KR100280519B1 - 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치에 관한 것으로, 공정챔버의 상단을 복개하는 챔버 어퍼 플레이트에 얹혀져 고정되고 가스통구 및 소스통구가 별개로 형성되는 열전달판과, 그 열전달판의 상면에 얹혀져 고정되는 환상의 커버튜브와, 그 커버튜브의 양측을 관통하여 상기한 열전달판의 가스통구 및 소스통구에 독립적으로 연통되는 가스라인 및 소스라인과, 상기 커버튜브의 내측에 내장되어 열전달판을 적정온도로 가열하는 히터코일과, 상기 열전달판의 저면에 밀착되고 상기 가스통구 및 소스통구에 각각 독립적으로 연통되어 상기한 가스라인 및 소스라인으로 유입된 공정가스 및 공정소스를 각각 균일하게 분배하는 분배판과, 그 분배판의 저면에 밀착되고 상기한 가스유로 및 소스유로에 각각 연통되어 공정가스 및 공정소스를 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하는 분사판과, 그 분사판으로부터 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하여 제어부로 전달하는 온도센서와, 상기 열전달판의 과열시 온도센서로부터 과열신호를 전달받은 제어부에 의해 열전달판을 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 구성함으로써, 샤워헤드의 온도제어를 용이하고 정확하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 공정가스와 공정소스를 분리 공급할 수 있도록 하여 이 공정가스와 공정소스가 분사전 반응하거나 샤워헤드 등의 내벽에 증착되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 유기금속 화학기상증착장비(Metal Organic Chemical Vapor Deposition system)의 가스 분사장치에 관한 것으로, 특히 샤워헤드의 온도제어가 용이하고 챔버의 부피를 소형화하며 파티클의 발생을 억제하는데 적합한 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기금속 화학기상증착장비(이하, MOCVD)는, 바론(Ba), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti)과 같은 금속성의 반응물질을 산화질소(N2O), 산소(O2), 불화수소(HF3)와 같은 옥시겐 가스와 혼합시켜 공정챔버 내에서 웨이퍼에 박막이나 에피층을 증착 형성시키는 장비이다.
도 1은 종래 가스 분사장치가 구비된 MOCVD의 일례를 보인 종단면도로서, 종래의 MOCVD는 공정챔버(1)내의 바닥면에 메인히터(2)가 내장된 석영판(3)이 설치되고, 그 석영판(3)의 상면에 웨이퍼(W)가 얹히는 서스셉터(Susceptor)(4)가 설치되며, 상기 웨이퍼(W)의 상측에 공정가스를 균일하게 분사시키는 가스 분사장치(10)가 설치되어 있다.
이러한 상기 가스 분사장치(10)는 소스라인(11a)과 가스라인(11b)이 합쳐진 하나의 소스인입관(11)이 상면 중앙에 연통되고 통상의 공정챔버(Process Chamber)(1)의 상단을 복개하는 환상의 챔버 어퍼 플레이트(Chamber Upper Plate)(5)에 얹혀져 고정되는 샤워헤드(Shower Head)(12)와, 그 샤워헤드(12)의 상면에 내장되어 상기 샤워헤드(12)를 150 ∼ 200℃의 범위에서 일정하게 유지시키는 히팅코일(13)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 샤워헤드(12)는 상기한 소스인입관(11)이 연통되고 일정 체적을 갖는 상부헤드(12a)와, 그 상부헤드(12a)의 저면에 부착되고 다수개의 분사공(12b-1)이 도 2에서와 같이 상광하협으로 균일하게 형성되어 소스가스를 웨이퍼(W)에 분사시키는 하부헤드(12b)로 이루어져 있다.
상기와 같은 종래의 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치는 다음과 같이 동작된다.
즉, 상기 소스가스는 소스인입관(11)을 통해 샤워헤드(12)로 유입되고, 그 샤워헤드(12)로 유입된 소스가스는 샤워헤드(12)의 상부헤드(12a)에서 1차로 분사되어 그 상부헤드(12a)에서 소스가스의 온도 균일성이 맞춰진다.
이후, 상기 상부헤드(12a)에서 1차로 온도 균일성이 맞춰진 소스헤드는 하부헤드(12b)의 각 분사공(12b-1)을 통해 공정챔버(1)의 내부로 분사되어 웨이퍼(W) 상에서 서로 반응하면서 특정한 막을 형성하게 된다.
