KR100569601B1 - 박막증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로서, 공간이 형성된 리엑터블럭(10)과, 리엑터블럭(10)에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(20)과, 리엑터블럭(10)을 덮어 밀봉하는 탑리드의 하부에 위치되어 웨이퍼블럭(20) 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(30)를 포함하는 박막증착장치에 있어서, 리엑터블럭(10)의 내부에 설치되어 증착공간을 줄이는 것으로서, 샤워헤드(30)와 웨이퍼블럭(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 원통형 형상의 반응쉴드(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막증착장치{Reactor for depositing thin film on wafer}

도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 제1실시예의 개략적 구성도,

도 2는 도 1에 채용되는 반응쉴드의 일 실시예를 도시한 도면,

도 3은 도 1에 채용되는 반응쉴드의 다른 실시예를 도시한 도면,

도 4는 도 1의 박막증착장치에 있어서, 반응쉴드가 웨이퍼이송구멍의 아래측으로 하강한 상태를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치의 제2실시예의 개략적 구성도,

도 6은 도 1에 있어서, 웨이퍼블럭이 웨이퍼이송구멍의 아래측으로 하강한 상태를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 ... 리엑터블럭 11, 11'... 웨이퍼이승구멍

12 ... 배기라인 20 ... 웨이퍼블럭

21 ... 지지축 30 ... 샤워헤드

40, 40' ... 반응쉴드 50 ... 쉴드승강장치

60 ... 플라즈마 형성장치 70 ... 블럭승강장치

본 발명은 개선된 반응쉴드를 갖는 박막증착장치에 관한 것이다.

종래의 박막증착장치는, 증착공간이 형성된 리엑터블럭과, 리엑터블럭 내부에 설치되며 기판이 안착되는 웨이퍼블럭과, 리엑터블럭을 덮어 밀봉하는 탑리드와, 탑리드 하부에 위치되어 웨이퍼블럭 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드와, 리엑터블럭 내부의 가스가 배기하는 배기라인을 포함하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조에 의하여, 박막증착장치 내부로 다른 종류의 반응가스를 동시 또는 교호적으로 피딩 및 퍼지함으로써 웨이퍼블럭에 안착된 기판상에 소정의 박막을 형성하게 한다. 또한, 클라닝시에도 클리닝가스를 박막증착장치 내부로 피딩 및 퍼지함으로써 내부 클리닝이 진행되도록 한다.

그런데, 웨이퍼의 직경이 대형화됨에 따라 리엑터블럭의 크기가 커지고 이에 따라 증착공간이 커지게 되었으며, 따라서 반응가스의 피딩 및 퍼지 시간이 길어질 수 밖에 없었다. 또한 증착공간이 커짐에 따라 많은 반응가스가 공급되어 많은 반응부산물이 발생되었고, 이를 제거하기 위한 클리닝 주기가 단축되게 되었다. 즉, 증착공간이 커짐은, 피딩 및 퍼지시간의 길어짐과 동시에 클리닝 주기의 단축으로 이어졌고, 결과적으로 웨이퍼의 생산수율을 떨어뜨린다라는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하기 위하여 안출된 것으로서, 대구경 웨이퍼를 사용하더라도 증착공간이 커지는 것을 방지할 수 있어, 웨이퍼 생산수율을 높일 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착장치는,

공간이 형성된 리엑터블럭(10)과, 상기 리엑터블럭(10)에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(20)과, 상기 리엑터블럭(10)을 덮어 밀봉하는 탑리드의 하부에 위치되어 상기 웨이퍼블럭(20) 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(30)를 포함하는 박막증착장치에 있어서, 상기 리엑터블럭(10)의 내부에 설치되어 증착공간을 줄이는 것으로서, 상기 샤워헤드(30)와 상기 웨이퍼블럭(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 원통형 형상의 반응쉴드(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 반응쉴드(40')는, 수직방향으로 대칭되게 분리되는 2 개 이상의 부분으로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 반응쉴드(40)를 승강시킬 수 있는 쉴드승강장치(50)를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼블럭(20)을 승강시킬 수 있는 블럭승강장치(70)를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 반응쉴드(40)는, 그 내부에 플라즈마를 형성할 수 있도록 RF 전원 또는 DC 전원을 인가하는 플라즈마 형성장치(60)와 연결된다.

