KR100474971B1 - 플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리 - Google Patents

플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리에 관한 것으로서, 박막증착장치는, 웨이퍼(w)가 출입되는 통로(11)가 형성되고, 열려지거나 닫혀지는 챔버덮개(13)를 가지는 챔버(10); 챔버(10) 내부에 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 수납되는 리엑터본체(21) 및 리엑터본체(21)의 상부에 위치되는 리엑터덮개(22)를 가지는 리엑터(20); 리엑터 내부에 착탈 가능하게 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 안착되며 그 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼블럭(25); 리엑터덮개(22)를 리엑터본체(21)에 덮거나 열기 위하여 승강시키는 덮개승강장치(30); 웨이퍼블럭(25)에 안착된 웨이퍼(w)를 승강시키는 웨이퍼승강장치(40); 리엑터본체(21)의 일측에 설치되어 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 인젝터 어셈블리(50); 및 리엑터본체(21)의 타측에 설치되어 유입된 반응가스 및/또는 불활성가스를 배출하는 가스배출부(60);를 포함하여, 리엑터덮개(22)가 리엑터본체(21)에 덮여질 경우에 리엑터 내부에 웨이퍼가 10장 이내가 포개질 정도의 내부 공간이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리{Flow type thin film deposition apparatus and injector assembly applied in the same}
본 발명은 반도체 기판과 같은 웨이퍼에 박막을 증착시키기 위한 플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리에 관한 것이다.
박막증착장치는 반응가스 분사방식에 따라 크게 플로우타입(flow type)과 샤워헤드타입(shower head type)으로 나누어진다. 플로우타입 박막증착장치는, 웨이퍼의 측부에서 그 표면을 따라 반응가스를 흘림으로서 박막을 증착하는 장치이고, 샤워헤드타입 박막증착장치는 웨이퍼의 상부에서 웨이퍼 표면으로 반응가스를 분사함으로써 박막을 증착하는 장치이다.
플로우타입 박막증착장치나 샤워헤드타입 박막증착장치 각각은 특성상 장단점을 가지며, 각기 장점을 채용한 박막증착장치를 실현하기 위한 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하기 위하여 창출된 것으로서, 유지보수가 용이하고 효율적인 운용이 가능한 플로우타입 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 측부에서 표면상으로 보다 고른 분포로 반응가스를 흘릴 수 있는 인젝터 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인젝터 어셈블리는,
웨이퍼(w)의 일측에서 타측으로 반응가스를 흘려 박막을 형성하는 플로우타입(flow type) 박막증착장치에 적용하는 것으로서, 그 내부에 상호 만나지 않는 제1,2유로(53)(54)가 형성된 인젝터(51); 및 상기 인젝터(51)의 전방에 마련되는 것으로서, 상기 제1,2유로(53)(54)에서 분사되는 각 반응가스가 확산되는 확산부(56c) 및 상기 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 상기 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)이 형성된 가스분배기(56);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 인젝터(51)는, 상기 제1,2유로(53)(54)와 연통되고 상기 확산부(56c) 방향으로 오픈된 제1,2미세평면유로(53a)(54a)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2유로(53)(54)는, 각각 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)과 연결되며, 상기 인젝터(51) 내부에서 각각 환형으로 형성된다.
본 발명에 있어서, 상기 가스분배기(56)의 확산부(56c)에는, 각각 분사되는 반응가스가 상기 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 경사면(56b)(56b')이 형성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치는,
웨이퍼(w)가 출입되는 통로(11)가 형성되고, 열려지거나 닫혀지는 챔버덮개(13)를 가지는 챔버(10); 상기 챔버(10) 내부에 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 수납되는 리엑터본체(21) 및 상기 리엑터본체(21)의 상부에 위치되는 리엑터덮개(22)를 가지는 리엑터(20); 상기 리엑터 내부에 착탈 가능하게 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 안착되며 그 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼블럭(25); 상기 리엑터덮개(22)를 상기 리엑터본체(21)에 덮거나 열기 위하여 승강시키는 덮개승강장치(30); 상기 웨이퍼블럭(25)에 안착된 웨이퍼(w)를 승강시키는 웨이퍼승강장치(40); 상기 리엑터본체(21)의 일측에 설치되어 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 인젝터 어셈블리(50); 및 상기 리엑터본체(21)의 타측에 설치되어 유입된 반응가스 및/또는 불활성가스를 배출하는 가스배출부(60);를 포함하여,
상기 리엑터덮개(22)가 상기 리엑터본체(21)에 덮여질 경우에 상기 리엑터 내부에 웨이퍼가 10장 이내가 포개질 정도의 내부 공간이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼블럭(25)의 외측에는 상기 리엑터본체(21)의 가장자리에 가스커튼홈(23)을 형성함으로써, 그 가스커튼홈(23)으로 불활성가스가 흐르거나 진공을 형성한다.