이때, 상기 샤워헤드(12)에는 공정소스 뿐만이 아니라 공정가스도 유입되어 뒤섞이게 되고, 그 뒤섞이는 과정에서 소스 및 가스는 자기들끼리 반응을 하거나 샤워헤드(12)의 내벽에 증착하게 된다.
이를 방지하기 위하여 상기 샤워헤드(12)는 히팅코일(13)에 의해 항상 150 ∼ 200℃를 유지하도록 조절되는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치는, 상기 샤워헤드(12)의 상부헤드(12a)의 체적이 커서 히팅코일(13)로부터의 거리가 멀어지게 됨에 따라 샤워헤드(12)의 온도제어가 원활하지 못하게 되는 것은 물론, 상기 하나의 소스인입관(11)을 통해 공정가스와 공정소스가 공급되므로 분사전 반응을 제한하지 못하게 되어, 이 반응물이 소스인입관(11) 또는 샤워헤드(12)의 내벽에 다량으로 증착하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 히팅코일(13)에 의해 샤워헤드(12)의 온도가 약 150℃ 정도로 제어되더라도, 실제 샤워헤드(12)는 400 ∼ 600℃로 진행되는 공정챔버(1)의 웨이퍼(W)로부터 복사열을 받아 적정온도 이상으로 가열되면서 소스가스의 균일도가 저하되는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 샤워헤드의 온도제어를 용이하고 정확하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 공정가스와 공정소스를 분리 공급할 수 있도록 하여 이 공정가스와 공정소스가 분사전 반응하거나 샤워헤드 등의 내벽에 증착되는 것을 미연에 방지할 수 있는 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 종래 가스 분사장치의 일례가 구비된 MOCVD를 보인 종단면도.
도 2는 도 1의 "A"부를 보인 상세도.
도 3은 본 발명 가스 분사장치의 일례가 구비된 MOCVD를 보인 종단면도.
도 4a는 본 발명 가스 분사장치를 보인 종단면도.
도 4b는 도 4a의 "B"부를 보인 상세도.
도 5는 본 발명 가스 분사장치의 분배판 및 분사판을 보인 사시도.
도 6은 도 5의 평면도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
1 : 공정챔버 2 : 메인히터
3 : 석영판 4 : 서셉스터
5 : 챔버 어퍼 플레이트 W : 웨이퍼
110 : 열전달판 112,113 : 가스 및 소스통구
120 : 커버튜브 121,122 : 단열재
131,132 : 가스 및 소스라인 140 : 히터코일
150 : 분배판 151,152 : 가스 및 소스유로
160 : 분사판 161 : 분사공
170 : 온도센서 181 : 공기통공
182 : 에어덕트 183 : 송풍기
184 : 에어밸브
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 통상적인 챔버 어퍼 플레이트에 얹혀져 고정되고 가스통구 및 소스통구가 별개로 형성되는 열전달판과, 그 열전달판의 상면에 얹혀져 고정되는 환상의 커버튜브와, 그 커버튜브의 양측을 관통하여 상기한 열전달판의 가스통구 및 소스통구에 독립적으로 연통되는 가스라인 및 소스라인과, 상기 커버튜브의 내측에 내장되는 히터코일과, 상기 열전달판의 저면에 밀착되고 상기 가스통구 및 소스통구에 각각 독립적으로 연통되어 상기한 가스라인 및 소스라인으로 유입된 공정가스 및 공정소스를 각각 균일하게 분배하는 가스유로 및 소스유로가 형성되는 분배판과, 그 분배판의 저면에 밀착되고 상기한 가스유로 및 소스유로에 각각 연통되어 공정가스 및 공정소스를 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하는 다수개의 분사공이 형성되는 분사판과, 그 분사판으로부터 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하여 제어부로 전달하는 온도센서와, 상기 열전달판의 과열시 온도센서로부터 과열신호를 전달받은 제어부에 의해 열전달판을 적정온도로 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 구성된 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 가스 분사장치의 일례가 구비된 MOCVD를 보인 종단면도이고, 도 4a는 본 발명 가스 분사장치를 보인 종단면도이며, 도 4b는 도 4a의 "B"부를 보인 상세도이고, 도 5는 본 발명 가스 분사장치의 분배판 및 분사판을 보인 사시도이며, 도 6은 도 5의 평면도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치(100)는, 통상적인 공정챔버(1)의 상단을 복개하는 챔버 어퍼 플레이트(5)에 얹혀져 고정되는 열전달판(110)과, 그 열전달판(110)의 상면에 얹혀져 고정되는 환상의 커버튜브(120)와, 그 커버튜브(120)의 양측을 관통하여 상기한 열전달판(110)에 연통되는 가스라인(131) 및 소스라인(132)과, 상기 커버튜브(120)의 내측에 내장되어 열전달판(110)을 적정온도로 가열하는 히터코일(140)과, 상기 열전달판(110)의 저면에 밀착되는 분배판(150)과, 그 분배판(150)의 저면에 밀착되어 다수개의 분사공(161)이 형성되는 분사판(160)과, 그 분사판(160)의 저면에 감지부가 위치하도록 설치되어 상기한 분사공(161)으로부터 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하여 제어부(미도시)에 전달하는 온도센서(170)와, 상기 열전달판(110)의 과열시 그 열전달판(110)을 냉각시키는 냉각수단(180)을 포함하여 구성된다.
