KR101256986B1 - 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치는 소정의 공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터; 상기 서셉터 하단에서 히터 코일에 의하여 상기 서셉터를 가열시키는 가열부; 및 상기 히터 코일의 높이를 상기 공정 챔버 외부로부터 조절하는 높이 조절부를 포함한다.

Description

높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치{A metal organice chemical vapor deposition apparatus having a heater to adjust height}
본 발명은 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 챔버 내부에 위치하는 히터를 외부에서 높이 조절이 가능한 유기금속 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판에 박막을 형성할 수 있는 확산(deposition) 공정, 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)의 패턴을 이용하여 반도체 기판 상의 박막 표면에 패턴을 형성하는 사진(photo lithography) 공정, 박막 표면의 패턴을 따라 반응 가스 또는 화학 용액을 이용하여 박막을 선택적으로 제거하는 식각(etch) 공정 등을 반복적으로 수행하여 제조된다.
예를 들어, 반도체 공정에는 소정의 기판 표면에 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성시키는 방법으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)이라는 방법이 있다. 이러한 화학 기상 증착은 반응성 가스를 진공 챔버 내에 주입하여 적당한 활성 및 열 에너지를 기하여 화학 반응을 유도함으로써 기판 표면에 원하는 박막을 증착시키는 기법이다.
화학 기상 증착은 증착 환경 및 추가 주입 소스에 따라 다양한 종류의 응용 증착 기술이 개발되고 있으며, 대표적으로 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), APCVD(Atmoshperic Pressure CVD) 등이 있다.
이러한 화학 기상 증착에 있어서는 소스 가스를 분사하여 기판 상에 증착하는 것으로서, 기판 상에 박막을 균일하게 증착하는 것과 박막의 증착 효율을 개선하는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 화학 기상 증착에 있어 공정 챔버 내부에 위치하는 히터를 외부에서 높이 조절이 가능하도록 하는 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치의 일 양태(Aspect)는 소정의 공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터; 상기 서셉터 하단에서 히터 코일에 의하여 상기 서셉터를 가열시키는 가열부; 및 상기 히터 코일의 높이를 상기 공정 챔버 외부로부터 조절하는 높이 조절부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 공정 챔버의 외부로부터 히터의 높이 조절이 가능하여 히터의 높이 조절 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
이와 함게, 공정 챔버의 외부로부터 히터의 높이 조절함으로써 공정 챔버의 내부 오염을 방지하며 부품 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치에서의 분사부의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치에서의 높이 조절부의 사시도이다.
도 4는 도 3의 높이 조절부 중의 하나의 종단면도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치의 종단면도를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치는 공정 챔버(100), 서셉터(150), 분사부(300), 원격 플라즈마 소스(400), 유기금속 가스 소스(500), 히터 가열부(600) 및 높이 조절부(200)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)는 화학 기상 증착 장치의 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 소정의 기판 표면에 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성시키는 방법으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)의 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 소스 가스로서 유기 금속 증기를 열 분해 시켜 기판 상에 금속 화합물로 퇴적 증착시키는 경우에는 유기 금속 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 공정이 수행될 수 있다.
서셉터(150)는 일반적으로 기판이 안착되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 서셉터(150)는 복수의 기판이 하나의 집합으로 이루어져 하나의 서셉터(150) 상에 안착될 수 있다. 서셉터(150)는 서셉터(150)를 지지하는 서셉터 지지부(250)와 일체로 형성될 수 있다. 서셉터(150)는 서셉터 지지부(250)의 상하 이동에 의하여 상하로 이동될 수 있다. 한편 서셉터 지지부(250)를 상하로 이동시키거나 회전시키는 구동부(270)를 포함할 수 있다.
