KR100573666B1 - 박막증착장치 - Google Patents

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기와무 츠카모토
미츠나오 시바사키
구니아키 호리에
히로유키 우에야마
다케시 무라카미
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Abstract

소형 박막 증착 장치는 균일한 품질의 고품질 박막 제품의 안정한 성장을 촉진할 수 있다. 그것은 기판 유지용 기판 유지 장치를 감싸는 진공밀폐식 증착 챔버를 포함한다. 기판 유지 장치를 이동시키기 위한 승강 장치 및 기판을 향하는 박막 형성 가스를 유동시키기 위한 가스분사헤드가 구비된다. 이송 개구 및 배출 개구가 각각 이송 위치 및 증착 위치에 상응하는 높이의 증착 챔버의 벽 부분 상에 구비된다. 상기 증착 챔버는 유동 안내 부재가 구비되고, 유동 안내 부재는 기판 유지 장치의 승강 경로를 둘러싸기 위한 원통형 부재 및 배출 개구와 이송 개구 사이의 높이에서 챔버 공간을 수직으로 나누기 위한 제 1 링 부재를 포함한다.

Description

박막 증착 장치
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼와 같은 기판상에 바륨/스트론튬 티타네이트와 같은 고 유전체 또는 강유전체 물질의 증기상 반응에 의해 박막을 증착하기 위한 화학 증착 장치(CVD)에 관련된 것이다.
최근에, 반도체 산업에 의해 생산된 집적회로장치의 회로 집적도는 비약적인 발전을 해왔고, 활발한 개발 활동들이 오늘날 널리 쓰이는 메가비트급 DRAMs를 대체하는 기가비트급 DRAMs의 기대 하에 이루어지고 있다. 과거에는, DRAMs 생산에 필수적인 고 캐패시턴스 장치를 만들기 위해 사용되는 유전체 박막 물질은 10보다 작은 유전체 상수를 갖는 실리콘 산화 또는 실리콘 질화 박막, 20보다 작은 유전체 상수를 갖는 탄탈륨 펜타옥사이드(Ta2O5)를 포함하고 있었다; 그러나, 바륨 티타네이트(BaTiO3) 또는 스트론튬 티타네이트(SrTiO3) 또는 바륨/스트론튬 티타네이트((Ba, Sr)TiO3)와 같은 새로운 물질들이 보다 유망하게 되기 시작했다.
이러한 증기상 화학 반응으로 기판상의 금속 산화 박막이 성장할 때, 기판은 진공밀폐식 박막 증착 챔버내에 놓인 서셉터(susceptor)상에 위치하고, 기판은 소정의 온도로 서셉터 내에 둘러싸인 가열기와 같은 장치에 의해 가열되고, 공급가스 및 반응가스(산소 함유)의 혼합가스는 가스 분사(showering) 헤드를 통해 기판상에 분출된다.
이러한 방법을 사용하여 균질의 박막을 생산하기 위해, 기판 위의 가스 혼합물을 유동시키는 과정을 다루는 데에는 세심한 주의가 요구되어야 하며, 이것은 가스분사헤드로부터 기판상으로의 전달 형태 뿐만 아니라 박막 증착 챔버내의 사용한 가스 배출 통로의 영향을 포함하는 유동의 전체 과정이 중요한 변수가 된다.
예를 들면, 기판을 둘러싸는 가스를 형성하는 박막의 유동의 축대칭 형태를 형성하기 위해 축받이 아래로 직접적으로 사용한 가스 배출 개구를 놓는 것이 바람직하게 보일 수도 있으나, 이러한 배열은 그렇게 하는데 어려울 뿐만 아니라, 축받이 지지축과 그것을 위한 승강 장치와 같은 다른 구성요소가 있어야 하기 때문에, 챔버내의 유로의 길이가 증가하고, 침전 문제 및 반응 생성물의 고착을 유발하여, 증착된 박막에 있어 잠재적인 오염 공급원이 될 수 있다. 다른 한편, 배열은 복수개의 배출 개구가 기판 위의 박막 형성 가스의 대칭적인 유동 형태를 만들기 위해 기판 홀더의 외주 둘레로 대칭적으로 제공되도록 고려해야 하나, 이러한 설계는 넓은 바닥 공간을 필요로 하는 확장된 장치가 되는 결과로 되고, 또한 배출 개구 및 기판 이송 출구 개구와 기계적으로 간섭하는 어려움을 유발시킨다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 균질의 고품질 박막 생산의 안정한 성장을 촉진하는 소형의 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
또한, 공급 물질의 특성들 중 하나는, 공급 액체가 증기화된 후에, 공급 증기의 안정성 범위가 극히 좁아서 증기가 주위의 온도가 높을 때 증기가 분해되는 반면 주위의 온도가 낮을 때 응결된다는 것이다. 본 발명자는 기화 온도에 가까운 소정 온도에서 증착 챔버의 내부벽 온도를 제어하여 그러한 증기의 좁은 안정성 범위에 의해 나타난 문제점을 방지하고자 일본 특허 출원, 공개 공보 H9-2896에서 방법을 제시하였다. 비록 반응 생성물의 형성을 효과적으로 저지할 수 있을 지라도, 그러한 생성물은 완전히 제거될 수가 없어서 미세한 입자들이 생성되고 증착 챔버의 내부벽에 달라붙게 된다.
