KR19990024073U - 박막증착장치의 반응로 - Google Patents

박막증착장치의 반응로 Download PDF

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Abstract

본 고안은 박막증착장치의 반응로에 관한 것으로, 반응로내에 열을 공급하는 히터와, 이 히터에 의한 열을 전달받아 진공압에 의해 부착된 웨이퍼를 가열하는 서셉터와, 이 히터와 서셉터 사이에 장착되어 서셉터의 중심부에 전달되는 열을 차단하는 온도보정대를 포함하여 구성됨으로써, 웨이퍼의 중심부와 가장자리의 온도를 균일하게 유지하여 층간절연막 역할을 하는 비피에스지(BPSG) 막을 두께 및 비피(BP)농도의 균일성을 유지하여 박막의 평탄화를 가져올 수 있는 박막증착장치의 반응로를 제공하도록 한 것이다.

Description

박막증착장치의 반응로
본 고안은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼에 박막을 증착하는 박막증착장치의 반응로에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼에 박막을 증착하는 박막증착장치는 다수개의 반응로가 설치되어 있는 상압화학기상증착장치로서, 약 400℃의 온도에서 층간절연막인 비피에스지(BPSG;boron, phosphorus,silicon, glass)막을 생성시키는데 사용되고 있다.
고열에 의한 반응 가스들의 화학적 반응으로 박막을 형성하는 박막증착장치는 반응로내의 서셉터에 부착되는 웨이퍼의 표면온도를 안정적으로 유지하여 붕소(B)와 인(P)의 농도에 영향을 주는 박막의 두께 및 균일성을 얻는 것이 중요하다.
종래의 박막증착장치의 반응로는 도 1에 도시한 바와 같이, 반응로 내에 열을 공급해주는 히터(heater)(1)와, 웨이퍼(5)를 진공압에 의해 페이스 다운(face-down)방식으로 로딩(loading)시키는 서셉터(suscepter)(3)와, 반응가스를 공급하는 디스팬션 헤드(dispension head)(6)로 구성된다.
상기 히터(1)의 양측에는 열의 방출을 방지하는 히터 사이드 커버(heater side cover)(2)가 설치되어 있고, 상기 디스펜션 헤드(6)의 하부에는 반응이 끝난 가스를 배출하는 배출관(7)이 형성되어 있다.
상기 서셉터(3)는 상기 히터(1)에서 열을 전달받아 웨이퍼(5)를 가열하는 것으로 도 2에 도시한 바와 같이, 진공홀인 I-라인(3a)이 중심부에 형성되어 있는 상기 웨이퍼(5)는 상기 I-라인(3a)을 통해 발생되는 진공압에 의해 서셉터(3) 표면에 부착된다.
상기와 같은 구성의 박막증착장치의 반응로의 히터(1)는 208V의 전압이 공급되어 400℃의 온도를 발생시키고 이 열은 웨이퍼(5)를 로딩하는 서셉터(3)에 전달되어 서셉터(3)를 400℃로 가열하고 이 서셉터(3)에 부착된 웨이퍼(5)의 표면을 가열시킨다.
이후 반응로 내의 반응가스들은 열에 의해 기화된 반응가스들과 화학적 반응이 이루어져 웨이퍼(5)상에 원하는 박막을 형성시킨다.
그러나, 상기와 같은 종래의 박막증착장치의 반응로는 서셉터(3)에 형성된 I-라인(3a)에 의해 -50cmHg정도의 진공압으로 웨이퍼(5)를 서셉터(3)에 부착시키므로 웨이퍼(5)의 중심부는 상기 I-라인(3a) 방향으로 밀착되지만 웨이퍼(5)의 가장자리부에서는 서셉터(3)와 웨이퍼(5)간에 미세한 틈이 발생되어 히터(1)에 의해 서셉터(3)로 전달되는 400℃의 열이 웨이퍼(5)의 중심부와 가장자리부에 다르게 전달되어 온도차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이와 같은 웨이퍼(5) 표면상에 온도차로 인하여 온도가 높은 중심부는 두께가 얇아지고 BP 농도는 높아지게 되고, 온도가 낮은 가장자리부는 두께가 두꺼워지고 BP 농도는 낮아지게 되어 웨이퍼(5) 상에 균일한 공정조건을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있었다.