본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼블럭(25)은, 상기 웨이퍼(w)에 열에너지를 인가하기 위한 원형기판가열체(25b)와, 상기 원형기판가열체(25b)를 지지하는 원형기판가열체 지지대(25c)로 구성된다.
본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼블럭(25)은, 상기 원형기판가열체(25b)의 상부에 위치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 안착부(25a')가 형성된 안착패널(25a)을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 원형기판가열체(25b)와 상기 리엑터본체(21) 사이에는, 그 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 상기 리엑터본체(21)로 전달되는 것을 방지하기 위한 세라믹링(26)이 설치된다.
본 발명에 있어서, 상기 원형기판가열체(25b)의 하부에는, 그 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 상기 챔버(10)로 전달되는 것을 방지하기 위한 열전달방지판(27)(28)이 설치된다.
본 발명에 있어서, 상기 덮개승강장치(30)는, 상기 챔버(10) 또는 리엑터본체(21)에 설치되는 것으로서, 승강되는 제1로드(32)를 가지는 제1실린더(31)와, 상기 리엑터덮개(22)의 지지부(22a)에 대응되도록 위치되어 상기 제1로드(32)에 의하여 연동되는 승강핀(33)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 인젝터 어셈블리는, 그 내부에 상호 만나지 않는 제1,2유로(53)(54)가 형성된 인젝터(51); 및 상기 인젝터(51)의 전방에 마련되는 것으로서, 상기 제1,2유로(53)(54)에서 분사되는 각 반응가스가 확산되는 확산부(56c) 및 상기 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 상기 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)이 형성된 가스분배기(56);를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 인젝터(51)는, 상기 제1,2유로(53)(54)와 연통되고 상기 확산부(56c) 방향으로 오픈된 미세평면유로(53a)(54a)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2유로(53)(54)는, 각각 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)과 연결되며, 상기 인젝터(51) 내부에서 각각 환형으로 형성된다.
본 발명에 있어서, 상기 가스분배기(56)의 확산부(56c)에는, 각각 분사되는 반응가스가 상기 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 경사면(56b)(56b')이 더 형성된다.
본 발명에 있어서, 상기 가스배출부(60)는, 상기 리엑터본체(21)의 타측에 설치되는 펌핑쉴드(61)와, 상기 펌핑쉴드(61)에 결합되며 다수개의 결합공(62a)이 형성된 펌핑프로파일조절기(62)와, 상기 결합공(62a)에 결합되며 각각 다른 직경의 펌핑구멍이 형성된 다수개의 인서트(63)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 안착부(25a')와 인젝터 어셈블리(50) 사이에는 그들 사이의 거리를 조정할 수 있도록, 탑블랭크(71) 및/또는 백쉴드(72)가 설치된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 인젝터 어셈블리의 발췌 사시도이고, 도 8은 도 7의 인젝터의 발췌 사시도이며, 도 9는 도 8의 인젝터에 있어서 제1,2유로를 간략히 도시한 도면이고, 도 10은 도 7의 가스분배기의 발췌 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인젝터 어셈블리는, 웨이퍼(w)의 일측부에서 타측으로 웨이퍼표면을 따라 반응가스를 흘려 박막을 형성하는 플로우타입(flow type) 박막증착장치에 적용하는 것이다. 이러한 인젝터 어셈블리(50)는, 크게 인젝터(51)와 인젝터(51)의 전방에 마련되는 가스분배기(56)로 구성된다.
인젝터(51)는 전체적으로 직육면체 형상을 하고 있으며 금속재질로 되어 있다. 인젝터(51)의 내부에는 길이 방향을 따라 형성되되 상호 만나지 않는 제1,2유로(53)(54)가 형성되어 있다. 각각의 제1,2유로(53)(54)는 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)과 연결되며 환형 형상으로 되어 있다. 각각의 제1,2유로(53)(54)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1반응가스공급라인(P1)에 의하여 형성된 유로(P1')에서 후방의 Y 축 방향으로 따라 양측으로 분기되고, 이후 양측단에서 X 축 방향으로 향한 후 다시 전방의 Y 축 방향으로 만나는 구조를 하고 있다. 이때, 인젝터(51)에는 제1,2유로(53)(54)와 연통되어 후술할 확산부(56c) 방향으로 오픈되는 제1,2미세평면유로(53a)(54a)가 형성되어 있다. 즉, 제1,2미세평면유로(53a)(54a)는 전방의 Y 축 방향으로 형성된 유로와 연통된 것이다.
