KR20020005858A - 유전체 박막형성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 유기원료를 정확하게 혼합하는 장치와 혼합되어 기화된 혼합가스와 수송가스를 각각 별도로 분리공급하는 장치 및 균일한 열로 웨이퍼를 가열하는 장치를 구비한 유전체 박막형성챔버와 다른 다수의 챔버들을 구비함으로써, 균일한 웨이퍼 박막을 형성하려는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유전체 박막형성장치는, 웨이퍼 트랜스퍼 챔버(3)와, 웨이퍼를 로딩(loading)하는 웨이퍼 카세트 로딩챔버(1)와, 웨이퍼를 언로딩(unloading)하는 웨이퍼 카세트 언로딩챔버(2)와, 유전체 박막을 증착시킬 웨이퍼를 예열하는 예열챔버(4)와, 열-CVD(Chemical Vapor Deposition)방식을 이용하는 유전체 박막형성 챔버(5)와, 유전체 박막의 전극용으로 금속박막을 형성하는 금속 박막형성챔버(7) 및, 유전체 박막에 UV-O3/RTP(Rapid Thermal Process)공정을 동시에 수행하는 후처리 챔버(6)를 포함한다.

Description

유전체 박막형성장치{Cluster System for formational Dielectric Thin Film}
본 발명은 유전체 박막형성장치에 관한 것이며, 특히, BST(barium, strontium, titanium) 액체 유기원료를 혼합후 기화시킨 혼합가스와 수송가스를 각각 별도로 분리공급하여 웨이퍼의 상부면에서 혼합하여 웨이퍼의 표면을 박막처리하는 유전체 박막형성챔버와 다른 다수의 챔버를 구비한 유전체 박막형성장치에 관한 것이다.
종래의 유전체 박막형성장치는 웨이퍼 트랜스퍼챔버와, 웨이퍼를 로딩(loading)하는 웨이퍼 로딩챔버 및, 웨이퍼를 언로딩(unloading)하는 웨이퍼 언로딩챔퍼를 기본적으로 사용하고, 여기에 단일 유전체 박막형성 챔버를 사용하여 비정질 증착을 한 상태에서 박막의 고품질을 위하여 별도의 장치를 사용하는 후처리 공정과, 또다른 장치를 사용하여 전극물질을 별도로 처리하는 공정을 실시하여야 한다. 이렇듯, 종래의 유전체 박막형성장치를 사용할 경우에는 그 처리공정이 까다롭다는 단점이 있다.
BST(barium, strontium, titanium) CVD(Chemical Vapor Deposition)공정은 1-Gbit DRAMs을 위한 컨포멀 박막 필름(conformal thin film)을 생산하기 위해 개발되었다. 이 공정은 재현성이 있는 막의 화학량을 얻기 위하여 금속-유기물 전구체(metal-organic precursors), 액체 방출기(liquid delivery) 및 플래쉬 기화기(point-of-use flash vaporization)를 사용한다. 그리고, 1-Gbit DRAM으로 전압과 온도를 설정하고, 고밀도의 수용량과 낮은 누수전류를 이용하여, 전기에 관한한 성공적인 결과를 얻어 냈다. 또한, 이 공정은 재현성이 좋고 매우 튼튼하다는 장점이 있다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 비트밀도는 1972년 4kbit로 시작되어 현재 64Mbit에 이르기까지 매 3년마다 거의 네 배로 증가해 왔다. 이러한 연속적인 증가는 축소된 셀영역에서조차 같은 저장용량을 유지시켜 왔다는 것이다. 이런비트밀도의 증가는 4-Mbit 생산에 앞서 전통적인 SiO2, 그리고 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 커패시터 유전체의 두께를 감소시킴으로써 성공할 수 있었다.
