KR100698404B1 - 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치 및 그제어방법 - Google Patents

회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치 및 그제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 특히 상기 히터를 회전시키는 모터와 상기 히터의 위치를 확인하는 위치센서의 구성에 의해 증착시 히터를 회전시킴에 의해 반응챔버내의 반응가스의 유입이 불균일한 경우에도 균일한 증착두께를 얻을 수 있으며, 동일한 증착시작위치와 증착종료위치를 확보할 수 있어 웨이퍼의 방향을 일정하게 정렬할 수 있는 효과도 있는 화학기상증착장치이다.
히터회전, 웨이퍼, 위치센서, 박막두께

Description

회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치 및 그 제어방법{CVD apparatus which has rotation type Heater and the control method}
도 1은 종래의 화학기상증착장치에 대한 개념도,
도 2는 본 발명의 화학기상증착장치에 대한 개념도,
도 3은 본 발명의 화학기상증착장치중 챔버지지부에 대한 개념도,
도 4는 본 발명의 화학기상증착장치중 히터회전부에 대한 개념도,
도 5a 내지 5b는 본 발명의 기밀부재에 대한 상세도,
도 6은 본 발명의 화학기상증착장치중 로테이션 실 샤프트에 대한 상세도,
도 7은 본 발명의 화학기상증착장치중 위치센서에 대한 상세도,
도 8은 본 발명의 화학기상증착장치를 제어하기 위한 개념도,
도 9는 본 발명의 화학기상증착장치를 이용한 증착공정에 대한 플로우 차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
C : 챔버 H : 히터
W : 웨이퍼 100 : 챔버지지부
111 : 벨로우즈 114 : 오-링
200 : 히터지지부 300 : 히터 회전부
310 : 모터 320 : 위치센서 어셈블리
330 : 회전축 340 : 회전대
본 발명은 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 특히 상기 히터를 회전시키는 모터와 상기 히터의 위치를 확인하는 위치센서의 구성에 의해 증착시 히터를 회전시킴에 의해 균일한 증착두께를 얻을 수 있는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼상에 박막을 형성하는 방법으로 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리적 충돌을 이용하는 방법(PVD)와 화학반응을 이용하여 박막을 형성하는 방법(CVD)가 있는데, 상기 PVD법에 비해 CVD법에 의한 경우가 박막두께의 균일도 내지는 스텝 커버리지 특성이 훌륭하여 상술한 CVD법이 사용되고 있다.
이하 도 1을 참조하여 종래의 CVD법에 대해 설명하기로 한다.
종래의 CVD 증착을 위해서 증착의 공간을 제공하는 챔버(C)와 상기 챔버(C)내에 반응가스를 분사하기 위한 샤워헤드가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)가 히터(H)상에 배치되어 증착되는 구성이다.
이때 상기 웨이퍼(W)를 증착하는 경우 상기 히터(H)의 위치를 상승하여 증착하게 되는데, 이를 위하여 이송나사로 구성되는 이송부(30)에 의해 그 위치를 승하강하게 된다.
이와 같은 구성에 의해 반응가스 상기 상승된 히터(H)상의 웨이퍼(W)에 증착 되게 된다.
그러나, 상기 CVD법에 의한 경우에도 반응챔버내부의 가스유동 밸런스가 맞지 않는 경우에는 증착되는 박막의 두께가 웨이퍼(W)전반에 걸쳐 개소마다 다르게 되어 결국 전체적으로 그 두께가 일정하지 않게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 증착시 히터가 회전됨에 의해 반응가스의 유동이 불균일한 경우에도 증착되는 박막의 두께가 일정하게 되는 화학기상증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적은 상기 히터를 회전시키기 위해 회전력을 공급하는 모터와 상기 모터의 회전력을 전달하는 회전축과, 상기 회전축으로부터 회전력을 전달받아 상기 히터를 회전하게하는 회전대로 구성되는 히터회전부의 구성을 가지는 증착장치에 의해 달성될 수 있다.
