KR100364091B1 - 다채널 플레이트를 구비한 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 위에 막을 증착하기 위해 사용되는 저압화학기상 증착장치에 있어서, 대형 기판 위에 증착되는 막의 균일성을 확보하기 위한 다채널 플레이트를 구비한 증착장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 상면에 안착된 기판(25)에 열을 가하는 가열수단(21)과, 기판(25) 쪽으로 가스를 분사하도록 설치되는 가스공급관(27)과, 가열수단(21)과 기판(25)을 수용하며 기판(25)이 위치한 내부로 가스공급관(27)이 연결된 반응기(120) 및, 반응기(120)의 내부에 공급된 가스를 반응기(120)의 외부로 배출시키는 배출관(29)을 포함하는 증착장치에 있어서, 원주둘레를 따라 복수의 채널(105)들이 형성되고, 가열수단(21)의 둘레를 감싸고 둘레면이 반응기(120)의 내면과 접하며 반응기(120)의 내부에서 상하방향으로 이동하는 이동부재(100)와, 이동부재(100)가 상하로 이동하도록 이동부재(100)에 연결되어 힘을 제공하는 이동모듈(117)을 포함하며, 이동부재(100)의 상부에 위치한 가스가 이동부재(100)의 원주둘레에 형성된 복수의 채널(105)들을 통해 이동부재(100)의 하부로 이동하는 증착장치가 제공된다.

Description

다채널 플레이트를 구비한 증착장치{Chemical vapor deposition apparatus with channels plate}

본 발명은 대형 기판 위에 막을 증착하기 위해 사용되는 증착장치에 관한 것이며, 특히, 소스가스의 분포의 균일성 및 소스가스의 유동속도를 조절하여 기판에 증착되는 막 두께의 균일성을 확보하는 다채널 플레이트를 구비한 증착장치에 관한 것이다.

기판 위에 막을 증착하기 위한 다양한 방법들이 현재 공개되어 있으며, 그 중에서도 화학기상증착법은 여러 장점들에 의해 반도체 제조 및 도금기술에 적용되고 있다. 특히, 저압화학기상증착법은 저압에서만 가능한 기판구조의 의존성으로 인하여 널리 사용되고 있는 방법 중에 하나이다.

이런 저압화학기상증착법을 실시하기 위한 두 종류의 증착장치로는 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치와 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치가 있다.

도 1은 종래기술의 한 실시예인 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치(1)는 기판(15)이 안착되는 히팅 척(11)과, 히팅 척(11)을 상하로 이동하는 기판이동모듈(13)을 포함하며, 이런 히팅 척(11)과 기판(15)은 반응기(10)에 의해 감싸여 있다. 그리고, 이런 반응기(10)의 저면에는 소스가스 공급노즐(17)이 반응기(10)의 내부로 관통하여 설치되며, 소스가스 공급노즐(17)의 반대쪽에는 펌프채널(19)이 설치된다. 따라서, 소스가스는 소스가스 공급노즐(17)을 통해 반응기(10)의 내부로 주입되고, 주입된 소스가스는 소스가스 공급노즐(17)로부터 분사되어 펌프채널(19) 쪽으로 이동하면서 펌프채널(19)을 통해 반응기(10)로부터 배출된다.

이와 같이, 소스가스는 소스가스 공급노즐(17)로부터 펌프채널(19) 방향으로 이동하면서 히팅 척(11)의 상면에 안착되어 가열된 기판(15)과 접하여 반응하고, 증착 중에 발생한 생성물과 함께 펌프채널(19)을 통해 반응기(10)를 빠져 나간다.

이런 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치(1)에서는 소스가스 공급노즐(17)과 펌프채널(19)의 위치에 따라 기판(15)과 접하는 소스가스의 양 및 반응시간이 다르게 나타나므로, 기판(15)의 위치 즉, 기판이동모듈(13)의 상하 위치를 조절하여 균일한 두께의 증착막이 증착되도록 한다.

한편, 도 2는 종래기술의 다른 실시예인 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치(2)에는 소스가스 공급관(27)이 반응기(20)의 상부를 관통하여 반응기(20)의 안쪽으로 위치하며, 소스가스 공급관(27)의 단부에는 샤워헤드(26)가 설치된다. 따라서, 소스가스 공급관(27)을 따라 이동한 소스가스는 샤워헤드(26)를 통해 반응기(20)의 내부로 분사된다.