그 후의 DRAM 생산은 더 작아진 영역안에서 충분한 커패시턴스(capacitance)를 유지하기 위하여 아주 복잡한 구조인 3차원(three-dimensional) 셀을 사용하였다. 이런 복합체는 추가적인 마스크 레벨(mask level)이 요구되는 데, 이것은 궁극적으로 생산과 제조가격에 영향을 주었다. 만약, 이런 경향이 1-Gbit 세대로 이어진다면, ONO 스택(stack)은 요구되는 35fF(femto farab) 저장용량/셀을 유지하기 위해, 웨이퍼-표면영역비가 대략 40:1인 필름영역를 필요로 한다. 그래서, 그 대안으로 기존의 ONO 유전체보다는 더 높은 유전율을 갖는 새로운 재료를 사용하게 되었다.
즉, BST의 응용분야에 대해 높은 관심을 가지게 되었는 데, 왜냐하면 BST가 고유전상수(high dielectric constant)와 저누수전류 및 고전파에서도 저분산되는 독특한 특성을 나타내는 결합물로서, 고온에서도 안정적인 상태로 작용하기 때문이다.
그리고, BST의 높은 유전성이 좀더 단순한 저장노드 지오매트릭(storage node geometric)을 허용할지라도, 이 재료의 단위 면적당 커패시턴스는 1-Gbit DRAM 밀도의 조건하에서 평면저장 커패시터(planar storage capacitor)를 채우기에 충분하지 않다. 그러나, 지금도 여전히 3차원 지오매트릭이 필요하기 때문에, 컨포멀 증착공정을 필수적으로 수행해야 한다. 즉, 이 공정에서 알 수 있듯이, ULSIDRAMs을 위해 BST 커패시터가 유용함을 알 수 있다. 그리고, BST의 특성은 시간과 웨이퍼 처리량을 고려한 유전상수(dielectric constant), 커패시턴스, 누수전류밀도, 막 균일도(film uniformity) 및 전기적성질의 변화 등에 따른다.
즉, 첫째로, 저장용량(storage capacity)은 저장노드 지오메트리(storage node geometry)를 최대한으로 단순화시키기에 충분히 커야 한다. 왜냐하면, 공정단계를 줄이고 생산량을 증가시키는 것이 이 접근의 주요한 경제적 장점이기 때문이다.
둘째로, 최대 허용한도의 누수전류는 리프레시 싸이클(refresh cycle)의 마지막에 필요한 최소 전하에 의해 결정된다. 따라서, 더 낮은 막두께의 고저장용량과 높은 막두께의 낮은 누수전류 사이에서 균형을 이루도록 설계하여야 한다.
셋째로, 막은 크로스 커플링(cross coupling)을 피하기에 충분히 얇아야 한다. 즉, 1-Gbit DRAMs은 유전막의 두께가 600Å 이상일 때 발생하는 노드들간의 브리징(bridging)을 위하여, 인접한 저장노드간의 간격이 가능한 좁아야 한다. 만약, 브리징이 발생한다면, 상부전극은 더이상 인접한 노드를 보호할 수가 없게 된다. 그리고, 막이 더 얇아지면 공정 처리량을 증가시킨다.
그리고, BST CVD 공정의 장점 중의 하나는 막 화학량(film stoichiometry)의 재현성을 유지하면서, 그런 방법으로 전구체(precursor)를 이동시킨다는 것이다.
그리고, CVD 공정은 높은 휘발성을 갖는 가스를 웨이퍼의 표면으로 이동시키고, 안정성을 갖춘 반응물(source reagent)을 필요로 한다. 또한, 이 CVD 공정에서 여러 유기원료를 사용할 경우에는 유기원료를 혼합한 가스와 수송가스를 혼합한후, 수송가스만을 제거해야 한다. 이 때, 혼합가스와 수송가스가 혼합되어 웨이퍼의 표면에서 반응하여 증착되어야 하며, 웨이퍼의 표면 이외의 부분에서 선반응(premature reaction) 또는 선증착(premature decomposition)되면 안된다.
그리고, BST 증착을 위해 사용가능한 최고의 소스 반응물은 온도, 공기 및 습기에 민감한 낮은 증기압의 고체들이다. 이러한 전구체(precursor)들이 혼합되어 분해가 너무 빨리 일어날 경우, 사용가능한 증기압을 유지하기 위해 요구되는 온도까지 열을 가하게 되는 데, 이럴 경우 바람직하지 않은 반응이 일어날 수 있다.
