KR920004963B1 - 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 본 발명에 의한 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계를 나타낸 관계통도.
제 2 도는 본 발명에서의 유독가스 라인의 관계통도.
제 3 도는 전원 차단시의 가스공급계 상태를 나타내는 관계통도.
제 4 도는 알곤(Ar)가스의 용도를 나타내는 반응기(A)의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 2, 3 : 주판 4 : 분지관
5, 7, 8, 12 : 공압밸브 6 : 질량유량 조절기(MFC)
23 : 벨로우즈 9, 15, 17 : 수동밸브
10 : 벌크해드 유니언 11, 14, 20 : 역지밸브
13 : 질소유입라인 16 : 바이패스 라인
18 : 평상시 열린 상태(N, O)의 공압밸브 19 : 개폐 및 유량조절 겸용의 수동밸브
21 : 압력스위치 22 : 솔레노이드 밸브(3변 2방향)
23 : 벨로오즈 24 : 여분라인 연결단
25 : 자외광 투과창 26 : 가스주입창
27 : 가스 주입공간 28 : 기판
본 발명은 반도체 소자 제작시 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)기판상에, 실리콘계 절연박막인 이산화규소(SiO2) 및 옥시나이트라이드(SiOXNy) 박막을 광화학 반응을 이용하여 증착시키는 광화학 증착장치(Photo Chemical Vapor deposition)를 구성하는 여러 모듈중, 원료 및 분위기 가스인 실란(SiH4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 암모니아(NH3), 질소(N2), 알곤(Ar)가스를 실제 증착의 화학반응이 발생하는 곳인 반응로까지 원하는 유량으로 안전하게 수송하는 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스 공급계에 관한 것이다. 광화학 증착법은 반응가스를 가스공급계를 통해 반응기로 전달하고 여기에서 자외광등의 광에너지를 이용하여 50-250℃ 정도의 낮은 온도에서 화학반응을 유발시켜 기판상에 고체물질를 증착시키는 방법이다.
그런데 이때 반응에 소요되는 공정가스들을 광의 흡수파장이 각기 다르므로 낮은 광에너지에서도 쉽게 분해하는 가스를 선택하여 광의 효율을 개선할 필요가 있다.
또 이 공정가스들은 대부분 유독성, 가연성, 부식성 등의 성질을 지니고 있기 때문에 가스공급계의 구성시 적절한 안전대책을 구비하지 않으면 안된다.
일반적으로 반도체 공정중 증착, 식각 등의 용도로 사용되는 반도체 제조장치에서는 증착대상 물질에 따라 원료가스들의 종류가 상이하다.
또 대부분의 원료가스들이 공기중에 유출시 유해한 반응이 일어나는 유독성 가스들이어서 안전을 위해서 가스들의 종류에 따라 그 가스공급 시스템의 구성이 달라진다. 특히 공급유량의 변동에 따라 증착박막의 두께가 미세하게 변화하기 때문에 원료가스의 정확한 유량제어 및 공정순서를 자동적으로 조절하는 시킨 제어가 가능하여야 하며, 또 가스공급 시스템 구성부품을 교체한 후 관내에 공기가 남아 있으면 원료가스와 반응하여 질량유량 조절기(제 2 도 : 6)가 막히는 경우가 종종 발생하므로 유지보수를 위한 대책이 구비되어야 한다.
