KR101315412B1 - 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기판증착기는 챔버, 상기 챔버 내부에 소스를 공급하는 소스공급부, 상기 챔버 내부의 일측에 마련되어 상기 공정가스를 배출하는 배출판, 상기 챔버 내부의 타측에 마련되어 기판을 안착시키는 스테이지 및 상기 스테이지에 장착되어 상기 챔버 내부에서 전달되는 열을 반사하는 반사층을 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법은 스테이지에 반사층을 장착하여 기판과의 접촉력을 향상시키고, 스테이지로 전달되는 열을 차단하여 냉각효율을 높이는 효과가 있다.

증착기, 기판, 냉각

Description

기판증착기 및 이를 이용한 증착방법{Substrate plating appratus and Substrate plating method}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 증착기를 나타낸 간략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지에 장착된 반사층을 나타낸 간략도이다,

도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테이지에 장착된 반사층을 나타낸 간략도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 증착방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부의 복사열을 반사하는 스테이지를 구비한 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것이다.

최근 반도체 산업에 있어서 반도체 기술이 급성장함에 따라 작은 면적에 방 대한 데이터를 집적하는 것이 가능해지면서 방대한 데이터를 고속으로 처리할 수 있는 정보 처리기술도 발전하게 되었다. 또한 정보처리 기기에서 처리된 결과 데이터를 사용자가 인식할 수 있도록 기기와 사용자 사이에서 인터페이스 역할을 하는 디스플레이 장치 개발도 꾸준히 이루어지고 있다.

또한 디스플레이 장치의 발전으로 박막제조공정기술의 다양화를 가져오게 되어 현재 많은 기술들이 활용되고 있다. 박막제조방법은 크게 PVD(Physical vaper deposition)와 CVD(Chemical vaper deposition)로 나누어지며 현재 가장 널리 쓰이고 있는 대표적인 박막제조방법은 화학기상증착법(CVD)이다. 이러한 화학기상증착법(CVD)의 응용범위는 반도체와 같은 microelectronic devices의 제조에서부터 보호막의 코팅에 이르기까지 매우 다양하다.

화학기상증착법(CVD)은 기체 상태의 반응물을 운반가스와 혼합시켜 챔버 내부로 유입하고, 열적 활성화시킨 후 화학반응을 일으켜서 기판위에 고체상태의 증착층을 형성시키는 기술이다. 일반적인 화학기상증착장치는 박막제조공정이 진행되는 반응챔버, 반응챔버의 소정부분에 설치되고 노즐들이 연통되어 박막 형성을 위한 소스 가스를 반응챔버의 내부에 균일하게 분사하는 분사헤드 및 분사헤드에 냉각수를 순환시켜 분사헤드의 온도를 낮춰주는 냉각장치를 구비한다. 냉각장치를 구비하여 기판의 온도를 낮춰주는 선행기술로는 공개특허 "10-2002-0059511"의 "기판의 냉각장치"가 있다. 상기 공개특허의 경우는 공정을 위해 냉각가스를 기판에 직접 공급하여 냉각시킨다. 이외에 기판을 안착시키는 척에 냉각시스템을 설치하거나 기판과 접촉하는 스테이지 접합면에 냉각파이프를 설치하여 기판을 냉각시키는 방 법 등이 있다.

이러한 냉각방법은 공정을 위한 온도제어시 기판을 냉각시켜 박막을 증착시킬 수 있으나 박막제조공정이 고온상태의 챔버 내부에서 이루어지기 때문에 스테이지에 열이 전달되어 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 내부의 복사열을 반사하는 반사층을 가진 스테이지를 구비한 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판증착기는 챔버, 상기 챔버 내부에 소스를 공급하는 소스공급부, 상기 챔버 내부의 일측에 마련되어 상기 공정가스를 배출하는 배출판, 상기 챔버 내부의 타측에 마련되어 기판을 안착시키는 스테이지 및 상기 스테이지에 장착되어 상기 챔버 내부에서 전달되는 열을 차단하는 반사층을 구비한다.

상기 반사층은 반사판에 반사막이 증착된 구조로 형성될 수 있다.

상기 반사판은 상기 기판과 동일한 표면에너지를 갖는 동일한 재질 또는 동종재질로 이루어질 수 있다.

상기 반사판은 실리콘 산화물, 저온유리, 고온석영에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 반사막은 금, 은, 알루미늄 같은 자외선과 적외선을 반사하는 금속반사물질 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 스테이지는 상기 공정가스의 결정체가 기판에 증착될 수 있도록 공정가스의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다.

상기 챔버 내부의 압력을 유지하고, 상기 기판과 반응을 일으키지 못한 상기 공정가스를 배출하는 진공배기부가 더 포함될 수 있다.

