KR100407508B1 - 비회전형 박막 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응기 내부의 회전축 대신 다수의 가스 분사/배출 포트들을 웨이퍼 둘레에 배치하고 이를 순차적으로 동작시킴으로써 회전에 따른 미세먼지 및 난류의 발생을 극소화하는 비회전형 박막 형성 장치에 관한 것이다.

본 발명은 반응실내에 안치되는 피처리 기판의 둘레에 등간격을 유지하며 3이상의 다수개로 배치되는 가스분사 포트들과, 상기 가스분사 포트들사이에 등간격으로 배치되는 다수개의 가스배출 포트들을 포함하며; 가스분사 포트와 이에 대응하는 가스배출 포트가 기판의 둘레를 따라 회전방향을 형성하며서 순차적으로 반응가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.

Description

비회전형 박막 형성 장치{Device for growing thin-film over semiconductor wafer without rotation}

본 발명은 비회전형 박막 형성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기 내부의 회전축 대신 다수의 가스 분사/배출 포트들을 웨이퍼 둘레에 배치하고 이를 순차적으로 동작시킴으로써, 균일한 박막의 형성을 도모할 뿐만 아니라 회전에 따른 미세먼지 및 난류의 발생을 극소화하는 비회전형 박막 형성 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 장치 등의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 데에는 증기법(evaporation method), 화학기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착법(ALD: atom layer deposition) 등이 사용된다.

이중 화학기상 증착법은 가장 보편화된 기술로서, 여러가지의 반응가스를 챔버내로 주입한 후, 가스들에 열, 빛, 플라즈마와 같은 에너지를 이용하여 가스들간의 화학 반응을 유도함으로써 기판상에 소정 두께의 박막을 증착시키는 방법이다.

이러한 화학기상 증착법을 수행하는 장치로는 복수의 기판을 일괄적으로 처리하는 배치방식(Batch)의 장치와 챔버내에 기판을 하나씩 로딩하면서 공정을 진행하는 매엽방식의 장치가 있으며, 특히, 저압 화학기상 증착 방법(LPCVD: Low Press Chemical Vapor Deposition)을 이용할 경우는 주로 종형 확산로을 많이 사용하고 있다.

이러한 종래의 확산로들은 박막증착 공정에 있어 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시킴으로써, 증착되는 박막의 두께에 대한 균일한 형성을 도모하고 있다.

도 5는 종래의 회전형 박막 형성 장치에 대한 개략적인 횡방향 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 배치형 저압화학기상 증착 장치는 반응튜브(54)와, 상기 반응튜브(54)의 내에 장착되어 복수매의 웨이퍼(50)를 포위하는 원통형의 인너튜브(53)와, 상기 웨이퍼(50) 둘레의 일측에 형성되는 가스분사 포트(51)와, 상기 반응튜브(54)와 상기 인너튜브(53)의 사이에 마련되며 상기 가스분사 포트(51)의 맞은편에 형성되는 가스배출 포트(52)를 갖는 구조로 이뤄진다.

또한, 복수매의 웨이퍼들(50)은 웨이퍼 보트(미도시)에 장착되며, 이러한 웨이퍼 보트의 하부에는 소정의 회전장치가 구비된다.

한편, 상기 가스분사 포트(51)를 통해 분사되는 반응가스는 상기 인너튜브(53)내의 다수의 웨이퍼상에 증착된 후 상기 가스배출 포트(52)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 상기 가스분사 포트(51)의 주변부에 대한 박막이 두껍게 형성되는 것을 방지하기 위하여 소정의 속도로 웨이퍼 보트를 회전시킴으로써 박막의 균일한 형성을 도모하고 있다.

하지만, 이와 같은 종래의 박막형성 장치는 반응기내에 마련되는 회전장치의 고속 회전 등으로 인해 반응실내에는 미세 먼지 및 난류가 발생하게 되고, 이로 말미암아 박막에는 결정결함이 유발되거나 반응가스의 증착 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼 기판의 제조 공정의 CVD나 에피택셜 등의 공정에 있어 반응기내의 회전체 대신에 순차적인 가스 분사를 통해 회전효과를 나타냄으로써, 반응기 내에서 미세먼지 및 난류의 발생을 극소화하고, 또한 결정 결함이 적은 균질한 박막을 형성할 수 있는 비회전형 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 횡방향 단면도.