이외에 종래의 광화학 증착장치(Tylan사 :PVD1000)에서는 증착의 에너지원인 자외광이 반응로에 부착된 자외선 투과창을 통해 유입되나 반응로내에서 원료가스가 투과창으로 확산되므로 투과창에 박막의 증착이 발생하여 공정시간에 따라 기판상에 도달하는 자외선의 강도는 점점 저하되어감과 함께 실리콘이나 칼륨 비소 기관(제 4 도 : 28)상의 단위시간당 증착량도 감소하는 등의 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 제 1 도와 같이 가스공급계를 구성하고 있으며, 이를 이하 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이 질소(N2), 암모니아(NH3), 산화질소(N2O), 실란(SiH4)라인은 주관(1)에 접속되어 공압밸브(5)를 거치고, 알곤(Ar)과 산소(O2)라인은 질량유량 조절기(6), 공압밸브(7), (8)을 통하여 주관(2), (3)을 거쳐 벨로우즈(23)에 접속된 반응기로 연결되도록 한 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계에 있어서, 상기 질소, 암모니아, 산화질소, 실란라인에는 수동밸브(9), 벌크헤드 유니언(10), 역지밸브(11) 및 공압밸브(12)를 설치하여 질량유량 조절기(6) 전단에 접속하되, 상기 암모니아, 산화질소, 실란라인에는 상기 질소라인으로부터 질소를 유입하는 분지관(13), 역지밸브(14), 수동밸브(15)를 설치함과 아울러 암모니아, 실란라인에는 바이패스 라인(16)과 수동밸브(17)을 설치하고, 상기 질소라인의 분지관(4)에는 평상시 열린 상태의 공압밸브(18)과 개폐 및 유량조절 겸용의 수동밸브(19)를 설치하여 역지밸브(20)를 통해 주관(1)에 접속되어 있으며, 상기 질소 및 공기(air)라인에는 압력스위치(21)을 설치하고, 또 공기라인 상에는 3변 2방향의 솔레노이드 밸브(22)를 설치하여 상기 각각의 공압밸브에 접속하게 한 것으로, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
제 1 도에 도시한 관계통도에서는 다음과 같은 총체적인 화학반응식이 이용된다.
여기에서, hv는 광에너지(자외광)이다.
따라서 실란, 산화질소, 산소, 암모니아가 증착물질의 공급원으로서 사용되고, 반응기를 세척하거나 공정가스를 희석 또는 질량전달을 증진하기 위하여 질소, 알곤이 사용된다. 특히, 불활성 가스인 알곤은 제 4 도에 도시한 바와 같이 자외광 투과창(25)에의 박막증착을 억제하기 위하여 그 하부의 망사형(mesh)의 구멍이 뚫린 가스주입창(26) 사이의 공간(27)에 주입함으로써 반응기로부터의 자외광 투과창에로의 반응가스의 확산을 방지할 수 있다.
위의 가스들은 주관(1), (2), (3)을 통하고 공압밸브(5), (6), (7) 부위를 거쳐 특정 공정에 따라 벨로우즈(23)에 접속된 반응기로 전달된다.
그리고 공기는 3변 2방향의 솔레노이드 밸브(22)를 통해 질량유량조절기(6)의 앞 또는 뒤에 위치한 공압밸브의 실린더에 공급되므로, 이로서 각 가스의 주입시간을 조절, 시컨스 제어를 할 수 있다.
또, 질소 및 공기라인에는 공급압력을 감지하기 위하여 압력스위치(21)이 설치되어 있으므로 안전장치와 연동시킬 수 있고, 실란라인에는 역류방지를 위해, 그리고 질소라인의 경우에는 유틸리티(utility)에로의 공정가스의 혼입을 방지하기 위해 역지밸브(11)을 설치하고 있다.
그리고 여분라인을 연결할 수 있는 연결단(24)는 반응기를 건식식각 할 경우 공정가스의 공급처로도 이용할 수 있다. 가스공급계 전체를 유지, 보수하고자 할 때는 수동밸브(9)를 차단하고 벌크헤드 유니언(10)양단을 분리하면 장치가 전체 기기에서 완전히 격리되므로 간편하게 유지, 보수할 수 있다.
한편, 제 2 도는 본 발명의 암모니아와 실란라인의 관계통로로서, 질량유량 조절기(6)를 보수하려면 수동밸브(15), (17) 및 공압밸브(12)를 열어 잔류된 반응가스를 질소로 희석시키면서 바이패스 라인(16)을 통해 완전히 배기시킨 후 질량유량 조절기를 분리하여 보수할 수 있다.
이대 질소와 잔류가스가 순간적으로 완전히 혼합된다고 가정하면, 질소 유입시간은 다음 식으로 결정할 수 있다.
여기에서, t : 질소유입시간
Vp : 세척부위의 체적
Q : 질소가스의 유량
Co : 초기의 반응가스의 농도
Ct : t시간 후의 반응가스 농도
아울러 제 3 도의 상기 질소라인의 분지관(4)에는 평상시 열린 상태의 공압밸브(18)와 개폐 및 유량조절겸용의 수동밸브(19)를 설치하고 역지밸브(20)를 통해 주관(1)에 접속된다.