그리고, 샤워헤드(26)의 하부에는 히팅 척(21)이 위치하며 히팅 척(21)의 상면에는 기판(25)이 안착된다. 이 때, 샤워헤드(26)의 직경과 기판(25)의 직경은 동일하며, 샤워헤드(26)에 형성된 1mm이하의 직경을 가지는 다수의 홀을 통해 분사된 소스가스는 기판(25)의 상면으로 이동한다. 이렇게 기판(25)의 상면에 도달한 소스가스는 증착 중에 발생된 생성물과 함께 반응기(20)의 하면에 설치된 펌프채널(29)을 통해 배출된다. 한편, 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치(2)는 기판(25)의 위치 즉, 기판이동모듈(23)의 상하 위치조절에 따라 증착막의 균일한 두께 증착을 수행하는 장치이다.

한편, 현재 디바이스(device) 생산업체에서는 생산비 절감을 위하여 하나의 기판에서 많은 디바이스를 생산하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 요구를 충족하기 위해 기판의 대구경화는 필수적이며, 증착장치를 생산하는 업체들은 증착된 막의 두께가 균일한 대구경의 기판을 생산하기 위해 많은 연구 및 시간을 투자하고 있다.

대구경의 기판 위에 저압화학기상증착을 실시하여 균일한 증착막을 형성하기 위해서는 기판의 청정도와, 기판온도의 균일성 및, 기판 위에 기상상태로 도달하는 소스가스의 균일한 분포가 가장 중요한 관건이 된다.

기판의 청정도는 세정을 통해 제어하고, 기판온도의 균일성은 기판을 가열하는 히터의 성능에 따라 제어한다. 현재 기술로서, 기판온도는 기판의 전체범위 내에서 수℃이하의 차이를 보이는 높은 균일성을 가진다.

그러나, 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치와 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치로서, 균일한 소스가스의 분포를 확보하기에는 어려움이 따른다.

그 이유로, 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치와 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치에서 소스가스가 반응기 내부에서 유동할 때, 기판의 위치를 상하 이동하여 균일한 증착이 가능한 특정한 위치를 찾아내는 방법을 사용하기 때문이다. 증착장치에는 하나의 펌프채널을 갖고 있기 때문에 반응기 내에 존재하는 소스가스가 펌프채널을 향해 이동함에 있어 편향성을 갖게 되고, 이에 따라 증착되는 막의 두께 또한 불균일하게 되는 단점이 있다.

또한, 반응기의 내부로 공급되는 소스가스의 양이 증감하거나, 펌프의 속도가 변하게 될 때에는 기판에서 소스가스의 분포 조절이 불가능하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 반응기의 내부에서 유동하는 소스가스가 균일하게 기판의 상면을 따라 이동할 수 있도록 하며, 유동하는 소스가스의 유동속도를 제어할 수 있는 다채널 플레이트를 구비한 증착장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술의 한 실시예인 노즐을 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치를 나타낸 단면도이고,

도 2는 종래기술의 다른 실시예인 샤워헤드를 이용하여 소스가스를 공급하는 증착장치를 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 플레이트를 구비한 증착장치를 나타낸 단면도이며,

도 4는 도 3에 도시된 다채널 플레이트의 평면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10, 20, 120 : 반응기 15, 25 : 기판