전술한 문제점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판증착방법은 기판에 증착될 증착재료를 기화시켜 공정가스를 발생시키는 단계, 상기 공정가스가 이송되는 수송관 및 공정가스가 유입되는 챔버를 가열하는 단계, 상기 챔버 내부에서 발생하는 복사열이 스테이지의 반사층에서 반사되는 단계 및 상기 스테이지가 냉각되며 기판에 박막이 증착되는 단계를 포함한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판 증착기에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 증착기를 나타낸 간략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 증착기는 소스공급부(100)와 증착처리부(200)를 구비한다.

소스공급부(100)는 증착재료가 수용된 증착재료 소스부(110), 증착재료를 가열하는 가열기(120), 증착재료에서 발생된 공정가스를 이송하기 위한 이송가스 공급부(130), 이송가스의 유량을 제어하는 유량제어기(140), 증착재료 소스부(110)와 이송가스 공급부(130) 및 챔버(250) 내부와 연결된 수송관(150)을 구비한다.

증착재료 소스부(110)는 증착재료를 수용하기 위한 임의의 내부공간을 갖는 소스용기(112)를 구비한다. 소스용기(112)는 가열기(120)와 연결되어 소정온도로 가열되고, 소스용기(112)가 가열되면서 수용된 증착재료는 용융 및 증발된다.

소스용기(112)는 고융점 산화물인 알루미나 또는 산화베릴륨으로 형성된 도가니를 사용할 수 있다. 또 다른 방법으로는 전류를 흘려 직접 가열하거나 전자선을 조사해 가열하는 방법이 있을 수 있다.

소스용기(112)를 소정의 온도로 가열하는 가열기(120)는 이송가스 및 증착재료에서 발생한 공정가스가 통과하는 모든 관에 온도의 차이로 공정가스가 응축하여 달라붙지 않도록 가열처리 해야하며 가열온도는 소스용기(112)의 내부온도와 동일하거나 더 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

이때 이송가스를 소스용기(112)의 내부온도와 맞추기 위한 별도의 기체가열시스템을 구비하거나 이송가스의 수송관(150)을 나선형 모양으로 변형 또는 길게하여 시간을 두고 충분히 가열될 수 있도록 하는 것도 가능하다. 또 다른 방법으로는 소스용기(112)의 외벽, 수송관(150)의 외벽, 챔버(250)의 외벽을 감싸는 형상의 발열코일(미도시)을 각각 구비하여 열에너지를 제공하는 방법이 있을 수 있다.

계속해서 소스용기(112)에 수용된 증착재료가 증발온도 이상으로 가열되어 공정가스가 생성되면 이송가스 공급부(130)는 공정가스를 챔버(250) 내로 유입시키기 위해 이송가스를 수송관(150)으로 배출하고, 배출된 이송가스는 유량제어기(140)를 거쳐 공정가스와 배합된다. 이송가스 공급부(130)에서 제공하는 이송가 스로는 불활성 기체인 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논, 네온 등이 사용될 수 있다.

유량제어기(140)는 유입량을 조절하는 MFC(Mass Flow Controller)일 수 있으며 이송가스 공급부(130)와 증착재료 소스부(110) 사이에 배치된다. 이러한 유량제어기(140)는 이송가스가 지나가는 수송관(150)과 병렬로 연결된 별도의 측정관(미도시)을 사용할 수 있다.

이송가스의 유량 측정 및 제어는 측정관의 중앙을 가열하고, 이송가스가 가열부분을 지나가면서 생기는 이송가스 유체의 상류부분과 하류부분의 온도차이에 의해 수행될 수 있다.

계속해서 소스용기(112)의 배출관(116)과 연결된 수송관(150)에서 이송가스와 공정가스가 합쳐져 챔버(250) 내로 운반된다. 여기서 이송가스를 제공하는 공급관(미도시)을 별도로 마련하여 소스용기(112)에 직접 연결하여 사용하는 것도 가능하다.

또한 소스용기(112)의 상부에는 셔터(114)가 구비되며 상기 셔터(114)는 기화된 공정가스가 배출관(116)으로 배출될 때 기화되기 직전의 불순물들이 챔버(250) 내부에 잔존하여 기판(S)에 증착되지 못하도록 막아주는 역할을 한다.

공정가스가 공급되는 증착처리부(200)는 박막제조공정이 이루어지는 챔버(250)를 구비한다. 챔버(250)는 기판(S)의 출입이 가능한 개폐문(210), 공정가스를 분사하는 배출판(230), 챔버(250) 내에 진공분위기 형성을 위한 진공배기부(240), 기판(S)이 안착되는 스테이지(220)를 구비한다.