또한, BST 박막은 우수한 특성을 갖는 물질이지만 이런 박막을 구현하기 위해서는 보다 안정되고 재현성이 확보된 장치를 개발하는 것이 무엇보다 중요하다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액체 유기원료를 정확하게 혼합하는 장치와 혼합되어 기화된 혼합가스와 수송가스를 각각 별도로 분리공급하는 장치 및 균일한 열로 웨이퍼를 가열하는 장치를 구비한 유전체 박막형성챔버와, 다른 다수의 챔버들을 구비함으로써, 균일한 웨이퍼 박막을 형성하는 유전체 박막형성장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유전체 박막형성장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개념도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 유전체 박막형성챔버의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고,
도 2b는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 온도제어방식을 설명하기 위한 상세도이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 가스분사장치의 개략도이고,
도 3c는 도 3a에 도시된 가스분사장치의 배출부위를 설명하기 위한 부분 단면도이고,
도 3d는 도 3a에 도시된 가스분사장치의 온도제어방식을 설명하기 위한 상세도이고,
도 4a는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 가스형성장치의 개략도이고,
도 4b는 도 4a에 도시된 가스형성장치의 믹서부를 설명하기 위한 상세도이고,
도 5a는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 웨이퍼 가열장치의 개략도이고,
도 5b는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 다른 형태를 도시한 개략도이고,
도 5c는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 가열부의 결합부위를 설명하기 위한 상세도이며,
도 5d는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 가열부의 배치관계를 설명하기 위한 단면도.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : 웨이퍼 카세트 로딩챔버 2 : 웨이퍼 카세트 언로딩챔버
3 : 웨이퍼 트랜스퍼챔버 4 : 예열챔버
5 : 유전체 박막형성챔버 6 : 후처리 챔버
7 : 금속 박막형성챔버 100 : 가스분사장치
200 : 열교환장치 300 : 가스형성장치
400 : 웨이퍼 가열장치
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유전체 박막형성장치는, 웨이퍼 트랜스퍼 챔버와, 웨이퍼를 로딩(loading)하는 웨이퍼 카세트 로딩챔버와, 웨이퍼를 언로딩(unloading)하는 웨이퍼 카세트 언로딩챔버와, 유전체 박막을 증착시킬 웨이퍼를 예열하는 예열챔버와, 열-CVD(Chemical Vapor Deposition)방식을 이용하는 유전체 박막형성 챔버와, 유전체 박막의 전극용으로 금속박막을 형성하는 금속 박막형성챔버 및, 상기 유전체 박막에 UV-O3/RTP(Rapid Thermal Process)공정을 동시에 수행하는 후처리 챔버를 포함한다.
아래에서, 본 발명에 따른 유전체 박막형성장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유전체 박막형성장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 보이듯이, 본 발명의 유전체 박막형성장치는 웨이퍼 트랜스퍼 챔버(3)와, 웨이퍼를 로딩(loading)하는 웨이퍼 카세트 로딩챔버(1) 및, 웨이퍼를 언로딩(unloading)하는 웨이퍼 카세트 언로딩챔퍼(2)가 기본적으로 장착된다. 여기에, 유전체 박막을 증착시킬 웨이퍼를 예열시켜 유전체 박막 형성조건에 필요한 열에너지의 도달시간을 단축시켜 주기 위해 저항가열방식을 사용하는 예열챔버(4)와, 열-CVD방식에 의한 유전체 박막형성 챔버(5)와, 유전체 박막에 UV-O3, RTP(Rapid Thermal Process)공정을 각각 별도 처리하거나 UV-O3/RTP공정을 동시에 처리하는 후처리 챔버(6) 및, 유전체 박막의 전극용으로 금속박막을 형성하는 금속 박막형성 챔버(7)를 선택적으로 사용하게 구성되어 있다.
즉, 본 발명의 유전체 박막형성장치는 웨이퍼 트랜스퍼 챔버(3)와, 웨이퍼카세트 로딩챔버(1) 및, 웨이퍼 카세트 언로딩챔퍼(2)를 기본적으로 사용하고, 여기에 유전체 박막형성 챔버(5)를 기준으로 하여 다음과 같은 챔버들로 구성할 수 있다.