본 발명에 있어서, 상기 반응쉴드(40)(40')의 높이는 40mm ∼ 120mm 범위에 있다.

이하, 본 발명에 따른 박막증착장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치의 제1실시예의 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 채용되는 반응쉴드의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에 채용되는 반응쉴드의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 박막증착장치에 있어서, 반응쉴드가 웨이퍼이송구멍의 아래측으로 하강한 상태를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본원에 따른 박막증착장치의 제1실시예는, 공간이 형성된 리엑터블럭(10)과, 리엑터블럭(10)에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(20)과, 리엑터블럭(10)을 덮어 밀봉하는 탑리드의 하부에 위치되어 웨이퍼블럭(20) 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(30)와, 리엑터블럭(10)의 내부에서 불필요한 증착공간을 줄이는 것으로서 샤워헤드(30)와 웨이퍼블럭(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 원통형 형상의 반응쉴드(40)와, 반응쉴드(40)를 승강시키기 위한 쉴드승강장치(50)와, 반응쉴드 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 형성장치(60)를 포함한다.

리엑터블럭(10)의 측부에는 웨이퍼(w)가 출입되는 웨이퍼이송구멍(11)이 형성되어 있으며, 리엑터블럭(10)의 하부에는 그 내부의 가스가 배기되는 배기라인(12)이 형성되어 있다. 이러한 리엑터블럭(10)의 웨이퍼이송구멍(11)은 뱃밸브(미도시)를 통하여 웨이퍼를 이송하는 이송모듈(미도시)과 연결되어 있다.

웨이퍼블럭(20)의 내부에는 히터(미도시)가 내장되어, 상부에 안착된 웨이퍼(w)를 소정의 온도로 가열시킨다.

샤워헤드(30)는 다른 종류의 반응가스를 웨이퍼블럭(20) 측으로 분사함으로써, 웨이퍼(w)에 박막이 증착되도록 한다.

반응쉴드(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 원통 형상을 하며, 그 높이는 40mm ∼ 120mm 범위에 있다. 반응쉴드(40)는, 리엑터블럭(10) 내부에 설치됨으로써, 웨이퍼(w) 상에 박막을 형성하기 위한 최소한의 증착공간을 형성한다. 즉, 대구경의 웨이퍼를 사용하여 리엑터블럭 내부 공간이 커지더라도, 웨이퍼(w)에 박막을 증착하기 위한 증착공간을 최소화할 수 있는 것이다. 이러한 반응쉴드는 도 2에 도시된 바와 같이 단일의 원통 형상으로 구현할 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 대칭되는 두 부분(40a')(40b')로 구현할 수도 있다.

쉴드승강장치(50)는, 초기에 웨이퍼를 리엑터블럭(10) 내부로 유입시키거나 증착이 완료된 웨이퍼를 리엑터블럭(10)으로부터 배출할 때, 즉, 웨이퍼가 웨이퍼이송구멍(11)으로 출입할 때, 반응쉴드(40)를 승하강시키는 것이다. 이러한 쉴드승강장치(50)는 반응쉴드(40)가 안착되는 지지대(51)와, 그 지지대(51)를 승하강시키는 승강부재(52)로 구성된다. 여기서, 승강부재는 설명을 위하여 실린더 형상으로 개략적으로 도시하였지만, 실질적인 구성은 매우 복잡할 것이다.

웨이퍼(w) 상에 박막증착이 진행될 때에는 도 1에 도시된 바와 같이 반응쉴드(40)가 웨이퍼블럭(20)과 샤워헤드(30)의 외주를 완전히 감쌀 수 있도록 상승되어 있다. 그러나, 웨이퍼(w)가 출입될 때는 도 4에 도시된 바와 같이, 쉴드승강장치(50)는 반응쉴드(40)를 하방으로 하강시킴으로써, 웨이퍼이송구멍(11)을 개방시 킨다.

플라즈마 형성장치(60)는, 반응쉴드(40)에 RF 전원 또는 DC 전원을 인가함으로써, 반응쉴드(40) 내부의 증착공간에 플라즈마를 형성한다. 이러한 플라즈마 형성장치(60)는 당업계에서 일반적으로 사용하는 것을 사용한다.

