KR100651631B1 - 박막증착의 균일도를 향상시킬 수 있는 ｒｔｃｖｄ 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 RTCVD 챔버는 챔버(100)의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 챔버(100)의 내측벽 둘레에 원통형 차단막(300)이 상하이동 가능하게 수직하게 세워지고, 가스공급은 원통형 차단막(300)의 윗 부분에서 원통형 차단막(300)의 내부로 이루어지며, 가스 배출은 원통형 차단막(300)의 아랫 끝단 밑으로 하여 옆으로 빠져나감으로써 이루어진다. 따라서 가스의 흐름이 층류를 이루는 경향이 종래에 비하여 덜하기 때문에 기판(140) 전면에 균일한 두께로 막이 형성되고, 챔버(100)의 내측벽이 차단막(300)에 의하여 보호되기 때문에 원하지 않는 박막증착에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있음과 동시에 온도상승의 극대화를 이끌어낼 수 있다.

샤워헤드, 층류, SiC, Si3N4, 차단막, RTCVD, 자석

Description

박막증착의 균일도를 향상시킬 수 있는 ＲＴＣＶＤ 챔버{RTCVD chamber which can improve uniformity of film deposition}

도 1은 종래의 RTCVD 장치를 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 RTCVD 장치를 설명하기 위한 개요도;

도 3은 도 2를 구체적으로 설명하기 위한 도면;

도 4는 도 3의 참조번호 170에 대한 확대도;

도 5는 도 3의 참조번호 160에 대한 확대도이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10, 100: 챔버 110a, 110b, 110c, 110d: 가스배출구

120: 게이트 130: 샤워헤드

132: 파이로미터 140: 기판

142: 석영링 144: 서셉터

150: 회전유닛 161: 투장성 벽

162a: 구동자석 162b: 연동자석

164: 볼 가이드 164a: 볼

165: 후크 166: 연결수단

200: 할로겐 램프 210: 램프 하우징

220: 윈도우 230: 진공 키트

300: 원통형 차단막

본 발명은 RTCVD(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) 챔버에 관한 것으로서, 특히 막두께의 균일도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 챔버 내부에 박막이 원하지 않게 증착되는 것을 방지할 수 있는 RTCVD 챔버에 관한 것이다.

종래의 열(thermal) CVD은 순간적인 온도조절이 어렵고 낮은 온도 변화율에 의해 불순물에 의한 오염이 발생하기 쉽다는 문제점을 갖고 있다. 이에 할로겐 램프를 사용하여 순간적인 온도변화가 가능하고 1000℃ 이상의 고온까지도 가열할 수 있는 RTCVD(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) 장치가 개발되었다.

도 1은 종래의 RTCVD 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도1에 도시된 바와 같이 통상 할로겐 램프는 챔버(10)의 윗부분에 설치되어 빛을 조사하며, 공정가스는 수평방향으로 층류(laminar flow)를 형성하여 흐른다. 따라서, 가스공급단쪽과 배기단 쪽에 증착되는 막의 두께가 서로 달라 균일성(uniformity)이 나빠진다.

한편, 기판에 막이 증착되면서 챔버의 벽면에도 원하지 않게 막이 증착되어 이 부분이 파티클 발생 소스로 작용하므로, 이를 방지하기 위하여 챔버 내에 석영튜브를 설치하여 석영튜브 내부를 공정이 이루어지는 공간으로 활용한다. 그러나, 기판을 이송시키기 위한 게이트(gate)와 가스 배기단은 석영튜브에 의해 보호되지 못하므로 이러한 부분에 막이 증착되는 것까지는 막지 못한다. 따라서 챔버를 주기적으로 세정할 수 밖에 없으며 이는 생산수율의 감소를 초래한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 챔버의 세정에 의한 생산수율 저하를 방지할 수 있는 RTCVD 챔버를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 RTCVD 챔버는, 기판이 안착되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대 상부에 설치되어 상기 기판 지지대 상부공간에 가스를 분사하는 가스 분사기; 및 상기 기판 지지대의 하부에 설치되어 상기 기판 지지대에 안착되는 기판을 가열하는 가열장치;를 구비하며, 상기 가스분사기를 통해서 분사된 가스가 사방으로 빠져나가도록 가스 배출구가 상기 기판 지지대와 상기 가스분사기 사이에 위치하는 챔버의 측벽 사방에 복수군데 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 분사기는 아랫면에 복수개의 분사구가 형성되어 있는 평판형 샤워 헤드인 것이 바람직하다. 이 때 상기 샤워헤드에는 상기 샤워헤드를 수직관통하여 아래끝단이 상기 기판 지지대 상부공간에 노출되는 파이로미터가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 기판 지지대는 상기 기판의 가운데 부분이 상기 기판 지지대의 하부 공간에 노출되도록 상기 기판의 가장자리 부분만을 지지하는 서셉터를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 기판 지지대는 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 기판은 상기 기판 지지대를 따라 같이 회전한다.

