KR20000018773A - 화학 기상 증착장치 - Google Patents

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이장혁
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Abstract

목적 : 히터에서 석영 튜브로 가해지는 열의 온도구배가 석영 튜브 전체에서 일정하게 유지되도록 하여 파티클 소스의 발생을 원천적으로 봉쇄하여 웨이퍼 불량을 감소시킬 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이 목적이다.
구성 : 웨이퍼(22)를 적재한 보트(24)가 베이스 축(20)을 구비하는 승하강장치에 의해 석영 튜브(26)의 내부로 배치되고, 상기 석영 튜브(26)의 측방에 히터(34)가 설치되어 열을 가함과 동시에 상기 석영 튜브(26) 내부로 증착에 필요한 기체를 공급하여 웨이퍼(22) 상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착장치에서, 석영 튜브(26)의 상방에 가열수단을 설치하는 구조로 된다.
효과 : 석영 튜브의 측방과 상방에도 동일한 온도구배가 가능하도록 함으로써 종래 석영 튜브의 상단부에서 발생하는 파티클로 인해서 웨이퍼의 불량이 발생하던 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

화학 기상 증착장치
본 발명은 화학 기상 증착장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반응로가 수직으로 배치되고 저압 상태에서 박막을 증착시키는 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착장치는 반응성이 강한 기체 상태의 화합물을 반응로 안에 주입하고, 이를 빛, 열, 플라즈마, 마이크로파, X-ray, 전기장 등의 에너지원으로 활성화시켜 웨이퍼 위에 양질의 박막을 형성하는 기술이다.
특히, 저압 화학 기상 증착장치는 반응로의 내부가 0.1~10torr의 낮은 저압 상태에서 확산이 이루어지기 때문에 질량 전달율이 상당히 크고 대기압에 비해 통상 약 1000배정도의 증가된 확산효율을 보임으로 웨이퍼에 증착되는 박막의 균일도가 좋고, 다량의 웨이퍼를 동시에 증착이 할 수 있는 장점이 있다.
이러한 종래 공지된 화학 기상 증착장치의 구조를 도 1에서 개략적으로 나타내고 있다.
즉, 웨이퍼(2)를 적재한 보트(4)가 베이스 축(6)에 탑재되어 석영 튜브(8)의 내부로 배치되고, 이 석영 튜브(8)의 외측방에 설치된 히터(10)로부터 가해지는 열과 함께, 석영 튜브(8) 내부로 증착에 필요한 기체를 공급하여 웨이퍼(2) 상에 박막을 형성하게 된다.
상기 히터(10)는 단열처리된 원통형 상의 파이프 형태로 그 내부에 열을 발산하는 코일(12)이 설치되데, 일단은 석영 튜브(8)가 인입되어야 함으로 개방되고 타단은 코일(12)에서 발산되는 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해서 2중 구조로 단열재(14)가 적층되는 것이다.
여기서, 코일(12)로 전원 공급이 이루어져 열을 발산하도록 하고, 필요에 따라서는 온도를 올려주거나 내리기도 하면서 증착에 부합하는 적정한 온도 구배를 형성한다.
그러나, 히터(10) 상부에는 코일(12)이 설치되어 있지 않음으로써 온도 구배에 필요한 열의 발산이 제한되게 되고, 이를 방지할 목적으로 히터(10)의 상부에 단열재(14)를 장착하여 어느 정도의 보상을 꾀하고 있으나 만족할 만한 결과는 얻지 못하고, 증착과정 후 A라고 표시한 석영 튜브(8) 상부 내벽에 심한 크랙(crack)현상이나 리프팅(lifting)현상이 발생하곤 한다. 이러한 현상들은 파티클 소스(particle source)가 되어 하부로 떨어지면서 웨이퍼(2)에 침착되어 웨이퍼 불량의 원인이 되고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 안출된 본 발명은, 히터에서 석영 튜브로 가해지는 열의 온도구배가 석영 튜브 전체에서 일정하게 유지되도록 하여 파티클 소스의 발생을 원천적으로 봉쇄하여 웨이퍼 불량을 감소시킬 수 있는 화학 기상 증착장치를 제공하는 것이 목적이다.
이를 위하여, 석영 튜브의 상방, 즉 단열재의 하부에 가열수단을 설치하여 히터의 측면부와 함께 석영 튜브로 열을 발산하는 구조로 된다.
특히, 상기 가열수단은 열선이 내장된 석영 플레이트로 제조될 수 있다.
상기 가열수단은 상기 히터와 연결되는 전원 공급선에 병렬로 연결되거나 혹은 전원 및 온도를 제어할 수 있는 제어수단을 구비하여 상기 가열수단을 연결할 수도 있다.
도 1은 종래 공지된 화학 기상 증착장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 관련된 화학 기상 증착장치를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 관련된 석영 플레이트를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 부분 절개도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
22 : 웨이퍼 24 : 보트
26 : 석영 튜브 32 : 가이드
34 : 히터 36 : 전원 공급선
38 : 코일 40, 42 : 단열재
44 : 열선 46 : 석영 플레이트
48 : 제어수단
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 관련된 화학 기상 증착장치를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 관련된 석영 플레이트를 도시한 평면도이다.
