KR100286325B1 - 화학기상증착 장비의 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석영판과 제 2 및 제 1 반사판을 설치하여 열균일 필드를 형성하여 면적이 큰 웨이퍼에 있어서도 보다 경제적으로 영역별 박막두께 및 온도분포를 균일하게 할 수 있으며, 웨이퍼내의 먼지발생 및 금속오염도를 최소화 한 화학기상 증착 장비의 가열장치에 관한 것으로, 제 1 반사판과, 제 1 반사판의 상부에 설치된 열방출 수단을 포함하는 히터와; 히터의 상부에 설치되는 석영판과; 제 1 반사판, 히터, 및 석영판의 상면 및 양측면을 감싸는 히터커버와; 히터커버의 상부에서 히터커버와 마주보는 위치에 설치되고 그의 하부에는 제 2 반사판이 설치된 가스분사헤드로 구성되어 있다.

Description

화학기상증착 장비의 가열장치
본 발명은 화학기상증착(Chemical Vapor deposition)장비의 가열장치에 관한 것으로, 특히 구조가 간단하고 먼지에 노출되지 않으며, 반사판을 설치하여 면적이 큰 웨이퍼에서도 영역별 박막두께 및 온도분포를 균일하게 할 수 있도록 한 화학기상증착 장비의 가열장치에 관한 것이다.
종래 화학기상증착 장비의 가열장치로서는 램프가열방식과, 일체형 히터를 사용하는 것, 그리고 적외선 또는 고주파 가열을 사용하는 동시에 서셉터(susceptor)를 사용하는 것의 크게 3가지로 나눌 수 있다.
먼저, 상기 램프가열방식은 간접가열방식으로 제 1 도에 도시된 바와 같이, 가열부위를 존(Zone)별로 나누고, 각 존(Zone)에 대응되도록 여러개의 램프(1)(보통 10 ∼ 20개)를 균일간격으로 배열시켜 필요한 열을 얻는 것이다.
한편, 상기한 일체형 히터를 사용하는 것은 대부분 직접 저항 가열식으로 양쪽의 단자에 전원을 공급시켜 필요한 열을 얻는 것이다.
또한, 적외선 및 고주파 가열을 사용하는 동시에 서셉터를 사용하여 가열하는 것은 램프내에 특수한 가스를 충전시켜서 이때 발생되는 강한 빛을 이용하여 필요로 하는 열을 얻는 방법이다.
미설명 부호 2는 수정판(quartz plate), 3은 웨이퍼, 4는 Au코팅을 도시한 것이다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 화학기상증착 장비의 가열장치는 직접가열방식인 일체형 히터를 사용하는 것과 적외선 및 고주파 가열을 사용하는 동시에 서셉터를 사용하여 가열하는 것은 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 길다.
예를들어, 상기 적외선 및 고주파 가열의 경우, 실온으로부터 고온까지의 승온시간은 제 2 도에 도시된 바와 같이, 10 ∼ 15분 정도, 감온시간은 진공중에서 60 ∼ 120분 정도로, 많은 시간이 요구되며 열손실이 매우커서 비효율적, 비경제적인 문제점이 있었다.
한편, 간접가열방식의 램프가열의 경우에는 제 2 도에 도시된 바와 같이, 승온속도는 10 ∼ 30초, 감온속도는 1 ∼ 5분정도로 빨라 이상적이지만, 금속층과 실리콘층의 온도가 서로 다르게 되며, 대구경 웨이퍼의 가열에 있어서, 영역별로 균일한 온도분포가 얻어지지 않으며 온도제어가 잘 되지 않는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 석영판과 제 2 및 제 1 반사판을 설치하여 열균일 필드를 형성하여 면적이 큰 웨이퍼에 있어서도 보다 경제적으로 균일한 온도분포를 이룰 수 있으며, 웨이퍼내의 먼지발생 및 금속오염도를 최소화 하여 산소분위기에서 산화방지 구조를 갖도록 한 화학기상증착 장비의 가열장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 강유전체 특성을 지배하는 결정구조를 파괴하지 않기 위하여 막성장시의 승온, 감온을 빠르게 행할 수 있고, 가열시의 오버슈트에 의한 설정온도 이상의 시간을 가능한 줄일 수 있도록 한 화학기상증착 장비의 가열장치를 제공함에 있다.
