챔버를 효과적으로 밀봉할 수 있을 뿐만 아니라 반응 가스의 누설을 미리 감지할 수 있어서 반응 가스의 외부 유출로 인한 각종 안전 사고의 위험성을 크게 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반응 챔버를 효과적으로 밀봉할 수 있어서 외부 이물질이 반응 챔버 내로 침투함에 따라 발생할 수 있는 웨이퍼 오염에 의해 반도체 소자의 특성이 저하되는 현상을 방지하는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명에 따른 고온 퍼니스는 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하방에 설치되어 반응 챔버로 반응 가스의 유입 및 유출을 매개하는 매니폴드를 포함한다. 본 발명에 따른 고온 퍼니스는 매니폴드의 구성을 제외하고는 도 1의 고온 퍼니스와 기본적인 구성은 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 내용은 생략하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드(200)의 구성을 나타내는 사시 단면도 및 사시도이다.

도시한 바와 같이, 매니폴드(200)에는 반응 챔버(2) 내부에 반응 가스를 공급하는 가스 분사관(120)과 연결되어 있는 가스 공급관(202) 및 열처리 공정에 사용된 반응 가스를 외부로 배출하는 가스 배기관(206)이 설치되어 있다.

또한, 매니폴드(200)에는 반응 챔버(2)의 밀봉을 위한 가스 실링 수단이 설치된다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실링 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 가스 실링 수단은 반응 챔버(2)와 매니폴드(200)의 접촉부를 따라 설치되는 실링홈(260)과 실링홈(260)으로 실링 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 실링 가스 공급관(250)을 포함한다. 실링홈(260)은 매니폴드(200)의 상부 원주면을 따라 형성되고, 실링홈(260)으로 실링 가스를 공급하기 위한 실링 가스 공급관(250)이 매니폴드(200)의 외측 원주부에 설치된다. 실링 가스 공급관(250)에는 밸브(미도시)를 설치하여 실링 가스 공급을 단속할 수 있다.

실링 가스 공급관(250)을 통해 공급되는 실링 가스는 실링홈(240)을 채우면서 반응 챔버(2)를 밀봉한다. 다시 말해, 실링홈(240) 내에 채워진 실링 가스가 에어 커튼(air curtain)의 역할을 하는 것으로서, 열처리 공정 중에 반응 챔버(2) 내의 반응 가스가 반응 챔버(2)의 외부로 배출되는 것을 방지하면서, 동시에 반응 챔버(2)로 외부 가스가 유입되지 못하게 하는 역할을 한다. 실링 가스에 의한 반응 챔버의 밀봉은 오 링(O ring)에 의한 밀봉보다 반응 챔버의 온도에 대한 내구성 이 높다는 장점이 있다.

실링 가스는 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실링 가스가 실링홈(260)에 반응 챔버(2)를 밀봉할 정도로 충분하게 공급된 후에는 밸브를 폐쇄하여 더 이상 실링 가스가 실링홈(240)에 공급되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 매니폴드(200)에는 반응 챔버(2)로부터 반응 가스의 누설을 감지하기 위한 누설 감지 수단이 설치된다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 누설 감지 수단은 매니폴드(200)의 일측에 설치되어 감지 가스를 공급하는 감지 가스 공급관(210), 매니폴드(200)의 상단에 설치되어 감지 가스 공급관(210)으로 공급된 감지 가스가 흐르도록 하는 감지홈(220), 매니폴드(200)의 일측에 설치되어 감지 가스를 배출하는 감지 가스 배기관(230) 및 감지 가스 배기관(230)으로부터 배출되는 감지 가스에 반응 가스가 포함되어 있는지를 감지하는 가스 감지기(240)를 포함한다.