도 2는 도 1의 일실시예에 대한 가스 흐름을 도시한 종방향 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 횡방향 단면도.

도 4는 도 3의 다른 실시예에 대한 가스 흐름을 도시한 종방향 단면도.

도 5는 종래의 회전형 박막 형성 장치에 대한 개략적인 횡방향 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10,30,50. 피처리기판 11,31,51. 가스분사 포트

12,32,52. 가스배출 포트 13,34,54. 반응튜브

14,35. 웨이퍼 보트 15. 가스분사구

16. 가스배출구 33,53. 인너튜브

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치는 반응실내에 안치되는 하나 또는 둘이상의 반도체 기판상에 소정 두께의 박막을 형성하는 장치에 있어서, 상기 피처리 기판의 둘레에 등간격을 유지하며 2이상의 다수개로 배치되는 가스분사 포트들과, 상기 가스분사 포트들사이에 등간격으로 배치되는 다수개의 가스배출 포트들을 포함하며; 가스분사 포트와 이에 대응되는 가스배출 포트가 동작함에 따라 반응가스는 상기 피처리 기판상을 가로질러 유동되면서 기판상에 증착되고, 이와 같은 가스 분사 및 배출 과정이 상기 피처리 기판의 둘레를 따라 회전방향을 형성하면서 순차적으로 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피처리 기판은 웨이퍼 보트에 다수매로 장착되고, 상기 가스분사 포트 및 상기 가스배출 포트는 상부가 닫혀지고 상기 웨이퍼 보트 높이를 갖는 수직형 도관으로 이뤄지며, 상기 가스분사 포트 및 상기 가스배출 포트의 기판쪽 측면에는 소정의 직경을 갖는 각 피처리 기판에 대한 가스 분사구 및 가스 배출구가 축설되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 분사구 및 상기 가스 배출구는 그 직경이 상부쪽으로 갈수록 소정의 비율로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스분사 포트의 동작에 대하여 그 반대편에 배치된 다수의 가스배출 포트가 대응하여 동작하고, 이때의 각 가스배출 포트는 상기 가스분사 포트와의 대응 위치에 따라 그 배기량을 다르게 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치는 반응튜브내에 선적되는 다수매의 반도체 기판에 소정 두께의 박막을 형성하는 장치에 있어서, 상기 반응튜브의 안쪽에 소정의 거리로 이격되어 배치되고 원통형 구조를 갖는 인너튜브와, 상기 인너튜브의 내부에 배치되어 다수매의 반도체 기판이 선적되는 웨이퍼 보트와, 상기 웨이퍼 보트와 상기 인너튜브 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 등간격으로 2이상의 다수개로 형성되는 가스분사 포트들과, 상기 인너튜브와 상기 반응튜브 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 2이상의 다수개로 형성되는 가스배출 포트들을 포함하여 이뤄지며; 상기 가스분사 포트들은 상기 웨이퍼 보트의 둘레를 따라 순차적으로 반응가스를 분사하고, 이에 따라 분사되는 반응가스는 상기 웨이퍼 보트와 상기 인너튜브 사이의 통로를 따라 상승하면서 각각의 반도체 기판상을 가로질러 유동한 후, 상기 인너튜브를 넘어 상기 가스배출 포트들을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 가스분사 포트가 동작함에 따라 그 반대편에 배치된 다수의 가스배출 포트가 대응하여 동작되고, 이때의 각 가스배출 포트는 상기 가스분사 포트와의 대응위치에 따라 그 배기량을 달리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치의 일실시예를개략적으로 도시한 횡방향 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예는 하나 또는 둘이상의 반도체 웨이퍼나 글라스 등의 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)을 둘레로 하여 소정의 등간격으로 배치되는 다수의 가스분사 포트들(11)과, 상기 가스분사 포트 (11)사이에 등간격으로 배치되는 다수의 가스배출 포트들(12)과, 상기 가스분사 포트들(11)과 가스배출 포트들(12)을 포위하여 소정의 온도 및 압력 분위기의 반응실을 형성하는 반응튜브(13)를 갖는 구조로 이뤄진다.