상기한 제1,2유로(53)(54) 및 제1,2미세평면유로(53a)(54a)의 형성방법은 다음과 같다. 인젝터(51) 후방측 및 전방측에 Y 방향으로 드릴링하여 형성하며, 이후 인젝터의 양측단을 밀링하여 홈을 형성한 후, 양측단에 유로밀봉부재(52)를 끼어넣어 형성한다. 이때, 제1반응가스를 공급하는 제1반응가스공급라인(P1)이 제1유로(53)의 중앙과 연결되도록 구멍을 형성하고, 제2반응가스를 공급하는 제2반응가스공급라인(P2)이 제2유로(54)의 중앙과 연결되도록 구멍을 형성한다. 제1,2미세평면유로(53a)(54a)는 인젝터의 전방측으로 형성된 유로에 와이어톱을 넣어 와이어 커팅함으로써 형성한다. 이와 같은 구조에 의하여, 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)으로부터 공급되는 반응가스는 환형의 제1,2유로(53)(54)를 경유한 후 제1,2미세평면유로(53a)(54a)의 전방으로 분사된다.
박막증착공정중엔 인젝터(51)가 고온 상태가 된다. 이때 제1,2미세평면유로(53a)(54a)의 간격은 매우 좁기 때문에 열에 의한 인젝터(51)의 변형에 의하여 제1,2미세평면유로(53a)(54a)의 간격이 달라질 수 있다. 따라서, 고온에서도 제1,2미세평면유로(53a)(54a)의 간격이 유지되도록 복수개, 본 실시예에서는 2 개의 미세평면유로변형방지부재(55)를 채용한다. 미세평면유로변형방지부재(55)는 도 8에 도시된 바와 같이 인젝터(51)의 전방에 설치되는데, 제1미세평면유로(53a)의 상부와 제2미세평면유로(54a)의 하부 사이의 인젝터에 홈을 파고, 그 홈에 끼움으로써 설치된다. 이 경우에, 인젝터(51)가 열 변형되더라도, 제1미세평면유로(53a)와 제2미세평면유로(54a)의 간격은 미세평면유로변형방지부재(55)에 의하여 유지될 수 있다.
가스분배기(56)는 제1,2미세평면유로(53a)(54a)를 포함하도록 인젝터(51)의 전방에 설치된다. 가스분배기(56)는 미세평면유로(53a)(54a)에서 분사되는 각 반응가스가 확산되는 확산부(56c)와, 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)을 가진다. 이때, 확산부(56c)에는, 각각 분사되는 반응가스가 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 분사홀(56a)을 향하는 경사면(56b)(56b')이 더 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 인젝터(51)와 가스분배기(56)가 각각 별도로 제작되어 볼트 및 너트로 결합되는 방식을 취하고 있으나 이는 일 실시예에 불과하고. 인젝터와 가스분배기를 일체로 만들 수 있음은 물론이다.
도 11은 도 7의 인젝터 어셈블리에 있어서, 반응가스들이 흐르는 공간 경로를 발췌하여 도시한 도면이다. 도 11을 통하여, 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2), 제1,2유로(53)(54), 제1,2미세평면유로(53a)(54a), 확산부(56c), 분사홀(56a)을 흐르는 가스들의 흐름을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
상기한 인젝터 어셈블리는, 이원계 박막을 형성하기 위하여 인젝터 내부의 유로나 미세평면유로를 2 개 채용하여 설명하였지만 이는 일 실시예에 불과하다. 예를 들면, 삼원계 박막을 형성할 경우에 인젝터 내부의 유로나 미세평면유로는 3 개를 채용하거나, 그 이상을 채용할 수 있는 것이다.
다음, 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치의 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 플로우타입 박막증착장치의 측단면도이며, 도 3은 도 1의 챔버의 사시도이다. 또, 도 4는 도 3의 챔버에 설치되는 리엑터 및 덮개승강장치의 발췌 사시도이며, 도 5는 도 4의 리엑터본체의 발췌 사시도이고, 도 6은 도 5의 웨이퍼블럭의 측부 및 하부에 설치되는 세라믹링 및 열전달방지판을 도시한 도면이다. 그리고, 도 12는 도 1에 채용되는 가스배출부의 발췌 사시도이고, 도 13은 도 1 및 도 2에 도시된 리엑터덮개에 설치되는 탑블랭크의 발췌 사시도이며, 도 14는 도 1 및 도 2에 도시된 리엑터에 설치되는 백쉴드의 발췌 사시도이다.