공급 물질의 열 분석을 행하는 과정에서, 예를 들면 BST 또는 SBT 용 각각의 액체 공급 물질의 이전 물질이 모든 세 가지 물질이 안정한 가스 상태로 남을 수 있는 완전하고 확실한 온도 범위를 가질 수 없어서, 공급 증기의 적어도 일부분의 응결 또는 분해가 일어나는 것을 발견하였다. 또한 분해 및 고착된 생성물과 비교할 때 응결 및 고착된 생성물은 씻어내기가 쉽다는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명의 제 2목적은 고온에서 공급 증기의 분해를 피하는 것이 가능하면서도 고품질 및 일정한 박막 생성물을 생산하는 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 간략히 보여진 제 1 목적은 기판을 유지하기 위한 기판 유지 장치를 둘러싸는 진공밀폐식 증착챔버; 증착 위치와 이송 위치 사이에서 상기 기판 유지 장치를 올리거나 내리기 위한 승강장치; 상기 기판을 향하여 박막 형성 가스를 유동시키기 위한 가스분사헤드; 상기 이송 위치에 상응하는 높이에 상기 증착 챔버의 벽 부분상에 구비된 이송 개구; 및 상기 증착 위치와 상기 이송 위치 사이의 높이에 상기 벽 부분상에 구비된 배출 개구를 포함하고, 상기 증착 챔버는 유동 안내 부재를 구비하고, 상기 유동 안내 부재는 상기 기판 유지 장치의 승강 유로를 둘러 싸기 위한 원통형 부재와, 상기 배출 개구 및 상기 이송 개구 사이의 높이에서 챔버 공간을 수직으로 나누기 위한 제 1 링 부재를 포함하는 유동 안내 부재를 구비하는 박막 증착 장치에 의해 달성될 수 있다.
따라서, 챔버 공간을 두 공간, 즉 하나는 박막 증착 공정용으로 다른 하나는 기판 이송과 같은 작업 공간으로 나눔으로써, 가스 유동이 안정한 증착 조건을 제공하도록 효과적으로 제어된다. 더욱이, 사용한 가스를 유동 안내 부재에 의해 배출 가스 개구로 안내하도록 환형 유동 경로를 형성함으로써, 배출 개구의 일정하지 않은 배열에 기인한 기판 위의 박막 형성 가스의 일정하지 않은 유동을 최소화하여 소형 설계 장치에 의해 균일하고 고품질의 박막 생산을 제공할 수 있다.
상기 본 장치에 있어서, 외부 유동 안내 부재는 유동 안내 부재와 관련하여 사용된 가스를 위한 배출 통로를 형성하기 위해 유동 안내 부재와 벽 부분의 내부면 사이에 위치할 수 있다. 유동 안내 부재와 증착 챔버로부터 쉽게 제거가능한 외부 유동 안내 부재를 제공하는 것이 장점이 있다.
상기 본 장치에 있어서, 제 2 링 부재는 챔버 공간과 상기 환형 유동 경로를 연통하기 위한 원주 슬릿 채널을 형성하기 위해 환형 유동 경로를 덮는 제 1 링 부재위에 배치될 수 있다. 상기 제 1 링 부재는 유동 안내 부재로부터 연장하도록 형성될 수 있다. 원주 슬릿 채널은 배출 개구의 근접위치에 있는 슬릿 폭이 개구로부터 먼 위치에 있는 슬릿 폭보다 좁게 되도록 형성될 수 있다. 단지 하나의 배출 개구가 원주 방향에 있을 수 있다.
