KR100577909B1 - 유니버설 박막증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니버설 박막증착장치에 관한 것이다. 이는 밀폐된 내부공간을 제공하는 챔버와; 상기 챔버내에 고정 설치되며 외부로부터 공급된 가스를 통과시켜 소정방향으로 배출하는 것으로, 그 내부에는 가스를 통과시키는 다수의 제 1가스통로와 제 2가스통로가 상호 독립적으로 형성되어 있는 가스샤워헤드와; 상기 가스샤워헤드의 하부에 승강 가능하도록 설치되며 그 상부면에 증착작업할 기판을 고정 지지하는 기판홀더와; 상기 챔버의 내부공간을 외부와 연결하며 증착 작업중 상기 챔버내의 압력을 원하는 압력으로 유지하는 배기밸브를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 하나의 박막증착장치로 CVD방식 증착작업은 물론 ALD방식 증착작업을 수행 할 수 있어 기존의 ALD방식이나 CVD방식으로만 작업이 가능했던 모든 종류의 증착작업을 한 대의 장치로 끝낼 수 있으며 또한 기판홀더승강기를 별도로 설치하여 원료가스를 분출하는 가스샤워헤드와 기판사이의 거리조절의 범위가 넓어 증착효율을 배가시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

유니버설 박막증착장치{Universal thin film deposit device}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니버설 박막증착장치의 전체적인 구성을 나타내 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11:챔버 15:기판홀더

17:기판홀더승강기 17a:승강피스톤

17b:실린더 23:배기밸브

25:가스샤워헤드 27,35:고주파발생기

29:고주파유도부 31:다이렉트플라즈마생성부

33:리모트플라즈마생성부 37:제 1가스탱크

39:제 1가스주입관 41:제 2가스탱크

43:제 2가스주입관 45:밸브

47:제 1가스통로 49:제 2가스통로

B:기판

본 발명은 유니버설 박막증착장치에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 제작공정은 전(前)공정과 후(後)공정으로 나눌 수 있으며, 전공정은 산화(oxydation), 감광액도포, 노광(exposure), 현상(development), 식각(etching), 이온주입, 박막증착, 배선(metallization), 와이어본딩의 순서로 진행된다.

상기 프로세스에 있어서 박막증착공정의 경우 박막을 증착하는 방법에는 통상 CVD(Chemical Vapor Deposition)라고 하는 화학적 기상(氣狀)상태 성장을 이용하는 박막성장 방법과, 박막을 얻는데 필요한 두 가지 이상의 원료가스를 상호 섞이지 않도록 분리한 상태로 시간에 따라 순차적으로 대상물(이하, 기판)에 반복 접촉시켜 박막을 형성하는 이른바 ALD(Atomic Layer Deposition)방식이 있다.

상기 CVD방식은 특수한 화합물을 증기상태로 만든 후 서로 혼합하여 기판의 표면에 분해 및 흡착되도록 하는 기술로서 현재 공업적으로 널리 확산되어 여러 가지 박막 제작에 이용되고 있다.

또한 상기 ALD방식은 보통 두 가지 이상의 가스를 원료로 사용하고 있으며, 예컨대 한 종류의 원료가스를 기판에 가한 후 일정시간이 지난 후 다른 종류의 원료가스를 기판에 가하고 다시 일정시간이 지난 후 먼저 번 원료가스를 가하는 과정을 반복하여 이루어진다. 이러한 ALD방식은 매우 얇은 막을 형성할 수 있고 불순물이 거의 없으며 조성 제어를 정확히 할 수 있다는 장점이 있어 향후 기존의 CVD 박막 공정을 대체할 기술로 알려져 있다.

상기와 같이 ALD방식은 CVD방식과 달리 원료가스(코팅재료)가 서로 섞이지 않아야 한다. CVD방식의 경우 두 가지 이상의 원료가스가 증착되기 전에 미리 고르게 섞여야 함에 비해 ALD방식은 혼합되지 않아야 하는 것이다.

이를 위해 ALD방식 박막증착장치는 챔버내에 원료가스를 주입하는 경로가 따로 따로 분리되어 원료가스가 각자의 경로를 통해 주입되도록 구성되어 있다. CVD증착장치의 경우에는 화학물질이 오히려 잘 섞여야하므로 주입경로를 분리하지 않는 구성을 갖는다.

