KR20200011758A - 웨이퍼 공정용 수직 리액터 - Google Patents

웨이퍼 공정용 수직 리액터 Download PDF

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KR20200011758A
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Abstract

본 발명은 단열 효과를 위하여 이너 튜브(Inner Tube)의 구조를 개선한 웨이퍼 공정용 수직 리액터를 개시하며, 상기 웨이퍼 공정용 수직 리액터는, 웨이퍼 공정을 위한 보트가 배치되는 상부의 보트 영역과 단열을 위한 단열 영역으로 내부 공간이 구분되며, 적어도 상기 단열 영역에 배기구가 형성된 이너 튜브; 및 상기 이너 튜브를 내부에 수용하며, 상기 배기구에 대응하는 배기관이 구성되고, 상기 배기관의 입구는 적어도 일부가 상기 배기구와 마주하도록 형성된 아우터 튜브;를 구비하며, 상기 배기구 하부의 상기 이너 튜브와 상기 아우터 튜브의 이격된 사이에 적어도 상기 아우터 튜브의 내측면과 이격되도록 구성되는 흐름 억제부가 구성됨을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 공정용 수직 리액터{VERTICAL REACTOR FOR WAFER PROCESSING}
본 발명은 리액터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열 효과를 위하여 이너 튜브(Inner Tube)의 구조를 개선한 웨이퍼 공정용 수직 리액터에 관한 것이다.
반도체 공정 장비는 웨이퍼를 제조하는 반도체 제조 공정을 수행하는 것으로 이해될 수 있다. 예시적으로, 웨이퍼의 열처리를 위하여 보트를 이용하는 리액터(Reactor)가 이용될 수 있다.
리액터는 투입된 웨이퍼들에 대한 열처리 공정을 수행하는 것이고, 보트는 일정 매수 단위(예시적으로 180매)로 열처리를 위한 웨이퍼들을 차지(Charge)하여 리액터 내부로 투입하거나 열처리된 웨이퍼들을 디스차지(Discharge)하기 위하여 리액터 외부로 배출하기 위한 것이다.
상기한 리액터는 히터 케이스, 아우터 튜브(Outer Tube), 이너 튜브(Inner Tube)를 구비한다.
이너 튜브는 상부의 보트 영역과 하부의 단열 영역으로 구분될 수 있다. 보트 영역은 보트가 로딩되며 보트에 실린 웨이퍼에 대한 열처리가 진행되는 영역이고, 단열 영역은 웨이퍼 공정 중에 고온을 유지하는 보트 영역을 외부와 차단하기 위한 단열 구조를 갖는 영역이다.
웨이퍼 공정 중, 반응 가스가 이너 튜브 상부의 보트 영역으로 공급되며, 퍼지 가스가 이너 튜브 하부의 단열 영역으로 공급된다. 웨이퍼 공정을 위하여 보트 영역은 고온과 저압 환경이 유지될 수 있다.
저압 환경을 유지하기 위하여 배기가 이루어지는 경우, 반응 가스와 공정 결과로 얻어지는 부산 가스 및 퍼지 가스가 이너 튜브에서 아우터 튜브로 배출된 후 아우터 튜브의 배기관을 통하여 배기된다.
일반적으로, 보트 영역에서 배기되는 고온의 가스와 단열 영역의 퍼지 가스는 수직 리액터 내에서 구분없이 넓은 배기 경로를 통하여 배기된다.
그러므로, 일반적인 수직 리액터는 하부 금속물에 의한 열 손실이 발생될 수 있고, 비정상적인 열 손실은 웨이퍼 공정이나 설비에 영향을 미칠 수 있다.
