JP6200092B2 - ヒーター部材及びそれを有する基板処理装置 - Google Patents

ヒーター部材及びそれを有する基板処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置に関し、特にヒーター部材を有する基板処理装置に関する。
半導体素子を製造する蒸着過程に蒸着膜質の形成度（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ）を改善するために原子層の蒸着方式が導入されている。原子層の蒸着方式は、原子層程度の厚さに蒸着する単位反応サイクル（ｃｙｃｌｅ）を反複して望む厚さに蒸着層を形成する過程で、原子層の蒸着方式は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）又はスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）の方式に比べて蒸着の速度が非常に遅く、望む厚さに膜を成長させるために長い時間が所要されて生産性が低下される。
特に、基板が置かれるサセプタの温度の均一度は、基板に蒸着される薄膜の厚さに対する均一度を左右する最も大きい要因の中で１つである。しかし、サセプタの基板の数量増加及び熱損失によるエッジ部の温度低下の現象が発生される。また、工程ガスの浸透によるヒーターの腐蝕及び酸化膜の蒸着によるヒーターの性能低下が発生される。
本発明の目的は、温度の均一性を高くすることができるヒーター部材及びこれを有する基板処理装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、熱線の熱膨張による熱線の垂れ及びずれを防止できるヒーター部材及びこれを有する基板処理装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、工程の進行時、工程ガスによる熱線の腐食を防止できるヒーター部材及びこれを有する基板処理装置を提供することにある。
本発明の目的は、ここに制限されなく、言及されなかった他の目的は、下の記載から当業者に明確に理解される。
本発明の一側面によれば、工程チャンバー、前記工程チャンバーに設置され、同一の平面上に複数の基板が置かれて、回転軸に連結されて回転される基板サセプタ、前記基板サセプタの底面に位置されるヒーター部材、及び前記基板サセプタに置かれた複数の基板が各々に対応する位置で基板の処理面の全体にガスを噴射する噴射部材を含み、前記ヒーター部材は、内部空間を有し、前記内部空間に前記基板サセプタを加熱するための熱線が前記基板サセプタの回転軸を中心に同心円上に水平及び垂直に複数の列に配置される基板処理装置を提供しようとする。
また、前記ヒーター部材は、前記熱線の熱膨張による熱線の垂れ及びずれを防止するために前記熱線を支持する熱線サポーターをさらに含むことができる。
また、前記熱線サポーターは、前記熱線の熱膨張による流動性の確保をために前記熱線の横方向と直交する方向に形成されて凹んだ支持面を含むことができる。
また、前記熱線サポーターは、下敷きブロック、及び前記下敷きブロックの上面に設置され、前記熱線との接触面を最少化して熱損失を防止し、前記熱線の高熱による前記熱線サポーターのブロークンを防止するために前記熱線と点で接触される棒形状の支持棒を含むことができる。
また、前記支持棒は、前記熱線と同一の材質であってもよい。
また、前記支持棒は、前記熱線の横方向と直交する方向に長く提供されることができる。
また、前記ヒーター部材は、前記熱線が設置された内部空間が前記工程チャンバーの内部と隔離されるように上部壁と下部壁、そして側壁によって提供されるハウジングをさらに含むことができる。
また、前記ヒーター部材は、前記下部壁に提供され、工程ガスが前記内部空間に浸透することができないように前記内部空間にファジーガスを供給する供給ポートをさらに含むことができる。
また、前記ヒーター部材は、前記下部壁に提供され、前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたファジーガスが排気される排気ポートをさらに含むことができる。
また、前記ヒーター部材は、前記ハウジングの側壁に形成され、前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたファジーガスが排気されるサイドホールを含むことができる。
また、前記上部壁は、前記熱線から放出される輻射熱を通過させることができる透明な石英の材質で成されることができる。