이때, 본 발명은 박막 두께의 균일성 및 박막의 균질성을 확보하기 위하여 웨이퍼를 회전시키는 대신에, 상기 가스분사 포트(11-a,11-b,11-c)와 그에 대응되는 가스배출 포트(12-a,12-b,12-c)를 상기 반도체 기판(10)의 둘레를 따라 순차적으로 동작시킴으로써, 미세먼지 및 난류발생에 따른 문제점을 해결하고 종래와 같은 웨이퍼의 회전효과를 기대할 수 있게 된다.

즉, 도 1에 표시된 바와 같이, 가스분사 포트(11-a)와 이에 대응하는 가스배출 포트(12-a)가 동작됨에 따라 반응가스는 상기 가스분사 포트(11-a)로부터 분사되어 상기 반도체 기판(10)상을 가로질러 유동하면서 기판상에 증착되고 잔류가스는 상기 가스배출 포트(12-a)를 통해 유출된다.

그리고, 소정의 시간간격으로 가스분사 포트(11-b)와 이에 대응되는 가스배출 포트(12-b)가 동작하여 반응가스가 기판(10)상에 증착되며, 또한, 가스분사 포트(11-c)와 가스배출 포트(12-c)가 동작함에 따라 일주기를 이루고, 이와 같은 과정이 반복적으로 실행되면서 종래의 회전형 구조와 같은 효과를 나타낸다.

또한, 각 가스분사 포트들(11-a,11-b,11-c)을 통해 분사되는 일회의 반응가스 분사량은 형성될 박막의 두께 및 실행 주기를 고려하여 설정된다.

한편, 이와 같은 상기 가스분사 포트(11) 및 상기 가스배출 포트(12)는 박막의 균일성을 증대하기 위하여 각각 2이상의 충분한 개수로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스배출 포트들(12-a,12-b,12-c)은 이에 대응되는 가스분사 포트들(11-a,11-b,11-c)과 상기 반도체 기판(10)을 중심으로 각각 대칭되는 위치에 배치되며, 가스배출 포트(12)는 상기 가스분사 포트들(11) 사이에 등간격을 유지하면서 배치된다.

이때, 상기 가스배출 포트(12)의 수는 상기 가스분사 포트(11)에 비해 2배, 또는 3배로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 반도체 기판(10)상에 반응가스가 균일하게 유동/확산되도록 하기 위하여, 하나의 가스분사 포트(11)의 동작에 대하여 그 반대편에 배치된 다수의 가스배출 포트들(12)이 대응하여 동작되도록 하고(6개 이상의 가스배출 포트를 갖을 경우), 이때 동작되는 가스배출 포트(12)는 상기 동작 가스분사 포트(11)와의 대응 위치에 따라 그 배기량을 다르게 하는 것이 바람직하다. 즉, 동작되는 가스분사 포트와 정반대편에 위치하는 가스배출 포트의 배기량을 가장 크게 하고 그 주변으로 갈수록 배기량을 소정의 비율로 적게 하여 실행한다.

상기된 바와 같은 비회전형 박막 형성 장치의 일실시예는 하나의 반도체 기판단위로 처리되는 횡형 반도체 제조 장치뿐만 아니라 다수매의 반도체 기판을 일괄 처리하는 종형 반도체 제조 장치에 용이하게 적용될 수 있다.

한편, 도 2는 도 1의 일실시예에 대한 가스 흐름을 도시한 종방향 단면도임과 동시에 종형 반도체 제조 장치에 대한 본 발명의 적용 상태를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종형의 반도체 제조 장치에 있어서는, 상기 반도체 기판(10)은 웨이퍼 보트(14)에 다수매로 장착되고, 상기 가스분사 포트(11) 및 상기 가스배출 포트(12)들은 상부측이 폐쇄된 수직형 도관으로 이뤄지며, 상기 웨이퍼 보트(14) 높이의 크기를 갖고, 도 1을 통해 설명된 바와 같이 상기 웨이퍼 보트(14)의 둘레에 다수개가 배치된다.