감지홈(220)은 매니폴드(200)의 상부 원주면에 형성되되, 반응 챔버(2)와 매니폴드(200)간의 밀봉을 형성된 실링홈(260)의 외측으로 소정 거리 이격된 위치에 실링홈(260)과 동심원을 이루며 설치된다. 감지홈(220)은 감지 가스 공급관(210)과 연결되어 있어서 감지 가스 공급관(210)을 통하여 공급되는 감지 가스는 감지홈(220) 내부를 순환하여 흐르게 된다.

감지홈(220) 내부를 순환하여 흐르던 감지 가스는 감지홈(220)과 연결되어 있는 감지 가스 배기관(230)을 통하여 반응 챔버(2)의 외부로 배출된다. 감지 가스 배기관(230)의 단부에는 가스 감지기(240)가 설치되어 있다. 이때, 가스 감지기는 감지 가스에 반응 가스가 포함되어 있는지를 감지하는 역할을 한다.

따라서, 누설 감지 수단에 의하여 반응 챔버(2)로부터 반응 가스의 누설이 있는지를 미리 감지할 수 있다. 다시 말하여, 상술한 바와 같은 가스 실링 수단에 의해서도 반응 챔버(2)의 밀봉이 잘 이루어지지 않은 경우에는 실링홈(260)에 흐르는 실링 가스에 의한 에어 커튼을 통과한 반응 가스가 실링홈(260)의 외부에 설치된 감지홈(220)에 흐르는 감지 가스에 포함될 수 밖에 없기 때문에, 만일 가스 감지기(240)로 들어 온 감지 가스에 반응 가스가 혼합되어 있는 것으로 감지되면 반응 챔버(2)로부터 반응 가스의 누설이 발생하고 있다고 판단할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 매니폴드(200)에는 가스 실링 수단이 설치되어 있는 관계로 고온 환경 하에서도 반응 챔버를 효과적으로 밀봉할 수 있어서 반응 가스의 외부 유출로 인한 각종 안전 사고의 위험성을 크게 줄일 수 있으면서 외부 이물질이 반응 챔버 내로 침투함에 따른 웨이퍼 오염에 의하여 반도체 소자의 특성이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 매니폴드(200)에는 누설 감지 수단이 설치되어 있는 관계로 반응 챔버의 외부로 반응 가스가 누설되는지를 감지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에 서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 고온 퍼니스의 구성을 나타내는 도면.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 구성을 나타내는 사시 단면도.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 구성을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실링 수단의 구성을 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지 수단의 구성을 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 고온 퍼니스

2: 반응 챔버

100: 웨이퍼

120: 가스 분사관

200: 매니폴드

202: 가스 공급관

206: 가스 배기관

210: 감지 가스 공급관

220: 감지홈

230: 감지 가스 배기관

240: 가스 감지기

250: 실링 가스 공급관

260: 실링홈

Claims (3)

1. 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하방에 설치되어 반응 챔버로 반응 가스의 유입 및 유출을 매개하는 매니폴드(manifold)를 포함하는 고온 퍼니스로서,

   상기 매니폴드는 반응 가스가 반응 챔버로부터 누설되는지를 감지하는 누설 감지 수단을 포함하고,

   상기 누설 감지 수단은

   상기 매니폴드의 일측에 설치되어 감지 가스를 공급하는 감지 가스 공급관;

   상기 매니폴드의 상단에 설치되어 상기 감지 가스 공급관으로 공급된 감지 가스가 흐르도록 하는 감지홈;

   상기 매니폴드의 일측에 설치되어 감지 가스를 배출하는 감지 가스 배기관; 및

   상기 감지 가스 배기관으로부터 배출되는 감지 가스에 반응 가스가 포함되어 있는지를 감지하는 가스 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 매니폴드는 반응 챔버를 밀봉하기 위한 가스 실링 수단을 더 포함하며,

   상기 가스 실링 수단은,

   상기 매니폴드와 반응 챔버의 접촉부를 따라 설치되는 실링홈; 및

   상기 실링홈에 실링 가스를 공급하기 위한 실링 가스 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
3. 제1항에 있어서,

   상기 매니폴드는 반응 챔버에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.

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