첫째, 예열챔버(4)와 유전체 박막형성 챔버(5)[BSTO3(Ba, Sr, Ti)]로 구성하거나, 둘째, 예열챔버(4)와 유전체 박막형성 챔버(5)[BSTO3(Ba, Sr, Ti)] 및 후처리 챔버(6)(UV-O3/RTP)로 구성하거나, 셋째, 예열챔버(4)와 유전체 박막형성 챔버(5)[BSTO3(Ba, Sr, Ti)]와 후처리 챔버(6)(UV-O3/RTP) 및 금속 박막형성 챔버(7)[Pt(electrode)]로 구성하거나, 넷째, 예열챔버(4)와 유전체 박막형성 챔버(5)[BSTO3(Ba, Sr, Ti)]와 후처리 챔버(6)(UV-O3/RTP) 및 금속 박막형성 챔버(7)[Ru(electrode)]로 구성하거나, 유전체 박막형성 챔버(5)[BSTO3(Ba, Sr, Ti)]와 후처리 챔버(6)(UV-O3/RTP) 및 금속 박막형성 챔버(7)[Ru or Pt]로 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 유기원료로 Ba(barium), Sr(strontium) 및 Ti(titanium)을 사용하여 BSTO3를 형성하도록 구성하고 있지만, Pb(lead), Zr(zirconium) 및 Ti(titanium)을 사용하여 PZTO3를 형성하도록 구성하거나 Sr(strontium), Bi(bismuth) 및 Ta(tantalum)을 사용하여 SBTO3를 형성하도록 구성할 수도 있다.
아래에서는, 본 발명의 유전체 박막형성챔버(5)의 구성관계에 대해 구체적으로 설명하도록 하겠다.
도면에서, 도 2a는 본 발명에 따른 유전체 박막형성챔버의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 온도제어방식을 설명하기 위한 상세도이다.
도 2a 및 도 2b에 보이듯이, 본 발명의 유전체 박막형성챔버(5)는 몸체의 역할을 하는 케이싱(10)을 포함한다. 이런 케이싱(10)의 한 쪽에는 웨이퍼 트랜스퍼 챔버(3)와 연결되는 웨이퍼 트랜스퍼 포트(20)가 형성되고, 다른 쪽에는 게이지 포트(30)가 형성되어 있다.
그리고, 케이싱(10)의 상부에는 상하로의 높낮이 조절이 가능한 높낮이 조절부(40)가 형성되어 있고, 이런 높낮이 조절부(40)의 상부에는 가스분사장치(100)가 설치되어 있다. 그리고, 케이싱(10)의 내부에는 웨이퍼 가열장치(400)가 배치되어 있다. 이 때, 웨이퍼 가열장치(400)의 웨이퍼 받침대(414)와 가스분사장치(100)의 하부면까지의 거리(L)는 높낮이 조절부(40)에 의해 조절되며, 이들간의 거리는 50mm 이상으로 하는 것이 양호하다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 높낮이 조절부(40)의 내부에는 유체가 유동할 수 있는 관통로(41)가 형성되어 있다. 이런 관통로(41)의 양단부에는 유체를 공급하여 열교환시키는 열교환장치(200)가 연결되어 있으며, 관통로(41)에는 70 ~ 270℃까지의 온도를 감지하는 온도감지기(42)가 설치되어 있다.
이렇게 높낮이 조절부(40)에 관통로(41)를 형성하여 열교환시키는 것은 가스분사장치(100)에서 분사되는 유기원료가스가 최적의 조건으로 웨이퍼 가열장치(400)로 공급될 수 있도록 하기 위해서다.
그리고, 유전체 박막형성챔버(5)의 내부에는 플라즈마 장치(도시안됨)가 설치되어 있다. 이런 플라즈마 장치는 공정온도 500℃ 이하 영역에서 비정질 상태로 유전체 박막이 형성되는 특성을 이용하는 것으로서, MOCVD BST공정과 플루오르(fluorine)계열의 가스를 사용하여 챔버내부를 세척하는 것이다.