그리고, 가스를 배기하는 경우, 가스가 일 방향에 대해 집중적으로 흐르기 어렵기 때문에 이너 튜브에서 배기된 가스나 부산물이 아우터 튜브에 잔류될 수 있다. 상기와 같이 잔류 가스나 부산물은 웨이퍼 공정이나 설비에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 배기시 고온의 가스가 하부 금속물에 노출되는 것을 줄일 수 있도록 이너 튜브와 아우터 튜브 사이의 배기 구조를 개선함으로써 하부 금속물에 의한 열 손실을 줄임을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배기시 이너 튜브와 아우터 튜브 사이의 가스 흐름을 일 방향으로 가이드함으로써 잔류 가스나 부산물의 형성을 줄임을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 공정용 수직 리액터는, 웨이퍼 공정을 위한 보트가 배치되는 상부의 보트 영역과 단열을 위한 단열 영역으로 내부 공간이 구분되며, 적어도 상기 단열 영역에 배기구가 형성된 이너 튜브; 및 상기 이너 튜브를 내부에 수용하며, 상기 배기구에 대응하는 배기관이 구성되고, 상기 배기관의 입구는 적어도 일부가 상기 배기구와 마주하도록 형성된 아우터 튜브;를 구비하며, 상기 배기구의 하부의 상기 이너 튜브와 상기 아우터 튜브의 이격된 사이에 적어도 상기 아우터 튜브의 내측면과 이격되도록 구성되는 흐름 억제부가 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 웨이퍼 공정용 수직 리액터는, 복수 개의 배기구가 상기 보트 영역과 상기 단열 영역에 해당하는 상기 이너 튜브에 수직으로 일렬로 배열되며, 한 쌍의 블레이드가 일렬로 배열된 상기 복수 개의 배기구를 중심으로 소정 폭 돌출되며 수직으로 평행하게 형성될 수 있다.
본 발명은 흐름 억제부를 이너 튜브와 아우터 튜브 사이에 구성하여 저온의 퍼지 가스의 흐름을 제어하고 보트 영역으로부터 배기된 고온의 가스가 하부 금속물에 노출되는 것을 최소화함으로써 복사 및 대류에 의해 열 손실이 발생하는 것을 최소화 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 한 쌍의 블레이드에 의해 배기되는 가스의 흐름을 일 방향으로 가이드함으로써 이너 튜브와 아우터 튜브 사이의 잔류 가스나 부산물의 형성을 줄일 수 있다.
따라서, 열 손실, 잔류 가스 및 부산물이 웨이퍼 공정 및 설비에 영향을 미치는 것을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 수직 리액터의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 부분 단면도.
도 3은 히터 케이스를 제거한 도 2의 부분 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 이너 튜브의 실시예를 예시한 사시도.
도 5는 본 발명의 이너 튜브의 다른 실시예를 예시한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도 2에 대응하는 부분 확대 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명에 의해 실시되는 수직 리액터(100)는 도 1과 같이 예시할 수 있다.
도 1은 수직 리액터(100)의 외관을 나타내는 사시도이며, 상부의 히터 케이스(10), 하부의 매니폴드(12) 및 로테이션 플랜지(14)를 확인할 수 있다.
도 1에 예시된 히터 케이스(10)의 내부 구조는 도 2로 이해할 수 있다.
도 2를 참조하면, 히터 케이스(10)는 내부에 원통형 공간을 가지며, 내벽에 히터(11)가 구성된다. 히터 케이스(10)의 원통형 공간에는 아우터 튜브(20)가 수용된다.
아우터 튜브(20)는 배기관(22)이 하부의 외측면에 구성된다. 배기관(22)은 아우터 튜브(20) 내부의 가스를 외부로 배기하는 경로를 제공하며, 배기를 위한 펌프(도시되지 않음)가 연결됨으로써 펌핑력을 제공받을 수 있다. 히터 케이스(10)의 히터(11)는 배기관(22)이 형성된 상부까지 히터 케이스(10)의 내벽에 구성될 수 있다.
아우터 튜브(20)의 내부에는 이너 튜브(30)가 구성되며, 아우터 튜브(20)와 이너 튜브(30)는 매니폴드(12)를 통하여 하부의 로테이션 플랜지(14)와 결합된다.