그리고, 리엑터블럭(10), 웨이퍼블럭(20), 샤워헤드(30)가 접지되도록 하여야 한다. 반응쉴드(40)에 플라즈마 전원이 잘 인가될 수 있도록, 반응쉴드(40)는 전도성 금속 재질로 만들어져야 할 것이며, 접지가 된 상기한 구성들과는 절연되어야 한다.

다음, 상기와 같은 구조의 박막증착장치의 동작을 설명한다.

박막증착을 위하여, 웨이퍼(w)가 리엑터블럭(10) 내부로 유입되어야 한다. 이 경우에, 쉴드승강장치(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 반응쉴드(40)를 하강시켜 웨이퍼이송구멍(11)을 통하여 웨이퍼(w)가 유입될 수 있도록 한다. 이후에, 웨이퍼(w)가 이송되어 웨이퍼블럭(20)에 안착되면 쉴드승강장치(50)는 반응쉴드(40)를 상승시켜 도 1에 도시된 상태가 되도록 한다. 이 상태에서, 웨이퍼블럭(20)은 웨이퍼(w)를 가열하고, 플라즈마 형성장치(60)는 반응쉴드(40)로 RF 전원 또는 DC 전원을 인가한다.

상기한 상태에서, 샤워헤드(30)로부터 반응가스가 동시 또는 교호적으로 웨이퍼(w)로 분사되면서 박막이 증착된다. 이때, 반응쉴드(40)는 전체적으로 원통형상을 이룸으로써 내부공간은 대칭이 되어 있어 웨이퍼 상에 증착되는 막의 두께 균일도를 향상시킨다.

또, 반응쉴드(40)는, 증착공간을 최소화시킴으로써, 반응가스의 수율을 향상시켜 최소한의 반응가스로 우수한 특성의 금속 및 산화박막을 형성할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 반응성 파티클의 생성을 억제할 수 있다.

또한, 반응가스의 사용량 감소로 인하여 반응 부산물 및 잔존 반응 가스의 생성을 최소화하여 리엑터블럭 내주 및 배기라인 관련 부품들의 오염을 막을 수 있어, 클리닝 주기를 늘릴 수 있다.

반응가스의 피딩과 퍼지를 주기적으로 반복하면서 웨이퍼상에 박막을 증착하는 원자층 증착 방법에 있어, 가장 큰 단점은 낮은 웨이퍼 생산 수율에 있었다. 그러나, 상기한 반응쉴드(40)를 사용함으로써, 반응가스의 사용량을 최소화 할 수 있고 증착공간을 줄임으로서 피딩과 퍼지 시간을 줄일 수 있어, 기존의 박막증착장치보다 높은 웨이퍼 생산상을 확보할 수 있다.

또한, 반응쉴드(40) 내부에 플라즈마가 형성되도록 함으로써, 샤워헤드와 웨이퍼블럭에 대한 인시츄(in-situ) 클리닝을 가능하게 할 수 있다.

다음, 본 발명에 따른 박막증착장치의 제2실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치의 제2실시예의 개략적 구성도이고, 도 6은 도 1에 있어서, 웨이퍼블럭이 웨이퍼이송구멍의 아래측으로 하강한 상태를 도시한 도면이다. 여기서, 제1실시에에서와 동일한 참조 부호는 동일 기능을 하는 동일 부재이다.

도시된 바와 같이, 본원에 따른 박막증착장치의 제2실시예는, 공간이 형성된 리엑터블럭(10)과, 리엑터블럭(10)에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(20) 과, 리엑터블럭(10)을 덮어 밀봉하는 탑리드의 하부에 위치되어 웨이퍼블럭(20) 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(30)와, 리엑터블럭(10)의 내부에서 불필요한 증착공간을 줄이는 것으로서 샤워헤드(30)와 웨이퍼블럭(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 원통형 형상의 반응쉴드(40)와, 웨이퍼블럭(20)을 승강시키는 블럭승강장치(70)와, 반응쉴드 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 형성장치(60)를 포함한다. 여기서, 샤워헤드(30), 플라즈마 형성장치(60)는 제1실시예에서 설명된 것과 거의 유사하므로 더 이상의 설명은 생략한다.