도시된 바와 같이, 플로우타입 박막증착장치는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 설치되는 것으로서 리엑터본체(21)와 리엑터덮개(22)를 가지는 리엑터(20)와, 리엑터본체(21)에 착탈가능하게 설치되며 안착되는 웨이퍼를 가열하기 위한 웨이퍼블럭(25)과, 리엑터덮개(22)를 리엑터본체(21)에 덮거나 분리하는 덮개승강장치(30)와, 리엑터(20) 내부에서 웨이퍼를 승강시키는 웨이퍼승강장치(40)와, 리엑터(20) 내부의 일측부에서 타측부로 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 인젝터 어셈블리(50)와, 리엑터(20) 내부의 반응가스 및/또는 불활성가스를 배출하는 가스배출부(60)를 포함한다.
챔버(10)는 웨이퍼(w)를 운반하는 로봇(미도시)이 설치된 이송모듈(미도시)에 뱃밸브(V)에 의하여 연결되는 것으로서, 그 상부에는 챔버덮개(13)가 열려지거나 밀봉되게 닫혀질 수 있도록 설치된다. 챔버(10)의 일측면에는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(w)가 출입되는 통로(11)가 형성된다. 챔버(10)의 타측면에는 챔버 내부를 보기 위한 뷰포트(12 ; view port)가 형성되고, 뷰포트(12)에는 통상 석영재질의 윈도우가 설치된다.
리엑터(20)는 웨이퍼(w)가 수납되는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 리엑터본체(21)와, 리엑터본체(21)의 상부에 밀봉되게 덮어지는 리엑터덮개(22)를 가진다.
웨이퍼블럭(25)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(w)에 열에너지를 인가하기 위한 원형기판가열체(25b)와, 원형기판가열체(25b)를 지지하는 원형기판가열체 지지대(25c)와, 원형기판가열체(25b)의 상부에 위치되며 웨이퍼(w)가 안착되는 안착부(25a')가 형성된 안착패널(25a)을 포함한다. 원형기판가열체(25b)와 원형기판가열체 지지대(25c)는 측부에서 보았을 때 전체적으로 "T" 형상을 가지며, 원형기판가열체(25b)의 내부에는 히터가 설치된다.
안착패널(25a)에 형성된 안착부(25a')는 도 2에 도시된 바와 같이, 실질적으로 안착패널(25a) 표면으로부터 웨이퍼 두께만큼 하방으로 옴폭한 형상을 가지며, 원형의 웨이퍼가 안착될 수 있도록 원형 형상을 이룬다. 이렇게 함으로써, 안착부(25a')에 웨이퍼(W)를 안착시켰을 때에도 반응가스 및/또는 불활성가스가 방해되지 않고 원활히 흐를 수 있다.
웨이퍼블럭(25)의 외측에는 도 5에 도시된 바와 같이, 리엑터본체(21)의 가장자리와 일정한 간격을 가지는 가스커튼홈(23)이 형성되어 있다. 가스커튼홈(23)은 리엑터본체(21)와 연결된 불활성공급부(P3)에서 공급되는 불활성가스가 흐르는 경로이며, 흐르는 불활성가스에 의하여 가스커튼이 형성된다. 이러한 리엑터본체는 금속재질, 본 실시예에서는 티타늄(Ti) 또는 인코넬(Inconel)로 이루어진다. 본 실시예에서 가스커튼은 불활성가스를 흘림으로써 형성하였지만, 가스커튼홈(23)에 진공을 형성하여도 유사한 작용 효과를 기대할 수 있다.
상기한 가스커튼홈(23)은 리엑터(20) 내부의 반응가스가 챔버(10)로 흐르는 것이나, 챔버내부의 가스가 리엑터(20) 내부로 흐르는 것을 차단한다. 박막증착에 사용되는 반응가스는 반응성이 매우 크므로, 적은 양이라도 챔버 내부로 누수되면 챔버(10)가 오염되고, 반대로, 외부의 가스가 리엑터(20) 내부로 흐르게 되면 박막증착공정에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 그러나, 가스커튼홈(23)을 형성함으로써 가스의 누설을 차단하게 된다.
원형기판가열체(25b)와 상기 리엑터본체(21) 사이에는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 그 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 리엑터본체(21)로 과도하게 전달되는 것을 방지하기 위한 세라믹링(26)이 설치된다. 원형기판가열체(25b)는 웨이퍼(w)를 가열시키며 박막증착을 위한 공정조건을 형성하는데, 이때 원형기판가열체(25b)에서 발생되는 열은 안착부(25a')를 통하여 웨이퍼(w)로 원활히 전달되어야 한다. 이를 위하여 원형기판가열체(25b)와 리엑터본체(21) 사이에 단열성이 좋은 세라믹링(26)을 설치하는 것이다.
원형기판가열체(25b)의 하부에는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 챔버(10)로 과도하게 전달되는 것을 방지하기 위한 열전달방지판(27)(28)이 설치된다. 이때, 열전달방지판(27)(28)은 다수개의 원형판들이 상호 간격을 유지하며 설치됨으로써 구성된다.