유동 조정 링은 슬릿 크기가 기판 위에서 일정한 유동을 생성하도록 조절될 수 있기 위하여 제 2 링 부재상에 위치할 수 있다. 상기 외부 유동 안내 부재는 증착 챔버의 내부면의 형상을 따르는 곡선 모양으로 형성될 수 있다. 유동 안내 부재용 물질은 수정 또는 스테인레스 강 및 알루미늄과 같은 금속으로 만들어질 수 있다.
기판 유지 장치를 둘러 싸는 원통형 벽 부재가 구비될 수 있고, 유동 안내 부재가 원통형 벽 부재의 외부 원주상에 구비될 수 있다. 상기 원통형 벽 부재는 기판 유지 장치로부터 발산되는 열을 저지하기 위한 단열부재를 포함할 수 있고, 그것은 원통형 벽 부재를 특정 온도로 제어하기 위해 온도 제어 장치가 구비될 수 있다. 상기 온도 제어 장치는 원통형 벽 부재 내에 형성된 열 매개체가 구비되고 제어된 온도로 열 매개체를 공급하기 위해 외부 열 매개체 공급 장치가 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 박막 증착 장치는 기판 유지/가열 장치를 둘러싸는 원통형 진공밀폐식 증착 챔버; 증착 위치와 이송 위치 사이에서 상기 기판 유지/가열 장치를 올리거나 내리기 위한 승강 장치; 상기 증착 챔버의 꼭대기로부터 상기 기판을 향하여 박막 형성 가스를 유동시키기 위한 가스분사헤드; 상기 이송 위치에 상응하는 높이에서 상기 증착 챔버의 벽 부분상에 구비된 이송 개구; 및상기 증착 위치와 상기 이송 위치사이의 높이에서 상기 증착 챔버의 벽 부분상에 구비된 배출 개구를 포함하여, 원통형 단열부재가 상기 증착 위치에 위치하는 상기 기판 유지/가열 장치를 둘러싸도록 위치한다.
따라서, 상기 단열 부재는 기판 유지/가열 장치로부터 발산되는 열을 저지하고, 증착 챔버의 내부가 공급 물질의 분해 온도 이상의 온도에 도달하는 것을 방지한다. 따라서, 상기 공급 물질은 고온 지역과의 접촉을 통한 분해 및 고착으로부터 방지된다. 만약 상기 공급 물질이 내부 지역상에서 응결되면, 그것은 씻어내지고 장치 작동은 재개될 수 있다. 석영, 스테인레스 강 및 세라믹과 같은 단열 물질로부터 단열재를 만드는 것이 바람직하다.
상기 단열 부재는 소정의 온도로 단열 부재를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 구비할 수 있다. 상기 온도 제어 장치는 단열재 내에 형성된 열 매개 유로와 제어된 온도로 매개체를 공급하기 위한 외부 열 매개 공급 장치로 구성될 수 있다.
상기 열적 단열 부재는 분리될 수 있는 방식으로 증착 챔버내에 위치될 수 있다. 상기 장치는 특정 온도보나 낮은 온도로 증착 온도의 벽 부분을 냉각시키기 위해 냉각 장치가 구비될 수 있다. 상기 장치는 소정의 온도보다 낮은 온도로 증착 챔버의 벽 부분을 냉각시키기 위해 냉각 장치가 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 박막 증착 장치는 기판 유지용 기판 유지 장치를 둘러싸는 원통형 진공밀폐식 증착 챔버; 증착 위치와 이송 위치 사이에서 상기 기판 유지 장치를 올리거나 내리기 위한 승강 장치; 상기 증착 챔버의 꼭대기로부터 상기 기판을 향하여 박막 형성 가스를 유동시키기 위한 노즐판을 구비하는 가스분사헤드; 상기 이송 위치의 높이에 상응하는 상기 증착 챔버의 벽 부분 상에 구비된 이송 개구; 및 상기 증착 위치와 상기 이송 위치 사이의 높이에서 상기 벽 부분상에 구비된 배출 개구를 포함하여, 상기 배출 개구는 실질적으로 원주상의 한 지점에 형성되고, 상기 가스분사헤드로부터 흐르는 가스의 가스유동밀도의 중심이,상기 기판 유지 장치상에 유지된 상기 기판의 중심으로부터 상기 배출 개구에 수평반대방향으로 오프셋된 것을 포함한다.
따라서, 배출 개구의 일정치 않은 배열에 기인한 기판 위의 박막 형성 가스의 비균일 가스 유동 농도가 보상되어, 소형 설계 장치에에 의한 고 균일 두께의 박막 생성을 제공한다. 그것은 수평으로 배출 개구에 대향하는 방향으로 기판 유지 장치상에 유지된 기판의 중심으로부터 오프셋된 노즐 판의 노즐 지역의 중심을 배열하거나 많은 수의 노즐 구멍들이 다른 곳을 제외한 배출 개구의 대향 측상에 구비되는 노즐 구멍 분포를 만듦으로써 이루어질 수 있다.