17 : 소스가스 공급노즐 19, 29 : 펌프채널

26 : 샤워헤드 100 : 다채널 플레이트

105 : 채널 111 : 원통형 로드

113 : 원통형 실린더 115 : 이동축

117 : 다채널 플레이트 이동모듈 118 : 벨로우즈

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 상면에 안착된 기판에 열을 가하는 가열수단과, 상기 기판 쪽으로 가스를 분사하도록 설치되는 가스공급관과, 상기 기판과 상기 가열수단을 수용하며 상기 가스공급관이 연결된 반응기 및, 상기 반응기의 내부에 공급된 가스를 상기 반응기의 외부로 배출시키는 배출관을 포함하는 증착장치에 있어서, 가장자리를 따라 복수의 채널들이 형성되고, 상기 가열수단의 둘레를 감싸고 둘레면이 상기 반응기의 내면과 접하며 상기 반응기의 내부에서 상하방향으로 이동하는 이동부재와, 상기 이동부재가 상하방향으로 이동하도록 상기 이동부재에 연결되어 힘을 제공하는 이동모듈을 포함하며, 상기 이동부재의 상부에 위치한 상기 가스가 상기 이동부재의 가장자리에 형성된 복수의 채널들을 통해 상기 이동부재의 하부로 이동하며, 상기 이동부재가 상기 기판의 높이보다 높게 위치하면 상기 가스는 상기 기판 위에서 와류를 형성하여 상기 가스와 상기 기판의 반응시간이 길어지고, 상기 이동부재가 상기 기판의 높이보다 낮게 위치하면 상기 가스의 흐름이 완만하여 상기 반응시간이 짧아지는 증착장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 상기 이동부재는 원판형 플레이트로서, 상기 이동부재의 중심에는 관통공이 형성되며, 상기 관통공에는 상기 기판이 안착된 가열수단이 위치하여 상기 기판이 상기 이동부재의 중심에 위치한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 이동부재의 저면에는 원통형 로드가 고정되며, 상기 원통형 로드는 원통형 실린더에 수용되어 상하방향으로 이동한다.

또한, 본 발명의 상기 이동모듈은 2개로서, 상기 이동부재의 저면에 고정된다.

아래에서, 본 발명에 따른 다채널 플레이트를 구비한 증착장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 플레이트를 구비한 증착장치를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 다채널 플레이트의 평면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 반응기(120)의 내부 상부에는 소스가스 공급관(27)이 관통하여 위치하며 소스가스 공급관(27)의 단부에는 샤워헤드(26)가 설치되고, 반응기(120) 내부의 하부에는 기판(25)이 안착되는 히팅 척(21)이 위치하며, 히팅 척(21)은 그 중심부의 저면에 연결된 기판이동모듈(23)에 의해 상하로 이동한다.

한편, 히팅 척(21)의 둘레에는 다채널 플레이트(100)가 위치한다. 다채널 플레이트(100)는 그 중심부에 히팅 척(21)이 위치하며, 다채널 플레이트(100)의 두께면은 반응기(120)의 내부 측면을 따라 이동할 수 있도록 접한 상태로 위치한다. 또한, 다채널 플레이트(100)의 가장자리에는 다채널 플레이트(100)의 원주를 따라 다수 개의 채널(105)인 관통공이 형성된다.

또한, 다채널 플레이트(100)의 내경 둘레에는 내경원주를 따라 원통형 로드(111)가 하부방향으로 연결되며, 이런 원통형 로드(111)는 반응기(120)의 하면에 설치된 원통형 실린더(113)에 삽입되어 상기 원통형 실린더(113)를 따라 상하로 이동한다. 그리고, 상기 원통형 로드(111)와 채널(105)의 사이에는 두 개의 이동축(115)이 하부방향으로 상호 대칭되는 위치에 고정되고, 두 개의 이동축(115)의 하부에는 상기 이동축(115)을 상하로 이동시키는 힘을 제공하는 다채널 플레이트 이동모듈(117)이 설치된다.

상기 원통형 실린더(113)와 다채널 플레이트 이동모듈(117)은 모두 반응기(120)의 하면에 설치되며, 반응기(120)와 원통형 실린더(113) 및,반응기(120)와 다채널 플레이트 이동모듈(117)의 사이에는 실링(sealing)처리를 위해 벨로우즈(bellows)(118)로 설치되어 반응기(120) 내부로 대기중의 공기가 유입되는 것을 방지한다.

이상과 같이 구성된 다채널 플레이트를 구비한 증착장치의 작동관계에 대하여 상세히 설명하겠다.

소스가스 공급관(27)을 통해 공급된 소스가스는 샤워헤드(26)를 거쳐 반응기(120)의 내부로 분사된다. 샤워헤드(26)로부터 분사된 소스가스는 기판(25)의 상면 쪽으로 균일하게 분사되며, 반응기(120)의 내부에 분사된 소스가스는 반응기(120)에 연결된 펌프채널(29)을 통해 배출된다. 이 과정에서 샤워헤드(26)로부터 분사된 소스가스는 펌프채널(29)을 통해 배출된 소스가스의 압력차에 의해 펌프채널(29) 방향으로 유동하면서 기판(25) 위에서 증착반응이 이루어진다.