또한, 상기 가스분사 포트(11) 및 상기 가스배출 포트(12)의 기판쪽 측면에는 소정의 직경을 갖는 가스 분사구(15) 및 가스 배출구(16)들이 각 반도체기판(10)에 대응하여 축설된다.

이때, 상기 가스 분사구(15) 및 상기 가스 배출구(16)는 그 직경을 상부쪽으로 갈수록 소정의 비율로 크게 형성함으로써 상부측에서의 분사압 또는 배출압의 감소를 보상하고 각 가스 분사구(15) 또는 가스 배출구(16)를 통한 반응가스가 각각의 반도체 기판에 대하여 균일하게 분사되고 배출되도록 한다.

도 2에 표시된 바와 같이, 가스분사 및 가스배출의 동작 순서에 따라 가스분사 포트(11-a)와 가스배출 포트(12-a)가 동작할 경우, 반응가스는 상기 가스분사 포트(11-a)의 도관을 따라 상승하면서 가스 분사구(15)들을 통해 반응실내로 분출된다. 이러한 반응가스는 각 반도체 기판(10)상을 가로질러 지나면서 증착되고, 나머지 잔여가스는 상기 가스 배출구(16)들을 통해 상기 가스배출 포트(12-a)쪽으로 배출된다.

이러한 가스배출 포트(12)의 동작 형태는, 도 1을 통해 설명된 바와 같이, 동작되는 가스분사 포트(11)의 반대편에 배치되는 다수의 가스배출 포트(12)들이 각각 그 가스배기량을 달리하면서 실행될 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 비회전형 박막 형성 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 횡방향 단면도이고, 도 4는 도 3의 다른 실시예에 대한 가스 흐름을 도시한 종방향 단면도이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 다수매의 반도체 기판(30)이 장착되는 웨이퍼 보트(35)와, 상기 웨이퍼 보트(35)를 소정의 거리로 이격되어 둘러싸며 그 사이에 분사가스 통로를 형성하는 원통형의 인너튜브(33)와, 상기 인너튜브(33)를 포위하면서 배출가스 통로를 형성하고 반응실을 소정의 온도 및 압력 분위기로 조성하는 반응튜브(34)와, 상기 웨이퍼 보트(35)와 상기 인너튜브(33) 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 등간격으로 2이상의 다수개로 형성되는 가스분사 포트(31)들과, 상기 인너튜브(33)와 상기 반응튜브(34) 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 2이상의 다수개로 형성되는 가스배출 포트(32)들을 포함하여 이뤄진다.

상기 가스배출 포트(31)들의 축설 위치는 상기 가스분사 포트(32)의 배치 형태와는 무관하게 이뤄지며, 그 개수는 상기 가스분사 포트(32)의 수보다 많게 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상가 가스분사 포트(31)들은, 도 1에서 설명된 바와 같이, 상기 웨이퍼 보트(35)의 둘레를 따라 순차적으로 적정량의 반응가스를 상기 분사가스 통로로 분출한다.

분출된 반응가스는 상기 분사가스 통로를 통해 상승하고 각 반도체 기판(30)상을 가로질러 유동하면서 기판상에 증착된다. 나머지 잔여가스는 상기 인너튜브(33)를 넘어 상기 배출가스 통로를 통해 상기 가스배출 포트(32)들쪽으로 배출된다.

한편, 상기 가스배출 포트(32)들의 동작에 있어서, 현재 동작되고 있는 가스분사 포트(31)에 대해 상기 웨이퍼 보트(35)를 중심으로 반대편에 배치되는 다수의 가스배출 포트(32)들이 대응하여 주로 동작됨으로써, 상기 반도체 기판(30)상을 지나는 반응가스량을 많게하여 가스의 증착률을 높일 수 있다.