상기 가열장치는 할로겐 램프를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 챔버의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 상기 챔버의 내측벽 둘레에 원통형 차단막이 상하이동 가능하게 수직하게 설치되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 차단막은 SiC나 Si3N4 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 원통형 차단막은 상하구동장치에 의해서 상하운동하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 상하구동장치는, 수직하게 세워지는 투자성 벽과, 상기 투자성 벽의 바깥면에 달라붙어 상하로 이동가능하게 설치되는 구동자석과, 상기 투자성 벽의 안쪽면에 달라붙어 자력에 의해서 상기 구동자석의 움직임에 연동하여 같이 움직이는 연동자석과, 상기 연동자석에 연결되어 상기 차단막과 결합되는 연결수단을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 연결수단은 상기 차단막과의 결합이 분리가능하게 이루어지도록 상기 차단막과의 연결부위가 후크형태를 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 투자성 벽의 안쪽면에 대향해서 수직하게 볼 가 이드가 설치되는 것이 바람직하고, 이 때 상기 연동자석은 캡에 의해 둘러싸여지고 상기 캡과 상기 볼 가이드 사이에는 볼이 개재되는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 2는 본 발명에 따른 RTCVD 장치를 설명하기 위한 개요도이다. 공정가스는 챔버(100)의 상부에 설치되는 샤워헤드(130)를 통해서 위에서 밑으로 공급되며, 챔버(100)의 사방에 설치되는 가스 배출구(110a, 110b, 110c, 110d)를 통해서 외부로 빠져나간다. 미설명된 참조번호 120는 기판의 장입 반출이 이루어지는 게이트(120)를 나타내는 것이다.

도 3은 도 2를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 가스분사기로서의 샤워헤드(130)는 기판(140)의 상부에 설치되어 위에서 밑으로 가스를 분사한다. 샤워헤드(130)는 대면적에 균일하게 가스가 공급될 수 있도록 아랫면에 복수개의 분사구가 형성되어 있는 평판형태를 하는 것이 바람직하다.

가열장치로서의 할로겐 램프(200)는 기판(140)의 밑 공간에 설치되어 아랫 방향에서 기판(140)을 가열한다. 이러한 가열의 효율성을 높이기 위해서 기판(140)은 가운데 부분이 밑공간에 노출되도록 서셉터(144)에 의해 가장자리 부분만이 지 지된다. 서셉터(144)의 외주면은 석영링(142)에 의해 지지되며, 석영링(142)은 다극 착좌법을 이용하는 웨이퍼 회전 유닛(150)에 설치된다. 회전 유닛(150)에 의하여 석영링(142) 및 서셉터(144)이 회전하게 되고 그로 인해 기판(140)이 회전하게 된다. 이러한 회전으로 인해 기판(140)은 전체적으로 균일하게 가열된다.

할로겐 램프(200)는 램프 하우징(210)에 삽입되어 설치되며, 할로겐 램프(200)의 오염과 챔버(100) 내의 진공형성을 위해서 램프 하우징(210)의 위에는 투명 윈도우(220)가 설치된다. 윈도우(220) 상에는 진공 키트(vacuum kit, 230)가 설치된다. 기판(140)의 온도를 제어하기 위한 파이로미터(132)는 샤워헤드(130)를 수직관통하여 아래 끝단이 기판(140)의 상부공간에 노출되도록 설치된다.

샤워헤드(130)에서 공급되는 가스는 챔버(100)의 측벽 사방에 복수군데 형성되어 있는 가스 배출구(110a, 100c)를 통해 외부로 배출된다. 도 2의 가스 배출구는 110b와 110c는 도시되지 않았다. 이렇게 기판(140)의 상부에서 기판(140) 전면에 걸쳐 가스가 균일하게 공급되고 이 가스가 사방으로 빠져나가기 때문에 종래와 같이 가스의 흐름이 층류를 이루는 경향이 매우 감소된다. 따라서 종래에 비하여 기판(140)의 전면에 막이 균일한 두께로 형성된다.

챔버(100)의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 챔버(100)의 내측벽 둘레에 원통형 차단막(300)이 상하이동 가능하게 수직하게 설치된다. 따라서 가스가 챔버(100)의 사방으로 빠져나가더라도 챔버(100)의 내측벽과 가스 배기구(110a, 110b, 110c, 110d)에 원하지 않게 막이 증착되는 것을 방지할 수 있다. 차단막(300)의 재질은 SiC 또는 Si3N4인 것이 바람직한데, 이는 고온에서 잘 견디고, 적외선이 외부 로 빠져나가는 것을 방지하는데 유리하기 때문이다.

도 4는 도 3의 참조번호 170에 대한 확대도이다. 도 4에 바와 같이, 가스가 가스 배출구(110a)에 도달할 수 있도록 차단막(300)의 아래 끝단은 기판 지지대 즉, 서셉터(144) 및 석영링(142)과는 소정간격 이격되어야 하며, 그 간격은 1 - 1.5mm 정도이면 된다. 차단막(300)은 공정이 진행된 후 세정시 또는 웨이퍼 반송 시에는 위로 상승한다.

