KR100741645B1

KR100741645B1 - 직접 가열방식의 벨자히터를 갖는 매엽식 ｌｐｃｖｄ 장치

Info

Publication number: KR100741645B1
Application number: KR1020010002336A
Authority: KR
Inventors: 심경식
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2007-07-23
Also published as: KR20020061328A

Abstract

본 발명에 따른 LPCVD 장치는, 상부가 석영돔에 의해 밀폐되는 진공챔버; 돔형태의 내측벽면을 가지며, 석영돔과 소정간격 이격된 상태로 석영돔을 덮는 벨자; 벨자의 내측벽면을 따라 설치되는 단열벽; 히터선과 히터선을 피복하는 절연체로 이루어지며, 단열벽의 내측벽면을 따라 설치되는 벨자히터; 벨자히터의 절연체를 감싸며 플라즈마 전극 역할을 하는 금속튜브; 및 금속튜브에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력원;을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 플라즈마 공정을 수행하기 위하여 플라즈마 전극을 설치하더라도, 직접가열방식으로 석영돔 내를 가열할 수 있으므로, 별도의 고온용 히터의 개발없이도 고온 플라즈마 공정 및 LPCVD공정을 행할 수 있다.

금속튜브, 벨자 히터, LPCVD, 매엽식

Description

직접 가열방식의 벨자히터를 갖는 매엽식 ＬＰＣＶＤ 장치{Single wafer type LPCVD apparatus having a direct heating type belljar heater}

도 1은 종래의 매엽식 LPCVD 장치의 가열방식을 설명하기 위한 개략도;

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 매엽식 LPCVD 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

20, 120: 석영돔 30, 130: 벨자

34: 절연벽 36, 136: 히터선

32, 132: 단열벽 40: 돔형 플라즈마 전극

50, 150: 고주파 전력원 120: 석영돔

122: 하부챔버 134: 절연체

135: 벨자히터 137: 냉각수 유입구

138: 냉각수 유출구 140: 금속튜브

151: 웨이퍼 지지대 152: 웨이퍼

본 발명은 매엽식 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 장치에 관한 것으로서, 특히 직접 가열방식의 벨자히터를 갖는 매엽식 LPCVD 장치에 관한 것이다.

초기에는, 박막증착의 수율을 증가시키기 위하여, 배치형(batch type) CVD 공정을 많이 행하였다. 배치형이란 하나의 반응튜브 내에 여러장의 웨이퍼가 장입되는 경우를 말한다. 그러나, 이 경우는 웨이퍼들이 수직으로 촘촘히 세워진 상태로 배열되기 때문에, 웨이퍼들 사이에 반응기체들이 제대로 도달하지 못하여, 박막증착의 균일도가 매우 떨어진다는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여, LPCVD 공정이 제시되었다. 상압부근에서 박막을 증착하는 종래의 APCVD와 달리, LPCVD 공정에서는 0.1 ~ 50 torr의 압력범위에서 CVD법으로 박막을 증착한다. 이와같이, LPCVD 공정에서는 낮은 반응기체 압력 하에서 CVD 공정이 진행되기 때문에, 반응기체들의 평균자유행정(mean free path)이 길다. 따라서, LPCVD 공정에 의할 경우에는, 배치형인 경우에도 웨이퍼들 사이로 반응기체들이 잘 흘러들어가 박막증착의 균일도가 많이 향상되고, 또한, 단차도포성도 향상되어 콘택홀이나 트랜치도 공극없이 매립할 수 있게 된다.

따라서, APCVD(atmospheric pressure chemical vapor deposition)에 비하여 박막증착속도는 느리지만, 상기한 장점 때문에 LPCVD가 실제 반도체소자 제조공정 에 많이 사용되고 있다.

최근 웨이퍼가 대구경화 됨에 따라, 보다 향상된 박막증착의 균일도 및 단차도포성을 확보하기 위하여, 배치형 대신에 매엽식 LPCVD를 행하고 있다. 매엽식(single wafer type)이란 하나의 반응챔버에 하나의 웨이퍼가 장입되는 경우를 말한다. 종래의 배치형 LPCVD 장치를 매엽식 LPCVD 장치로 대체하기 위해서는 CVD 장치의 구조를 바꾸어야 하는데, 이 때 고온공정을 염두에 두어 가열방식도 바꾸어야 한다.

