KR930001897B1 - 광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스분사기 및 배기모듈 - Google Patents
광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스분사기 및 배기모듈 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명의 I형 가스분사기가 설치된 반응로를 나타낸 평면도.
제2도는 본 발명의 T형 가스분사기가 설치된 반응로를 나타낸 평면도.
제3도는 본 발명의 L형 가스분사기가 설치된 반응로를 나타낸 평면도.
제4도는 본 발명의 가스분사기 배기구가 설치된 급속열처리장치의 반응로 단면도.
제5도는 본 발명의 가스분사기가 설치된 광화학 증착장치의 반응로 요구 단면도.
제6도는 본 발명의 배기구를 다수 형성한 상태의 배기모듈 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응로 몸체 12 : 요홈부
20 : 가스분사기 22 : 반응가스 주입구
30 : 배기판 31 : 배기공간
32 : 배기구멍 33 : 배기다기관
본 발명은 광화학 증착 및 급속열처리 장치에 있어서, 반도체 고집적 회로의 제조공정 중 박막을 증착시키는 광화학 증착장치와 이온주입 반도체 기판의 활성화를 할 수 있는 급속열처리 장치에 가스를 공급하고 공정 잔여가스를 배출하기 위한 가스분사기 및 배기모듈에 관한 것이다.
반도체 고집적 회로의 제조공정 중 얇은 절연박막인 산화규소(SiO2)와 질화규소(Si3N4)박막을 비롯한 모든 반도체 관련 박막을 증착시키는 광화학 증착장치에 의한 광화학공정 반응은 현재까지 주로 사용되어온 화학 반응가스를 고온에서 열분해하는 열화학 반응공정 대신에 화학 반응가스를 광에너지가 높은 자외선으로 분해하여 50∼250℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 화학반응을 일으켜 박막이 증착되도록 한 공정이다.
그리고 이와같은 광화학 반응공정을 이용함으로서 고집적회로 제조를 위한 열화학 반응공정시 문제점으로 대두되는 화학반응가스를 고온(500∼900℃)으로 유지할때 발생되는 반응로의 오염이나 불필요한 화합물 생성 또는 이물질의 혼입등을 방지할 수 있다.
또한 급속열처리 공정은 열처리 시간과 온도조절이 용이하고 빠른 텅스텐 할로겐 램프를 이용하여 적외광 에너지를 웨이퍼 표면에 짧은 시간동안 전달하여 열화학 공정에서 발생하는 기판의 온도 영향과 불순물들의 재분포를 최소화시키면서 불순물 이온의 활성화와 재결정화를 동시에 수행하여 고품위의 박막을 얻게 한다.
그러나 상기와 같은 광화학 반응공정과 급속열처리 공정을 고집적 IC 제조에 응용하기 위해서는 물리적 특성이 우수하고 균일한 박막증착과 높은 증착율을 얻기 위한 적절한 공정변수와 구조가 필요하게 된다.
증착된 박막의 증착특성과 전기적, 화학적 특성을 결정하는데는 여러가지의 제요소들이 있지만 그 중에서도 반응가스의 조성비와 유량, 가스압과 가스유속, 증착면의 온도 등의 공정조건과 가스분사구의 크기와 높이, 분사각 등의 기하학적인 조건 등에 따라 달라지며, 이는 특히 고집적화 및 웨이퍼 직경(크기)의 대구경화 추세에 따라 상기와 같은 조건들이 중요한 인자로 작용하게 된다.
이에 따라 본 발명은 반응가스를 적절히 공급하고 공정 잔여가스를 충분히 배출시키도록 한 광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스 분사기 및 배기모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.
제1도와 제2도 및 제3도는 각각 I형과 T형 및 L형의 가스 분사기(20)를 나타낸 것으로 공정의 종류와 특성에 따라 선택적으로 사용하여 각 공정에 따른 최적의 분사조건을 얻을 수 있도록 하였다.