분사판(300)은 소스 가스를 공정 챔버(100) 내로 분사하는 역할을 한다. 분사판(300)은 분리된 공간에서 공정 챔버(100) 내의 서셉터(150) 상으로 복수의 소스 가스를 각각 분사한다. 분사판(300)은 제1 플레이트(320), 제2 플레이트(340) 및 냉각 플레이트(360)를 포함할 수 있다. 상기 제1 플레이트(320), 제2 플레이트(340) 및 냉각 플레이트(360)에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
원격 플라즈마 소스(400)는 분사판(300)에 제1 소스 가스를 공급하는 역할을 한다. 유기금속 가스 소스(500)는 분사판(300)에 제2 소스 가스를 공급하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 원격 플라스마 소스(400)를 도입하여 유기극속 화학 기상 증착에 있어서의 증착의 효율성을 높일 수 있다.
원격 플라즈마 소스(400)는 활성 라디컬을 제공하는 범용 플라즈마 소스로 이루어질 수 있다. 공정챔버 내에서 플라즈마를 발생시키는 것은 기판에 손상을 야기할 수 있기 때문에, 외부로부터 미리 발생시켜 제공함으로서 기판의 손상을 최소로 할 수 있다. 이와 함께, 원격 플라즈마 소스(400)에 의해 제공된 활성 라디컬에 의하여 서셉터(150) 상의 기판의 유기극속 화학 기상 증착에 있어서의 증착의 효율성을 극대화 시킬 수 있다.
유기금속 가스 소스(500)에 의해 제공되는 제2 소스 가스는 유기극속 화학 기상 증착에 있어서 주로 사용되는 유기금속 가스로서, 이전에 주로 사용되고 있는 유기금속 가스뿐만 아니라 새로이 개발되거나 개발될 유기금속 가스를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 소스 가스는 원격 플라즈마 소스(400)에 의해 제공되는 가스를 의미하며, 제2 소스 가스는 유기금속 가스 소스(500)에 의해 제공되는 가스를 의미한다. 제1 및 제2 소스 가스는 반응에 참여하여 박막을 증착시키는데 이용될 수도 있지만, 반응을 활성화시키는 것에도 관여할 수 있다.
히터 가열부(600)는 서셉터(150) 하단에 동심원 상으로 형성된 복수의 히터 코일부(620, 640)를 포함할 수 있다. 히터 가열부(600)는 복수의 히터 코일부(620, 640)에 각각 주파수가 다른 고주파 전원을 인가하여 서셉터(150)를 가열할 수 있다.
높이 조절부(200)는 복수의 히터 코일부(620, 640)의 높이를 공정 챔버 외부로부터 조절하는 역할을 한다. 높이 조절부(200)는 각 복수의 히터 코일부(620, 640)에 대하여 각각의 높이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 높이 조절부(200)는 하부에 위치하는 공정 챔버 외벽(110)에서 공정 챔버(100) 내의 히터 코일부(620, 640)를 지지하는 지지바(210) 및 지지바(210)를 회전시키는 회전 너트(220)에 의하여 지지바(210)를 승하강 시킬 수 있다. 지지바(210) 승하강에 의하여 히터 코일부(620, 640)을 승하강 시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 히터 코일부(620, 640)를 지지하는 지지바를 공정 챔버(100)의 외부에서 승하강시킴으로써, 공정 챔버(100)의 내부에서 히터 코일부(620, 640)를 승하강 시킬 필요 없이 외부에서 히터 코일부(620, 640)의 높이를 조정할 수 있다. 따라서, 서셉터(150) 및 히터 코일부(620, 640) 사이의 높이를 조정함으로써 서셉터(150)의 온도 조절을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유기극속 화학 기상 증착에 있어서 원격 플라즈마 소스(400)를 도입하여 활성 라디컬을 공급함으로써 증착에 의한 반응성을 증대시켜 박막 증착의 효율성을 증대시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치에서의 분사부의 분해 사시도를 보여준다. 도 2를 참조하면, 분사부(300)는 제1 플레이트(320), 제2 플레이트(340) 및 냉각 플레이트(360)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 도시의 편의를 위하여 제1 플레이트(320), 제2 플레이트(340) 및 냉각 플레이트(360) 순서로 배열하였지만, 높이 방향으로 적층된 상태에서는 냉각 플레이트(360)가 가장 상단에 위치하며, 제1 플레이트(320)가 가장 하단에 위치한다.