덮개승강장치(30)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 또는 리엑터본체(21)에 설치되는데, 본 실시예에서는 리엑터본체(21)가 설치된다. 덮개승강장치(30)는 그로부터 승강되는 제1로드(32)를 가지는 제1실린더(31)와, 리엑터덮개(22)의 가장자리에 형성된 지지부(22a)에 대응되도록 위치되어 제1로드(32)에 의하여 연동되는 승강핀(33)을 포함한다.
웨이퍼승강장치(40)는, 챔버(10) 또는 리엑터본체(21)에 설치되는데, 본 실시예에서는 챔버(10)에 설치된다. 웨이퍼승강장치(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 그로부터 승강되는 제2로드(42)를 가지는 제2실린더(41)와, 제2로드(42)에 연동되어 안착부(25a')에 형성된 핀홀(25a")로 돌출되는 웨이퍼핀(43)을 포함한다. 여기서, 웨이퍼핀(43)은 도 5에 도시된 바와 같이, 안착부(25a')에 등간격으로 형성된 핀홀(25a")를 통하여 돌출된다.
인젝터 어셈블리(50)는, 도 7 내지 도 10 에 도시된 바와 같이, 인젝터(51)와, 인젝터(51)의 전방에 마련되는 가스분배기(56)로 구성된다.
인젝터(51)는 상술한 바와 같이, 상호 만나지 않는 환형의 제1,2유로(53)(54)와, 각각의 제1,2유로와 연통되며 전방으로 오픈된 제1,2미세평면유로(53a)(54a)가 형성되어 있으며, 제1유로(53)는 제1반응가스를 공급하는 제1반응가스공급라인(P1)과 연결되고, 제2유로(54)는 제2반응가스를 공급하는 제2반응가스공급라인(P2)과 연결된다.
가스분배기(56)는, 제1,2미세평면유로(53a)(54a)를 포함하도록 인젝터(51)의 전방에 설치되며, 제1,2유로(53)(54)와 각각 연통된 제1,2미세평면유로(53a)(54a)에서 분사되는 각 반응가스가 확산되는 확산부(56c)와, 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)이 형성되어 있고, 확산부(56c) 내부에는 각각 분사되는 반응가스가 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 경사면(56b)(56b')이 더 형성되어 있다.
가스배출부(60)는, 도 1 및 도 12에 도시된 바와 같이, 리엑터본체(21)의 타측에 설치되는 펌핑쉴드(61)와, 펌핑쉴드(61)에 결합되며 다수개의 결합공(62a)이 형성된 펌핑프로파일조절기(62)와, 결합공(62a)에 결합되며 각각 다른 직경의 펌핑구멍이 형성된 다수개의 인서트(63)를 포함한다. 이때, 펌핑프로파일조절기(62)의 중앙에서 양 가장자리로 갈수록, 펌핑구멍이 서서히 커지도록 인서트(63)를 설치하는 것이 바람직하다. 펌핑구멍이 중앙에서 양 가장자리로 갈수록 커지도록 한 이유는, 리엑터본체(21)의 중앙을 지나는 반응가스의 밀도와, 리엑터본체(21)의 가장자리를 지나는 반응가스의 밀도가 다르기 때문이다. 즉, 리엑터본체(21)의 중앙을 지나는 반응가스의 밀도가 양 가장자리를 지나는 반응가스의 밀도보다 크기 때문에, 웨이퍼(w)를 흐르는 반응가스의 밀도를 고르게 하기 위하여, 가스배출부(60)의 양 가장자리로 배출되는 반응가스량을 중앙보다 많게 하여야 한다. 그러나, 펌핑구멍의 배열은 사용되는 반응가스 및 공정조건에 따라 다르게 될 수 있으므로, 이 경우 펌핑구멍이 형성된 인서트(63)를 교체함으로써 범용적인 사용이 가능하다.
리엑터본체(21) 내부에 있어서, 안착부(25a')와 인젝터 어셈블리(50) 사이의 거리를 조정할 수 있도록, 도 13에 도시된 탑블랭크(71) 및/또는 도 14에 도시된 백쉴드(72)가 더 설치될 수 있다.
탑블랭크(71)는 리엑터덮개(22)의 후방에 설치되며, 하방으로 단턱(71a)이 형성되어 있다. 리엑터덮개(22)가 리엑터본체(21)를 덮을 때 단턱(71a)은 인젝터 어셈블리의 가스분배기(56)의 전방 상부에 위치되어 그 인젝터 어셈블리(50)의 위치를 고정시킨다. 이때, 단턱(71a)의 폭이 달라질 경우에 인젝터 어셈블리(50)의 위치도 달라질 수 있으므로, 단턱의 폭을 다르게 함으로써 안착부(25a')와 인젝터 어셈블리(50) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
백쉴드(72) 역시 안착부(25a')와 인젝터 어셈블리(50) 사이의 거리를 조절하는 것으로서, 탑블랭크의 하단에 대응하는 리엑터본체(21)에 설치된다. 백쉴드(72)는 가스분배기(56)의 전방 하부에 위치되어 탑블랭크(71)와 함께 인젝터 어셈블리(50)의 위치를 고정시킨다.