도면에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치는 도시 생략된 구동수단에 의해 승하강하는 베이스 축(20)과, 이 베이스 축(20)의 끝단부에 설치되어 웨이퍼(22)를 적재할 수 있는 보트(24)와, 이 보트(24)가 삽입되고 내부로 증착에 필요한 반응 기체 화합물이 통과할 수 있는 석영 튜브(26)와, 이 석영 튜브(26)의 외곽에 배치되는 히터로 구성된다.
상기 석영 튜브(26)의 하단부에는 웨이퍼(22)로 증착되어질 반응 기체 화합물이 유입되는 주입구(28)와, 웨이퍼(22)에 증착되고 남은 기체 화합물이 방출되는 배출구(30)가 설치되며, 석영 튜브(26)의 내부에는 반응 기체 화합물을 유도할 수 있는 가이드(32)가 설치되어 웨이퍼(22) 상에 용이하게 화합물이 증착되는 것이다.
이러한 석영 튜브(26)의 외곽에 배치되는 히터(34)는 대략 내부가 관통된 파이프 형상을 가지며, 그 내측면에는 전원 공급선(36)으로부터 전기를 공급받아 열을 발산하는 코일(38)이 내장된다.
이 때, 상기 코일(38)에 의해 형성된 온도구배는 석영 튜브(26)의 측방으로 영향을 주므로 석영 튜브(26)의 상방에는 본 발명의 특징에 따라, 가열수단을 장착하고 그 상단에는 이중으로 단열재(40)(42)를 적층하여 히터(34)의 상방으로 열이 방출되는 것을 방지하는 것이다.
상기 가열수단은 다양한 것이 사용될 수 있겠으나, 본 발명에서는 열선(44)이 내장된 석영 플레이트(46)를 사용하며 열선(44)의 전원은 상기 히터(34)의 코일(38)에 연결되는 전원 공급선(36)과 병렬로 연결되어 히터 코일(38)의 열 발산과 거의 동시에 발산이 이루어지도록 함에 따라, 석영 튜브(26)는 온도 구배에 필요한 열을 측방과 상방에서 동시에 공급받을 수 있게 되며, 이는 온도구배의 불균형으로 인해 종해 석영 튜브(26)의 상단에서 발생하는 파티클의 발생을 없앨 수 있어 증착되는 과정에서의 웨이퍼(22) 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 열선(44)이 도 4에 도시한 바와 같이 전원 및 온도를 제어할 수 있는 제어수단(48)에 연결됨으로써 반응로 내의 온도구배에 상응할 수 있게 열선(44)의 작동을 제어하도록 하여 석영 튜브(26) 전체에서 동일한 열전달에 의한 온도구배가 이루어지며, 이는 종래 석영 튜브(26)의 상부에서 발생했던 크랙이나 파티클의 발생을 줄일 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 화학 기상 증착장치는 0.1~10torr의 낮은 기압 상태에서 작동되어 질량 전달율을 증가시키는 방법을 채택하는데, 작동 과정을 살펴보면, 우선, 웨이퍼(22)가 적재된 보트(24)를 베이스 축(20)의 끝단부에 장착하고, 도시 생략된 승하강장치가 동작하여 보트(24)를 석영 튜브(26)의 내부로 삽입시키며, 완전 삽입된 상태에서 전원 공급선(36)을 따라 전기가 공급됨과 동시에 주입구(28)로 증착에 필요한 반응 기체 화합물이 주입된다.
결과적으로, 가이드(32)에 의해 유도된 반응 기체 화합물이 히터(34)의 코일(38)과 석영 플레이트(46)의 열선(44)에 의해 활성화되어 웨이퍼(22)의 표면에 증착된다. 이 때, 히터 코일(38)과 열선(44)에 의한 온도 구배로 인하여 석영 튜브(26) 전체로 가해지는 열은 균등하게 분포되어지는 것이며, 증착되고 남은 증기는 석영 튜브(26)의 하단부에 위치한 배출구(30)를 통해 외부로 방출된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.
즉, 석영 튜브의 상방에 열선이 내장된 석영 플레이트를 설치하고, 히터의 코일로 전기를 공급하는 전원 공급선에 병렬로 연결하여 히터의 동작과 동시에 열선이 동작하도록 하여 석영 튜브의 측방과 상방에도 동일한 온도구배가 가능하도록 함으로써 종래 석영 튜브의 상단부에서 발생하는 파티클로 인해서 웨이퍼의 불량이 발생하던 것을 방지할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 웨이퍼를 적재한 보트가 베이스 축을 구비하는 승하강장치에 의해 석영 튜브의 내부로 배치되고, 상기 석영 튜브의 측방에 히터가 설치되어 열을 가함과 동시에 상기 석영 튜브 내부로 증착에 필요한 기체를 공급하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착장치에 있어서,
    상기 석영 튜브(26)의 온도구배에 일조할 수 있도록 상기 석영 튜브(26)의 상방에 가열수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열수단은 열선(44)이 내장된 석영 플레이트(46)인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가열수단은 상기 히터(34)와 연결되는 전원 공급선(36)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가열수단이 전원 및 온도를 제어할 수 있는 제어수단(48)에 연결되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100870608B1 (ko) * 2003-08-28 2008-11-25 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 열처리 방법 및 열처리 장치

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