また、前記基板サセプタと前記ヒーター部材との間に前記熱線の熱源を
輻射方式に伝達するための輻射熱の伝達空間が成されることができる。
本発明の一側面によれば、外部の環境と隔離されるように上部壁と下部壁そして側壁によって内部空間が提供されるハウジング、及び前記内部空間に前記基板サセプタを加熱するための熱線が前記基板サセプタの中心に同心円上に水平及び垂直に複数の列に配置されるヒーター部材を提供しようとする。
また、前記熱線の熱膨張による熱線の垂れ及びずれを防止するために前記熱線を支持する熱線サポーターをさらに含み、前記熱線サポーターは、前記熱線の熱膨張による流動性の確保をために前記熱線の横方向と直交する方向に形成されて凹んだ支持面を含むことができる。
前記熱線との接触面を最少化して熱損失を防止し、前記熱線の高熱による前記熱線サポーターのブロークンを防止するために前記熱線と点で接触される棒形状の支持棒を含むことができる。
また、前記ヒーター部材は、工程ガスが前記内部空間に浸透することができないように前記内部空間にファジーガスを供給する供給ポート、及び前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたファジーガスが排気される排気ポートをさらに含むことができる。
本発明の実施形態によれば、基板の温度分布の偏差を最小化できる格別な効果を有する。
また、本発明によると熱の効率を高くすることができる格別な効果を有する。
本発明の実施形態によれば、温度の均一性を高めることができる。
本発明の実施形態によれば、熱線の熱膨張による熱線の垂れ及びずれを防止することができる。
本発明の実施形態によれば、工程ガスによる熱線の腐食を防止することができる。
本発明による原子層の蒸着装置を説明するための図面である。 図１に図示された噴射部材の斜視図及び断面図である。 図１に図示された噴射部材の斜視図及び断面図である。 図１に図示された基板サセプタの斜視図である。 ヒーター部材を説明するための基板処理装置の要部の断面図である。 熱線サポーターによって支持される熱線を示す図面である。 熱線の熱膨張の前と熱膨張の後を示す図面である。 熱線サポーターの他の例を示す図面である。
以下では、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。上述した本発明が解決しようとする課題、課題の解決手段、及び効果は、添付された図面と関連された実施形態を通じて容易に理解できる。各図面は、明確な説明のために一部が簡略されるか、或いは誇張されて表現されている。各図面の構成要素に参照番号を付加することにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されても可能な同一の符号を有するように示されていることを留意しなければならない。また、本発明を説明することにおいて、関連された公知の構成又は機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることがあると判断される場合にはその詳細な説明は、省略する。
実施形態
図１は、本発明による原子層の蒸着装置を説明するための図面である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１に図示された噴射部材の斜視図及び断面図である。図３は、図１に図示された基板サセプタの斜視図である。
図１乃至図３を参照すれば、本発明の実施形態による原子層の蒸着装置１０は、工程チャンバー（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）１００、基板の支持部材（ｓｕｐｐｏｒｔ ｍｅｍｂｅｒ）である基板サセプタ２００、噴射部材３００、供給部材４００、そしてヒーター部材８００を含む。
工程チャンバー１００は、一側に出入口１１２が提供される。出入口１１２は、工程の進行時、基板Ｗの出入りが行われる。また、工程チャンバー１００は、下部の縁に工程チャンバーに供給された反応ガスとファジーガス及び原子層の蒸着工程の中で発生された反応副産物を排気するための排気ダクト１２０と排気管１１４を含む。
排気ダクト１２０は、基板サセプタ２００の外側に位置するリングタイプになされる。
図示されなかったが、排気管１１４は、真空ポンプと連結され、排気管には圧力制御バルブ、流量制御バルブ等が設置されていることは、当業者に自明な事実である。