이것은 공정중 전원이 차단될 경우 제 3 도와 같이 질소의 분지관(4)에 위치한 공압밸브(18)(평상시 열린 상태 N, O)를 제외한 모든 공압밸브가 차단되고 상기 공압밸브(18)를 통해서만 질소가 분지관(4)를 따라 메인파이프(1)를 거쳐 반응기로 유입되므로써 반응가스를 배기제로 강제 배출시킨다. 이때 가스공급계에 차있던 잔류가스는 공압밸브(5), (7), (8)가 닫히게 되므로 외부와 격리되어 안전한 상태로 유지된다. 그런데 반응기에 구동부위가 부착되어 있거나 반응기의 밀봉을 진공과 대기압과의 압력차만을 이용하는 경우 상기의 정전시 대책으로 인해 배기계 이외의 부분으로 유독가스를 누설될 가능성이 있다.
이때는 공압밸브(18) 뒤쪽에 위치한 개폐 및 유량조절겸용의 수동식밸브(19)를 미리 차단시켜 놓으면 전원이 차단되기 전의 상태로 유지된다.
한편 상술한 질소 및 공기라인에는 공급압력을 감지하기 위하여 압력스위치(21)가 설치되어 별도의 안전장치와 연동시킬 수 있다.
또, 공기라인에는 3변 2방향의 솔레노이드 밸브(22)를 설치하여 이것을 통해 질량유량 조절기(6)의 앞 또는 뒤에 위치한 공압밸브의 실린더에 공급되므로 각 가스의 주입시간을 조절하여 시컨스 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
그리고 여분라인을 연결할 수 있는 메인파이프(1)의 연결단(24)은 반응기를 건식식각할 경우 공정가스의 공급처로 이용될 수 있다.
이상의 실시예에 의하면 본 발명의 반도체 소자 제작시 실리콘계 절연박막을 형성하기 위한 광화학 증착장치용 가스공급계를 질소, 암모니아, 산화질소, 실란, 알곤, 산소를 공정가스로 그리고 공기를 시컨스 제어용으로 사용하여 제 1 도에 도시하고 있는 바와 같이 구성함으로써 박막을 정확하고 안전하게 설정시킬 수 있는 방법을 제공하고, 특히 암모니아, 산화질소, 실란라인 상에 질소유입 라인, 바이패스 라인, 역지밸브등을 설치하여 질량유량 조절기의 유지와 보수를 간편화시키고 안전대책을 구비하게 하고 있다. 또, 질소라인에는 공압밸브(평상시 열린상태)와 개폐 및 유량조절겸용의 수동밸브를 설치하여 주관의 끝단에 공압밸브들을 위치시킴으로써 전원차단시 반응기가 자동으로 세척되고 잔류가스가 반응기와 격리되도록 안전대책을 구비할 수 있는 장점을 제공해 줄 수 있다.
Claims (2)
- 질소, 암모니아, 산화질소, 실란(SiH4) 라인이 접속되어 반응기로 연결되도록 한 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계에있어서, 상기 질소, 암모니아, 산화질소, 실란라인에는 수동밸브(9), 벌크헤드 유니온(10), 역지밸브(11), 공압밸브(12)순으로 설치하고 질량유량 조절기(6)의 전단에 집속하여 주관(1)과 공압밸브(5)와 벨로우즈(23)에 설치되는 각기 동일한 구성을 갖되, 상기 질소라인에서 실란라인에 연결되는 질소유입 라인(13)을 구비하고 상기 질소유입 라인(13)상에서 역지밸브(14)와 수동밸브(15)가 상기 암모니아, 산화질소, 실란라인에 접속됨과 ; 수동 밸브(9)와 벌크헤드 유니온(10), 솔레노이드 밸브(22) 공압밸브가 설치되는 공기라인을 구성한 것을 특징으로 하는 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계.
- 제 1 항에 있어서, 상기 질소라인은 역지밸브(11)와 공압밸브(12)사이에 공압밸브(18), 수동밸브(19), 역지밸브(20)가 설치되어 주관(1)에 연결되는 분기관(4)를 구성한 것을 특징으로 하는 실리콘계 절연박막 형성을 위한 광화학 증착장치용 가스공급계.
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