KR900006259B1 - 실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학(photo cvd)장치의 진공시스템 - Google Patents

실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학(photo cvd)장치의 진공시스템 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학(PHOTO CVD)장치의 진공시스템
제1도는 광화학 장치용 진공시스템의 관계통도.
제2도a, b는 광화학 장치용 진공시스템의 평면도 및 정면도.
제3도는 헬륩(He) 누출검사의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 반응조 B : 웨이퍼이송조
C : 카세트탱크 1 : 진공펌프(vacuum pump)
2 : 오일공급연결부(oilfeeding adaptor) 3 : 오일방출연결부(oil drain adaptor)
4 : 솔레노이드밸브(solenoid valve)
5 : 오일압력게이지연결부(oil pressure gauge adaptor)
6 : 티듀서(reducer)
7 : 질소밸레스토시스템(N2 ballast stsystem)
8 : 오일걸름시스템(oil filtration system) 9 : 진공게이지 연결관
10 : 트로틀밸브연결관
11 : 소프트스타트 배기관(soft-start line)
12 : 램프냉각관 13 : 주배기관
14 : 부배기관(power failure line) 15 : 트로틀밸브(throttle valve)
16 : 주진공밸브 17 : 오일걸름필터(oil demist filter)
18 : 진동흡수관(vibration absorber) 19 : 유(U)자형상의 관
20 : 부진공밸브 21 : 트랩(trap)
22 : 압력센서(presure sensor)
23 : 배기벨브제어기(exhaust valve controller)
본 발명은 반도체소자 제조에 필요한 실리콘계 절연막인 이산화규소(SiO3) 및 질화규소(Si3N4)박막을 중착시킬 수 있는 광화학(photo CVD)장치의 진공시스템에 관한것이다.
일반적인 반도체 제조장치에 대한 선행기술은 저압화학장치(LPCVD)외에 다수 있으나 광화학(photo CVD)장치는 아직 없다.
상기 실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학 장치는 자외선램프를 대기압상태로 사용하면 반응가스 분해에 필요한 특수한 파장이 주위의 공기에 의해 흡수되어버리므로 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)의 증착율이 현저히 감소하게 되어 생산수율이 낮아진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 기존 배기장치에서는 자외선 램프의 냉각시 사용하는 불활성가스를 배기시킬 때 배출구에 팬을 사용하지만 근본적인 해결방법이 될 수 없다.
또 공정시 사용하는 진공펌프외에 또 다른 진공펌프를 사용하면 경제적인 비용이 소요된다. 그외에도 배기부의 독성가스 묽힘(dilution)에 대한 대비책이 강구되어야 한다는 전제가 앞서야 하고 공정중에 예기치 못한 정전에 대한 대처방안이 따로 없다.
따라서 본 발명의 목적은 위와같은 근본적인 문제를 획기적으로 개선하기 위하여 진공시스템의 구성방법, 자외선램프(UV lamp)를 진공상태에서 냉각하는 동시에 실리콘계 절연박막을 일정한 증착율로 효과적으로 증착시키기 위한 대책 및 정전시 미반응 유독성가스(SiH4,NH3)의 안전한 배기수단을 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위하여 이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉 제1도는 광화학증착장치에 필수적인 진공시스템의 관계통도이며 제2도는 광화학 장치용 진공시스템의 조립도이다.
실리콘계 절연박막의 증착공정이 실제 수행되는 장치내부에 제1도의 트랩(trap)까지 배관하고 장치 외부에는 트로틀밸브 연결관(10) 다음의 관계통도에 따라 제2도와 같이 조립되었다.
제3도는 헬륩(He) 누출검사의 흐름도이다. 도시된 바와같이 반용조(A)에서 나온 반응가스는 진동흡수관(18)을 지나 병렬로 연결된 U자형상의 관(19)으로 배기된다,
상기 진동흡수관(18)은 배기중에 연결되어 있는 부진공밸브(20)의 작동으로 발생되는 진동 등을 흡수시켜주며 배관시 연결되는 양쪽 구성요소들의 어긋난 정렬(misalignment)을 완화시켜준다. 또 이 파형신축조인트를 사용함으로써 공정시 발생되는 관의 열팽창으로 인한 누설위험을 방지시켜준다.
상기한 U자형상의 관(19)을 사용함으로써 발생되는 이점을 설명하기 위해 진공펌프의 유효 배기속토Seff를 고려한다.
Figure kpo00001
여기에서 Sp는 진공펌프의 배기속도이고 C는 중간매개물들의 연결에 의해 결정되는 전체유량 콘덕턴스(total flow conductance)이며 중간매개물이 직렬인 경우
Figure kpo00002
, 병렬인 경우
Figure kpo00003
로 구해진다.
따라서 유(U)자형상의 관(19)을 병렬로 연결함으로써 전체유량 콘덕턴스가 커져 유효배기 속도를 크게하였다.