열 매개체를 사용하여 소정의 온도로 노즐 판을 제어하기 위한 온도 조절 장치를 가스분사헤드에 구비하는 것이 권고될 수 있다. 상기 노즐판은 기판보다 넓은 노즐 영역에 구비될 수 있다.
도 1A는 전체가 원통 형상인 진공밀폐식 증착 챔버(10)에 의해 구성된 박막 증착 장치의 제 1 실시예를 나타낸 것으로서, 기판(W)을 유지하기 위한 기판 홀더(12); 상한에 가까운 증착 위치와 하한에 가까운 이송 위치 사이에 홀더(12)를 올리거나 내리기 위한 승강 장치(14); 증착 챔버(10)의 꼭대기로부터 기판(W)을 향하여 공급 가스를 유동시키기 위한 가스분사헤드(16); 이송 위치에 상응하는 높이에서 증착 챔버(10)의 벽 부분(18)상에 형성된 이송 개구(20); 및 증착 위치 높이와 이송 위치 높이 사이의 높이에서 증착 챔버(10)의 벽 부분(18) 상에 형성된 배출 개구(22)를 포함한다. 하나의 배출 개구(22) 및 하나의 이송 개구(20)는 적당한 원주 위치에 분리되어 구비된다.
상기 기판 홀더(12)는 내부 가열기(도시되지 않음) 및 승강 장치(14)에 연결된 지지 로드(26)를 갖는 원형 디스크 형상 서셉터(24)로 구성된다. 서셉터(24)의 외주변 모서리는 반응 생성물의 증착을 방지하기 위해 L형상 단면의 환형 증착 방지판(28)을 갖는다. 상기 가스분사헤드(16)는 기판(W)보다 다소 큰 크기 및 원형상의 노즐판(32)을 갖고, 많은 노즐 구멍들(30)은 노즐판(32)의 좁은 주변 지역을 제외한 중심 영역인 노즐 지역(33)에 고르게 분포된다. 또한 이 경우에 있어서, 증착 챔버(10)는 공급 가스와 반응 가스(예를 들면, 산화 가스)를 혼합하기 위한 혼합 공간과, 소정 온도로 노즐 구멍들(30) 및 혼합 공간을 유지하기 위한 재킷(jacket) 가열기(온도 제어 장치)(34)를 구비한다.
상기 증착 챔버(10)는 원통형 벽 부분(18); 승강 장치(14)를 수용하기 위한 중앙 개구 부분을 갖는 바닥판(36); 또한 챔버(10)용 천장 역할을 하는 가스분사헤드(16); 및 테이퍼부를 구성하기 위해 벽 부분(18)과 가스분사헤드(16) 사이에 끼워지는 끝이 테이퍼된 블럭(38)으로 구성된다. 그것은 밀봉재로서 O-링(40), 필요한 경우 벨로우즈(42) 및 이송개구를 폐쇄하기 위한 게이트(도시되지 않음)와 같은 다른 구성요소를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 열 매개체 통로 형태의 온도 제어 장치는 측벽 부분(18) 및 바닥판(36) 상에는 구비되지 않는다.
상기 증착 챔버(10)는 사용한 배출 가스를 배출 개구로(22)로 안내하기 위한 유로 (P1, P2)를 형성하기 위해 두 개의 유동 안내판(44, 46)을 구비한다. 유로(P1)는 내부 유동 안내판(44); 기판 홀더(12)용 승강 경로를 둘러싸는 원통형 부재(48); 배출 개구(22)와 이송 개구(20) 사이의 높이에서 챔버 공간을 수직으로 나누기 위한 제 1 링 부재(50); 및 외부 유동 안내판(46)을 통해 연통하는 슬릿 채널(52)을 형성하기 위한 환형 슬릿을 갖는 제 2링 부재(54)로 구성된다. 상기 외부 유동 안내판(46)은 증착 챔버(10)의 내측 벽을 따라 형성되고 반응된 가스를 배출 개구(22)로 안내하기 위해 내부 유동 안내판(44)과 짝을 이루어서 배출 통로(P2)를 형성한다.