제1 플레이트(320)는 최하단에 위치하는 플레이트로서, 제1 영역(325) 및 제2 영역(335)에 각각 복수의 분사홀(326, 336)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 영역은 제1 소스 가스가 통과하는 영역이 되며, 제2 영역은 제2 소스 가스가 통과하는 영역을 말한다. 제1 영역(325)의 제1 분사홀(326) 또는 제2 영역(335)의 제2 분사홀(336)은 해당 소스 가스에 따라 홀의 크기가 달라질 수 있다.
제2 플레이트(340)는 제1 플레이트와 접하며, 제1 소스 가스 및 상기 제2 소스 가스의 경로를 공간적으로 분리시키는 분리벽(350)을 포함한다. 제1 소스 가스 및 제2 소스 가스는 공급되는 가스의 온도가 서로 다를 수도 있고 또는 서로 직접 좁은 공간 상에서 뒤섞이는 경우에는 반응성이 증가되어, 기판 상에 증착되기도 전에 반응할 수 있다. 따라서, 공정 챔버(100) 내로 분사되기 전에는 서로 섞이지 아니하도록 소정의 분리벽(350)을 사이에 두고 격리되어 각각 제1 플레이트(320)의 분사홀(326, 3346)을 통하여 분사될 수 있다. 여기서, 분리벽(350)은 십자 형태를 일례로 도시하였지만, 동심원, 다각형, 클로버 형태 등의 소정의 닫힌 루프(Closed loop)를 형성하는 것으로 변형될 수 있다. 이러한 분리벽(350)의 구성은 제2 플레이트(340) 상에 구비될 수도 있지만, 제1 플레이트(320) 상에 구비될 수도 있다. 제1 플레이트(320) 및 제2 플레이트(340)의 접합 및 분리벽(350)으로 인하여 제1 소스 가스 및 제2 소스 가스는 서로 분리된 공간을 통하여 공정 챔버(100) 내부로 분사될 수 있다.
제2 플레이트(340)는 제1 플레이트(320)와 접하는 테두리 영역을 설정하기 위하여 가장자리 부분에 차단벽(355)을 형성할 수 있다.
한편, 제2 플레이트(340)는 원격 플라즈마 소스(400)로부터 제공되는 제1 소스 가스의 통로인 통공(341) 및 유기금속 가스 소스(500)에 의해 제공되는 제2 소스 가스의 통로인 통공(342, 343)을 포함할 수 있다.
냉각 플레이트(360)는 제2 플레이트(340)에 상단에 접하게 위치하며 내부에 냉각수가 통과하는 유로를 형성하여 소스 가스를 냉각시키는 역할을 한다. 냉각 플레이트(360)는 주로 유기금속 가스, 암모니아 가스 등과 같이 고온에 노출되면 기상 반응이 심해져 박막 성장이 저해되는 특성을 가지는 제2 소스 가스에 대하여 냉각 작용을 한다. 한편, 냉각 플레이트(360)도 원격 플라즈마 소스(400)로부터 제공되는 제1 소스 가스의 통로인 통공(361) 및 유기금속 가스 소스(500)에 의해 제공되는 제2 소스 가스의 통로인 통공(362, 363)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치에서의 높이 조절부의 사시도를 보여주며, 도 4는 도 3의 높이 조절부 중의 하나의 종단면도를 보여준다.
도 3 및 4를 참조하면, 높이 조절부(200)는 히터 지지부(201), 벨로우즈(205), 서포트 지지부(207), 실링부(209), 높이조절 너트(215) 및 너트고정 브라켓(225)을 포함할 수 있다.
히터 지지부(201)는 히트 코일(620)을 지지하며, 공정 챔버(100) 내에 노출된다. 히터 지지부(201)는 고온의 공정 챔버(100)에서 견딜 수 있도록 내열 및 절연 소재인 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.
서포트 지지부(207)는 히터 지지부(201)에 연결되어, 히터 지지부(201)를 지지하며 공정 챔버 외벽(110)을 관통하여 높이조절 너트(215)에 연결된다.
실링부(209)는 서포트 지지부(207)가 공정 챔버 외벽(110)을 관통하여 이동되는 서포트 지지부(207) 및 공정 챔버 외벽(110) 사이 공간을 실링(sealing)하는 역할을 한다.