도 1은 종래의 매엽식 LPCVD 장치의 가열방식을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참고하면, 진공챔버의 상부는 석영돔(20)에 의해 밀폐되는데, 도면에서는 석영돔(20) 부분만 도시하였다. 석영돔(20)은 벨자(30)에 의해 덮혀진다. 벨자(30)와 석영돔(20) 사이에는 돔형 플라즈마 전극(40)이 설치된다. 돔형 플라즈마 전극(40)은 고주파 전력을 인가받아 석영돔(20) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 것으로, 고주파 전력원(50)으로부터 고주파 전력을 인가받는다.

벨자(30)의 측벽에는, 둘레를 따라서 단열벽(32)과 절연벽(34)이 각각 수직하게 설치되며, 단열벽(32)이 바깥쪽에 설치된다. 단열벽(32)과 절연벽(34) 사이에는 절연벽(34)을 코일형태로 감싸도록 히터선(36)이 설치된다. 단열벽(32)은 히터선(36)에서 방출되는 열이 바깥으로 빠져나가지 못하게 하기 위한 것이다. 히터선(36)은 저항열에 의해 발열하므로, 발열시에는 전류가 흐르는 상태로 존재한다. 따라서, 돔형 플라즈마 전극(40)에서 발생하는 노이즈가 히터선(36)에 전달되지 못하도록 절연벽(34)을 설치하는 것이다.

상술한 바와 같이, 종래의 매엽식 LPCVD 장치는 히터선(36)에서 발생한 열이 돔형 플라즈마 전극(40)에 가려서 석영돔(20) 내에 위치하는 웨이퍼에 직접 도달하지 못하는 반간접가열방식을 취한다. 따라서, 고온공정을 수행하기가 어렵고, 고온공정을 수행하려면 고온용 히터의 개발이 별도로 필요하다. 그리고, 석영돔(20)에 의해 제공되는 반응공간은 돔 형태인데, 히터선(36)은 석영돔(20) 측면에 수직하게 배치된 상태이므로, 석영돔(20) 내의 온도분포가 불균일하게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 직접가열방식을 취하여 고온공정이 가능하도록 함과 동시에, 진공챔버 내의 공간이 균일한 온도분포를 갖도록 하며, 플라즈마 공정도 수행할 수 있도록 하는 매엽식 LPCVD 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 LPCVD 장치는: 상부가 석영돔에 의해 밀폐되는 진공챔버; 돔형태의 내측벽면을 가지며, 상기 석영돔과 소정간격 이격된 상태로 상기 석영돔을 덮는 벨자; 상기 벨자의 내측벽면을 따라 설치되는 단열벽; 히터선과 상기 히터선을 피복하는 절연체로 이루어지며, 상기 단열벽의 내측벽면을 따라 설치되는 벨자히터; 상기 벨자히터의 절연체를 감싸며 플라즈마 전극 역할을 하는 금속튜브; 및 상기 금속튜브에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력원;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 벨자히터의 절연체는 MgO로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 금속튜브는 스테인레스강으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 벨자히터는 돔형으로 구성된 코일형태인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 금속튜브는 스테인레스강으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 금속튜브는 상기 벨자히터를 따라 돔형으로 구성된 코일의 유도결합형 플라즈마가 발생하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a를 참고하면, 진공챔버는 하부챔버(122)와 석영돔(120)으로 구성된다. 하부챔버(122)는 상부가 개방되며, 석영돔(120)은 하부챔버(122)의 상부를 덮도록 설치된다. 진공챔버 내에는 웨이퍼 지지대(151)가 설치되며, 웨이퍼 지지대(151) 상에는 하나의 웨이퍼(152)가 안착된다. 웨이퍼 지지대(151) 내부에는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터(미도시)가 설치된다.