図１乃至図２Ｂに示したように、噴射部材３００は、基板サセプタ２００に置かれた４枚の基板の各々にガスを噴射する。噴射部材３００は、第１、２反応ガス及びファジーガスを供給部材４００から供給される。噴射部材３００は、供給部材４００から提供されたガスを基板の各々に対応する位置で基板の処理面の全体に噴射する第１乃至第４バッフル３２０ａ−３２０ｄを有するヘッド３１０と、工程チャンバー１００の上部の中央に貫通されて設置され、ヘッド３１０を支持するシャフト３３０を含む。ヘッド３１０は、円盤形状を有し、その内部に各々のガスを収容するための独立空間を有する第１乃至第４バッフル３２０ａ−３２０ｄは、ヘッド３１０の中心を基準に９０°の間隔に区画された扇形状に、底面にはガスの噴出口３１２が形成されている。第１乃至第４バッフル３２０ａ−３２０ｄの各々の独立空間には供給部材４００から提供されるガスが供給され、これらはガスの噴出口３１２を通じて噴射されて基板に提供される。第１バッフル３２０ａには第１反応ガスが提供され、第３バッフル３２０ｃには第２反応ガスが提供され、第１バッフル３２０ａと第３バッフル３２０ｃとの間に位置する第２バッフル３２０ｂと第４バッフル３２０ｄには第１反応ガスと第２反応ガスとの混合を防ぎ、未反応ガスをファジーするためのファジーガスが提供される。
例えば、ヘッド３１０は、第１乃至第４バッフル３２０ａ−３２０ｄを９０°の間隔にして扇形状に形成したが、本発明は、これに制限されることではなく、工程の目的や特性によって４５°の間隔又は１８０°の間隔に構成してもよく、各々のバッフルの大きさを異なりに構成してもよい。
図１を参照すれば、供給部材４００は、第１ガスの供給部材４１０ａ、第２ガスの供給部材４１０ｂ、そしてファジーガスの供給部材４２０を含む。第１ガスの供給部材４１０ａは、基板Ｗ上に所定の薄膜を形成するための第１反応ガスを第１バッフル３２０ａに供給し、第２ガスの供給部材４１０ｂは、第２反応ガスを第３バッフル３２０ｃに供給し、ファジーガスの供給部材４２０は、ファジーガスを第２及び第４バッフル３２０ｂ、３２０ｄに供給する。ファジーガスの供給部材４２０は、一定な流量にファジーガスを持続的に供給するが、第１ガスの供給部材４１０ａと第２ガスの供給部材４１０ｂとは、高圧充填タンク（未図示）を利用して高圧に充填されている反応ガスを短い時間に放出（フラッシュ供給方式）して基板上に拡散させる。
本実施形態では、２つの互に異なる反応ガスを供給するために２つの
ガスの供給部材が使用されたが、工程の特性によって３つ以上の互に異なる
反応ガスを供給できるように複数個のガスの供給部材が適用されることは当然である。
図１及び図３でのように、基板サセプタ２００は、工程チャンバー１００の内部空間に設置される。一例として、基板サセプタ２００は、４枚の基板が置かれる配置タイプになされる。基板サセプタは、上部面に基板が置かれる第１乃至第４ステージ２１２ａ−２１２ｄが形成された円板の形状になされる。基板サセプタに具備された第１乃至第４ステージ２１２ａ−２１２ｄは、基板の形状と類似な円形に成される。第１乃至第４ステージ２１２ａ−２１２ｄは、基板サセプタ２００の中央を中心に同心円上に９０°の間隔に配置される。
基板サセプタ２００は、ステージの個数が４個ではなく３つ又は４つ以上が適用されてもよい。
基板サセプタ２００は、回転軸２８０と連結された駆動部２９０によって回転される。基板サセプタ２００を回転させる駆動部２９０は、駆動モーターの回転数と回転速度を制御できるエンコーダが設置されたステッピングのモーターを使用することが望ましく、エンコーダによって噴射部材３００の１サイクル工程（第１反応ガス−ファジーガス−第２反応ガス−ファジーガス）の時間を制御する。
図示せずが、基板サセプタ２００は、各々のステージで基板Ｗを昇降及び下降させる複数のリフトピン（未図示）が具備される。リフトピンは、基板Ｗを乗下降することで、基板Ｗを基板サセプタ２００のステージから離隔させるか、或いはステージに安着させる。
図４は、ヒーター部材を説明するための基板処理装置の要部断面図であり、図５は、熱線サポーターに支持される熱線を示す図面である。そして、図６は、熱線の熱膨張の前と熱膨張の後を示す図面である。
図４及び図５を参照すれば、ヒーター部材８００は、基板サセプタ２００の下に位置される。ヒーター部材８００は、基板の温度を既設定された温度（工程温度）に上昇させるために基板サセプタ２００を加熱させる。ヒーター部材８００と基板サセプタ２００との間には数ｍｍの空隙８０８が提供される。ヒーター部材の熱エネルギーは、空隙によって伝導方式ではなく、輻射伝達の方式に基板サセプタに伝達されることで、基板サセプタ２００の温度の均一性がよくなる。ヒーター部材８００は、ハウジング８１０、熱線８２０、そして熱線サポーター８３０を含む。ハウジング８１０は、外部環境（工程チャンバーの処理空間）と隔離される内部空間８０２を有し、内部空間８０２は、上部壁８１２と下部壁８１４、そして側壁８１６によって提供される。内部空間８０２には熱線８２０が設置される。上部壁８１２は、熱線８２０から放出される輻射熱を通過させることができる透明な石英の材質で成される。
