KR920008039B1 - 급속 열처리장치용 진공시스템 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

급속 열처리장치용 진공시스템
제1도는 본 발명 급속 열처리 진공시스템을 나타내는 계통도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응로 2 : 진공플랜지
3 : 진동흡수관 A 4 : 다기관
5 : 파티클트랩 6 : 진공계 I
7 : 압력지시기 A 8 : 트로틀 밸브
9 : 트로틀밸브 제어기 10a : 공압밸브 A
11 : 진공밸브 12 : 부진공관
13 : 주진공관 14 : 정전시 배기관
15 : 진공펌프 16a : 역지밸브 A
16b : 역지밸브 B 17 : 진공계 II
18 : 압력지시기 B 19 : 루트블로워 밸브
20 : 회전펌프 21 : 오일여과 시스템
22 : 모터 23 : 오일여과 필터
24 : 오일압력계 25 : 질소 발라스트 시스템
26 : 유량계 27 : 솔레노이드 밸브
28 : 오일비산 방지필터 29a : 수동밸브 A
29b : 수동밸브 B 30 : 주배기관
31 : 마게 32 : 스크러버(Scrubber)
33 : 배출구(drain)
본 발명은 반도체소자 제조공정에 있어 널리 사용되고 있는 급속 열처리장치(RTP)에 관한 것으로, 특히 기판의 오염방지와 청정을 위해 반응로를 진공상태로 유지하고 또한 제조공정에서 발생되는 유동한 생성물들을 안전하게 배기시키기 위한 급속 열처리 장치용 진공시스템에 관한 것이다.
반도체소자 제조공정에 있어 급속 열처리공정은 그 개념이 종래의 활성화, 열처리등의 단순한 응용에서부터 화학증착(CVD) 기능을 추가하여 에피텍시나 금속 박막을 증착하거나 급속한 온도변화 능력으로 반응을 제어하여 초격자등의 다층박막을 성장시키는 급속 열화학증착(RTCVD)과 급속 열처리와 급속 열화학증착을 연속적으로 수행하는 복합공정으로의 활용이 시도되고 있다. 이러한 반도체소자 제조공정중 이온주입 기판이나 금속 박막의 활성화 및 열처리, 실리사이드 및 절연박막을 형성하는 과정에서 다양한 용도로 널리 사용되는 급속 열처리 장치는 우선 반응로의 오염 및 이물질의 혼입을 최소화하여 기판의 오염방지와 청정을 위해 반응로를 진공상태로 유지해야 되며, 제조공정상 발생되는 유독한 생성물을 안전하게 배기시켜야 되고, 또한 급속하게 반응로의 분위기를 교체할 수 있는 고성능의 진공시스템이 필수적으로 부가되어야만 한다.
상기와 같은 요구조건등을 최대한 수용하기 위하여 본 발명에서는 반응로를 일정한 저압상태로 하기 위한 진공배기계 부분과 규정된 공정압력을 일정하게 유지시키기 위한 압력제어계의 두 모듈로 구성되어 각각의 모듈이 최적의 성능을 발휘하도록 하므로서 상기와 같은 다양한 공정들을 수행할 수 있는 급속 열처리장치용 진공시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명 급속 열처리장치용 진공시스템의 전체구조를 나타낸 관계통도로서 본 발명 실시예에 따라 설명하면 도시된 바와같이 공정에 필요한 기판인 반도체 웨이퍼는 대기압이나 로드록(load lock) 상태에서 반응로(1)에 이송되고 공정의 순서에 따라서 진행된다. 이때 제조공정상 발생되는 공정가스나 반응생성물들은 반응로(1)의 진공플랜지(2)에 부착된 다수의 진공흡수관 A(3a)을 통해 배기된다. 상기 진동흡수관 A(3a)은 배기라인중에 연결되어 있는 진공펌프 및 밸브들의 개폐동작으로 인해 야기되는 기계적 진동을 흡수하여 배관시 부품들 위 정렬를 올바로 하게한다.
그리고 다수의 진동흡수관 A(3a)들을 병렬로 사용함으로서 반응로(1)내의 공정가스의 흐름을 층류상태로 할 수 있고 또 진공계의 유효배기속도가 커지고 배기하는 시간도 감소할 수 있는 잇점이 있다. 즉, 병렬 연결시의 컨덕턴스(Conductance)식
Figure kpo00001
(n은 중간의 연결부품의 수)에서 총체적인 유량 컨덕턴스(Ct)가 켜져 진공펌프에 의한 유효배기속도(Seff)는
Figure kpo00002
식에서 증가된다. 여기에서 Sp는 진공펌프 고유의 배기속도이다. 따라서 반응로(1)내의 초기압력(P1)에서 원하는 압력(P2)으로의 조절시간 즉 반응로의 체적만큼을 배기시키는 시간(t)은
Figure kpo00003
의 식에 의해 감소된다. 디기판(4)에 연결된 파티클트랩(5)은 공정전후 발생되는 입자형태의 반응생성물을 수 ㎛이하로 걸러주고 진공시스템 작동시의 급격한 압력변화와 오일의 열류를 방지시켜 준다.