매니폴드(12)는 로테이션 플랜지(14)의 상부에 구성되며, 이너 튜브(30)에 반응 가스를 공급하기 위한 배관들(12a)이 설치된다. 배관들(12a)은 이너 튜브(30)의 상부로 연장됨으로써 반응 가스를 후술하는 보트 영역에 공급하도록 구성된다.
로테이션 플랜지(14)는 중심과 변부에 퍼지가스 노즐들(14a, 14b)이 구성될 수 있으며 구동부(40)의 구동축(42)이 하부에서 상부로 관통하도록 구성된다. 로테이션 플랜지(14)의 중심의 퍼지가스 노즐은 구동축(42)이 관통된 영역에 구성되므로 구체적인 도시는 생략하나 마그네틱 실(Magnetic Seal) 구조로 퍼지 가스를 공급하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 이너 튜브(30)는 웨이퍼 공정을 위한 보트(50)가 배치되는 상부의 보트 영역과 단열을 위한 단열 영역으로 내부 공간이 구분된다.
보트(50)는 웨이퍼(WF)를 차지하기 위한 복수의 슬롯들이 수직으로 나란히 형성된 구조를 가지며, 웨이퍼 공정을 위하여 이너 튜브(30)의 상부에 배치된다.
그리고, 이너 튜브(30)의 보트(50)가 배치된 하부는 단열 영역으로 이해될 수 있으며, 단열 로테이터(60)와 단열체(62)가 구성된다.
단열 로테이터(60)는 원통 형상을 가지며 이너 튜브(30)의 수직 중심 상에 구성되며 구동축(42)에 결합된 회전판(70) 상부에 구성된다. 상기한 단열 로테이터(60)는 상부의 보트(50)를 지지하며, 구동축(42)의 회전에 연동하여 웨이퍼 공정을 위해 보트(50)를 회전시킬 수 있다.
그리고, 단열체(62)는 수직의 중공을 가지며, 중공에 단열 로테이터(60)가 삽입된다. 그리고, 단열체(62)의 저면은 로테이션 플랜지(14)의 상면에 접하도록 구성된다.
단열체(62)의 내측면은 단열 로테이터(60)의 외측면과 이격되며, 단열체(62)의 외측면은 이너 튜브(30)의 내측면과 이격된다.
상기한 이너 튜브(30)는 보트 영역에 일렬로 수직 배열된 배기구들(30a)이 형성되며, 단열 영역의 배기관(22)의 입구와 적어도 일부가 마주하는 위치에 배기구(30b)가 형성될 수 있다.
상기한 구성에 의하여, 이너 튜브(30) 상부의 보트 영역으로 공급된 반응 가스는 웨이퍼 공정에 이용된 후 보트 영역에 형성된 배기구들(30a)을 통하여 아우터 튜브(20)로 배기될 수 있다. 그리고, 이너 튜브(30) 하부의 로테이션 플랜지(14)의 퍼지가스 노즐(14a) 등을 통해 단열 영역으로 공급된 퍼지 가스는 단열 로테이터(60) 및 단열체(62)의 이격된 틈과 상부를 따라 흐른 후 아우터 튜브(20)로 배기구(30b)를 통하여 배기될 수 있다.
이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20) 간에는 이격된 공간이 형성되고, 상기한 배기구들(30a, 30b)를 통하여 배기된 가스가 하부로 흐른 후 배기관(22)을 통하여 배기될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 단열 공간의 배기구(30b) 하부의 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20)의 이격된 사이에 적어도 아우터 튜브(20)의 내측면과 이격되는 흐름 억제부가 구성된다.
흐름 억제부는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하며, 이너 튜브(30)의 외측면에 적어도 한 층 이상 형성된 수평의 환형 돌출부(80)를 포함할 수 있으며, 환형 돌출부(80)의 수평 연장된 단부는 아우터 튜브(20)의 내측면과 이격된다.