한편, ALD증착방식과 CVD증착방식은 나름대로 각자의 장점을 가지고 있고 또한 작업 종류에 따라 CVD방식을 택해야하는 것이 있고 ALD방식을 적용해야만 하는 경우가 있다. 이는 기본적인 증착장치를 설비하기 위해서는 CVD박막 증착장치와 ALD박막 증착장치를 별도로 구비해야 함을 의미한다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로, 하나의 박막증착장치로 CVD방식 증착작업은 물론 ALD방식 증착작업을 수행 할 수 있어 기존의 ALD방식이나 CVD방식으로만 작업이 가능했던 모든 종류의 증착작업을 한 대의 장치로 끝낼 수 있으며 또한 기판홀더승강기를 별도로 설치하여 원료가스를 분출하는 가스샤워헤드와 기판사이의 거리조절의 범위가 넓어 증착효율을 배가시킬 수 있는 유니버설 박막증착장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밀폐된 내부공간을 제공하는 챔버와; 상기 챔버내에 고정 설치되며 외부로부터 공급된 가스를 통과시켜 소정방향으 로 배출하는 것으로, 그 내부에는 가스를 통과시키는 다수의 제 1가스통로와 제 2가스통로가 상호 독립적으로 형성되어 있는 가스샤워헤드와; 상기 가스샤워헤드의 하부에 승강 가능하도록 설치되며 그 상부면에 증착작업할 기판을 고정 지지하는 기판홀더와; 상기 챔버의 내부공간을 외부와 연결하며 증착 작업중 상기 챔버내의 압력을 원하는 압력으로 유지하는 배기밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스샤워헤드의 제 1가스통로는 제 1가스주입관을 통해 챔버 외부에서 제 1가스탱크와 연결되고, 제 2가스통로는 제 2가스주입관을 통해 챔버 외부에서 제 2가스탱크와 연결 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 챔버의 외부에는 고주파를 발생하는 고주파발생기가 더 구비되고, 상기 가스샤워헤드의 측부에는 챔버 외부에서 상기 고주파발생기에 연결되며 고주파발생기의 고주파를 가스샤워헤드로 전달하여 가스샤워헤드를 통과하는 가스가 플라즈마 상태가 되도록 하는 고주파유도부가 고정 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2가스주입관과 제 2가스통로의 사이에는 제 2가스주입관으로부터 제 2가스통로로 이동하는 가스에 고주파를 가하여 가스가 플라즈마상태가 되도록 하는 플라즈마생성부가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기판홀더의 하부에는 필요시 기판홀더를 승강운동 시키는 기판홀더승강기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스샤워헤드는 챔버내에 수평 위치된 상태로 외부로부터 주입된 가스를 통과시켜 기판홀더측으로 하향 배출하는 블록으로서 상기 플라즈마생성부의 하부에 위치하고, 상기 제 2가스통로는 상기 플라즈마생성부를 통과한 가스를 하향 유도하도록 가스샤워헤드를 수직으로 관통하여 형성되고, 상기 제 1가스통로는 그 하단부가 제 2가스통로와 더불어 가스샤워헤드의 저면으로 개방되고 그 상단부는 상호 연통된 상태로 상기 제 1가스주입관에 연결 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니버설 박막증착장치의 전체적인 구성을 나타내 보인 도면이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 유니버설 박막증착장치는, 증착 작업할 기판(B)을 그 상면에 고정 지지하는 기판홀더(15)와, 상기 기판홀더(15)를 상하로 승강 시키며 원하는 위치에 고정시키는 기판홀더승강기(17)와, 상기 기판홀더(15)의 연직 상부에 위치하며 외부로부터 공급되는 원료가스를 기판(B)을 향하여 배출하는 가스샤워헤드(25)와, 상기 가스샤워헤드(25) 및 기판홀더(15)를 내부공간에 수용하며 외부에 대해 밀폐되는 챔버(11)와, 상기 챔버(11)의 상부에 설치되는 리모트 플라즈마생성부(33)와, 상기 가스샤워헤드(25)에 고주파를 제공하는 고주파발생기(27)를 포함하여 구성된다.