아래에서는, 본 발명의 가스분사장치의 구성관계에 대해 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 3a 및 도 3b는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 가스분사장치의 개략도이고, 도 3c는 도 3a에 도시된 가스분사장치의 배출부위를 설명하기 위한 부분 단면도이며, 도 3d는 도 3a에 도시된 가스분사장치의 온도제어방식을 설명하기 위한 상세도이다.
도 3a 내지 도 3d에 보이듯이, 가스분사장치(100)는 유기원료가스를 공급하는 유기원료가스 공급기(110)와 반응성가스를 공급하는 반응성가스 공급기(120)로 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 가스분사장치(100)는 유기원료가스와 반응성가스를 각각 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
이런 가스분사장치(100)의 하부면은 도 3a에 도시된 바와 같이 원판형으로 형성되거나, 도 3b에 도시된 바와 같이 오목한 반구형으로 형성되어 있다. 이렇게 원판형이나 오목한 반구형으로 형성하는 것은 하부에 위치할 웨이퍼의 표면에 가스를 골고루 분사하기 위한 것으로서, 분사되는 가스의 종류에 따라 분사위치를 달리함으로써 웨이퍼의 표면에 가스를 골고루 분사할 수가 있기 때문이다.
그리고, 유기원료가스 공급기(110)는 몸체의 역할을 하는 케이싱(111)을 포함한다. 이런 케이싱(111)에는 유기원료가스를 공급하는 튜브(112)가 형성되어 있고, 이런 튜브(112)의 하부에는 소정크기의 공간(113)이 형성되어 있다. 이 때, 튜브(112)의 배출부는 공간(113)의 중앙에 위치하게 된다. 이렇게 형성된 공간(113)의 하부에는 케이싱(111)에 고정되는 유기원료가스 분배기(114)가 형성되어 있다. 이런 유기원료가스 분배기(114)는 공간(113)을 통해 공급되는 유기원료가스를 골고루 하부로 분배할 수 있도록 형성된 것으로서, 소정의 간격을 두고 다수의 공급튜브(115)가 돌출되게 형성된 것이다. 이 때, 공급튜브(115)는 정렬된 상태로 배열된다.
그리고, 반응성가스 공급기(120)는 반응성가스를 공급하도록 대향하는 위치에 배치되는 2개의 포트(121)와, 이런 포트(121)에 연결되어 공급되는 반응성가스를 분배하는 반응성가스 분배기(122)로 구성되어 있다. 이런 반응성가스 분배기(122)는 포트(121)를 통해 공급되는 반응성가스를 골고루 하부에 분배할 수 있도록 소정의 간격을 두고 다수의 공급홀(123)이 형성된 것이다. 이 때, 공급홀(123)은 각각의 공급튜브(115)에 대응하도록 형성되며, 그 내경은 공급튜브(115)의 외경보다 크게 형성된다.
그리고, 도 3c 및 도 3d에 보이듯이, 반응성가스 분배기(122)에는 공급홀(123)과 수직한 방향으로 그 내부를 따라 유체가 유동하는 관통로(124)가 형성되어 있다. 이런 관통로(124)는 정렬된 상태로 반응성가스 분배기(122)의 내부 전체면에 위치하는 데, 이런 관통로(124)를 따라 유동하는 유체에 의해 하부에 위치하는 가열장치에 의해 반응성가스 분배기(122)가 가열되는 것을 방지한다.
이런 다수의 관통로(124)의 양 단부는 각각 개방되어 있으며, 이런 관통로(124)의 양단부에는 유입구(125) 및 배출구(126)에 각각 연결되어 공급되는 유체를 골고루 분배하는 분배관(127)과, 배출되는 유체를 모으는 수집관(128)이 각각 설치되어 있다. 그리고, 유입구(125)와 배출구(126)에는 유체를 관통로(124)에 공급하여 열교환시키는 열교환장치(200)가 연결되어 있으며, 관통로(124)에는 70 ~ 270℃까지의 온도를 감지하는 온도감지기(129)가 설치되어 있다.