도 5는 도 3의 참조번호 160에 대한 확대도이다. 도 5에 바와 같이, 차단막(300)은 상하구동장치에 의하여 상하운동하는데, 상기 상하구동장치는, 수직하게 세워지는 투자성 벽(161)과, 투자성 벽(161)의 바깥면에 달라붙어 상하로 이동가능하게 설치되는 구동자석(162a)과, 투자성 벽(161)의 안쪽면에 달라붙어 자력에 의해서 구동자석(162a)의 움직임에 연동하여 같이 움직이는 연동자석(162b)과, 연동자석(162b)에 연결되어 차단막(300)과 결합되는 연결수단(166)을 포함하여 이루어진다. 연결수단(166)의 아래 끝은 차단막(300)의 탈부착을 용이하게 할 수 있도록 후크(hook, 165) 형태를 한다.

투자성 벽(161)의 안쪽면에 대향해서는 수직하게 볼 가이드(164)가 설치된다. 구동자석(162a)과 연동자석(162b)은 각각 캡(163a, 163b)에 쌓여 보호된다. 연동자석(162b)의 캡(163b)과 볼 가이드(164) 사이에는 볼(164a)이 개재된다. 볼 가이드(164)는 상하움직임의 이탈을 방지하고 상하구간의 위치적인 구속을 부여하기 위해서이다. 구동자석(162a)을 상하로 구동시키면 연동자석(162b)이 따라서 상하로 움직이게 되고 그로 인해 차단막(300)이 상하로 움직이게 된다.

본 발명은 종래의 경우와 달리, 챔버(100)의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 챔버(100)의 내측벽 둘레에 원통형 차단막(300)이 상하이동 가능하게 수직하게 세워지고, 가스공급은 원통형 차단막(300)의 윗 부분에서 원통형 차단막(300)의 내부로 이루어지며, 가스 배출은 원통형 차단막(300)의 아랫 끝단 밑으로 하여 옆으로 빠져나감으로써 이루어진다. 따라서 가스의 흐름이 층류를 이루는 경향이 종래에 비하여 덜하기 때문에 기판(140) 전면에 균일한 두께로 막이 형성되고, 챔버(100)의 내측벽이 차단막(300)에 의하여 보호되기 때문에 원하지 않는 박막증착에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있음과 동시에 온도상승의 극대화를 이끌어낼 수 있다.

Claims (12)

1. 기판이 안착되는 기판 지지대;

   상기 기판 지지대 상부에 설치되어 상기 기판 지지대 상부공간에 가스를 분사하는 가스 분사기; 및

   상기 기판 지지대의 하부에 설치되어 상기 기판 지지대에 안착되는 기판을 가열하는 가열장치;를 구비하며, 상기 가스분사기를 통해서 분사된 가스가 사방으로 빠져나가도록 가스 배출구가 상기 기판 지지대와 상기 가스분사기 사이에 위치하는 챔버의 측벽 사방에 복수군데 설치되는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스 분사기는 아랫면에 복수개의 분사구가 형성되어 있는 평판형 샤워헤드인 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
3. 제2항에 있어서, 상기 샤워헤드에는 상기 샤워헤드를 수직관통하여 아래끝단이 상기 기판 지지대 상부공간에 노출되는 파이로미터가 설치되는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 기판의 가운데 부분이 상기 기판 지지대의 하부 공간에 노출되도록 상기 기판의 가장자리 부분만을 지지하는 서셉터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지대는 회전가능하게 설치되며 상기 기판은 상기 기판 지지대를 따라 같이 회전하는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
6. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 할로겐 램프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
7. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 상기 챔버의 내측벽 둘레에 원통형 차단막이 상하이동 가능하게 수직하게 설치되는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
8. 제7항에 있어서, 상기 차단막이 SiC 또는 Si3N4 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
9. 제7항에 있어서, 상기 원통형 차단막은 상하구동장치에 의해서 상하운동하며, 상기 상하구동장치는, 수직하게 세워지는 투자성 벽과, 상기 투자성 벽의 바깥면에 달라붙어 상하로 이동가능하게 설치되는 구동자석과, 상기 투자성 벽의 안쪽면에 달라붙어 자력에 의해서 상기 구동자석의 움직임에 연동하여 같이 움직이는 연동자석과, 상기 연동자석에 연결되어 상기 차단막과 결합되는 연결수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
10. 제9항에 있어서, 상기 연결수단은 상기 차단막과의 결합이 분리가능하게 이루어지도록 상기 차단막과의 연결부위가 후크형태를 하는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
11. 제9항에 있어서, 상기 투자성 벽의 안쪽면에 대향해서 수직하게 볼 가이드가 설치되고, 상기 연동자석은 캡에 의해 둘러싸여지며, 상기 캡과 상기 볼 가이드 사이에는 볼이 개재되는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.
12. 챔버의 내측벽에서 소정간격 이격되도록 상기 챔버의 내측벽 둘레에 원통형 차단막이 상하이동 가능하게 수직하게 세워지고, 가스공급은 상기 원통형 차단막의 윗 부분에서 상기 원통형 차단막의 내부로 이루어지며, 가스 배출은 상기 원통형 차단막의 아랫 끝단 밑으로 하여 옆으로 빠져나감으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 RTCVD 챔버.

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