상기 챔버(11)의 외부에는 서로 다른 종류의 연료가스를 저장하는 제 1가스탱크(37)와 제 2가스탱크(41)가 위치한다. 상기 제 1가스탱크(37)는 제 1가스주입관(39)에 의해 가스샤워헤드(25)에 의해 연결되고, 제 2가스탱크(41)는 제 2가스주입관(43)에 의해 리모트 플라즈마생성부(33)에 연결된다.

상기 가스샤워헤드(25)는 일정두께를 가지며 수평으로 설치된 블록으로서 그 내부에는 다수의 제 1가스통로(47)와 제 2가스통로(49)가 형성되어 있다.

상기 제 2가스통로(49)는 가스샤워헤드(25)의 수직방향으로 관통 형성된 구멍으로서 상호 평행하며 소정간격으로 배열되어 있다. 상기 제 2가스통로(49)는 제 2가스주입관(43)을 통해 상부에서 내려온 원료가스를 하향 통과시키며 일정한 층류 흐름을 가지게 한다. 상기 제 2가스통로(49)를 통과한 원료가스는 기판(B)에 곧바로 도달하여 증착됨은 물론이다.

또한 상기 제 1가스통로(47)는 상기 제 2가스통로(49)의 사이 사이에 위치하되 그 상단부는 상호 연통된 상태로 제 1가스주입관(39)에 연결된다. 상기 제 1가스통로(47)의 하단부는 제 2가스통로(49)의 하단부와 더불어 가스샤워헤드(25)의 하부를 향해 열려 있으며 전체적으로 균일한 위치분포를 갖는다.

결국 제 1가스탱크(37)로부터 제 1가스주입관(39)을 통해 공급되는 연료가스는 가스샤워헤드(25)의 측부로 주입되어 각각의 제 1가스통로(47)를 통해 하향 분출된다. 상기 제 1가스통로(47)를 통해 분출되는 연료가스도 층류의 흐름을 가지며 기판(B)에 도달하여 증착된다.

상기 가스샤워헤드(25)의 측부에는 고주파유도부(29)가 고정 설치되어 있다. 상기 고주파유도부(29)는 챔버(11) 외부로 연장된 후 고주파발생기(27)에 연결된다. 따라서 상기 고주파발생기(27)가 동작하면 발생된 고주파는 고주파유도부(29)를 통해 가스샤워헤드(25)로 전달되며 가스샤워헤드(25)를 통과하는 연료가스에 에너지를 가하여 연료가스가 플라즈마 상태가 되도록 한다. 상기 고주파발생기(27)로 부터 발생하는 고주파는 대략 200킬로 헤르쯔 내지 50메가 헤르쯔 정도가 되도록 함이 좋다.

공지의 사실과 같이 연료가스가 플라즈마상태가 되면 증착효과가 배가하므로 필요시 상기 고주파발생기(27)를 작동한다. 경우에 따라 고주파발생기(27)를 동작하지 않을 수 도 있음은 물론이다. 상기 고주파발생기(27)와 고주파유도부(29)는 상호 연결된 상태로 다이렉트 플라즈마생성부(31)를 이룬다. 다이렉트라는 의미는 연료가스를 기판(B)의 바로 위에서 플라즈마 상태가 되도록 한다는 의미이다.

상기 챔버(11)의 상부에 설치되어 있는 리모트 플라즈마생성부(33)는 상단부가 막히고 중앙부에 공간을 갖는 실린더의 형태를 취하며 챔버(11)의 내부공간으로 개방되어 있다. 상기 리모트 플라즈마생성부(33)도 그 내부에 공지의 고주파발생기(35)를 갖는다.

또한 상기 리모트 플라즈마생성부(33)의 상단부 중앙에 제 2가스주입관(43)이 고정되어 있음을 알 수 있다. 따라서 상기 제 2가스주입관(43)을 통해 공급되는 원료가스는 리모트 플라즈마생성부(33)를 거쳐 가스샤워헤드(25)에 도달하게 된다. 그러므로 제 2가스주입관(43)을 통해 원료가스를 공급하는 동안 고주파발생기(35)를 가동하면 원료가스는 플라즈마화되고 그 상태로 제 2가스통로(49)를 통과하여 기판(B)에 도달한다. 상기 리모트라는 용어는 플라즈마 상태로 변화하는 위치가 상기 가스샤워헤드(25)의 상부로서 기판으로부터 어느 정도 이격되어 있다는 의미이다.