보다 구체적으로, 환형 돌출부(80)는 이너 튜브(30)의 외주면을 따라 일정한 폭을 갖는 단열판(Disk)으로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예는 환형 돌출부(80)가 복수 층으로 구성되며, 환형 돌출부들(80) 사이에 장방형의 채널이 형성된다. 여기에서, 환형 돌출부들(80) 사이의 채널은 제작자의 의도에 따라 곡면의 저면을 갖도록 구성됨으로써 가스나 부산물이 잔류되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기와 같이 하부에 환형 돌출부들(80)이 다층으로 형성된 이너 튜브(30)는 도 4를 참조하여 이해할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예의 작용은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에서, 단열 공간의 배기구(30b) 하부의 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20)의 이격된 사이에 다층의 환형 돌출부(80)가 구성된다.
다층의 환형 돌출부(80)는 아우터 튜브(20)의 내측면과 좁은 이격 거리를 갖는다. 이와 달리 배기구(30b) 상부의 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20) 사이의 이격 거리는 상대적으로 넓게 형성된다.
웨이퍼 공정 중, 이너 튜브(30)로부터 배기된 가스는 다층의 환형 돌출부(80)의 상부를 통하여 배기관(22)으로 원활히 배기된다.
이와 달리, 웨이퍼 공정 중, 퍼지가스 노즐(14b)를 통하여 유입된 퍼지 가스는 상부의 다층의 환형 돌출부(80)와 아우터 튜브(20) 사이의 이격된 틈을 쉽게 통과하지 못하고 환형 돌출부들(80) 사이의 채널 별로 와류를 형성하면서 느리게 진행하며, 결과적으로 적은 양의 퍼지 가스가 배기관(22)으로 배기된다.
그리고, 이너 튜브(30)로부터 배기된 가스는 환형 돌출부(80)를 통과하기 어렵다.
즉, 본 발명은 도 3과 같이 환형 돌출부(80)를 포함하는 흐름 억제부가 이너 튜브와 아우터 튜브 사이에 구성됨으로써 하부의 저온의 퍼지 가스의 흐름을 느리게 진행하도록 제어할 수 있고, 보트 영역으로부터 배기된 고온의 가스가 환형 돌출부(80)를 통과하여서 하부 금속물에 노출되는 것이 최소화될 수 있다. 그러므로, 복사 및 대류에 의해 열 손실이 발생하는 것이 최소화될 수 있다.
한편 본 발명은 배기시 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20) 사이의 가스 흐름을 일 방향으로 가이드하기 위하여 도 5와 같이 한 쌍의 블레이드(90)가 구성될 수 있으며, 블레이드(90)에 의해 잔류 가스나 부산물의 형성을 줄일 수 있다.
도 5를 참조하면, 보트 영역과 단열 영역에 해당하는 복수 개의 배기구(30a, 30b)가 이너 튜브(30)에 수직으로 일렬로 배열되며, 한 쌍의 블레이드(90)가 일렬로 배열된 복수 개의 배기구(30a, 30b)를 중심으로 소정 폭 돌출되며 수직으로 평행하게 형성된다.
이때, 한 쌍의 블레이드(90)는 하부로 연장되어서 흐름 억제부에 포함되는 최상위 환형 돌출부(80)과 맞닿도록 구성됨이 바람직하다.
그리고, 한 쌍의 블레이드(90)의 돌출된 폭은 아우터 튜브(20)의 내측면과 맞닿거나 조립 마진을 확보할 수 있도록 조립성을 고려하여 결정될 수 있다.
상기와 같이 이너 튜브(30)가 구성됨으로써, 이너 튜브(30)에서 배기된 가스의 흐름을 일방향 즉 하부의 배기관(22)이 형성된 방향으로 가이드할 수 있다.