상기 슬릿 채널(52)은 단지 하나의 배출 개구(22)가 있다는 사실에 의해 야기된 불균일한 가스의 유동을 방지하기 위해 있고, 슬릿 폭이 배출 개구(22)에 접근함에 따라 좁게 되도록 설계된다. 다시 말하면, 개구(21)측에서 슬릿 폭(d1)은 최소로 되고 대향하는 단부에서 슬릿 폭(d2)은 최대로 된다. 내부 유동판(44)의 상단은 내부로 연장되고, 증착 방지판(28)과 결합하여 서셉터(24) 사이의 공간을 좁히는 기능을 수행한다. 내부 및 외부 유동 안내판(44, 46)은 어떠한 고정 수단도 없이 환형 돌기부분(56) 상에 안착된다. 따라서, 상기 유동 안내판(44, 46)은 꼭대기 및 끝이 테이퍼된 블럭(38)에서 가스분사헤드(16)를 제거한 후에 단지 들어올려서 세척 및 교환 목적으로 증착 챔버(10)로부터 쉽게 제거될 수 있다.
그렇게 구성되어진 박막 증착 장치의 동작이 설명될 것이다. 서셉터(24)는 도 1a에 이중 점선으로 도시된 이송 위치에 위치하고, 기판(W)은 로봇팔(도시되지 않음)에 의해 이송 개구(20)로부터 그 곳 상에 적재되고, 기판(W)은 승강 장치(14)에 의해 도 1a에서 굵은 선으로 도시된 증착 위치로 올려진다. 기판(W)은 서셉터(24)를 사용하여 증착 온도로 가열되고, 공급 가스와 반응 가스의 가스 혼합체가 순환 열 매개체에 의해 특정 온도로 유지되는 가스분사헤드(16)로부터 공급된다.
공급 가스 및 반응 가스는 기판(W)상에 박막 증착을 형성하기 위해 기판(W)상에서 반응하고, 사용한 가스는 내부 및 외부 유동 안내판(44, 46)에 의해 형성된 배출 통로(P2)로 유동시키기 위해 기판(W) 위로 방사상으로 직접 유도된다. 사용한 가스는 슬릿 채널(52)을 통해 환형 유로(P1) 배출이 계속되고 배출 개구(22)로부터 제거된다. 비록 단지 하나의 개구가 있을지라도, 슬릿 채널(52)의 슬릿 폭이 배출 개구(22)를 향하여 보다 좁게 되기 때문에, 일정한 방사상 유동은 모든 기판(W)의 원주 둘레로 발생되어, 방사상으로 뿐만 아니라 기판(W)상에 원주 방향으로 균일한 품질의 증착을 생성시킨다.
또한, 내부 유동 안내판(44)이 있기 때문에, 반응 가스의 유동 경로는 가스가 서셉터(24) 및 승강 장치(14)의 바닥부 부분에 도달하는 것이 어렵도록 제한된다. 따라서, 이러한 생성물과 같은 반응 생성물의 고착과 잠재적인 오염 공급원은 방지된다. 만약 공급 물질 및 반응 생성물이 유동 안내판(44, 46)에 고착되면, 그것들은 동작을 정지하고 증착 챔버(10) 및 끝이 테이퍼된 블록(38)의 꼭대기에 있는 가스분사헤드(16)를 제거함으로써 제거되고 새로운 것으로 교환될 수 있다.
도 1b는 상기 기술된 실시예와 유사한 구조를 갖고, 외부 유동 안내판(46)이 생략되어 있다.
도 2는 증착 장치의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 내부 유동 안내판(44)의 제 2링 부재(54)는 외부 유동 안내판(46)으로부터 일정한 거리에 이격되어 있으나, 배출 개구(22)에서의 간극(d1)과 대향하는 단부에서의 간극(d2)이 d1 < d2의 관계가 되도록 제 2 링 부재(54)의 꼭대기상의 유동 조정 링부재(58)를 구비한다. 동작 조건에 맞도록 하기 위해, 가스의 일정한 유동은 유동 조정 링(58)의 형상을 조정하거나 유동 흐름 조정 링(58)을 제 2 링 부재(54)상에 편심적으로 위치시킴으로써 생성시킬 수 있다. 또한 이 경우에 있어서, 원통형 단열재(60)는 서셉터(24)로부터 방열을 하여 유동 안내판(44, 46)의 온도 증가를 방지하기 위해 내부 유동 안내판(44)과 서셉터(24) 사이에 구비된다.
도 3은 증착 장치의 제 3 실시예를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 단열재(60)는 열 매개체를 유동시키기 위한 내부 유체 통로(62)를 갖는다. 열 매개체는 공급 파이프(64) 및 복귀 파이프를 단열재(60)에 연결함으로써 외부 공급원으로부터 공급된다. 유동 안내판(44, 46)의 성능은 증착 챔버 온도가 최적화 되도록 열 냉각 매체 내에서 방열을 흡수하기 위한 이 배열에 의해 더 개선된다.