층간절연막인 비피에스지(BPSG)막은 붕소(B)와 인(P)이 도핑(doping)된 산화규소(SiO2) 막이며 금속층을 증착하는 다음 공정을 위하여 평탄화된 표면을 생성해야하고, 이를 위해 비피에스지 막 형성후 약 30분간 850℃의 온도에서 풀림(annealing)을 실시하며 도펀트(dopant)인 붕소와 인의 적정농도를 이용하여 리플로우(reflow)시키는데, 상기와 같은 웨이퍼(5) 표면의 온도차는 박막의 평탄화를 가져올 수 없을 문제점이 있었던바, 이에 대한 보완이 요구되어 왔다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 층간절연막 역할을 하는 비피에스지 막의 두께 및 붕소와 인의 농도를 균일하게 하여 공정특성을 최적의 조건으로 만듦으로써 박막의 평탄화를 얻을 수 있는 박막증착장치의 반응로를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 박막증착장치의 반응로의 구성을 도시한 개략도.
도 2는 종래의 서셉터를 도시한 평면도.
도 3은 본 고안의 박막증착장치의 반응로의 구성을 도시한 개략도.
도 4는 본 고안의 온도보정장치를 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 히터 2 : 히터 사이드 커버
3 : 서셉터 5 : 웨이퍼
6 : 디스팬션 헤드 7 : 배출관
10 : 온도보정대 11 : 고정바
12 : 열차단판
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 열을 공급해주는 히터와, 이 히터의 양측에 설치되어 열의 방출을 방지하는 히터 사이드 커버와, 상기 히터의 하부에 설치되어 상기 히터에서 나온 열을 웨이퍼에 전달하는 서셉터와, 상기 히터와 상기 서셉터 사이에 장착되어 상기 서셉터의 중심부에 전달되는 열을 차단하는 온도보정대와, 상기 서셉터의 하부에 설치되어 반응가스를 공급하는 디스팬션 헤드와, 상기 디스팬션 헤드의 하부에 형성되어 반응이 끝난 가스를 배출하는 배출관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 반응로가 제공된다.
상기 온도보정대는 상기 히터 사이드 커버에 설치되어 고정바와, 이 고정바의 중앙에 설치되는 열차단판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열차단판의 재질은 인코넬 합금인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 고안의 박막증착장치의 반응로를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 고안은 박막증착장치의 반응로는 도 3에 도시한 바와 같이, 반응로 내에 열을 공급해주는 히터(heater)(1)와, 이 히터(1)의 양측에 설치되어 열의 방출을 방지하는 히터 사이드 커버(heater side cover)(2)와, 상기 히터(1)의 하부에 설치되어 상기 히터(1)에서 나온 열을 웨이퍼(5)에 전달하는 서셉터(3)와, 상기 히터(1)와 상기 서셉터(3) 사이에 장착되어 상기 서셉터(3)의 중심부에 전달되는 열을 차단하는 온도보정대(10)와, 상기 서셉터(3)의 하부에 설치되어 반응가스를 공급하는 디스팬션 헤드(dispension head)(6)와, 상기 디스팬션 헤드(6)의 하부에 형성되어 반응이 끝난 가스를 배출하는 배출관(7)을 포함하여 구성된다.
상기 히터 사이드 커버(2)는 스테인레스 스틸(stainless steel) 재질이며, 상기 서셉터(3)는 종래의 기술처럼 중앙에 진공압을 가할 수 있는 I-라인 진공홀이 형성되어 있다.
상기 온도보정대(10)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 2개의 히터 사이드 커버(2) 사이로 설치되는 고정바(11)와, 이 고정바(11)의 중앙에 설치되는 열차단판(12)으로 구성된다.
상기 고정바(11)는 2개로 이루어져 있으며 이 2개의 고정바(11) 사이에 상기 열차단판(12)이 설치된다.
상기 열차단판(12)은 인코넬 합금(inconel alloy)의 재질로 되어 있다.