이하 실시예와 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하기로한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 증착시 반응가스의 유동이 불균일한 경우에도 그 증착되는 두께가 일정하도록 하기 위한 것으로서 그 구성은 챔버(C)와 상기 챔버(C)내부에 배치되는 히터(H)와 상기 히터(H)를 지지하는 히터지지부(200)와, 상기 챔버(C)를 지지하는 챔버지지부(100)와, 상기 히터(H)를 회전하는 히터 회전부(300) 및 상기 히터(H)를 승하강하게하는 이송부(400)로 대별된다.(도 2참조)
상기 이송부(400)의 경우 회전력을 공급하는 이송모터(440)와 상기 공급된 회전력을 상하운동으로 바꾸기 위한 이송나사(420)와 이송판(430)으로 구성되며, 상기 이송나사(420)를 고정하기 위한 이송나사 홀더(410)로 구성된다.
이하 도 3을 참조하여 본 발명중 챔버지지부(100)에 대해 설명하기로 한다. 다만 상기 도 3에는 상기 챔버지지부(100)를 위주로 도시하였으며 설명의 편의를 위하여 기타 부분은 도시를 생략하였다.
상기 도 3에서 도시된 바와 같이 챔버지지부(100)는 챔버(C)를 지지하기 위한 것으로서 상기 챔버(C)하측에는 연결부(112)가 배치되며, 상기 챔버(C)와 상기 연결부(112)사이에는 오-링(O-Ring)을 사용한 기밀부재(도면부호없슴)가 배치된다.
상기 연결부(112)의 하부에는 길이의 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 벨로우즈(111)가 배치되며 상기 벨로우즈(111)의 하부에는 이송부(400)의 이송판(430)에 걸림되어 승하강하게 되는 안착부(113)가 형성된다.(도 2참조)
그리고, 상기 안착부(113)의 하측에는 하부지지대(115)가 배치된다.
상기 하부지지대(115)의 내측에는 기밀부재(114)가 배치되어 로테이션 실 샤프트(rotation seal shaft)와 접촉하여 기밀을 유지하게 되는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
이때, 상기 기밀부재(114)는 통상적인 오-링(O-Ring)이 사용될 수 있다.
이상과 같은 챔버지지부(100)의 구성에 의해 내부에서 증착작용이 진행되게 된다.
상술한 바와 같이 챔버(C)와 상기 챔버(C)내부에 배치되는 히터(H)와 상기 히터(H)를 지지하는 히터지지부(200)와, 상기 챔버(C)를 지지하는 챔버지지부(100)와, 상기 히터(H)를 회전하는 히터 회전부(300) 및 상기 히터(H)를 승하강하게 하는 이송부(400)로 대별되는 본 발명중 도 4를 참조하여 상기 히터 회전부(300)에 대해 설명하기로 한다.
우선 히터(H)에 회전력을 공급하기 위한 모터(310)가 설치된다. 상기 모터(310)의 경우 후술하는 바와 같이 히터(H)를 일정한 위치에서 종료하기 위해 제어 가능한 서보모터가 사용된다.
상기 모터(310)로부터 회전축(330)으로 회전력이 공급되며, 상기 공급된 회전력은 회전대(340)로 전달되어 상기 회전대(340)에 고정된 히터지지부(200)가 회전함에 따라 히터(H)가 회전하게 된다.
이때 상기 회전축(330)과 모터(310)사이에는 커플링이나 플랜지등의 연결부(311)가 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 회전대(340)의 경우 그 하측면에 로테이션 실 샤프트(rotation seal shaft)(341)이 설치되는데, 상기 로테이션 실 샤프트(341)가 기밀부재(114)와 접촉하게 되어 기밀을 유지하게 된다. 이하 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상기 기밀부재(114)에 대하여 설명하기로 한다.
상기 도 5a에 도시된 기밀부재(114)는 통상적인 O-Ring이 로테이션 실 샤프트(341)에 접촉되어 있는 상태가 도시되어 있다.
그러나, 일반적으로 회전체와 접촉하는 경우에는 상기 O-Ring이 접촉면적이 상대적으로 넓은 이유로 인해서 내구성에 문제가 발생하는 경우가 있다.
이를 극복하기 위해 도 5b에서 도시된 바와 같이 사각 링(quad ring)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 사각 링은 접촉면접이 O-Ring보다 적어 마찰이 적고 내마모성이 증가되게 된다.