도 4는 박막 증착 장치의 제 4 실시예를 도시한다. 이 장치에 있어서 상기 증착 챔버(10)는 유동 안내판을 가지지 않으나 기판 홀더(12)를 위한 승강 경로를 둘러싸는 단열부재(74)가 구비된다. 단열부재(74)는 석영, 스테인레스 강 및 세라믹과 같은 물질로 만들어지고 기저 부분으로 연장하는 환형 기저(76)와 함께 통합적으로 형성된다. 상기 단열부재(74)는 그것을 배출 개구 아래가 아니라 이송 개구 위에 벽부분(18)상에 형성된 환형 돌기(78)에 안착시킴으로써 증착 챔버 내측에 위치한다. 따라서, 그것은 상부 및 끝이 테이퍼된 블럭(38)에 있는 가스분사헤드(16)를 제거함으로써 증착 챔버(10)로부터 쉽게 제거될 수 있다.
그렇게 구성된 증착 장치의 동작이 설명될 것이다. 서셉터(24)는 도 4에 이중 점선으로 도시된 이송 위치에 위치하고, 기판(W)은 이송 개구로부터(20) 그 곳 상에 적재되고, 기판(W)은 승강 장치(14)에 의해 도 4에서 도시된 증착 위치로 올려진다. 기판(W)은 서셉터(24)를 사용하여 증착 온도로 가열되고, 공급 가스와 반응 가스의 가스 혼합체가 순환 열 매개체에 의해 특정 온도로 유지되는 가스분사헤드(16)로부터 기판(W)을 향하여 분사된다.
공급 가스 및 반응 가스는 기판(W)상에 박막 증착을 형성하기 위해 기판(W)상에서 반응하고, 사용한 가스는 챔버(10)의 벽 부분(18) 및 환형 단열재(74)에 의해 형성된 배출 통로(P)로 유동시키기 위해 기판(W) 위로 방사상으로 직접 유도되고, 배출 개구(22)로부터 배출된다. 반응된 가스의 통로는 가스가 서셉터(24)의 뒤쪽으로 유동하고 승강 장치(14)로 유동하도록 단열부재(74) 및 환형 기저(76)에 의해 제한되고 챔버(10) 아래에 위치하는 다른 지역은 그렇게 되기가 어려워서, 입자 고착 및 이러한 입자에 의한 가능성 있는 오염 공급원을 방지할 수 있다.
박막 형성 반응이 되는 동안, 단열부재(74)는 챔버(10)의 벽 부분(18)이 공급 물질의 분해 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하기 위해 기판 홀더(12)로부터 방열을 저지하여, 공급 물질이 분해되어 이러한 위치에 달라 붙는 것을 방지한다. 이러한 위치에서 공급 물질의 응결이 발생할 때, 가스분사헤드(16) 및 끝이 테이퍼된 블럭(38)은 챔버(10)의 내부가 증착 과정을 재개하기 전에 씻어질 수 있도록 챔버(10)의 꼭대기를 통해 제거될 수 있다.
도 5는 박막 증착 장치의 제 5 실시예를 도시한다. 상기 단열부재(74)는 간단한 원통형 부재이고 벽 부분(18)의 내부 면상에 제공된 환형 홈(82)상에 분리될 수 있게 안착된다. 이 실시예에 있어서, 형상이 이전의 단열재보다 간단히 그리고 보다 소형으로 만들 수 있기 때문에, 단열부재(74)의 제작 뿐만 아니라 제거가 쉽고 단계를 교환하는 것이 보다 쉽게 된다. 이것은 단열부재(74)가 박막 증착 과정에 적합하도록 만들어진 물질을 바꾸는 것이 필요할 때 특히 바람직하다.
도 6은 증착 장치의 제 6 실시예를 도시한다. 이 경우에 있어서, 오일과 같은 열 매개체를 유동하기 위한 열 매개체 유로(84)가 단열부재(74)에 구비된다. 열 매개체는 공급 파이프(86) 및 복귀 파이프를 단열재(74)에 연결함으로써 외부 공급원으로부터 공급된다. 벽 부분(18)에서의 온도상승을 제어하는 능력은 증착 챔버(10)의 내부로부터의 복사열 흡수 때문에 더욱 개선될 수 있다.