.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
11 : 웨이퍼 12 : 히터 커버
13 : 히터 14 : 제 1 반사판
15 : 석영판 16 : 제 2 반사판
17 : 가스샤워헤드
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학기상증착 장비의 가열장치는 제 1 반사판과, 제 1 반사판의 상부에 설치된 열방출 수단을 포함하는 히터와; 히터의 상부에 설치되는 석영판과; 제 1 반사판, 히터 및 석영판의 상면 및 양측면을 감싸는 히터커버와; 히터커버의 상부에서 히터커버와 마주보는 위치에 설치되고 가스분사헤드와 일체가 되는 제 2 반사판으로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 화학기상증착 장비의 가열장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 화학기상증착 장비의 가열장치는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(11)의 하부에는 히터커버(12)가 설치되어 있으며, 이 히터커버(12)의 내부에는 칸탈(Kanthal)재 또는 수퍼-칸탈(super-kanthal)재의 히터코일을 포함한 도 5 와 같은 형상의 히터(13)가 설치되어 있다.
그리고, 히터(13)와 히터커버(12)의 사이에는 히터(13)의 위치를 고정시켜 주며 히터(13)에서 발생되는 열을 고르게 분산시켜 주는 석영판(15)이 설치되어 있다.
상기 히터커버(12)의 재질은 석영(Quartz)이며, 이 히터커버(12)가 히터(13)를 둘러싸고 있기 때문에 히터(13)로부터 유출되는 중금속등이 프로세스챔버(Process Chamber)의 내부로 유출되는 것이 방지된다.
그리고, 상기 히터(13)의 하부에 위치되어 히터(13)로부터 하부 및 옆방향으로 방사되는 빛과 열을 차단하고 히터(13)로부터 도달되는 열을 한방향으로 반사시키는 스테인레스 재질의 제 1 반사판(14)이 설치되어 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 히터(13)와 제 1 반사판(14)사이에는 히터(13)의 어느 두영역의 온도를 측정하기 위한 열전대(Thermocouple)가 설치되어 있다.
그리고, 웨이퍼(11)의 상측으로는 웨이퍼(11)에 증착될 가스를 뿌려주는 가스샤워헤드(17)가 형성되어 있는 스테인레스재질의 제 2 반사판(16)이 설치되어 상기 제 1 반사판(14)과 함께 표면에 그 도달되는 열을 반사시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 화학기상증착 장비의 가열장치에 있어서는 강유전체 특성을 지배하는 결정구조를 파괴시키지 않기 위하여 근적외선 부터 가시광선에 이르는 파장을 갖는 히터(13)를 사용한다.
그리고, 제 1 반사판(14)은 히터(13)의 지지를 겸하며, 히터(13)로부터 발생한 적외선, 가시광영역의 열에너지를 상기 웨이퍼(11)에 공급하게 된다.
이하, 본 발명 장비의 가열장치의 동작 및 효과를 설명한다.
히터(13)로부터 발생한 적외선, 가시광의 영역이 제 1 반사판(14)에 의하여 웨이퍼(13)에 공급된다.
이때, 웨이퍼(13)의 상측부에 위치된 제 2 반사판(16)에 의하여 히터(13)로 부터 발생한 적외선, 가시광이 외부로 방사되는 것이 없이 제 2 반사판(16)과 제 1 반사판(14)의 사이를 무한하게 왕복되어 제 2 및 제 1 반사판(16, 14)사이에서 도 4에 도시된 바와 같이, 열균일 필드를 형성하여 강유전체(고유전)막의 형성에 적합한 프로세스 챔버구조를 가지게 된다. 종래 램프가열의 경우에는 금속층과 실리콘층에서의 온도가 다르게 되는데 비하여, 본 발명에서는 피가열물의 형상, 재질등에 관계없이 균일하게 가열 할 수 있다.