상술한 바와 같이 기밀부재(114)가 접촉하는 되는 로테이션 실 샤프트(341)에 대하여 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 로테이션 실 샤프트(341)는 원통형상으로서 내부에 공간이 형성되어 상기 회전축(330)이 관통되게 된다. 또한 상기 로테이션 실 샤프트(341)에는 고정홀(341a)이 형성되게 된다. 상기 고정홀에 의해 고정구(342)가 관통되어 상기 회전대(340)의 고정홀(340a)에 삽입되어 상기 로테이션 실 샤프트(341)가 회전대(330)에 고정된다.
이와 같은 구성에 의해 회전축(330)이 모터(310)에 의해 회전하게 되면 그에 의해 회전대(340)가 회전하게 되고, 상기 로테이션 실 샤프트(341)는 상술한 바와 같이 기밀부재(114)와 접촉하는 한편 상기 회전대(340)에 고정되어 같이 회전하게 되고, 또한 상기 로테이션 실 샤프트(341)가 상기 기밀부재(114)와 접촉하면서 회전하게 되어 결국 기밀을 유지하게 된다.
한편 상기 로테이션 실 샤프트(341)의 재질로는 테플론이나 PEEK 또는 스테인레스, 알루미늄등이 바람직하다.
상기 테플론이라고 하는 것은 플루오르를 함유한 플라스틱 즉 플루오르수지(fluororesin)으로서 내구성이 우수한 화학적 성질이 있어 본 발명의 로테이션 실 샤프트(341)의 재질로서 적합하다.
또한, PEEK(Polyether Ether Ketone)라고 하는 것은 으로서 일반 솔벤트에 녹지않는 비결정성 수지로서 우수한 내마모성, 자기 윤활성등을 가진 재질로서 이 역시 본 발명의 로테이션 실 샤프트(341)의 재질로서 적합하다.
또한, 알루미늄이나 스테인레스등도 내마모성이 우수하여 발명의 로테이션 실 샤프트(341)의 재질로서 사용될 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 본 발명은 증착과정중 히터(H)를 회전하게 된다. 이때 증착공정 시작과 종료시 그 위치가 중요하게 되는데, 그 이유는 웨이퍼(W)의 방향을 일정하게 정렬하기 위해서이다.
즉, 증착공정 시작과 종료시의 위치가 동일할것이 요구되는바, 본 발명에서는 이를 위하여 위치확인센서를 이용하여 상기 요구를 만족시키고 있다. 이하 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 7에서 도시된 바와 같이 본 발명의 회전축(330)의 일부분에 원판형상인 위치표시부재(321)와 상기 위치표시부재(321)를 센싱하는 위치인식센서(322)로 되는 위치센서 어셈블리(320)가 설치되어 있다.
이와 같은 상기 위치센서 어셈블리(320)에 의해서 시작위치 즉 홈위치를 인식한 후 증착공정종료시 상기 웨이퍼(W)가 동일방향으로 정렬되도록 하기 위해서 상기 홈위치에서 종료하게 하는 것이다.
한편, 상기 위치센서 어셈블리(320)는 발광다이오드와 포토 다이오드에 의해 구성될 수 있다. 즉 상기 위치표시부재(321)상에 슬릿을 형성한 후 상기 슬릿을 관 통하도록 발광다이오드에서 빛을 발광하게 하고 상기 발광된 빛을 포토 다이오드가 인식하는 방법을 사용할 수 있다. 따라서 상기 슬릿이 위치할때 홈위치라고 설정한 후 증착공정종료시 상기 슬릿이 원래의 위치로 돌아와서 포토 다이오드에 빛이 감지가 되면 상기 웨이퍼(W)가 원래의 위치로 돌아와있다는 것을 알 수 있게 된다.
또한 자석센서를 이용하는 것도 가능하다. 즉 상기 위치표시부재(321)상에 자석을 설치한 후 상기 자석에 의해 유도되는 전류를 측정하여 위치를 측정할 수도 있다.
한편 적외선 센서를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 적외선이 차단되는 위치를 원래 위치로 설정을 한 후에 다시 적외선이 차단되는 것이 감지되면 원래위치로 복귀되어있다는 사실을 알 수 있게 된다.
이상 상술한 바와 같은 센서의 구성에 의해 웨이퍼(W)의 시작위치와 종료위치를 동일하게 할 수 있다.