ハウジング８１０の下部壁８１４には供給ポート８５２と排気ポート８５４とが各々に提供される。供給ポート８５２にはファジーガスを供給する供給ライン８５３が連結される。
供給ポート８５２を通じて供給されるファジーガスによってハウジングの内部圧力が工程チャンバーの圧力より高く維持されることによって、工程の進行時、工程ガスがハウジング８１０の内部空間に浸透することを防止する。また、排気ポート８５４には排気ライン８５５が連結される。供給ポート８５２を通じて内部空間に供給されたファジーガスは、排気ポート８５４を通じて排気ライン８５５に排気される。
一方、ハウジング８１０の内部のファジーガス排気は、排気ポート８５４の他に側壁８１６に形成されたサイドホール８５８を通じても成される。サイドホール８５８は、排気ダクト１２０と連結される。本実施形態ではファジーガスの排気は、排気ポート８５４及びサイドホール８５８との中でいずれか１つを通じて成される。
熱線８２０は、基板サセプタ２００を加熱するための発熱体として、基板サセプタ２００の回転中心を基準に同心円上に水平及び垂直に複数の列に配置される。このような熱線８２０が内部空間８０２に水平及び垂直に複数の列に配置することによって基板の数量増加及びチャンバーエッジ部のポンピングによる基板サセプタ２００の温度低下を改善させることができる。本実施形態では、熱線８２０が垂直方向に２列、そして水平方向に５列の形態に配置される。
また、ヒーター部材８００は、熱線８２０を各区域別で個別に制御することができるようにして基板サセプタ２００の温度ユニフォミティを一定に維持させることができる。熱線８２０の区域別の温度制御は、基板サセプタ２００の内面に設置される温度センサー（未図示）の温度値にしたがって成される。
熱線サポーター８３０は、熱線８２０を支持する構成に、熱線８２０の熱膨張による熱線８２０の垂れ及びずれを防止するために提供される。
熱線サポーター８３０は、熱線８２０に一定な長さ毎、又は一定な角度毎に設置される。熱線サポーター８３０は、熱線８２０の熱膨張による流動性の確保をために熱線８２０の横方向と直交する方向に形成されて凹んだ支持面８３２を有する。支持面８３２の長さは、熱線８２０の直径より２〜３倍に幅広く提供される。図６でのように、熱線８２０が熱膨張によって熱線の半径が広がっても熱線サポーター８３０が熱線８２０を安定的に支持するようになる。
図７は、熱線サポーターの他の例を示す図面である。
図７を参照すれば、熱線サポーター８４０は、下敷きブロック８４２と、下敷きブロック８４２の上面に設置される支持棒８４４を含む。支持棒８４４は、熱線８２０との接触面を最少化して熱損失を防止し、熱線の高熱による熱線サポーター８４０のブロークンを防止するために熱線８２０と点で接触される棒形状になされる。支持棒８４４は、熱線８２０と同一の材質で成される。
以上の説明は、本発明の記述思想を例示的に説明したことに過ぎない、
本発明が属する記述分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定することではなく、単なる説明するためのことであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されることではない。本発明の保護範囲は、下の請求の範囲によって解釈しなければならないし、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれることとして解釈されるべきである。

Claims (13)

  1. 基板処理装置において、
    工程チャンバーと、
    前記工程チャンバーに設置されて同一の平面上に複数の基板が置かれ、回転軸に連結されて回転される基板サセプタと、
    前記基板サセプタの底面に位置されるヒーター部材と、
    前記基板サセプタに置かれた複数の基板が各々に対応する位置で基板の処理面の全体にガスを噴射する噴射部材と、を含み、
    前記ヒーター部材は、
    内部空間を有し、前記内部空間に前記基板サセプタを加熱するための熱金属線が前記基板サセプタの回転軸を中心に同心円上に水平及び垂直に複数の列に配置されることと、
    前記熱金属線の熱膨張による熱金属線の垂れ及びずれを防止するために前記熱金属線を支持する熱金属線サポーターをさらに含むことと