벨로우즈(205)는 서포트 지지부(207)의 상승 또는 하강에 따라 연동되어 상승 또는 하강하면서 서포트 지지부(207) 및 실링부(209) 사이 공간에 소스 가스가 침입하는 것을 방지하는 역할을 한다.
높이조절 너트(215)는 공정 챔버 외벽(110)에서 회전에 의하여 서포트 지지부(207)를 회전시켜 서포트 지지부(207)를 승하강시켜 히터 서포트(201)를 승하강 시키는 역할을 한다. 이에 따라, 히터 코일(620)의 높이를 조절할 수 있다.
너트고정 브라켓(225)은 높이조절 너트(215)를 공정 챔버 외벽(110)에 고정시키는 역할을 한다. 너트고정 브라켓(225)은 공정 챔버 외벽(110)에 고정되어 높이조절 너트(215)를 지지함으로써, 높이조절 너트(215)는 너트고정 브라켓(225)에 안착되어 회전할 수 있다. 이에 따라, 서포트 지지부(207) 및 히터 지지부(201)를 지지함으로써 높이가 조절된 히터 코일(620)의 움직임이 없도록 고정시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 공정 챔버 외벽(110)에서 히터 코일(620)의 높이 조절이 가능한 높이 조절부(200)를 도입함으로써 히터 코일(620)의 높이를 조절하기 위하여 공정 챔버(100) 내부를 조작하지 않더라도 히터 코일(620)의 높이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 히터 코일(620)의 높이 조절의 작업 시간을 현저히 감소시킬 수 있고, 공정 챔버(100) 내부를 개방하지 않으므로 공정 챔버(100) 내부의 오염을 방지할 수 있고 내부 부품의 손상을 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 공정챔버 150: 서셉터
210: 지지부 220: 회전 너트
201: 히터 서포트 205: 벨로우즈
207: 서포트 지지부 209: 실링부
215: 높이조절 너트 225: 너트고정 브라켓
250: 서셉터 지지부 300: 분사부
320: 제1 플레이트 340: 제2 플레이트
360: 냉각 플레이트 400: 원격 플라즈마 소스
500: 유기금속 가스 소스
600: 히터 가열부

Claims (5)

  1. 소정의 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 서셉터 하단에서 히터 코일에 의하여 상기 서셉터를 가열시키고, 상기 서셉터와 독립적으로 움직일 수 있는 가열부; 및
    상기 서셉터의 높이와 독립적으로 상기 히터 코일의 높이를 상기 공정 챔버 외부로부터 조절하는 높이 조절부를 포함하고,
    상기 가열부는 복수의 상기 히터 코일을 포함하고, 상기 높이 조절부는 복수의 상기 히터 코일 각각의 높이를 서로 독립적으로 조절하는, 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 높이 조절부는
    상기 공정 챔버의 외벽에서 상기 공정 챔버 내의 상기 히터 코일을 지지하는 지지바를 회전시켜 상기 지지바를 승하강시켜 상기 히터 코일의 높이를 조절하는, 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 높이 조절부는
    상기 히터 코일을 지지하는 히터 서포트; 및
    상기 공정 챔버의 외벽에서 회전에 의하여 상기 히터 서포트를 승하강시켜 상기 히터 코일의 높이를 조절하는 높이조절 너트를 포함하는, 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 히터 서포트는 세라믹 재질로 이루어지며,
    상기 높이 조절부는 상기 높이조절 너트를 상기 공정 챔버 외벽에 고정시키는 너트고정 브라켓을 더 포함하는, 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 높이 조절부는
    상기 히터 서포트에 연결되어 상기 히터 서포트를 지지하는 서포트 지지부를 더 포함하며,
    상기 서포트 지지부의 하부에서는 나사산을 포함하며,
    상기 높이조절 너트의 회전에 의하여 상기 서포트 지지부가 승하강되어 상기 히터 코일의 높이를 조절하는, 높이 조절이 가능한 히터를 구비한 유기금속 화학 기상 증착 장치.
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