이와 같이 백쉴드(72)와 탑블랭크의 단턱(71a)의 폭을 다르게 함으로써, 웨이퍼(w)와 인젝터 어셈블리(50) 사이의 거리를 조절할 수 있는 것이다.
다음, 상기한 구조의 플로우타입 박막증착장치의 동작을 설명한다.
챔버(10)에 챔버덮개(13)가 닫혀진 상태에서, 덮개승강장치(30)가 작동하여 리엑터본체(21)로부터 리엑터덮개(22)를 상승시킨다. 이후, 뱃밸브(V)가 열리고 이송모듈에서 로봇암이 움직여 웨이퍼(w)를 챔버(10) 내부로 이송시킨다. 이때, 안착패널의 안착부(25a') 상으로 웨이퍼핀(43)이 상승하고 챔버(10) 내로 이동된 웨이퍼(w)는 웨이퍼핀(43)에 안착된다.
다음, 로봇암이 챔버(10)로부터 빠져나가고 뱃밸브가 닫히게 된다. 한편, 웨이퍼핀(43)은 하강하면서 웨이퍼(w)를 안착부(25a')에 안착시키고, 승강핀(33)도 하강하면서 리엑터덮개(22)가 리엑터본체(21)를 덮게 한다. 리엑터덮개(22)가 리엑터본체(21)에 덮여질 경우에 리엑터(20) 내부에는 웨이퍼(w)가 10장 이내가 포개질 정도의 내부 공간이 형성되며, 본 실시예에서는 2-3 장 정도가 포개질 정도의 공간이 형성된다. 즉, 리엑터 내부에 편편하고 좁은 공간이 형성되는 것이다.
다음, 불활성가스공급라인(P3)으로부터 공급되는 불활성가스가 리엑터본체(21) 내부의 가스커튼홈(23)으로 흐르게 된다.
다음, 인젝터 어셈블리(50)를 통하여 제1반응가스 및/또는 불활성가스와, 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 교호적으로 분사되고, 이러한 가스는 리엑터 내부의 좁은 공간에 안착된 웨이퍼 표면을 따라 가스배출부(60) 방향으로 흐르게 된다.
즉, 제1반응가스공급라인(P1)으로 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스는 제1유로(53) 및 제1미세평면유로(53a)에서 분사된 후 확산부(56c)에서 골고루 확산된 후 분사홀(56a)을 통하여 웨이퍼(w) 방향으로 분사되고, 제2반응가스공급라인(P2)으로 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스는 제2유로(54) 및 제2미세평면유로(54a)에서 분사된 후 확산부(56c)에서 골고루 확산된 후 분사홀(56a)을 통하여 웨이퍼(w) 방향으로 분사된다. 이러한 제1,2반응가스는 웨이퍼 표면을 따라 흐르면서 웨이퍼(w)의 표면에 박막을 원자층 단위로 증착하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 증착 공정을 수행하게 된다.
한편, 박막증착에 사용되는 제1,2반응가스는 반응성이 매우 크므로, 적은 양이라도 챔버 내부로 누출되게 되면 챔버(10)가 쉽게 오염되고, 반대로 외부의 가스가 리엑터(20) 내부로 흐르게 되면 박막증착에 나쁜 영향을 준다. 따라서, 제1,2반응가스의 리엑터(20) 외부로의 누설을 막기 위하여 가스커튼홈(23)을 통하여 불활성가스를 흘림으로써 가스의 누설 가능성을 더욱 낮출 수 있다. 그럼에도 불구하고, 박막증착에 사용되지 않은 제1,2반응가스는 가스배출부(60)로 100% 빠져나가지 않고 리엑터(20) 외부로 빠져나갈 가능성이 있다. 따라서, 챔버(10) 내부의 압력을 리엑터(20) 내부의 압력보다 높게 하는 것이 바람직하고, 이를 위하여, 도시하지 않는 라인을 통하여 챔버(10) 내부로 오버프레셔(over pressure) 가스를 유입시킨다.