챔버(250) 내부에 구비되는 배출판(230)은 공정가스를 이송하는 수송관(150)과 연결되어 공정가스를 분사한다. 배출판(230)은 박막의 증착공정이 수행될 공정가스를 기판(S)에 균일하게 배출할 수 있도록 다수개의 배출구(231)로 이루어지며 이러한 배출구(231)는 기본적으로 원형의 형태를 가지거나 어떤 다른 형태로 변형될 수 있다. 또한 배출판(230)은 챔버(250) 내부를 공정가스가 확산되도록 공간을 마련하는 확산실(260)과 기판(S)의 박막제조공정이 이루어지는 증착처리실(270)로 분할한다.

이러한 배출판(230)은 챔버(250) 내벽에 고정되어 설치될 수 있고, 기판(S)과 대면되는 위치에 탈부착이 가능한 형태일 수 있다.

챔버(250) 내부를 진공분위기로 형성하는 진공배기부(240)는 챔버(250) 내부의 압력을 유지하기 위해 진공펌프(미도시)를 사용할 수 있고, 챔버(250)의 기본 진공도를 향상시키기 위해서 터보 분자펌프(미도시)를 추가로 포함할 수도 있다. 또한 진공배기부(240)는 기판(S)에 박막 증착시 반응이 이루어지지 않은 공정가스를 배기시키는 역할을 한다.

계속해서 배출판(230)과 대면하는 위치에 구비된 스테이지(220)는 챔버(250) 내부의 중앙에 위치하여 기판(S)을 안착시키고, 박막제조공정을 수행할 수 있도록 배출판(230)과 임의의 공간을 유지하여 증착처리실(270)을 형성한다.

상기 스테이지(220)는 콜드 스테이지(220)로 반사막(222)이 증착된 반사판(221)을 구비한다. 콜드 스테이지(220)는 공정가스를 분사할 때 온도차에 의해 기판(S)에 기화된 증착재료가 증착될 수 있도록 기판(S)을 냉각시키는 역할을 한 다. 따라서 기판(S)과 접합되는 스테이지(220)의 접합면의 하부에는 기판(S)의 냉각을 위해 냉각수와 같은 냉매가 순환될 수 있도록 냉각 파이프(미도시)가 설치된다.

계속해서 스테이지(220)의 반사판(221)은 기판(S)과 접촉력이 좋도록 상기 기판(S)과 비슷한 표면에너지를 갖는 유리 재질로 이루어지며 반사막(222)은 자외선 및 적외선을 반사하는 물질로 반사판(221)에 증착되어 챔버(250) 내부의 복사열을 반사한다. 스테이지(220)에 안착되는 기판(S)은 유리, 석영 또는 플라스틱과 같은 폴리머로 제조될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지의 반사층에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지에 장착된 반사층을 나타낸 간략도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스테이지에 장착된 반사층을 나타낸 간략도이다.

우선 기화된 증착재료를 기판(S)에 증착시키기 위해서는 증착재료에서 발생한 공정가스를 챔버(250) 내부까지 이송시켜야 한다. 이때 공정가스의 온도가 기화점 이하로 떨어져 응축되지 않도록 공정가스가 이송되는 모든 경로 및 주변을 지속적으로 가열하는 것이 중요하다. 또한 박막증착은 공정가스와 기판(S)의 온도 차이에 의해 이루어지므로 챔버(250) 역시 가열기(120)에 의해 가열되고, 스테이지(220)는 기판(S)을 냉각시키기 위한 냉각장치가 설치된다. 이때 챔버(250)가 가열기(120)에 의해 가열되면 챔버(250) 내부에서는 복사열이 발생되어 스테이 지(220)의 냉각효율이 떨어질 수 있다. 이를 방지하기 스테이지(220)에 반사층(223)을 장착하여 복사열을 반사한다.

도 2에 도시된 바와 같이 반사층(223)은 반사막(222)이 증착된 반사판(221)으로 이루어진다. 여기서 반사판(221)은 기판(S)과 동일한 재질 또는 동종재질을 사용하며 반사막(222)을 보호하는 역할을 한다. 또한 기판(S)과 반사판(221)의 재질이 유사하거나 동일한 경우 기판(S)을 스테이지(220)에 안착시 표면에너지에 의해 기판(S)과 스테이지(220) 반사층(223)과의 밀착력이 커진다.

또한 반사판(221)은 기판(S)과 유사한 재질이기 때문에 열팽창율이 낮아 급격한 온도변화에 변질되지 않는다. 반사판(221)은 실리콘 산화물, 저온유리, 고온석영 등으로 이루어질 수 있다. 또한 반사층(223)은 자외선 및 적외선이 반사되는 열반사 거울일 수 있다.