도 7은 박막 증착 장치의 제 7 실시예를 도시한다. 이 경우에 있어서, 기판 홀더(12)로부터의 방열에 의해 바닥판(36)에 고정된 벽 부분(18) 및 승강 플랜지(90)의 가열이 벽 부분(18)을 냉각하기 위한 재킷(88)과 승강 플랜지(90)를 냉각하기 위한 재킷(89)을 구비함으로써 방지된다. 단열부재(74)에 의해 제공된 열 차단 효과에 덧붙여, 이러한 설비들은 챔버(10)의 내부 온도를 증착 반응 온도 아래로 유지하는 것을 더욱 보장한다. 이러한 장치들은 궁극적으로 밀봉 부재의 개선된 수명을 제공하고 결과적으로 작업자의 안전을 제공한다.
도 8a, 8b는 박막 증착 장치의 제 8 및 제 9 실시예를 도시한다. 도 8a에 도시된 경우에 있어서, 가스분사헤드(16)의 노즐판(32)의 중심은 서셉터(24)상에 유지되는 기판(W)의 중심으로부터 배출 개구(22)를 향하여 e1 만큼 오프셋된다. 이러한 배열은 도 1 내지 도 7에 도시된 임의의 장치와 관련하여 사용될 수 있다. 도 8a에 도시된 경우에 있어서, 노즐판(32)은 기판(W)보다 큰 반지름 R을 갖고, 도 8b에 도시된 경우에 있어서, 노즐판(32)은 e2 거리로 오프셋되어 반지름 R의 두 개의 반원을 갖는 평평한 타원 형상을 갖는다. 오프셋 e1, e2의 크기는 배출 개구(22)의 비대칭 위치에 기인한 불균일 가스 유동이 노즐판(32)의 이러한 오프셋에 의해 보상되도록 공정 조건을 적합하게 선택되도록 한다. 모든 경우에 있어서, 기판(W)은 노즐판(32)에 의해 투영면적내에 있어야 한다.
도 9a는 박막 증착 장치의 제 10 실시예를 도시한다. 이 경우에 있어서, 노즐 영역(33)에서 노즐 구멍들(30)의 분포 형태는 대향하는 절반측과 비교하여 배출 개구(22)에 가까운 절반측내에서 바뀐다. 단지 하나의 배출 개구(22)가 챔버에 제공되기 때문에, 배출 개구로 향하는 유동은 기판(W)상에서 전개된다. 따라서, 만약 노즐 구멍들(30)의 분포 형태가 대칭적으로 설계되면, 기판(W)상의 가스 유동 농도는 배출 개구측이 대향하는 측보다 높게 될 것이다. 따라서, 다수의 가스 분사 구멍들(30)이 노즐 지역(33)의 양측에서 가스 유동 밀도를 같게 하기 위해 배출개구 절반측상보다 노즐 지역(33)내의 대향하는 절반 측상에 구비된다. 이 형태의 가스 분사 노즐(16)은 도 1 내지 도 7에서 도시된 장치중 임의의 하나와 함께 사용될 수 있다.
도 9b는 박막증착 장치의 제 11실시예를 도시하고, 노즐 지역(33)의 영역이 대향하는 절반측과 비교하여 배출 개구(22)에 가까운 절반측에서 변경된다. 즉, 노즐 지역(33)은 배출 개구 절반 측상의 기판(W)의 반지름 r보다 큰 반지름 R1을 갖고, 대향하는 절반측상의 반지름 R1 보다는 큰 반지름 R2를 갖는다. 이러한 형상은 노즐 지역(33) 위의 가스 유동 농도의 동일성을 위해 또한 작용한다. 또한 그것들은 도 1 내지 도 7에서 도시된 장치들 중 임의의 하나와 함께 사용될 수 있다.
챔버 공간을 두 공간, 즉 하나는 박막 증착 공정용으로 다른 하나는 기판 이송과 같은 작업 공간으로 나눔으로써, 가스 유동이 안정한 등착 조건을 제공하도록 효과적으로 제어된다. 또한, 사용한 가스를 유동 안내 부재에 의해 배출 가스 개구로 안내하도록 환형 유동 경로를 형성함으로써, 배출 개구의 불균일한 배열에 기인한 기판 위의 박막 형성 가스의 불균일한 유동을 최소화하여 소형 설계 장치에 의해 고균일 품질의 박막 생성을 제공할 수 있다.
상기 열적 단열 부재는 기판 유지/가열 장치로부터 발산되는 열을 저지하고, 증착 챔버의 내부가 공급 물질의 증착 온도 이상의 온도에 도달하는 것을 방지한다. 따라서, 상기 공급 물질은 고온 지역과의 접촉을 통한 분해 및 고착으로부터 방지된다. 만약 상기 공급 물질이 내부 지역상에서 응결되면, 그것은 씻어내지고 장치 작동은 재개될 수 있다.