이렇게 형성된 유기원료가스 공급기(110)와 반응성가스 공급기(120)는 서로 결합되어 있다. 즉, 도 3c에 도시된 바와 같이, 반응성가스 공급기(120)의 공급홀(123)에 유기원료가스 공급기(110)의 공급튜브(115)가 각각 삽입되어 결합된다. 그러면, 유기원료가스는 공급튜브(115)를 따라 공급되고, 반응성가스는 공급튜브(115)의 외경과 공급홀(123)의 내경에 의해 형성된 공간을 따라 공급되어, 반응성가스 분배기(122)의 하부에서 혼합이 이루어진다.
그리고, 유기원료가스 공급기(110)와 반응성가스 공급기(120)의 결합부위에는 유기원료가스와 반응성가스를 서로 분리시킬 수 있도록 오링이나 메탈링과 같은 실링부(130)가 형성되어 있다.
아래에서는, 본 발명의 가스형성장치의 구성관계에 대해 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 4a는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 가스형성장치의 개략도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 가스형성장치의 믹서부를 설명하기 위한 상세도이다.
도 4a에 보이듯이, 가스형성장치(300)는 공급될 액체 유기원료(Ba, Sr, Ti)를 저장 및 공급하는 다수의 저장용기(311)를 포함한다. 이런 저장용기(311)에는 유기원료에 함유된 불순물 등을 여과하는 필터(312)와, 공급시에 생성되는 기포를 제거하는 기포 제거기(313)와, 공급되는 유기원료의 유량을 조절하는 조절기(314) 및, 유기원료를 혼합하는 혼합기(315)가 순차적으로 연결되어 있다. 이렇게 구성된 저장용기(311)로부터 혼합기(315)까지의 각각의 공급라인은 그 길이 및 체적이 같고, 액체압력을 5~60psi범위 내에서 사용할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 혼합기(315)는 도 4b에 도시된 바와 같이 2개의 유입부와 1개의 배출부로 구성하거나, 3개의 유입부와 1개의 배출부로 구성할 수 있다. 이 때, 2개의 유입부와 1개의 배출부로 혼합기를 구성할 경우에는, 반응성이 유사한 Ba와 Sr를 동일 유입부로 동시에 공급한다.
이렇게 구성된 혼합기(315)의 배출부에는 유기원료를 공급하는 공급라인(319)이 연결되어 있고, 이런 공급라인(319)에는 공급되는 유기원료의 공급압을 측정하는 압력감지부(316)와, 유기원료를 배출하는 배출포트(317) 및, 혼합된 유기원료를 기화시키는 기화장치(318)가 설치되어 있다. 그리고, 기화장치(318)는 용매(solvent)를 공급하는 용매공급라인(320)에도 연결되어 있다. 즉, 기화장치(318)는 3방향 밸브(321)에 의해 유기원료의 공급라인(319)과 용매공급라인(320)에 연결되어, 선택적으로 유기원료 또는 용매를 공급받는다.
또한, 기화장치(318)에는 기화된 유기원료가스를 수송하는 데 필요한 수송용 가스를 공급하는 공급라인(322)과, 기화된 유기원료가스를 도 3a에 도시된 가스분사장치(100)의 튜브(112)에 연결되는 배출라인(323)이 각각 연결되어 있다. 이런 배출라인(323)에는 3방향 밸브(324)가 설치되어 있으며, 이런 3방향 밸브(324)의 한 쪽에는 기화장치(318)에서 배출되는 유기원료가스 또는 용매 등을 외부로 배출하는 배출포트(325)가 연결되어 있다. 즉, 3방향 밸브(324)의 선택에 의해 가스분사장치(100)방향으로의 유로 또는 배출포트(325)방향으로의 유로가 형성되는 데, 유기원료가스와 수송용 가스가 필요할 때에만 가스분사장치(100)로의 유로를 형성하고, 기화장치(318)의 막힘문제를 방지할 수 있도록 유기원료가스를 배출할 경우에는 배출포트(325)로의 유로를 형성한다.