한편 상술한 바와 같은 제어를 위한 제어방법에 대해 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제어시스템(500)은 우선 중앙처리장치(570)를 중심으로 가스의 공급을 제어하는 가스제어부(510)와, 상술한 바와 같은 위치센서 어셈블리(320)로부터 신호를 받기 위한 위치센서제어부(520)와, 히터제어부(530) 및 히터 전원공급부(540)와 이송모터(440)를 제어하기 위한 이송모터 제어부(550)및 히터(H)를 회전시키는 모터(310)를 제어하기 위한 히터회전모터 제어부(560)으로 구성된다.
상술한 제어시스템(500)에 의해 요구되는 증착공정이 수행되게 되는데, 이하 도 9을 참조하여 상기 제어시스템(500)에 의한 증착방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 증착작업을 시작하는 경우 상기 중앙처리장치(570)로부터 이송모터(440)에 신호를 보내어 회전력을 이송나사(420)에 공급하게 하여 이송판(430)을 상승시키고, 이에 의해 히터(H)를 상승시키는 히터상승단계(S610)를 수행하게 된다. 그리고 나서, 상기 중앙처리장치(570)로부터 상기 가스제어부(510)에 신호를 보내어 가스공급을 하게 하는 가스공급시작단계(S620)를 수행하게 한 후 , 상기 히터회전모터제어부(560)에 신호를 보내어 상기 히터(H)를 회전시키는 회전시작단계(S630)를 수행하게 된다. 이에 의해 상기 히터(H)가 회전하면서 증착이 이루어지게 된다.
증착작업이 종료된 경우에는 상기 중앙처리장치(570)로부터 상기 가스제어부(510)에 신호를 보내어 가스공급을 종료하게 하는 가스공급종료단계(S640)를 통해 가스공급을 중단하게 하고, 상기 위치센서제어부(520)로부터 신호를 받아 현재 히터(H)의 위치가 시작위치에 있는지를 상기 중앙처리장치(570)에 의해 확인한 후 상기 히터회전모터제어부(560)에 신호를 보내어 상기 히터(H)의 회전을 종료시키는 홈위치 확인 및 회전종료단계(S650)를 수행하게 된다.
즉, 상술한 바와 같이 본 발명과 같이 히터(H)를 회전하며 증착하는 경우 시작위치 즉 홈위치와 종료위치가 동일해야 하는데 이를 확인하기 위해서 회전종료시 그 위치가 홈위치에 있는지를 확인하는 것이다.
그리고 나서, 이송모터(440)에 신호를 보내어 반대의 회전력을 이송나사(420)에 공급함에 의해 이송판(430)을 하강시키고, 이에 의해 히터(H)를 하강시키는 히터하강단계(S660)를 통해 일련의 공정이 종료되는 것이다.
한편 상기 히터회전모터제어부(560)를 통해 히터(H)의 회전을 제어하게 되는데 이때 단계별로 그 회전속도를 조절하는 것도 바람직하다.
즉, 히터(H)의 회전을 시작하는 경우 그 회전속도를 저속으로 하였다가 점차 가속하여 고속으로 회전하게 하는 것이 기계의 안정성이나 오차발생을 방지하는데 효율적이다.
또한, 종료시에도 순간적으로 상기 히터(H)를 정지시키는 것이 아니라 일정한 비율로 감속시킨 후 정지시키는 것이 상술한 바와 같은 시작시의 홈위치에서 종료되는지를 확인하는데에 도움이 된다.
이상과 같이 히터를 회전시키는 모터와 상기 히터의 위치를 확인하는 위치센서의 구성에 의해 증착시 히터를 회전시킴과 동시에 동일한 증착시작위치와 증착종료위치를 확보할 수 있어, 반응챔버내의 반응가스의 유입이 불균일한 경우에도 증착되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 증착시작위치와 증착종료위치가 동일함에 의해 웨이퍼의 방향을 일정하게 정렬할 수 있는 효과도 있다.