한편 반응로(1)를 항상 일정 공정압력으로 유지시키는 압력제어계는 진공계 I(6), 압력지시기 A(7), 트로틀 밸브(8), 트로틀밸브 제어기(9)로 구성되며, 반응로에 부착된 진공계 I(6)의 압력은 압력지시기 A(7)에 의해 전기적 신호로 변환되어 트로틀밸브 제어기(9)로 보내져 여기에서 트로틀 밸브(8)의 개폐면적이 변화되도록 신호를 보냄으로서 궤환제어(feed back control)를 완성하게 된다. 그리고 진공계 I(6)의 센서부위인 다이아프램(diaphram)이 반응로내의 급격한 압력 변화에 파손되지 않도록 공압밸브 A(10a)를 설치하였다. 트로틀 밸브(8) 다음에 설치된 진공밸브(11)는 반응로(1)와 진공펌프(15) 사이를 차단하며 그 이전에 공압밸브 B(10b)가 설치된 지름이 작은 부진공관(12)을 접속하여 주진공관(13)에 바이패스(bypass)시킴으로써 초기의 진공시스템 가동시 소프트 스타트(Sofl Start)가 가능하도록 하였다.
즉 위와같은 구성으로서 초기압력에서 원하는 압력으로 일정한 부피를 배기하는 시간을 길게하여 진공펌프(15)의 과부하 방지 및 반응로(1)내의 난류에 의한 입자생성을 최소로 할 수 있다. 트로틀 밸브(8)와 진공밸브(11) 사이에서 분기된 정전시 배기관(14)은 공정이 진행되는 도중에 예기치못한 정전(Power Failure)이 발생된 경우, 반응로속에 존재하는 공정가스를 진공펌프(15)를 거치지 않고 서서히 배기시킴으로서 반응로(1)내의 웨이퍼를 손상되지 않게 하고 또 작업자에게 안전을 보장할 수 있게 한다. 이때 정전시 배기관(14)에 연결된 공압밸브 C(10c)는 정전시 열려지는 상태의 것이어야만 되고 배기부의 압력이 반응로(1)에 역으로 미치지 않게 하기 위해서 반드시 역지밸브 A(16a)를 설치해야만 한다.
그리고 진공펌프(15) 윗부분에 설치된 진공계 II(17)와 압력지시기 B(18)를 이용하면 공정전후에 반응로 및 진공시스템의 누설 점검이 가능하다. 진공펌프(15)는 루트블로워 밸브(19)와 회전펌프(20)를 2단으로 직렬연결되어 구성된 것으로 최종압력(Ultimate Vacuum)이 매우 낮은 상태에까지 도달할 수 있게 하며 두 펌프의 기계적 진동은 진동흡수관 B(3b)에 의해 서로 격리된다. 진공펌프(15)로 들어간 반응생성물 및 미반응 공정가스들은 유회전 펌프내에서 장시간에 걸쳐 반응하여 오일을 점성다르형태로 만들어 펌프내부를 상하게 하므로 이를 방지하기 위하여 펌프오일을 순환시키는 모터(22)와 오일여과 필터(23), 오일압력계(24)들로 구성된 오일여과 시스템(21)을 설치하였다. 그리고 누설등이 있을때 공정가스들이 대기와 접촉하여 반응을 일으키지 않도록 유량계 (26)를 통해 질소를 주입하여 회전펌프(20) 내부가 불황성 분위기를 유지하도록 하였다.
그런데 모든 진공장치들은 대기에 노출될 수 있으며 자체의 재질이나 공정가스에도 습기를 포함하고 있다. 이와같은 습기가 회전펌프(20) 내부에 응축되면 오일의 윤활과 공기차단 능력을 저하시킬 뿐만아니라 화학반응으로 인해 펌프내벽을 부식 또는 연마하게 된다. 이 현상을 억제하기 위하여 유량계(26)와 솔레노이드 밸브(27)로서 구성된 질소 발라스트 시스템(25)을 도입하여 회전펌프(20)의 베인(Vane)이 압축 과정일때 펌프내부로 질소가 공급되도록 하였다. 회전펌프(20) 작동시 비산된 펌프오일은 반응 부생성물 및 미반응 공정가스들과 함께 외부로 배기되므로 오일비산 방지필터(28)가 필요하다. 이때 오일비산 방지필터(28)와 회전펌프(20)를 일직선으로 연결하면 반응가스와 혼합된 오일이 진공펌프(15) 내부로 유입할 수 있으므로 엘보우관(elbow)등을 이용하여 접속하고, 유지, 보수시는 필터에 부착된 수동밸브 A(29a)를 이용한다.