반사막(222)은 반사판(221)의 하부면에 증착되어 반사판(221)을 통과하여 스테이지(220)로 전달되는 열을 반사하는 역할을 한다. 반사막(222)은 은, 금 또는 알루미늄 등의 재료들이 증착될 수 있다. 또한 반사층(223)의 경도를 크게 하고, 반사막(222)에서 일부 흡수하는 열을 차단하기 위해 도 3과 같이 반사판(221)을 추가로 장착할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사층(223)은 챔버(250) 내부에서 복사되는 열을 반사하여 스테이지(220)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 증착방법을 나타낸 순서도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판증착기는 챔버(250)의 도 어(210)를 통해 기판(S)을 증착 처리실(270)로 반입시켜 스테이지(220)에 안착시킨다(S100). 스테이지(220)에 기판(S)이 안착되면 증착처리실(270)은 진공배기부(240)에 의해 진공분위기가 형성된다(S200). 진공배기부(240)는 공정가스 및 이송가스가 챔버(250) 내부로 이송되어 챔버(250) 내부의 압력이 상승되는 것을 방지하기 위해 지속적으로 진공상태를 유지하며 기판(S)과 반응하지 못한 공정가스를 배기한다.

이후 가열기(120)가 공정가스를 발생시키기 위해 소스용기(112)를 가열하고, 공정가스가 이송되는 수송관(150) 및 박막제조공정이 수행되는 챔버(250)를 가열한다(S300).

계속해서 소스용기(112)에서 기화된 공정가스를 챔버(250) 내로 수송할 수 있도록 이송가스 공급부(130)에서 수송관(150)으로 이송가스를 공급한다(S400). 이때 유량제어기(140)가 이송가스의 유량을 제어하여 적정량의 이송가스를 방출한다.

이송가스는 증착재료 소스부(110)의 배출관(116)을 통해 수송관(150)으로 배출된 공정가스를 확산실(260)로 이송시키고, 확산실(260)에 모여진 공정가스는 배출판(230)에 의해 배출(S500)되어 증착처리실(270)로 제공된다.

한편 박막제조공정을 위한 챔버(250)의 가열로 인해 증착처리실(270)에 위치한 스테이지(220)는 복사열을 받게 된다. 복사열은 스테이지(220)에 장착된 반사층(223)의 반사판(221)을 통과하여 반사막(222)에서 반사되고, 스테이지(220)는 기판(S)에 박막을 증착시키기 위해 냉각장치를 구동한다(S600).

증착처리실(270)에 이송된 공정가스는 챔버(250) 내부와 기판(S)과의 온도차 로 기판(S)에 증착되어 박막을 형성하게 된다(S700).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기판증착기 및 이를 이용한 증착방법은 스테이지에 반사층을 장착하여 기판과의 접촉력을 향상시키고, 스테이지로 전달되는 열을 차단하여 냉각효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 챔버;

   상기 챔버 내부로 기판에 증착될 증착재료를 기화시켜, 공정가스로 공급하는 소스공급부;

   상기 챔버 내부의 일측에 마련되어 상기 공정가스를 배출하는 배출판;

   상기 배출판과 대향된 상기 챔버 내부의 타측에 마련되고 상기 기판이 안착되며, 상기 챔버 내부의 상기 공정가스와 상기 기판의 온도 차이에 의해 상기 기판 상에 박막이 증착되도록 상기 기판을 냉각시키는 스테이지; 및

   상기 스테이지에 장착되고 상기 챔버 내부에서 전달되는 복사열을 반사하여, 상기 스테이지의 온도가 상승하는 것을 저지하는 반사층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판증착기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사층은 반사판에 반사막이 증착된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 기판증착기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 반사판은 상기 기판과 동일한 표면에너지를 갖는 동일한 재질 또는 동종재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판증착기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 반사판의 재질은 실리콘 산화물, 저온유리, 고온석영에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판증착기.
5. 제 2항에 있어서, 상기 반사막은 금, 은, 알루미늄 같은 자외선과 적외선을 반사하는 금속반사물질 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판증착기.
6. 제 1항에 있어서 상기 스테이지는 상기 공정가스의 결정체가 기판에 증착될 수 있도록 공정가스의 온도보다 낮은 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 기판증착기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내부의 압력을 유지하고, 상기 기판과 반응을 일으키지 못한 상기 공정가스를 배출하는 진공배기부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 기판증착기.
8. 기판에 증착될 증착재료를 기화시켜 공정가스를 발생시키는 단계;

   상기 공정가스가 이송되는 수송관 및 상기 공정가스가 유입되는 챔버를 가열하는 단계;

   상기 챔버 내부에서 발생하는 복사열에 따른 스테이지의 온도 상승을 저지하도록, 상기 스테이지의 반사층에서 상기 복사열을 반사하는 단계; 및

   상기 스테이지를 냉각하여, 상기 챔버 내부에 상기 공정가스와 상기 기판의 온도 차이에 의해 상기 기판 상에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 증착방법.

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