배출 개구의 불균일한 배열에 기인한 기판 위의 박막 형성 가스의 불균일한 가스 유동 밀도가 보상되어, 소형 설계 장치에에 의한 고균일 두께의 박막 생성을 제공한다.
도 1a는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 1 실시예의 단면도;
도 1b는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 1실시예의 약간 변형한 단면도;
도 2는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 2 실시예의 단면도;
도 3은 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 3 실시에의 단면도;
도 4는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 4실시예의 단면도;
도 5는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 5 실시예의 단면도;
도 6은 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 6 실시예의 단면도;
도 7은 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 7 실시예의 단면도;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 8 및 9 실시예의 부분 평면도; 및
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 박막 증착 챔버의 제 10 및 11 실시예의 부분 평면도.

Claims (14)

  1. 박막 증착 장치에 있어서,
    기판을 유지하기 위한 기판 유지 장치를 둘러싸는 진공밀폐식 증착 챔버;
    증착 위치와 이송 위치 사이에서 상기 기판 유지 장치를 올리거나 내리기 위한 승강장치;
    상기 기판을 향하여 박막 형성 가스를 유동시키기 위한 가스분사헤드;
    상기 이송 위치에 상응하는 높이에 상기 증착 챔버의 벽 부분상에 구비된 이송 개구; 및
    상기 증착 위치와 상기 이송 위치 사이의 높이에 상기 벽 부분상에 구비된 배출 개구를 포함하여 이루어지고,
    상기 증착 챔버에 제공되는 유동 안내 부재는,
    상기 기판 유지 장치의 승강 통로를 둘러싸는 원통형 부재를 구비하는 내부유동 안내 부재;
    상기 배출 개구와 상기 이송 개구 사이의 높이에 챔버 공간을 수직으로 나누는 제 1 링 부재;
    상기 내부유동 안내 부재와 상기 증착 챔버의 상기 벽 부분의 내부면 사이에 배치되어 상기 내부유동 안내 부재와 함께 가스 배출 통로를 형성하는 외부유동 안내부재; 및
    제 2 링 부재를 구비하고,
    상기 가스 배출 통로는 가스를 실질적인 하나의 상기 배출 개구로 안내하기위한 환형 유로를 구비하며, 상기 제 2 링 부재는 상기 제 1 링 부재 상에 배치되어 상기 환형 유로 내에 원주 슬릿 채널을 형성하도록 상기 환형 유로를 수직으로 나누는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원주 슬릿 채널은 상기 배출 개구에 근접한 슬릿 폭이 상기 배출 개구로부터 멀리 떨어진 슬릿 폭보다 좁은 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 유지 장치를 둘러싸는 원통형 벽 부재를 더욱 포함하고, 상기 유동 안내 부재는 상기 원통형 벽 부재의 외주 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 원통형 벽 부재는 상기 기판 유지 장치로부터 열복사를 저지하기 위한 단열부재를 포함하고, 상기 단열부재는 상기 증착 위치에 위치하는 상기 기판 유지장치를 둘러싸도록 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단열부재는 특정 온도로 상기 원통형 벽 부재를 소정 온도로 제어하기위한 온도 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 단열부재는 분리가능한 방식으로 상기 증착 챔버내에 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 증착 챔버의 상기 벽 부분을 소정 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는 냉각 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유동 안내 부재는, 분리가능한 방식으로 상기 증착 챔버 내에 위치하는것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 원통형 부재는, 상기 제 1 링 부재와 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가스분사헤드는, 박막을 형성하는 가스의 가스유동밀도의 중심이 상기기판유지장치상에 수평으로 유지된 상기 기판의 중심으로부터 상기 배출개구에 반대방향으로 오프셋된 방식으로, 가스를 기판으로 분사하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가스분사헤드의 노즐 지역의 중심은, 상기 기판유지장치상에 수평으로 유지되는 상기 기판의 중심으로부터 상기 배출개구에 반대방향으로 오프셋된 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 가스분사헤드의 노즐지역은, 복수의 노즐 구멍이 상기 배출개구에 가까운 상기 노즐지역보다 상기 배출 개구 반대측의 노즐지역에 더 많이 구비되는 노즐구멍 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 가스분사헤드는, 열 매체를 사용하여 소정 온도로 상기 가스분사헤드의 노즐지역의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 가스분사헤드는, 상기 기판보다 큰 노즐 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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