상세하게는, 피가열체(웨이퍼)(11)의 적외가열효율은 빛의 흡수 효율로 결정되는데, 빛이 상기와 같이 무한적으로 왕복되는 것에 의해 재료에 의한 가열차가 없이 고속으로 균일한 가열특성이 얻어질 수 있으며, 제 2 반사판(16)과 화학기상증착을 위해 가스공급을 하기위한 가스샤워헤드(17)가 일체로 되어 있어 열균일 필드에 가스공급이 가능하게 된다.
또한, 히터(13)의 상부에 석영판(15)을 위치시켜 열을 균일하게 분포시키며, 제 8 도에 도시된 바와 같이, 면적이 큰 웨이퍼(11)내에서 경제적이며 온도균일도가 뛰어난 특성을 가지게 한다.
그리고, 상기 석영판(15) 및 히터커버(12)에 의해 웨이퍼(11)쪽으로의 먼지등의 불순물의 유입을 방지하며 산소분위기에서의 히터(13)의 산화를 방지한다.
또한, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 막성장시의 승온, 감온을 빠르게 행할 수 있으며, 가열시의 오버슈트에 의해 설정온도 이상으로 진행되는 시간을 가능한 줄일 수 있기 때문에 강유전체 특성을 지배하는 결정구조를 파괴하지 않게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 막균일성, 열균일성을 변화시켜 최적의 막성장이 가능하도록 하기 위하여 제 2 및 제 1 반사판(16, 14)을 상, 하 및 좌, 우로 이동가능하게 설치할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 화학기상증착 장비의 가열장치는 장비내의 전체물질의 온도가 같게 되는 열균일필드의 효과에 의해 피가열체의 재질선택의 폭이 넓어지는 효과가 있다. 상기 열균일필드의 효과는 장비내의 온도가 300도℃부터 실제로 사용가능한 것이 판명되었다.
그리고, 열효율이 매우높은 효과가 있다.(예컨대, 피가열물의 온도가 600℃인 경우 히터 표면온도는 약 630℃ 정도가 되어 외부로의 방사에 의한 열손실이 극히 적은 것이 판명되었다. 종래 램프가열의 경우 피가열물의 온도가 600℃인 경우 히터의 표면온도는 1300 ∼ 1800℃정도 된다)
또한, 종래 램프가열에서는 아주 작은 오염일지라도 온도 분포에 영향을 미치게 되나, 본 발명에서는 석영판 및 히터커버에 의해 오염등에 대한 영향이 없게되는 효과가 있다.
또한, 장치의 구조가 간단하여 경제적이며 큰 면적의 피가열체의 가열이 용이하게 되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 제 1 반사판(14)과, 상기 제 1 반사판(14)의 상부에 설치된 열방출 수단을 포함하는 히터(13)와; 상기 히터(13)의 상부에 설치되는 석영판(15)과: 상기 제 1 반사판(14), 히터(13) 및 석영판(15)의 상면 및 양측면을 감싸는 히터커버(12)와; 상기 히터커버(12)의 상부에서 히터커버(12)와 마주보는 위치에 설치되고 가스분사헤드(17)와 일체가 되는 제 2 반사판(16)으로 구성됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열방출수단은 히터코일인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히터커버(12)의 재질은 석영인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 1 반사판(14) 및 제 2 반사판(16)의 재질은 스테인레스인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 1 반사판(14) 및 제 2 반사판(16)은 서로 마주보게 위치되어 히터(13)에서 발생된 광이 무한히 왕복되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 반사판(14) 및 제 2 반사판(16)은 그 위치가 상,하 및 좌,우로 이동가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 가열장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 히터코일의 재질은 칸탈(kanthal)인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 히터코일의 재질은 수퍼-칸탈(super-kanthal)인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가열장치.
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