도면에 도시된 질량 유량조절 장치(80)를 반응로 몸체(10)의 뒷부분에 가깝게 설치하여 가스의 작동속도를 높이고 잔류가스의 영향을 최소화시켜 반응가스 주입구(22)를 통하여 일정한 유량으로 들어오는 반응가스는 플랜지(23)와 플랜지 고정구(24) 및 어댑터(25)에 의해 반응로 몸체(10)의 뒷벽 요홈부(12)에 고정되어 있는 가스분사기(20)로 공급되도록 하고, 반응로 내부(11)의 뒷쪽에 위치하는 석영제 가스분사기(20)는 석영제의 3-pin 웨이퍼 지지대(50)의 상면에 지지되는 웨이퍼(40)의 윗면보다 일정한 높이만큼 위쪽에 중심위치가 오도록 설치하면서 직경 1㎜정도의 크기로 다수 뚫린 가스분사 구멍(21)을 수평면에서 위쪽 방향으로 일정한 각도를 갖도록 하여 공정가스가 웨이퍼 윗면과 상측 적외 광투과창(60) 사이로 분사되어 층류유동을 이루도록 하고, 상·하측의 적외광 투과창(60), (61)과 양극 산화된 알루미늄판 또는 스테인레스스틸로 된 반응로 몸체(10)를 O-ring과 플랜지로 조합하는 반응로의 내부(11)에서 상측 적외광 투과창(60)에 부딪친 후 웨이퍼(40)의 상면에 층류유동으로 균일하게 흐르고 공정을 수행한 후의 공정잔여 가스는 반응로 내부(11)의 앞부분에 위치한 배기판(30)에 배기공간(31)을 거치고 내부의 배기구멍(32)과 플랜지로 연결된 외부의 배기다기관(33)을 통하여 진공펌프(90)로 보내져 배출되도록 한 것이다.
여기서 플랜지(23)와 플랜지 고정구(24) 및 어댑퍼(25)로 체결하여 분리착탈이 용이하여 세정 및 교환이 용이하도록 한 가스분사기(20)는 석영관으로 제작되어 적외광에너지에 대해 광학적으로 거의 투명하므로 급속한 가열, 냉각이 반복되는 공정에 견딜 수 있고, 또 반응로를 오염시키지 않는다.
그리고 가스분사기(20)의 가스분사 구멍(21)은 직경 1㎜ 정도의 일정 지름 일정 또는 다른 간격으로 배치되며, 레이저 가공기를 이용하여 정확한 원형이 일직선상으로 정확히 유지되도록 하였다.
그리고 제5도는 광화학 증착장치에 가스분사기가 설치된 상태를 나타낸 것으로, 반응로 몸체(10)와 하측의 적외광 투과창(61)과 상측의 자외광 투과창(70) 및 가스분리창(71)에 의해 반응로 내부(11)가 구성되도록 한 상태에서 석영제 3-pin과 중앙이 천공된 석영판의 조합으로 된 웨이퍼 지지대(50)에 지지되는 웨이퍼(40)보다 약간 높은 반응로 몸체(10)의 뒷벽 요홈부(12)에 내설된 가스분사기(20)의 가스분사 구멍(21)을 통하여 분사되는 공정가스는 수많은 구멍이 뚫린 합성석영제 가스분리창(71)의 하측에서, 자외광 투광창(70)에 공정가스가 확산되어 증착물이 부착되는 것을 방지하기 위하여 유입되는 불활성 기체인 아르곤 가스(Ar)의 운동량에 의해 웨이퍼(40)의 상면 얇은 속도경계층(boundary layer)을 가지는 층류유동 형태로 흐르게 된다.
그러므로 본 발명의 가스분사기 및 배기모듈에 의하면 웨이퍼 지지대(50)의 상면에 지지되는 웨이퍼(40)의 위치 보다 약간 높은 위치의 반응로 몸체(10)의 요홈부(12)에 내설된 가스분사기(20)에서는 질량 유량조절 장치에 의해 일정한 유량과 속도를 반응 가스 주입구(22)를 통하여 공급되는 공정가스를 일정각도 상향으로 경사지게 원형으로 뚫린 가스분사 구멍(21)으로 균일하게 분사하고 상향으로 분사된 공정가스가 광화학증착장치(제5도)의 경우에는 다른 목적으로 주입되는 불활성 아르곤 가스의 운동량에 의해 웨이퍼(40)의 상면에 균일한 층류유동 형태로 흐르게 되는 한편, 급속열처리 반응로(제4도)의 경우에는 상측 적외광 투과창(60)에 반사되면서 웨이퍼(40)의 상면에 균일한 흐름이 보장되도록 한다.
그리고 공정후의 공정잔여 가스는 반응로 몸체(10)의 앞쪽에 위치하고 가스분사 구멍(21)과 대향되는 위치에 슬롯(slot) 홈형상으로 천공된 배기판(30)의 배기공간(31)을 통과한 다음에 내부의 배기구멍(32)과 진공펌프(90)가 장치된 외부의 배기다기관(33)을 통하여 외부로 완전히 배출시키도록 한 것이다.