리엑터블럭(10)의 측부에는 웨이퍼(w)가 출입되는 웨이퍼이송구멍(11')이 형성되어 있으며, 리엑터블럭(10)의 하부에는 그 내부의 가스가 배기되는 배기라인(12)이 형성되어 있다. 이러한 리엑터블럭(10)의 웨이퍼이송구멍(11)은 뱃밸브(미도시)를 통하여 웨이퍼를 이송하는 이송모듈(미도시)과 연결되어 있다. 이때, 웨이퍼이송구멍(11')의 위치는 제1실시예에서와는 달리 리엑터블럭(10)의 하방측에 치우쳐 있다.

웨이퍼블럭(20)은, 그 내부에 히터(미도시)가 내장되어, 상부에 안착된 웨이퍼(w)를 소정의 온도로 가열시킨다. 이러한 웨이퍼블럭(20)은 블럭승강장치(70)에 의하여 승강된다.

반응쉴드(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 원통 형상을 하며, 그 높이는 40mm ∼ 120mm 범위에 있다. 반응쉴드(40)는, 리엑터블럭(10) 내부에 설치됨으로써, 웨이퍼(w) 상에 박막을 형성하기 위한 최소한의 증착공간을 형성하며, 단일의 원통 형상으로 구현할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 대칭되는 두 부 분(40a')(40b')로 구현할 수도 있다. 이러한 반응쉴드(40)는 제1실시예와는 달리 리엑터블럭(10) 내부, 상세하게는 샤워헤드(30)의 외주를 감싸도록 고정되어 있다.

블럭승강장치(70)는, 초기에 웨이퍼를 리엑터블럭(10) 내부로 유입시키거나 증착이 완료된 웨이퍼를 리엑터블럭(10)으로부터 배출할 때, 즉, 웨이퍼가 웨이퍼이송구멍(11)으로 출입할 때, 반응쉴드(40)를 승하강시키는 것이다. 이러한 블럭승강장치(70)는, 웨이퍼블럭(20)의 지지축(21)에 결합되는 브라켓(71)과, 그 브라켓(71)을 승하강시키는 승강부재(72)로 구성되며, 승강부재(72)는 다시 브라켓(71)을 나사결합되면서 관통하는 스크류(72a)와, 그 스크류(72a)를 회전시키는 감속모터(72b)로 구성될 수 있다. 여기서, 승강부재는 설명을 위하여 단순히 스크류와 감속모터로 도시하여 설명하였지만, 실질적인 구성은 매우 복잡할 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치에 따르면, 대구경 웨이퍼가 수납되는 리엑터블럭의 크기가 커지더라도 박막증착방응이 진행되는 증착공간을 줄일 수 있어 피딩 및 퍼지시간을 줄일 수 있다.

또, 증착공간이 반응쉴드 내부에 국한되므로 반응가스에 의하여 리엑터블럭의 내주면이 오염되는 것을 방지할 수 있고, 증착공간이 작아짐으로써 사용되는 반응가스의 양을 줄일 수 있어 반응부산물의 발생을 최소화할 수 있어 이에 따른 위 한 클리닝 주기를 늘릴 수 있다. 더 나아가, 플라즈마를 이용하여 In-situ 클리닝도 가능하도

그리고, 반응가스의 사용량을 줄임으로서 웨이퍼상에서 반응가스의 밀도 요동을 최소화할 수 있어, 우수한 전기적 특성과 함께 스텝커버리지를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 불순물을 최소화하여 고순도의 박막을 구현할 수 있다.

Claims (6)

1. 공간이 형성된 리엑터블럭(10)과, 상기 리엑터블럭(10)에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(20)과, 상기 리엑터블럭(10)을 덮어 밀봉하는 탑리드의 하부에 위치되어 상기 웨이퍼블럭(20) 측으로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(30)를 포함하는 박막증착장치에 있어서,

   상기 리엑터블럭(10)의 내부에 설치되어 증착공간을 줄이는 것으로서, 상기 샤워헤드(30)와 상기 웨이퍼블럭(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 원통형 형상의 반응쉴드(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응쉴드(40')는, 수직방향으로 대칭되게 분리되는 2 개 이상의 부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응쉴드(40)를 승강시킬 수 있는 쉴드승강장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼블럭(20)을 승강시킬 수 있는 블럭승강장치(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응쉴드(40)는, 그 내부에 플라즈마를 형성할 수 있도록 RF 전원 또는 DC 전원을 인가하는 플라즈마 형성장치(60)와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응쉴드(40)(40')의 높이는 40mm ∼ 120mm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.

Images