박막증착에 사용되지 않은 제1,2반응가스는 가스배출부(60)를 통하여 외부로 배출되는데, 이 과정에서 리엑터본체(21)의 중앙을 지나는 반응가스의 밀도가 리엑터본체(21)의 가장자리를 지나는 반응가스의 밀도보다 클 수가 있다. 이때는 가스배출부(60)의 양 가장자리로 배출되는 반응가스량이 중앙보다 많아야 하며, 이는 인서트(63)의 펌핑구멍을 가스배출부(60)의 중앙이 가장자리의 펌핑구멍보다 작게 배치함으로써 가능하게 한다. 이렇게 함으로써, 리엑터본체(21) 내부의 가스분포를 일정하게 할 수 있다.
상기와 같은 일련의 과정을 통하여, 웨이퍼에 원하는 박막을 원자층 단위로 증착할 수 있다.
첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 연속가스분사에 의한 반도체 박막증착장치를 구현할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치 및 그에 채용되는 인젝터 어셈블리에 따르면, 그 내부를 클리닝할 경우나 유지 보수시에 웨이퍼블럭이나, 인젝터 어셈블리나, 가스배출부를 리엑터로부터 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 상술한 구조의 인젝터 어셈블리와 가스배출부를 채용함으로써, 웨이퍼 표면상으로 보다 고른 분포의 반응가스 흐름을 만들 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플로우타입 박막증착장치의 분해사시도,
도 2는 도 1의 플로우타입 박막증착장치의 측단면도,
도 3은 도 1의 챔버의 사시도,
도 4는 도 3의 챔버에 설치되는 리엑터 및 덮개승강장치의 발췌 사시도,
도 5는 도 4의 리엑터본체의 발췌 사시도,
도 6은 도 5의 웨이퍼블럭의 측부 및 하부에 설치되는 세라믹링 및 열전달방지판을 도시한 도면,
도 7은 도 1에 채용되는 인젝터 어셈블리의 발췌 사시도,
도 8은 도 7의 인젝터의 발췌 사시도,
도 9는 도 8의 인젝터에 있어서 제1,2유로를 간략히 도시한 도면,
도 10은 도 7의 가스분배기의 발췌 사시도,
도 11은 도 7의 인젝터 어셈블리에 있어서, 반응가스들이 흐르는 공간 경로를 도시한 도면,
도 12는 도 1에 채용되는 가스배출부의 발췌 사시도,
도 13은 도 1 및 도 2에 도시된 리엑터덮개에 설치되는 탑블랭크의 발췌 사시도,
도 14는 도 1 및 도 2에 도시된 리엑터에 설치되는 백쉴드의 발췌 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 챔버 11 ... 통로
12 ... 뷰포트 13 ... 챔버덮개
20 ... 리엑터 21 ... 리엑터본체
23 ... 가스커튼홈 22 ... 리엑터덮개
22a ... 지지부 25 ... 웨이퍼블럭
25a ... 안착패널 25a' ... 안착부
25a" ... 핀홀 25b ... 원형기판가열체
25c ... 원형기판가열체 지지대 26 ... 세라믹링
27, 28 ... 열전달방지판 30 ... 덮개승강장치
31 ... 제1실린더 32 ... 제1로드
33 ... 승강핀 40 ... 웨이퍼승강장치
41 ... 제2실린더 42 ... 제2로드
43 ... 웨이퍼핀 50 ... 인젝터 어셈블리
51 ... 인젝터 52 ... 유로밀봉부재
53, 54 ... 제1,2유로 53a, 54a ... 제1,2미세평면유로
55 ... 미세평면유로변형방지부재 56 ... 가스분배기
56a ... 분사홀 56b, 56b' ... 경사면
56c ... 확산부 60 ... 가스배출부
61 ... 펌핑쉴드 62 ... 펌핑프로파일조절기
62a ... 결합공 63 ... 인서트
71 ... 탑플랭크 71a ... 단턱
72 ... 백쉴드
P1 ... 제1반응가스공급라인 P2 ... 제2반응가스공급라인
P3 ... 불활성가스공급라인 V ... 뱃밸브

Claims (17)

  1. 웨이퍼(w)의 일측에서 타측으로 반응가스를 흘려 박막을 형성하는 플로우타입(flow type) 박막증착장치에 적용하는 것으로서,
    그 내부에 상호 만나지 않는 제1,2유로(53)(54)가 형성된 인젝터(51); 및
    상기 인젝터(51)의 전방에 마련되는 것으로서, 상기 제1,2유로(53)(54)에서 분사되는 각 반 응가스가 확산되는 확산부(56c) 및 상기 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 상기 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)이 형성된 가스분배기(56);를 포함하고,
    상기 인젝터(51)는, 상기 제1,2유로(53)(54)와 연통되고 상기 확산부(56c) 방향으로 오픈된 제1,2미세평면유로(53a)(54a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치의 인젝터 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1,2유로(53)(54)는,
    각각 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)과 연결되며, 상기 인젝터(51) 내부에서 각각 환형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치의 인젝터 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가스분배기(56)의 확산부(56c)에는, 각각 분사되는 반응가스가 상기 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 경사면(56b)(56b')이 형성된 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치의 인젝터 어셈블리.