석영돔(120)은 벨자(130)에 의해 덮히며, 벨자(130)는 석영돔(120)과 동일한 돔형태의 내측벽면을 갖는다. 석영돔(120)과 벨자(130)의 내측벽면은 소정간격 이격된다. 벨자(130)의 내측벽면 전면에는 단열벽(132)이 설치된다. 단열벽(132) 내측에는 벨자히터(135)가 설치된다. 벨자(130)의 벽에는 냉각수의 유입구(137) 및 유출구(138)를 갖는 수냉관(미도시)이 설치된다. 상기 수냉관은 벨자히터(135)에서 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 하기 위한 것으로서, 공정수율의 향상 및 오퍼레이터(operator)의 안전을 고려한 것이다. 상기 수냉관은 벨자(130) 벽 내부에 설치될 수도 있으며, 벽 외측에 설치될 수도 있다.

벨자히터(135)는 석영돔(120)을 수평방향으로 감는 코일형태를 하며, 히터선(136) 및 히터선을 피복하는 절연체(134)로 이루어진다. 절연체(134)로는 히터선(136)에서 발생되는 적외선이 통과될 수 있는 물질을 사용해야 하며, 그 예로는 MgO를 들 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 절연체(134) 외측에는 절연체를 감싸는 금속튜브(140)가 설치된다. 금속튜브(140)의 예로는 스테인레스강 튜브를 들 수 있다. 금속튜브(140)는 고주파 전력원(150)으로부터 고주파 전력을 인가받으며, 플라즈마 전극 역할을 한다. 금속튜브(140)에서 발생하는 노이즈는 절연체(134)에 의해 차단되어 히터선(136)으로 전달되지 않는다.

본 발명은, 벨자히터(135)를 감싸도록 플라즈마 전극을 설치하기 때문에, 종래와 같이 히터선에서 발생되는 열이 플라즈마 전극에 가려서 석영돔(120) 내에 직접 도달하지 못하는 문제는 덜 발생하게 된다. 따라서, 웨이퍼 지지대(151) 내부에 설치되는 히터를 고온으로 가열할 필요도 없고, 고온공정을 위해서 별도의 고온용 히터를 제작할 필요도 없다.

또한, 벨자히터(135)가 석영돔(120)과 같은 돔 형태로 설치되기 때문에, 석영돔(120) 내부로 열이 균일하게 전달되어, 석영돔(120) 내의 온도균일도가 종래에 비해 향상된다.

그리고, 금속튜브(140)가 벨자히터(135)를 따라서 석영돔(120)을 코일형태로 감싸는 형태로 배치되기 때문에, 용량결합성 플라즈마(capacitively coupled plasma)가 아닌 유도결합성 플라즈마(inductively coupled plasma)가 발생하게 되어 플라즈마 공정효율이 좋아지게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 매엽식 LPCVD 장치에 의하면, 플라즈마 공정을 수행하기 위하여 플라즈마 전극을 설치하더라도, 직접가열방식으로 석영돔(120) 내를 가열할 수 있으므로, 별도의 고온용 히터의 개발없이도 고온 플라즈마 공정 및 LPCVD공정을 행할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims

상부가 석영돔에 의해 밀폐되는 진공챔버;

돔형태의 내측벽면을 가지며, 상기 석영돔과 소정간격 이격된 상태로 상기 석영돔을 덮는 벨자;

상기 벨자의 내측벽면을 따라 설치되는 단열벽;

히터선과 상기 히터선을 피복하는 절연체로 이루어지며, 상기 단열벽의 내측벽면을 따라 설치되는 벨자히터;

상기 벨자히터의 절연체를 감싸며 플라즈마 전극 역할을 하는 금속튜브; 및

상기 금속튜브에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력원;

을 구비하는 것을 특징으로 하는 LPCVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 벨자히터는 돔형으로 구성된 코일형태인 것을 특징으로 하는 LPCVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 벨자히터의 절연체는 MgO로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPCVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속튜브는 스테인레스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPCVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속튜브는 상기 벨자히터를 따라 돔형으로 구성된 코일의 유도결합형 플라즈마가 발생하는 것을 특징으로 하는 LPCVD 장치.