한편, 상기 기판홀더(15)는 작업할 기판(B)을 수평으로 고정 지지하는 것으 로 그 내부에는 공지의 기판홀더와 마찬가지로 히터가 설치되어 증착공정시 기판을 가열할 수 있다.

또한 상기 가스샤워헤드(25)에 대한 기판홀더(15)의 거리를 조절하기 위하여 기판홀더(15)의 하부에는 기판홀더승강기(17)가 설치된다. 상기 기판홀더승강기(17)는 외부로부터 작동유체가 그 내부로 압입되는 실린더(17b)와 상기 실린더(17b)에 부분 삽입되며 유압에 의해 승강가능한 승강피스톤(17a)을 포함하여 구성된다. 상기 승강피스톤(17a)의 승강 메카니즘은 일반적인 유압 액츄에이터의 경우와 동일하다.

아울러 상기 기판홀더승강기는 기판을 승강시킬 수 있는 한 그 구성을 얼마든지 다르게 변경할 수 있음은 물론이다.

상기 챔버(11)의 하측부에는 배기밸브(23)가 구비된다. 상기 배기밸브(23)는 챔버(11) 내부의 압력을 적절히 조절하는 역할을 하는 것으로 공지의 드로틀밸브를 적용함이 좋다. 이와같이 배기밸브(23)를 설치함으로써 챔버(11) 내부로 계속 공급되는 원료가스에 의해 챔버(11) 내압이 필요이상 상승하는 것을 막을 수 있게된다.

한편, 제 1가스주입관(39) 및 제 2가스주입관(43)에는 밸브(45)가 각각 설치되어 있다. 상기 밸브(45)는 연료가스의 주입량을 조절하는 밸브임은 물론이다.

아울러 필요시 상기 제 1가스주입관(39)과 제 2가스주입관(43)에 공지의 크리닝가스 탱크를 연결한다. 상기 크리닝가스는 예컨대 제 1가스주입관(39)과 제 2가스주입관(43) 및 챔버(11)의 내부공간을 통과한 후 배기밸브(23)로 배기되며 그동안 주입관(39,43) 및 챔버(11)내의 잔류 가스나 오염물질을 외부로 배출한다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 유니버설 박막증착장치의 동작을 CVD방식 박막증착장치로 사용하는 경우와 ALD방식 박막증착장치로 사용하는 경우로 구분하여 설명하면 다음과 같다.

CVD방식의 경우에는 기판홀더(15)에 대한 기판(B)의 셋팅이 완료된 후 상기 밸브(45)를 개방하여 이를테면 제 1가스와 제 2가스가 챔버(11) 내부로 이동하도록 한다. 상기한 제 1가스는 제 1가스탱크(37)로부터 공급된 원료가스이고 제 2가스는 제 2가스탱크(41)로부터 공급된 원료가스이다. 아울러 이 때 상기 제 1가스나 제 2가스는 증착할 화학물질을 증발시킨 증기임은 물론이다.

경우에 따라 상기 밸브(45)중 하나의 밸브(45)만 개방하여 한 가지 가스만 공급할 수 도 있음은 물론이다.

상기와 같이 가스를 공급하는 동안 상기 다이렉트 플라즈마생성부(31)와 리모트 플라즈마생성부(33)를 동작시켜 반응을 더 한층 촉진시킬 수 도 있다. 상기 플라즈마생성부(31,33)도 두 개를 동시에 동작시킬 수 도 있고 하나만 동작시킬 수도 있다.

또한 상기와 같은 증착 공정 도중 기판홀더승강기(17)를 동작시켜 가스샤워헤드(25)로부터 기판의 위치를 적절하게 이격시키고 배기밸브(23)도 적절히 개방하여 챔버(11)내부의 압력을 필요한 상태로 유지한다.