상기 열전달판(110)은 원판형으로 형성되어 그 외주면이 환상의 챔버 어퍼 플레이트(5)에 얹혀져 볼트(미부호)로 체결되는 플랜지부(111)가 단차지게 형성되고, 상기 열전달판(110)의 내부 양측에는 각각 상기한 가스라인(131) 및 소스라인(132)에 연통되는 가스통구(112) 및 소스통구(113)가 수직으로 형성된다.
상기 분배판(150)은 열전달판(110)의 가스통구(112) 및 소스통구(113)에 각각 독립적으로 연통되어 상기한 가스라인(131) 및 소스라인(132)으로 유입된 공정가스 및 공정소스를 각각 균일하게 분배하는 가스유로(151) 및 소스유로(152)가 '바둑판' 형상으로 형성된다.
상기 분사판(160)은 상기한 가스유로(151) 및 소스유로(152)에 각각 연통되어 공정가스 및 공정소스를 공정챔버(1)의 내부에 균일하게 분사하는 다수개의 분사공(161)이 상광하협으로 경사지게 형성된다.
상기 냉각수단(180)은 커버튜브(120)의 외주면에 형성되는 다수개의 공기통공(181)과, 그 공기통공(181)에 연통되도록 커버튜브(120)의 일측에 관통 설치되어 상기한 공기통공(181)으로 유입되는 공기를 외부로 유도하는 에어덕트(182)와, 그 에어덕트(182)의 일측에 설치되어 강제로 공기를 흡입하여 외부로 토출시키는 송풍기(183)와, 그 송풍기(183)의 외곽측 에어덕트(182)에 설치되어 공기의 역류를 방지하는 에어밸브(184)로 이루어진다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
도면중 미설명 부호인 2는 메인히터, 3은 석영판, 4는 서스셉터, 121은 단열재, 122는 방열용 지지부재, W는 웨이퍼이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치는 다음과 같이 동작된다.
즉, 상기 가스라인(131) 및 소스라인(132)을 통해 공정가스 및 공정소스가 커버튜브(120)를 통해 열전달판(110)의 가스통구(112) 및 소스통구(113)로 각각 나뉘어져 유입되고, 그 가스통구(112) 및 소스통구(113)로 각각 유입되는 공정가스 및 공정소스는 분배판(150)의 가스유로(151) 및 소스유로(152)로 퍼지면서 유입되었다가 상기한 분사판(160)의 각 분사공(161)을 통해 공정챔버(1)의 내부로 균일하게 분사된다.
이때, 상기 커버튜브(120)에 내장된 히터코일(140)은 열전달판(110)이 적정온도를 유지하도록 가열하게 되는데, 이 열은 가스통구(112) 및 소스통구(113)를 지나는 공정가스 및 공정소스에 전달되어 그 공정가스 및 공정소스가 약 150 ∼ 200℃를 유지하도록 한다.
여기서, 상기 커버튜브(120)의 내측에는 단열부재(121)가 부착되어 있어 히터코일(140)로부터 발생되는 열이 커버튜브(120)의 외부로 방열되지 않게 되며, 또한 상기 커버튜브(120)가 가열되더라도 방열용 지지부재(122)에 의해 차단되어 열전달판(110)에 전달되지 않게 된다.