초기압력(P1)에서 원하는 최종압력(P2)으로 한정된 부피(V)를 배기하는 시간 T(pump-down time)는 일반적으로
Figure kpo00004
로 표시된다.
따라서 유효배기속도를 크게함으로써 배기하는 시간도 줄일 수 있는 장점이 있다.
부진공밸브(20) 뒤에 위치한 트랩(trap)(21)은 주진공밸브(16)의 개폐작용에 의해 발생되는 급격한 압력변화를 완화시켜주며 공정전후에 내부에 생성되는 먼지를 2μm 이하로 일차 걸러주는 역할을 한다.
한편 반응조에 부착된 압력센서(pressure sensor)(22)의 압력신호가 배기벨브제어기(exhast valve contrl1er)(23)에 전달되며 원하는 공정압력으로 이미 조정된 상기 제어기는 일정한 압력을 유지하기 위해 트로틀밸브(throttle valve)(15)에 전기적 신호를 보내어 관로의 개구면적을 조절함으로써 압력을 조정한다.
주진공밸브(16)는 진공펌프(l)와 반응조(A)를 차단하는 주배기통로이지만 주관보다 지름이 작은 소포트스타트 배기관(11)을 설치하여 최초 진공펌프 가동시 유효배기속도를 적게하였다.
즉 초기압력에서 최종압력으로 일정한 부피를 배기하는 시간을 길게하여 진공펌프(1)의 과부화 방지 및 반응조(A)내의 난류(turbulence)에 의한 먼지생성(particle generation)을 최소화함으로써 반응조내의 오염을 감소시킨다.
아울러 반응조(A)를 저압으로 유지시키는 진공펌프(1)를 통과한 부생성 및 미반응 가스들이 비산된 오일과 함께 배기되므로 오일걸름필터(17)가 필요하다.
이때 배기부분에 응축물이 오일통 내부로 다시 들어가는 것을 막기위해 배기관과 오일걸름필터(17)는 직선으로 연결되어서는 안된다. 펌프오일과 반응가스가 혼합되어 가스가 오일 속에 용해되면 오일이 오염된다.
또한 펌프오일과 진공용기에서 발생된 분말 형태의 응축물이 가스흐름에 의해 동반되어 펌프용기내에서 이차반응에 의해 발생되는 고체미립자와의 혼합에 의해 점성타르가 발생된다.
오일이 오염되어 발생한 점성타르는 펌프용기의 내부를 상하게 하므로 진공펌프(l)를 보호하기 위해 오일걸름시스템(8)이 사용되어야 한다. 실리콘계 절연박막증착에 사용되는 반응가스인 실란(SiH4)은 대기의 산소(02)와 반응하면 쉽게 타기때문에 진공배기라인에 누설이 있는 경우 폭발한다.
따라서 질소(N2)는 유량조절기(regulator)를 지나 한부분은 진공펌프 내부가 질소분위기가 되도록 한다.
또 모든 시스템은 습기를 포함하고 있으며 어떤 공정가스속에도 응축될 수 있는 많은 량의 증기를 포함하고 있다.
이들 증기가 펌프용기내에서 응축되었을 때 증기는 펌프유동액의 윤활과 공기차단을 저하시키고 화학반응을 가속시켜 내벽을 닳게하므로 한부분은 솔레노이드밸브를 통해 베인(vane)이 압축과정일때 펌프용기 내부에 공급되어지도록 한다.
진공배기라인은 어떤 다른 공구없이 조립 및 분해가 쉬우면서도 빠르고 안전하게 하기위해 연결플랜지(short flange)에 센터링 링(centering ring), 오링(o-ring), 클림핑링(clamping ring)으로 구성하여 수리 및 변경이 가능하도록 한다.
부배기판(14)은 반응조(A)와 부진공밸브(20)사이의 유(U)자 형상의 관(19)에 설치하였다. 따라서 공정이 진행하는 도중에 예기치못한 정전(power failure)이 발생하면 반응조(A)속에 이미 존재하는 반응가스를 진공펌프(1)를 거치지 않고 서서히 배기시킴으로써 공정중인 웨이퍼(wafer)을을 손상되지 않게하였다.
또 폭발성이 있는 반응가스가 반응조(A)와 주배기관(13)에 일정한 시간 정체되지 않고 배기됨으로써 인체에 안전함을 보장할 수 있다.
이때 대기압이 역으로 미치지 않게 하기 위해 반드시 역지밸브(check valve)(14a)를 설치해야만 하여 공압밸브(air valve)(14b)는 평상시 열려진 상태(normally open)인 것을 설치해야한다.
한편 주진공밸브(16)와 트로틀밸브(15) 사이에 T자관(12a)을 설치하므로써 단지 하나의 진공점프(1)를 사용하였다.