또한, 가스분사기(20)에 형성된 다수의 작은 가스분사구멍(21)을 통하여 공정가스를 공급하되, 질량 유량 조절 장치에 의해 유량 제어상 발생되는 시간에 따른 유량의 변동, 또는 초기에 가스를 반응기 내로 유입시킬때 질량 유량조절 장치 부근에 차있던 가스가 정확하게 유량이 제어된 가스와 함께 혼입되도록 하여 유량의 변환등의 맥동현상에 의하여 발생하는 박막의 조직 및 물성변화를 최소화시킬 수 있고, 초기의 반응로를 진공배기시 웨이퍼 지지대(50)위의 웨이퍼(40)가 요동 또는 탈착하는 현상을 방지할 수 있다.
그리고 박막의 증착균일도는 웨이퍼 표면상의 공정가스의 속도 벡터(vector)에 가장 큰 영향을 받고 이 속도벡터는 가스분사기 및 배기모듈의 위치에 크게 영향을 받으므로 가스분사기(20)의 가스 분사구멍(21)과 대향되게 배기공간(31)을 통하여 배기가스의 균일하게 통과하도록 배기판(30)의 사이에 매니폴트(manifold) 기능의 배기구멍(32)을 형성하였다.
그러므로 가스분사 및 배기시에 반응로 내부(11)에서 가스의 정체나 큰 와류현상(vortex flow)이 없는 반응가스의 흐름을 보장할 수 있다.
따라서 본 발명은 고집적 반도체의 얇은 절연막이나 그외 반도체 관련 박막의 증착 및 이온주입 반도체 기판의 활성화 공정용 등의 장치에 응용되어 증착 및 열처리시 공정 균일도를 향상시킬 수 있어, 양호한 박막특성을 얻을 수 있음은 물론, 고온공정시 발생하는 웨이퍼상의 슬립을 억제할 수 있어 실리콘계 반도체 뿐만 아니라 갈륨비소 반도체 제조장치용 급속열처리 장치 또는 광화학 증착장치의 구성모듈로 사용할 수 있다.
또 배기판(30)상에 기판 입출입 플랜지(100)를 부착할 수 있어 이를 공기실린더 등으로 개폐하면 기판의 자동 입출입이 가능한 장점이 있다.
Claims (3)
- 반도체소자 제조 목적의 급속열처리 또는 광화학 증착용의 장치에 있어서, 양극산화된 알루미늄이나 스테인레스 스틸로 된 반응로(10)의 뒤쪽에 요홈부(12)를 설치한 후 이 위치에 석영제 원형의 여러가지 형상의 가스분사기(20)를 플랜지(24)와 어댑터(23, 25)로 반응로에 부착하여 내삽하고 공정가스는 상향으로 경사각을 이루어 원형으로 다수개 천공된 가스분사구멍(21)을 통해 주입되는 형태로 된 가스분사기(20)와, 공정잔여가스를 앞의 가스분사구멍(21)과 대향위치의 반응로 몸체(10) 앞쪽에 플랜지 형태로 부착되는 배기판(30)에 일정 깊이의 슬롯형상으로 배기공간(31)을 만들고 그 아래쪽에 3개의 배기구멍(32)을 뚫어 배기다기관(33)과 연결된 형태로 된 배기모듈을 통해 배기하는 구조로 된 광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스분사기 및 배기모듈.
- 제1항에 있어서, 가스분사기(20)가 기판(40)보다 높은 위치의 반응로 몸체(10) 앞쪽 요홈부(12)에 완전히 내설되어 공정 가스가 분사구멍(21)을 통해 상방으로 분사되어 투광창(60, 71)과 기판(40)사이에서 층류유동을 이루도록 되어 있고, 또 분사기(20) 내부의 공정가스가 적외광에 의한 열분해 또는 자외광에 의한 광분해 반응로부터 보호될 수 있어 분사구멍(21)이 막히는 것을 억제할 수 있는 구조로 된 광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스분사기 및 배기모듈.
- 제1항에 있어서, 반응로 몸체(10) 앞쪽에 위치한 배기모듈의 배기판(30)상에 기판입출입 플랜지(100)를 부착할 수 있어 이를 공기실린더 등으로 개폐하면 기판의 자동입출입이 가능한 장점을 가지는 광화학 증착 및 급속열처리 장치용 가스 분사기 및 배기모듈.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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