한편, 소스가스의 유동과정을 살펴보면, 샤워헤드(26)로부터 분사되어 다채널 플레이트(100)의 상부에 위치한 소스가스는 기판(25)을 중심으로 대칭구조를 가지는 채널(105)을 통해 다채널 플레이트(100)의 하부로 유동한다. 이 때, 채널(105)의 개수가 증가하고 채널(105)의 직경이 작을수록 소스가스의 이동경로의 편향성은 감소하지만, 채널(105)의 개수가 너무 많이 형성되고 그 직경이 너무 작으면 소스가스의 유동속도를 원하지 않을 정도로 저하될 수 있다. 따라서, 증착반응 중에 압력을 고려하여 채널(105)의 개수와 직경을 설정한다.

한편, 기판(25)에 증착되는 증착물질의 두께 제어과정을 살펴보면, 기판(25) 위에 균일한 증착을 위해서는 증착물질의 화학반응 속도와 소스가스의 이동속도가 중요한 인자로 작용한다. 이 때, 증착물질의 화학반응 속도는 증착물질의 고유 특성이므로 이를 제어하기에는 어려움이 따른다. 따라서, 소스가스의 이동속도를 제어하여 증착물질의 증착 두께를 제어한다. 샤워헤드(26)로부터 분사된 소스가스는 기판(25)과 다채널 플레이트(100)의 상부에 위치하고, 다채널 플레이트(100)의 가장자리에 형성된 채널(105)을 통해 하부로 유동하며 펌프채널(29)을 통해 배출된다.

따라서, 다채널 플레이트(100)가 기판(25)의 상면의 레벨보다 높게 되면 샤워헤드(26)로부터 하부로 분사된 소스가스는 기판(25)을 따라 유동하다가 다채널 플레이트(100)에 연결된 원통형 로드(111)를 따라 상부방향으로 소스가스의 흐름이 바뀌게 된다. 이러한 과정에서 소스가스는 기판(25)의 상면에 머무는 시간이 길어지면서 유동속도는 느려지게 된다. 반대로 다채널 플레이트(100)가 기판(25)의 상면 레벨 이하에 위치하게 되면, 샤워헤드(26)로부터 분사된 소스가스의 흐름은 원만하게 다채널 플레이트(100)의 채널(105)을 통해 하부로 유동한다. 이 때에는 원만한 소스가스의 흐름에 따라 유동속도가 빨라지게 된다. 이와 같은 결과에 의해 기판(25)의 상면을 따라 유동하는 소스가스의 유동속도는 다채널 플레이트(100)의 레벨에 따라 달라지며, 다채널 플레이트(100)의 레벨이 높으면 유동속도는 느려지고, 다채널 플레이트(100)의 레벨이 낮으면 유동속도는 빨라진다.

이와 같이, 본 발명의 다채널 플레이트를 구비한 증착장치는 샤워헤드(26)로부터 분사된 소스가스의 편향성을 감소시키면서, 소스가스의 유동속도를 조절함으로써, 대구경의 기판(25)에 균일한 증착막을 형성할 수 있으며, 증착막의 두께를제어할 수 있다.

또한, 다채널 플레이트(100)의 중앙부에 고정된 원통형 로드(111)는 반응기(120) 내부에 존재하는 소스가스가 외부로 빠져 나가는 것을 차단한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 다채널 플레이트를 구비한 증착장치는 소스가스의 편향성을 감소시킴으로써, 기판의 상면을 따라 이동하는 소스가스의 분포도를 균일화하여 기판에 증착되는 막의 두께를 균일화 할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 기판의 상면을 따라 유동하는 소스가스의 유동속도를 조절하여 기판의 상면에 증착되는 증착막의 두께를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 다채널 플레이트를 구비한 증착장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

1. 반응기 안쪽 상부에서 분사되는 소스가스가 상기 반응기의 안쪽 하부에 위치한 가열수단에 안착된 기판의 상면을 따라 유동하며 기판에 증착되는 증착장치에 있어서,

   상기 반응기의 안쪽 측면과 밀착되며 상기 가열수단이 관통하도록 상기 가열수단의 직경보다 큰 중공이 형성된 원형판으로서, 그 중심점으로부터 일정거리에 등간격으로 상기 원형판의 가장자리를 따라 채널들이 형성된 다채널 플레이트와,

   상기 다채널 플레이트의 하부에 위치하여 원통형 로드가 상기 다채널 플레이트의 중공 가장자리에 고정된 원통형 실린더를 포함하며,

   상기 소스가스는 상기 다채널 플레이트의 채널을 통해서 상기 반응기의 하부로 이동하고 상기 반응기의 하부에 위치한 배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 증착장치.
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