이렇게함으로써 첫째 자외선램프가 장착된 용기를 진공상태로 할 수 있고 반응가스분해에 필요한 특정한 파장이 그내로 보존되어 증착율이 일정하게 유지된다.
그러나 기존 배기장치에서는 자외선램프의 냉각시 사용하는 불활성가스를 배기시킬때 배출구에 팬(fan)을 사용하거나 공정시 사용하는 진공펌프 이외에 또 다른 진공펌프를 사용하게 되는 단점을 개선할 수 있다.
따라서 상기한 바와같이 주진공밸브(16)와 트로틀밸브(15)사이에 T자관(12a)을 배관시킨 이점을 설명하기 위해 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)의 박막증착 화학반응식에 관해 살펴본다.
Figure kpo00005
여기서 h는 플랑크(Planck)상수, v는 파장이다.
광화학반응은 전자상태의 여기에 의해 일어나게 되는데 이때 자외선광자(photon) 1개가 갖는 에너지는 가스분해에 필요한 활성화에너지보다 커야하고 반응가스가 많은 광자(photon)를 흡수하면 할수록 분해반응이 촉진된다.
실리콘계 절연박막 형성의 경우 실란(SiH4)은 160nm이하, 암모니아(NH3)는 200nm이하, 산화질소(N20)는 240nm이하의 파장영역에서만 각 가스가 직접분해한다.
자외선 램프를 대기압상태로 사용하면 공정에 필요한 특수한 파장이 주위의 공기에 의해 횹수되어 버리므로 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)의 증착율이 현저히 감소하게 되어 수율이 낮아지게 되는 것이다.
둘째, 자외선램프(UV lamp) 자체가 가열되지 않도록 뷸활성가스로 냉각시켜줄 수 있어 램프의 수명을 증가시켜 준다.
셋째, 불활성가스가 주진공밸브(16) 앞에서 배기되므로 미반응 독성가스인 암모니아(NH3)와 폭발성가스인 실란(SiH4)가스들을 묽게함으로써 주배기관에 질소묽힘가스를 따로 공급해줄 필요가 없다.
넷째, 하나의 진공펌프(1)를 사용함으로써 경제적인 이점이 있다. 베리안(varian)사의 938 -41 포타레스트(Porta-Test) 누설점검기로 제3도와 같은 방법으로 헬륩누출검사(helium leak detection)를 한 결과 모든 연결 및 용접부위에서 0-0 6×1O-17std cc/∞c를 얻었다.
따라서 본 발명은 인체에 안전한 진공시스템이다.
헬륩 누출룰이 1std cc/sec라는 것은 0℃,760Torr의 온도, 압력하에서 1초 동안 누설을 통해 바쳐나가는 가스량이 1cc라는 것을 의미한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4) 절연박막을 일정한 증착율로 효과적으로 증착할 수 있고 인체에 안전한 진공시스템을 제공하는 것이다.

Claims (3)

  1. 실리콘계 절연박막인 이산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4) 증착을 위한 광화학 장치에 있어서 반응조(A)에 진공펌프에 의해 발생되는 진동흡수, 배관시 어긋난 정렬완화, 관의 열팽창으로 인한 누설방지를 위한 진동흡수관(18)과 유효배기속도를 크게하여 배기속도를 줄이는 U자형상의 관(19)을 접속하고, 주배기관내 급격한 압력변화의 완화와 생성먼지 걸름역할을 위한 트랩(21)이 설치되고 유효배기속도를 작게하여 초기배지시간을 크게함으로써 진공펌프의 과부하방지 및 반응조(A)내 먼지생성의 최소화를 의한 소프트스타트배기관(11)이 연결되고 부생성 및 미반응가스와 오일비산을 방지하기 위한 오일걸름필터(17) 및 오일오염방지를 위한 오일걸름시스템(8)이 설치되고, 정전시 독성 및 폭발성가스의 즉각적인 배기로 인해 인체에 안전한 부배비관(14)이 설치되고 반응조(A)의 압력센서(22)의 압력신호를 배기밸브제어기(23)에 전달하여 트로틀밸브(15)를 개폐하도록 한 압력조절 수단이 차례로 배일 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학 장치의 진공시스템.
  2. 제l항에 있어서, T관(tee tube)을 트로틀밸브(15) 다음에 위치시켜서 반응가스분해에 필요한 특정한파장보존, 램프의 수명증가, 배기부의 독성가스 묽힘작용 및 경비 절감을 특징으로 하는 실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학 장치의 진공시스템.
  3. 제1항에 있어서, 반응조(A)와 부진공밸브(20) 사이에 부배기간(14)을 설치하여 정전시 공정중인 웨이퍼손상방지 및 독성가스의 즉각적인 배기에 의한 인체에 안전을 보장함을 특징으로 하는 실리콘계 절연박막형성을 위한 광화학 장치의 진공시스템.
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