또한, 상기 가스분사 포트(31)의 정반대편 가스배출 포트(32)에 대한 배기량을 가장 크게 하고 그 주위로 갈수록 그 배기량을 적게 실행하는 것이 바람직하다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 반응실내에서 회전체를 제거하고 반응가스의 순차적인 분사를 통해 회전효과를 나타냄으로써, 박막을 균일하게 증착할 수 있을 뿐만 아니라 미세먼지 및 난류 발생을 극소화하고 박막의 결정 결함을 최소화할 수 있다.또한, 반응실 중앙에 다수 개의 반도체 기판이 수직 방향으로 설치되는 웨이퍼 보트가 설치되고, 웨이퍼 보트 둘레에 수직 방향으로 긴 도관으로 이루어지는 다수 개의 가스분사 포트 및 가스배출 포트가 설치되며, 가스분사 포트 및 가스배출 포트에 상측으로 갈수도록 일정 비율로 그 지름이 커지는 가스 분사구 및 가스 배출구가 형성됨으로써, 다수 개의 반도체 기판에 각각 균일한 박막을 형성할 수 있으며, 한번의 공정으로 다수 개의 기판에 박막 형성작업을 행할 수 있으므로 작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 반응실내에 안치되는 하나 또는 둘이상의 반도체 기판상에 소정 두께의 박막을 형성하는 장치에 있어서,

   상기 반응실 중앙에 설치되어 다수 개의 피처리 기판이 수직 방향으로 설치되도록 하는 웨이퍼 보트와;

   상기 웨이퍼 보트 둘레에 등간격을 유지하도록 배치되고, 상부가 닫혀진 웨이퍼 보트 높이를 갖는 수직형 도관으로 이루어지며, 기판쪽 측면에는 그 직경이 상부쪽으로 갈수록 소정의 비율로 크게 형성되는 각 피처리 기판에 대한 가스 분사구가 축설된 다수 개의 가스분사 포트와;

   상기 가스분사 포트 사이에 등간격으로 배치되고, 상부가 닫혀진 웨이퍼 보트 높이를 갖는 수직형 도관으로 이루어지며, 기판쪽 측면에는 그 직경이 상부쪽으로 갈수록 소정의 비율로 크게 형성되는 각 피처리 기판에 대한 가스 배출구가 축설된 다수 개의 가스배출 포트가 포함되어 이루어지고;

   상기 가스분사 포트와 이에 대응되는 가스배출 포트가 동작함에 따라 반응가스는 상기 피처리 기판상을 가로질러 유동되면서 기판상에 증착되고, 이와 같은 가스 분사 및 배출 과정이 상기 피처리 기판의 둘레를 따라 회전방향을 형성하면서 순차적으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 비회전형 박막 형성 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가스분사 포트의 동작에 대하여 그 반대편에 배치된 다수의 가스배출 포트가 대응하여 동작하고, 이때의 각 가스배출 포트는 상기 가스분사 포트와의 대응 위치에 따라 그 배기량을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 비회전형 박막 형성 장치.
5. 반응튜브내에 선적되는 다수매의 반도체 기판에 소정 두께의 박막을 형성하는 장치에 있어서,

   상기 반응튜브의 안쪽에 소정의 거리로 이격되어 배치되고 원통형 구조를 갖는 인너튜브와,

   상기 인너튜브의 내부에 배치되어 다수매의 반도체 기판이 선적되는 웨이퍼 보트와,

   상기 웨이퍼 보트와 상기 인너튜브 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 등간격으로 2이상의 다수개로 형성되는 가스분사 포트들과,

   상기 인너튜브와 상기 반응튜브 사이의 둘레를 따라 반응실의 하부에 2이상의 다수개로 형성되는 가스배출 포트들을 포함하여 이뤄지며;

   상기 가스분사 포트들은 상기 웨이퍼 보트의 둘레를 따라 순차적으로 반응가스를 분사하고, 이에 따라 분사되는 반응가스는 상기 웨이퍼 보트와 상기 인너튜브사이의 통로를 따라 상승하면서 각각의 반도체 기판상을 가로질러 유동한 후, 상기 인너튜브를 넘어 상기 가스배출 포트들을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 비회전형 박막 형성 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가스분사 포트가 동작함에 따라 그 반대편에 배치된 다수의 가스배출 포트가 대응하여 동작되고, 이때의 각 가스배출 포트는 상기 가스분사 포트와의 대응위치에 따라 그 배기량을 달리하는 것을 특징으로 하는 비회전형 박막 형성 장치.