Claims (9)

  1. 웨이퍼(W)를 증착시키기 위해 공간을 제공하는 반응챔버(C)와 상기 반응챔버(C)를 지지하는 챔버지지부(100)와, 상기 반응챔버(C) 내부에 반응가스를 주입하기 위한 샤워헤드와 , 상기 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(H)와 상기 히터(H)를 지지하기 위한 히터 지지부(200)로 구성된 화학기상증착장치로서,
    상기 히터(H)를 회전시키기 위해 회전력을 공급하는 모터(310)와 상기 모터(310)의 회전력을 전달하는 회전축(330)과, 상기 회전축(330)으로부터 회전력을 전달받아 상기 히터(H)를 회전하게하는 회전대(340)로 구성되는 히터회전부(300)를 더 포함하는 것을 특징으로하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버지지부(100)는 상기 챔버(C)의 승하강에 따라 길이가 탄력적으로 변하는 벨로우즈(111)와,
    상기 벨로우즈(111)와 상기 챔버(C)를 연결하는 연결부(112)와,
    상기 벨로우즈(111)의 하면에 설치되는 한편 이송부(400)의 이송판(430)에 걸림되는 안착부(113)와,
    상기 안착부(113)의 하면에 설치되어 지지하는 한편 내측에는 기밀을 유지하기 위한 기밀부재(114)가 설치되어 있는 하부지지대(115)로 구성되는 것을 특징으 로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 히터회전부(300)의 회전대(340)의 하부에는 상기 기밀부재(114)와 접촉하여 기밀을 유지함과 동시에 상기 회전대(340)의 회전에 의해 회전하게 되는 로테이션 실 샤프트(341)가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 로테이션 실 샤프트(341)는 원통형상으로 그 내부는 비어있어 상기 회전축(330)이 삽입되는 한편 고정구(342)가 관통되기 위한 고정홀(341a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 로테이션 실 샤프트(341)는 테플론 또는 PEEK 또는 스테인레스 또는 알루미늄중 어느 하나를 그 재질로 하는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전축(330)에 설치되어 회전위치를 인식하게 하는 위치표시부재(321) 와, 상기 위치표시부재(321)로부터 위치를 인식하는 위치인식센서(322)로 구성되는 위치센서 어셈블리(320)가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치.
  7. 제 6항에 기재된 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치를 제어하기 위한 방법으로서,
    가스공급부(G)로부터 가스공급 및 차단을 제어하기 위한 가스제어부(510)와,
    상기 위치센서 어셈블리(320)로부터 위치정보를 전송받는 위치센서 제어부(520)와,
    이송부(400)의 이송모터(440)를 제어하기 위한 이송모터제어부(550)와,
    상기 히터회전부(300)의 모터(310)를 제어하기 위한 히터회전모터제어부(560) 및
    상기 가스제어부(510), 위치센서 제어부(520), 히터제어부(530), 히터전원공급부(540), 이송모터제어부(550), 히터회전모터제어부(560)를 제어하기 위한 중앙처리장치(570)로 구성되어,
    증착작업을 시작하는 경우 상기 중앙처리장치(570)로부터 이송모터(440)에 신호를 보내어 회전력을 이송나사(420)에 공급함에 의해 이송판(430)을 상승시키고, 이에 의해 히터(H)를 상승시키는 히터상승단계(S610)와,
    상기 중앙처리장치(570)로부터 상기 가스제어부(510)에 신호를 보내어 가스공급을 하게 하는 가스공급시작단계(S620)와,
    상기 중앙처리장치(570)로부터 상기 히터회전모터제어부(560)에 신호를 보내어 상기 히터(H)를 회전시키는 회전시작단계(S630)와,
    증착작업이 종료된 경우 상기 중앙처리장치(570)로부터 상기 가스제어부(510)에 신호를 보내어 가스공급을 종료하게 하는 가스공급종료단계(S640)와,
    상기 중앙처리장치(570)가 상기 위치센서제어부(520)로부터 신호를 받아 현재 히터(H)의 위치가 시작위치에 있는지를 확인한 후 상기 히터회전모터제어부(560)에 신호를 보내어 상기 히터(H)의 회전을 종료시키는 홈위치 확인 및 회전종료단계(S650) 및,
    상기 중앙처리장치(570)로부터 이송모터(440)에 신호를 보내어 반대의 회전력을 이송나사(420)에 공급함에 의해 이송판(430)을 하강시키고, 이에 의해 히터(H)를 하강시키는 히터하강단계(S660)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 회전시작단계(S630)는 저속으로 회전을 시작한 후 고속으로 가속하고,
    상기 홈위치 확인 및 회전종료단계(S650)에서는 고속에서 저속으로 감속하여 회전을 종료하는 것을 특징으로 하는 회전식 히터구조를 가지는 화학기상증착장치의 제어방법.
  9. 삭제
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