각 경우에 따라 주진공관(13), 부진공관(12), 정전시 배기관(14)을 지난 공정가스들은 모두 주배기관(30)을 통해 스크러버(Scrubber)(32)등으로 배출된다. 주배기관(30) 하단에는 마게(31)를 씌우고 수동밸브 B(29b)를 접속하여 관 내부에 응축물들이 고이면 제거할 수 있게 하였다. 그리고 상기 진공배기관들의 연결부는 플랜지와 센터링 링(Centering ring), 오-링(O-ring), 클램핑 링(Clamping ring)으로 구성되어 있어 수동으로 간편하게 분해 및 조립할 수 있다.
이상의 실시에서와 같이 본 발명에서 제안한 급속 열처리 장치용 진공시스템은 진공배기계와 압력제어계의 2개의 모듈로 구성되고 이에 각종의 안전장치가 부착되어 있으므로 반응로 분위기의 급속한 진공상태로의 교체 및 정확한 공정압력의 유지 그리고 제조공정중 열처리, 활성화 및 절연박막을 형성할 수 있는 급속 열처리장치, 급속한 온도변화로서 반응을 제어하여 실리콘이나 갈륨아세나이드(GaAs)의 에피텍시 및 다층박막의 증착이 가능한 급속 열화학증착장치 또 상기 공정들을 연속적으로 수행하는 복합공정용 장치의 진공시스템으로 사용될 수 있는 장점을 제공해 줄수있다.

Claims (7)

  1. 반도체 제조공정의 급속 열처리장치 및 급속 열화학증착장치에 있어서 공정상 요구되는 반응로(1)의 저압상태 유지 및 급속한 분위기를 교체할 수 있도록 진공펌프(15), 진공밸브(11), 주진공관(13), 부진공관(12), 트로틀 밸브(8), 정전시 배기관(14) 및 주배기관(30)등으로 구성된 진공배기계 부분과 진공계 I(6), 압력지시기 A(7)와 진공계 II(17), 압력지시기 B(18) 및 트로틀밸브 제어기(9)등으로 구성된 압력제어계의 두 모듈로 구성된 급속 열처리장치용 진공시스템.
  2. 제1항에 있어서, 반응로(1)로부터의 배기라인은 기계적 진동흡수 및 진공계에의 공정가스가 원활하게 배기되도록 다수의 진동흡수관 A(3)를 병렬로 연결하며 이를 다시 다기관(4)에 의해 모아져 공정상의 생성입자 여과와 반응로내 급격한 압력변화 및 오일역류를 방지해주는 파티클트랩(5)에 연결되어 구성됨을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
  3. 제1항에 있어서, 압력제어계는 반응로(1)에 부착된 진공계 I(6)의 압력이 압력지시기 A(7)에 의해서 전기적 신호로 변환되어 트로틀밸브 제어기(9)로 보내지면, 이 트로틀밸브 제어기(9)가 주진공관(13) 라인의 트로틀 밸브(8)의 개폐면적을 조절하도록 하여 반응로(1)내는 항상 일정한 공정압력이 유지되도록 하는 궤환제어(feed back control)가 됨을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
  4. 제1항에 있어서, 진공밸브(11)는 트로틀 밸브(8) 다음에 설치되어 반응로(1)와 진공펌프(15) 사이를 차단하며 그 이저너에 공압밸브 B(10b)가 설치된 부진공관(12)이 설치되어 주진공관(13)에 바이패스(bypass)시켜 줌으로서 최초 진공시스템 가동시 진공펌프(15)의 과부하 방지 및 반응로(1)내의 난류에 의한 입자생성이 억제되도록 함을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
  5. 제1항에 있어서, 공압밸브 C(16c) 및 역지밸브 A(16a)가 설치된 정전시 배기관(14)은 공정상 예기치못한 정전(power failure)발생시 반응로(1)속의 공정가스를 진공펌프(15)를 거치지 않고 주배기관(30)으로 직접 배출되도록 하므로서 반응로(1)내의 웨이퍼손상 방지 및 작업 안전을 꾀하도록 함을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
  6. 제1항에 있어서, 진공계 II(17) 및 압력지시기 B(18)가 진공밸브(11)와 진공펌프(15) 사이에 설치되어 공정 전, 후의 반응로(1) 및 진공시스템에서의 가스누출 점검이 가능하도록 함을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
  7. 제1항에 있어서, 진공펌프(15)를 구성하는 회전펌프(20)에는 오일여과 필터(23), 모터(22)로 구성된 오일여과 시스템(21)과, 유량계(26), 역지밸브(16b), 솔레노이드 밸브(27)로 구성된 질소 발라스트 시스템(25)을 구비하며, 회전펌프(20)의 입, 출구 양단에는 기계적 진동흡수를 위한 진동흡수관 B(3b) 및 진동흡수관 C(3c)를 구비함을 특징으로 하는 급속 열처리장치용 진공시스템.
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