한편, 상기 공정챔버(1)의 내부에는 메인히터(2)가 장착되어 있어 그 공정챔버(1)의 내부온도를 약 400 ∼ 600℃까지 상승하게 되고, 그 열을 받은 웨이퍼(W)의 복사열로 인해 열전달판(110)이 과열되면서 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 적정온도 이상으로 과열시키게 되는데, 이때 상기 온도센서(170)가 이 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하여 제어부(미도시)에 전달하게 되고, 그 신호를 받은 제어부에서는 에어밸브(184)를 오픈시킴과 동시에 송풍기(183)를 가동시켜 에어덕트(182)를 통해 커버튜브(120)내의 공기를 외부로 배출시키는 반면, 상기 커버튜브(120)의 공기통공(181)을 통해서는 외부로부터 새로운 공기가 커버튜브(120)로 유입되었다가 전술한 에어튜브(182)를 통해 외부로 배출되는 과정을 통해 열전달판(110)의 온도를 적정온도까지 냉각시키게 되는 것이다.
상기 냉각수단은 공기를 이용하는 방식을 일례로 들어 설명하였으나, 경우에 따라서는 냉각수를 이용하는 일반적인 냉각수단이 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치는, 통상적인 공정챔버의 상단을 복개하는 챔버 어퍼 플레이트에 얹혀져 고정되는 열전달판과, 그 열전달판의 상면에 얹혀지는 커버튜브와, 그 커버튜브의 양측을 관통하여 열전달판에 독립적으로 연통되는 가스라인 및 소스라인과, 상기 커버튜브의 내측에 내장되어 열전달판을 가열하는 히터코일과, 상기 열전달판의 저면에 밀착되어 공정가스 및 공정소스를 각각 균일하게 분배하는 분배판과, 그 분배판의 저면에 밀착되는 분사판과, 그 분사판으로부터 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 열전달판의 과열시 적정온도로 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 구성함으로써, 샤워헤드의 온도제어를 용이하고 정확하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 공정가스와 공정소스를 분리 공급할 수 있도록 하여 이 공정가스와 공정소스가 분사전 반응하거나 샤워헤드 등의 내벽에 증착되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
Claims (5)
- 통상적인 공정챔버의 상단을 복개하는 챔버 어퍼 플레이트에 얹혀져 고정되고 가스통구 및 소스통구가 별개로 형성되는 열전달판과, 그 열전달판의 상면에 얹혀져 고정되는 환상의 커버튜브와, 그 커버튜브의 양측을 관통하여 상기한 열전달판의 가스통구 및 소스통구에 독립적으로 연통되는 가스라인 및 소스라인과, 상기 커버튜브의 내측에 내장되어 열전달판을 적정온도로 가열하는 히터코일과, 상기 열전달판의 저면에 밀착되고 상기 가스통구 및 소스통구에 각각 독립적으로 연통되어 상기한 가스라인 및 소스라인으로 유입된 공정가스 및 공정소스를 각각 균일하게 분배하는 가스유로 및 소스유로가 형성되는 분배판과, 그 분배판의 저면에 밀착되고 상기한 가스유로 및 소스유로에 각각 연통되어 공정가스 및 공정소스를 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하는 다수개의 분사공이 형성되는 분사판과, 그 분사판으로부터 분사되는 공정가스 및 공정소스의 온도를 감지하여 제어부로 전달하는 온도센서와, 상기 열전달판의 과열시 온도센서로부터 과열신호를 전달받은 제어부에 의해 열전달판을 적정온도로 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 구성된 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 커버튜브의 내벽에는 히터코일에 의해 발생된 열이 외부로 방열되는 것을 방지하는 단열부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 커버튜브의 저면과 그 저면이 대향되는 열전달판의 상면 사이에는 커버튜브의 열이 열전달판에 전도되는 것을 방지함과 아울러 히터코일을 지지하는 단열용 지지부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분사판의 분사공은 상광하협으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각수단은 커버튜브의 외주면에 형성되는 다수개의 공기통공과, 그 공기통공에 연통되도록 커버튜브의 일측에 관통 설치되어 상기한 공기통공으로 유입되는 공기를 외부로 유도하는 에어덕트와, 그 에어덕트의 일측에 설치되어 강제로 공기를 흡입하여 외부로 토출시키는 송풍기와, 그 송풍기의 외곽측 에어덕트에 설치되어 공기의 역류를 방지하는 에어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 유기금속 화학기상증착장비의 가스 분사장치.
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Publications (2)
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| KR (1) | KR100280519B1 (ko) |
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