한편, ALD방식의 경우에는 기판(B)의 세팅이 완료된 후 양측의 밸브(45)를 교대로 개방한다. 즉 제 1가스가 공급되는 동안 제 2가스는 공급되지 않게 하고 제 2가스가 공급되는 동안 제 1가스는 공급되지 않도록 하는 것이다. 이와 같은 가스 주입 방법은 공지의 ALD방식 박막증착방법과 동일한 것이다.

여하튼 제 1가스주입관(39)을 통해 공급되는 제 1가스는 가스샤워헤드(25)의 제 1가스통로(47)를 통과해 하향 이동하여 기판에 증착된다. 또한 제 2가스주입관(43)을 통해 공급되는 제 2가스는 제 2가스통로(49)를 통해 하향 이동하여 증착된다. 이 때 상기 CVD방식과 마찬가지로 상기 리모트 플라즈마생성부(33)와 다이렉트 플라즈마생성부(31)를 동작시킬 경우 증착 공정이 보다 활성화된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 유니버설 박막증착장치는, 하나의 박막증착장치로 CVD방식 증착작업은 물론 ALD방식 증착작업을 수행 할 수 있어 기존의 ALD방식이나 CVD방식으로만 작업이 가능했던 모든 종류의 증착작업을 한 대의 장치로 끝낼 수 있으며 또한 기판홀더승강기를 별도로 설치하여 원료가스를 분출하는 가스샤워헤드와 기판사이의 거리조절의 범위가 넓어 증착효율을 배가시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 밀폐된 내부공간을 제공하는 챔버;

   상기 챔버내에 고정 설치되고 외부로부터 공급된 가스를 통과시켜 소정방향으로 배출하며, 그 내부에는 가스를 통과시키는 다수의 제 1가스통로와 제 2가스통로가 상호 독립적으로 형성되어 있는 가스샤워헤드;

   상기 가스샤워헤드의 하부에 승강 가능하도록 설치되며 그 상부면에 증착작업할 기판을 고정 지지하는 기판홀더;

   상기 챔버의 내부공간을 외부와 연결하며 증착 작업중 상기 챔버내의 압력을 원하는 압력으로 유지하는 배기밸브; 및

   상기 챔버의 외부에 구비된 고주파발생기와, 상기 챔버 외부에서 상기 고주파발생기에 연결되며 상기 고주파발생기의 고주파를 상기 가스샤워헤드로 전달하여 상기 가스샤워헤드를 통과하는 가스가 플라즈마 상태가 되도록 상기 가스샤워헤드의 측부에 고정 설치된 고주파유도부로 이루어진 다이렉트 플라즈마생성부를 포함하여 구성되고,

   상기 제 1가스통로는 제 1가스주입관을 통해 상기 챔버 외부에서 제 1가스탱크와 연결되고, 상기 제 2가스통로는 제 2가스주입관을 통해 상기 챔버 외부에서 제 2가스탱크와 연결되며,

   상기 제 2가스주입관과 제 2가스통로의 사이에는 상기 제 2가스주입관으로부터 상기 제 2가스통로로 이동하는 가스에 고주파를 가하여 상기 가스가 플라즈마 상태가 되어 상기 가스샤워헤드를 통과하도록 하는 리모트 플라즈마생성부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유니버설 박막증착장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 기판홀더의 하부에는 상기 기판홀더를 승강운동 시키는 기판홀더승강기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유니버설 박막증착장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 가스샤워헤드는 상기 챔버내에 수평 위치된 상태로 외부로부터 주입된 가스를 통과시켜 상기 기판홀더측으로 하향 배출하는 블록으로서 상기 리모트 플라즈마생성부의 하부에 위치하고,

   상기 제 2가스통로는 상기 리모트 플라즈마생성부를 통과한 가스를 하향 유도하도록 상기 가스샤워헤드를 수직으로 관통하여 형성되고,

   상기 제 1가스통로는 그 하단부가 상기 제 2가스통로와 더불어 상기 가스샤워헤드의 저면으로 개방되고 그 상단부는 상호 연통된 상태로 상기 제 1가스주입관에 연결 형성된 것을 특징으로 하는 유니버설 박막증착장치.

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