    を特徴とし、
    前記熱金属線サポーターは、
    下敷きブロックと、
    前記下敷きブロックの上面に設置され、前記熱金属線との接触面を最少化して熱損失を防止し、前記熱金属線の高熱による前記熱金属線サポーターの破損を防止するために前記熱金属線と点接触される棒形状の支持棒と、を含むことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記熱金属線サポーターは、
    前記熱金属線の熱膨張による流動性の確保のために前記熱金属線の長手方向と直交する方向に形成されて凹んだ支持面を含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記支持棒は、前記熱金属線と同一の材質であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記支持棒は、
    前記熱金属線の長手方向と直交する方向により長い形状で提供されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記ヒーター部材は、
    前記熱金属線が設置された内部空間が前記工程チャンバーの内部と隔離されるように上部壁と下部壁、そして側壁によって提供されるハウジングをさらに含む請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記ヒーター部材は、
    前記下部壁に提供され、工程ガスが前記内部空間に浸透することができないように前記内部空間にパージガスを供給する供給ポートをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記ヒーター部材は、
    前記下部壁に提供され、前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたパージガスが排気される排気ポートをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記ヒーター部材は、
    前記ハウジングの側壁に形成され、前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたパージガスが排気されるサイドホールを含むことを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
  9. 前記上部壁は、前記熱金属線から放出される輻射熱を通過させる透明な石英の材質で成されることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
  10. 前記基板サセプタと前記ヒーター部材との間に前記熱金属線の熱源を輻射方式に伝達するための輻射熱の伝達空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  11. 基板サセプタを加熱するためのヒーター部材において、
    外部環境と隔離されるように上部壁と下部壁、そして側壁によって内部空間が提供されるハウジングと、
    前記内部空間に前記基板サセプタを加熱するための熱金属線と、
    前記熱金属線の熱膨張による熱金属線の垂れ及びずれを防止するために前記熱金属線を支持する熱金属線サポーターと、を含み、
    前記熱金属線が前記基板サセプタを中心に同心円上に水平及び垂直に複数の列に配置されることを特徴とし、
    前記熱金属線サポーターは、
    下敷きブロックと、
    前記下敷きブロックの上面に設置され、前記熱金属線との接触面を最少化して熱損失を防止し、前記熱金属線の高熱による前記熱金属線サポーターの破損を防止するために前記熱金属線と点で接触される棒形状の支持棒と、を含むことを特徴とするヒーター部材。
  12. 前記熱金属線サポーターは、
    前記熱金属線の熱膨張による流動性の確保のために前記熱金属線の長手方向と直交する方向に形成されて凹んだ支持面を含むことを特徴とする請求項１１に記載のヒーター部材。
  13. 前記ヒーター部材は、
    工程ガスが前記内部空間に浸透することができないように前記内部空間にパージガスを供給する供給ポートと、
    前記供給ポートを通じて前記内部空間に供給されたパージガスが排気される排気ポートと、をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のヒーター部材。
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