그 결과, 이너 튜브(30)에서 배기된 가스가 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20) 사이로 침투하여 잔류되거나 공정 부산물을 형성하는 것이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 흐름 억제부를 다양하게 구성할 수 있다. 예시적으로, 흐름 억제부는 도 6과 같이 이너 튜브(30)와 아우터 튜브(20) 사이의 이격된 공간에 조립될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6의 흐름 억제부는 수직의 벽체(82)를 기준으로 양 면에 복수 층의 환형 돌출부(84)가 각각 형성될 수 있으며, 이너 튜브(30)와 외측면과 아우터 튜브의 내측면이 각각 이격되도록 설치될 수 있다.
도 6의 환형 돌출부(84)는 벽체(82)의 양방향으로 동일한 구조로 형성될 수 있으며, 양방향으로 돌출된 폭은 이너 튜브(30)의 외측면 및 아우터 튜브(20)의 내측면과 이격되는 범위에서 조립성을 고려하여 결정될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예는 흐름 억제부로 구성되는 다층의 환형 돌출부에 의해 저온의 퍼지 가스의 흐름을 제어하고 보트 영역으로부터 배기된 고온의 가스가 하부 금속물에 노출되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 한 쌍의 블레이드를 구비하는 이너 튜브를 이용하는 경우, 배기되는 가스의 흐름을 일 방향으로 가이드함으로써 이너 튜브와 아우터 튜브 사이의 잔류 가스나 부산물의 형성을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명은 열 손실, 잔류 가스 및 부산물이 웨이퍼 공정 및 설비에 영향을 미치는 것을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 웨이퍼 공정을 위한 보트가 배치되는 상부의 보트 영역과 단열을 위한 단열 영역으로 내부 공간이 구분되며, 적어도 상기 단열 영역에 배기구가 형성된 이너 튜브; 및
    상기 이너 튜브를 내부에 수용하며, 상기 배기구에 대응하는 배기관이 구성되고, 상기 배기관의 입구는 적어도 일부가 상기 배기구와 마주하도록 형성된 아우터 튜브;를 구비하며,
    상기 배기구 하부의 상기 이너 튜브와 상기 아우터 튜브의 이격된 사이에 적어도 상기 아우터 튜브의 내측면과 이격되도록 구성되는 흐름 억제부가 구성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 흐름 억제부는 상기 이너 튜브의 외측면에 적어도 한 층 이상 형성된 수평의 환형 돌출부들을 포함하고,
    상기 환형 돌출부의 수평 연장된 단부는 상기 아우터 튜브의 내측면과 이격된 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 환형 돌출부는 상기 이너 튜브의 외주면을 따라 일정한 폭을 갖는 단열판(Disk)으로 형성되는 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 흐름 억제부는 복수 층의 상기 환형 돌출부를 포함하며,
    상기 환형 돌출부 사이에 장방형의 채널이 형성된 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 흐름 억제부는 복수 층의 상기 환형 돌출부를 포함하며,
    상기 환형 돌출부 사이에는 곡면의 저면을 갖는 채널이 형성된 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 보트 영역과 상기 단열 영역에 해당하는 복수 개의 배기구가 상기 이너 튜브에 수직으로 일렬로 배열되며,
    한 쌍의 블레이드가 일렬로 배열된 상기 복수 개의 배기구를 중심으로 소정 폭 돌출되며 수직으로 평행하게 형성되는 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 블레이드는 상기 흐름 억제부 상부까지 연장되어 맞닿도록 구성되는 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 흐름 억제부는 상기 이너 튜브의 외측면과 상기 아우터 튜브의 내측면이 각각 이격되게 설치되며, 수직의 벽체를 기준으로 양 면에 복수 층의 환형 돌출부가 각각 형성된 웨이퍼 공정용 수직 리액터.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD955569S1 (en) * 2020-12-09 2022-06-21 Donna Weighill Securing strap for health and safety masks

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