  5. 웨이퍼(w)가 출입되는 통로(11)가 형성되고, 열려지거나 닫혀지는 챔버덮개(13)를 가지는 챔버(10);
    상기 챔버(10) 내부에 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 수납되는 리엑터본체(21) 및 상기 리엑터본체(21)의 상부에 위치되는 리엑터덮개(22)를 가지는 리엑터(20);
    상기 리엑터 내부에 착탈 가능하게 설치되는 것으로서, 웨이퍼가 안착되며 그 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼블럭(25);
    상기 리엑터덮개(22)를 상기 리엑터본체(21)에 덮거나 열기 위하여 승강시키는 덮개승강장치(30);
    상기 웨이퍼블럭(25)에 안착된 웨이퍼(w)를 승강시키는 웨이퍼승강장치(40);
    상기 리엑터본체(21)의 일측에 설치되어 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 인젝터 어셈블리(50); 및
    상기 리엑터본체(21)의 타측에 설치되어 유입된 반응가스 및/또는 불활성가스를 배출하는 가스배출부(60);를 포함하여,
    상기 리엑터덮개(22)가 상기 리엑터본체(21)에 덮여질 경우에 상기 리엑터 내부에 웨이퍼가 10장 이내가 포개질 정도의 내부 공간이 형성되고,
    상기 웨이퍼블럭(25)의 외측에는 상기 리엑터본체(21)의 가장자리와 일정한 간격을 가지는 가스커튼홈(23)을 형성함으로써, 그 가스커튼홈(23)으로 불활성가스가 흐르거나 진공을 형성하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 웨이퍼블럭(25)은, 상기 웨이퍼(w)에 열에너지를 인가하기 위한 원형기판가열체(25b)와, 상기 원형기판가열체(25b)를 지지하는 원형기판가열체 지지대(25c)로 구성되는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 웨이퍼블럭(25)은, 상기 원형기판가열체(25b)의 상부에 위치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 안착부(25a')가 형성된 안착패널(25a)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 원형기판가열체(25b)와 상기 리엑터본체(21) 사이에는, 그 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 상기 리엑터본체(21)로 전달되는 것을 방지하기 위한 세라믹링(26)이 설치되는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 원형기판가열체(25b)의 하부에는, 그 원형기판가열체(25b)에서 발생된 열이 상기 챔버(10)로 전달되는 것을 방지하기 위한 열전달방지판(27)(28)이 설치되는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 덮개승강장치(30)는, 상기 챔버(10) 또는 리엑터본체(21)에 설치되는 것으로서, 승강되는 제1로드(32)를 가지는 제1실린더(31)와, 상기 리엑터덮개(22)의 지지부(22a)에 대응되도록 위치되어 상기 제1로드(32)에 의하여 연동되는 승강핀(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 인젝터 어셈블리는,
    그 내부에 상호 만나지 않는 제1,2유로(53)(54)가 형성된 인젝터(51); 및
    상기 인젝터(51)의 전방에 마련되는 것으로서, 상기 제1,2유로(53)(54)에서 분사되는 각 반응가스가 확산되는 확산부(56c) 및 상기 확산부(56c)에서 확산된 반응가스를 상기 웨이퍼(w) 방향으로 분사하는 다수개의 분사홀(56a)이 형성된 가스분배기(56);를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치
  13. 제12항에 있어서, 상기 인젝터(51)는,
    상기 제1,2유로(53)(54)와 연통되고 상기 확산부(56c) 방향으로 오픈된 미세평면유로(53a)(54a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1,2유로(53)(54)는,
    각각 제1,2반응가스공급라인(P1)(P2)과 연결되며, 상기 인젝터(51) 내부에서 각각 환형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 가스분배기(56)의 확산부(56c)에는, 각각 분사되는 반응가스가 상기 분사홀(56a)로 원활히 흐를 수 있도록 경사면(56b)(56b')이 더 형성된 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치
  16. 제5항에 있어서, 상기 가스배출부(60)는,
    상기 리엑터본체(21)의 타측에 설치되는 펌핑쉴드(61)와, 상기 펌핑쉴드(61)에 결합되며 다수개의 결합공(62a)이 형성된 펌핑프로파일조절기(62)와, 상기 결합공(62a)에 결합되며 각각 다른 직경의 펌핑구멍이 형성된 다수개의 인서트(63)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 안착부(25a')와 인젝터 어셈블리(50) 사이에는 그들 사이의 거리를 조정할 수 있도록, 탑블랭크(71) 및/또는 백쉴드(72)가 설치되는 것을 특징으로 하는 플로우타입 박막증착장치.
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