인코넬 합금이란 니켈-크롬-철(Ni-Cr-Fe) 합금으로서 내산성이 강하기 때문에 고온에서도 산화되지 않으므로 전열기의 부품 등에 많이 사용된다.
본 고안에 따른 열차단판(12)의 화학성분은 니켈(Ni)이 72%, 크롬(Cr)이 14~17%, 철(Fe)이 6~10%, 탄소(C)가 0.15% 이하, 망간(Mn)이 1% 이하, 황(S)이 0.015% 이하, 규소(Si)가 0.5% 이하, 구리(Cu)가 0.5% 이하로 구성되어 있고, 이에 따른 물리적 성질은 인장력이 8.42g/cm3, 21℃에서의 비염은 0.106으로서 내식성이 우수하며 538℃까지 사용가능한 것으로 나타났다.
상기와 같은 구성을 가진 본 고안의 박막증착장치의 반응로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 히터(1)가 400도의 온도를 발생시키면 이 열은 웨이퍼(5)를 로딩하는 서셉터(3)에 전달되고 이 서셉터(3)에 부착된 웨이퍼(5)의 표면을 가열시킨다.
상기 서셉터(3)는 진공압을 이용하여 웨이퍼(5)의 중심부를 부착시키므로 웨이퍼(5)의 중심부는 상기 I-라인 방향으로 밀착되지만 웨이퍼(5)의 가장자리부에서는 서셉터(3)와 웨이퍼(5)간에 미세한 틈이 발생되어 히터(1)에 의해 서셉터(3)로 전달되는 열이 웨이퍼(5)의 중심부와 가장자리부에 다르게 전달된다.
그러나, 본 고안의 히터(1)와 서셉터(3) 사이에는 인코넬 재질의 온도보정대(10)가 설치되어 있고, 상기 온도보정대(10)는 히터(1)에서 나오는 열을 차단하는 열차단판(12)이 형성되어 있으므로 상기 히터(1)에서 전달되는 열이 이 온도보정대(10)를 거친 후 서셉터(3)에 전달되고나서 최종적으로 웨이퍼(5)에 전달되어 웨이퍼(5)의 표면을 가열하므로 상기 서셉터(3)의 중심부에 부착되어 있는 웨이퍼(5)에는 열이 적게 전달된다.
한편, 서셉터(3)의 가장자리부는 히터(1)에서 직접 서셉터(3)를 거쳐 웨이퍼(5)로 열이 전달되므로 히터(1)에서 발생한 400℃의 열이 그대로 서셉터(3)에 전달되고 이 열에 의해 웨이퍼(5) 표면을 가열시킨다.
따라서, 본 고안에 따른 반응로의 웨이퍼(5)는 그 중심부가 온도보정대(10)에 의해 열의 전달이 감소되어 종래의 기술에 비해 온도가 낮아지는 반면 웨이퍼(5)의 가장자리부는 그대로 열전달이 이루어지게 되므로 웨이퍼(5)의 전표면에 걸쳐 일정하게 가열되어 균일한 온도를 얻을 수 있다.
본 고안의 박막증착장치의 반응로에 의하면 웨이퍼의 중심부의 온도를 가장자리부와 동일하게 만듦으로서 웨이퍼에 증착되는 박막의 두께 및 붕소와 인의 농도를 균일하게 유지하여 층간절연막의 평탄화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 열을 공급해주는 히터와, 이 히터의 양측에 설치되어 열의 방출을 방지하는 히터 사이드 커버와, 상기 히터의 하부에 설치되어 상기 히터에서 나온 열을 웨이퍼에 전달하는 서셉터와, 상기 히터와 상기 서셉터 사이에 장착되어 상기 서셉터의 중심부에 전달되는 열을 차단하는 온도보정대와, 상기 서셉터의 하부에 설치되어 반응가스를 공급하는 디스팬션 헤드와, 상기 디스팬션 헤드의 하부에 형성되어 반응이 끝난 가스를 배출하는 배출관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 반응로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도보정대는 상기 히터 사이드 커버에 설치되는 고정바와, 이 고정바의 중앙에 설치되는 열차단판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 반응로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열차단판의 재질은 인코넬 합금인 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 반응로.
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