아래에서는, 본 발명의 웨이퍼 가열장치의 구성관계에 대해 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 5a는 도 2a에 도시된 유전체 박막형성챔버의 웨이퍼 가열장치의 개략도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 다른 형태를 도시한 개략도이고, 도 5c는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 가열부의 결합부위를 설명하기 위한 상세도이며, 도 5d는 도 5a에 도시된 웨이퍼 가열장치의 가열부의 배치관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d에 보이듯이, 웨이퍼 가열장치(400)는 베이스(411)를 포함한다. 이런 베이스(411)의 상부면은 도 5a에 도시된 바와 같이 평평하게 구성하거나, 도 5b에 도시된 바와 같이 난반사 효과를 얻을 수 있도록 오목한 곡면을 갖도록 구성한다. 이런 베이스(411)의 상부에는 케이싱(412)이 형성되어 있고, 이런 케이싱(412)의 상부에는 열손실을 방지할 수 있도록 세락믹이나 석영으로 형성된열손실 방지부(413)가 형성되어 있다. 이런 열손실 방지부(413)에는 안 쪽으로 걸림턱이 형성되어 있으며, 이런 걸림턱의 상부면에는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼받침대(414)가 설치되어 있다. 즉, 웨이퍼받침대(414)는 열손실 방지부(413)로부터 쉽게 분리 및 장착될 수 있다.
이런 웨이퍼받침대(414)의 하부에는 중앙부위에서 열을 제공하는 제1 가열부(415)와, 둘레부위에서 열을 제공하는 제2 가열부(416)가 각각 설치되어 있다. 즉, 중심이 천공된 제1 가열부(415)가 중앙에 위치하고, 이런 가열부(415)와 소정의 간격을 두고 그 둘레에 제2 가열부(416)가 위치한다.
이런 제1 가열부(415)와 제2 가열부(416)의 외면에는 둘레 및 하부를 감싸는 온도간섭 방지부(417)가 각각 형성되어 있다. 이런 온도간섭 방지부(417)는 둘레면에서 제1, 제2 가열부(415, 416)간의 상호 온도간섭을 방지하고, 하면에서 균일한 방열판 기능을 한다. 이런 기능을 하는 온도간섭 방지부(417)는 내열성 재질의 SiC, PBN 등으로 코팅되어 있다.
그리고, 제1, 제2 가열부(415, 416)는 세라믹 계통의 PG/PBN, AlN으로 형성되며, 그 하부에 위치하는 높이조절부(418)에 의해 높낮이가 조절된다. 또한, 제1, 제2 가열부(415, 416)에는 가열온도를 측정하는 온도감지기(419, 420)가 각각 설치되어 있다.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 가열부(415, 416)의 소정 위치에는 구멍이 천공되어 있고, 이런 구멍에는 전도성을 갖는 제1 체결부(421)가 삽입되어 체결부위가 제1, 제2 가열부(415, 416)의 외부로 돌출되고, 이런 제1체결부(421)의 체결부위에는 전도성을 갖는 제2 체결부(422)가 체결된다. 이런 제2 체결부(422)에는 열을 공급하는 열선(423)이 연결되는 데, 이런 열선(423)으로는 내산화성 및 전도도가 우수한 백금(Pt)이 사용된다. 이렇게 열선(423)으로 백금을 사용하는 것은 고온 산소 분위기에서 장시간 사용에 따른 전극산화로 접촉저항이 커져 스파크가 발생하는 것을 미연에 예방하기 위해서다. 그리고, 제1, 제2 체결부(421, 422)를 사용함으로써, 제1, 제2 가열부(415, 416)와 열선(423)의 접속이 편리하고, 장기 사용에 따른 파손시에 제1, 제2 체결부(421, 422)만을 교체하면 된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 유전체 박막형성장치는 액체 유기원료를 정확하게 혼합하는 장치와 혼합되어 기화된 혼합가스와 수송가스를 각각 별도로 분리공급하는 장치 및 균일한 열로 웨이퍼에 가열하는 장치를 구비한 유전체 박막형성챔버와, 다른 다수의 챔버들을 구비함으로 균일한 웨이퍼 박막을 형성하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 유전체 박막형성장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (23)

  1. 웨이퍼의 표면을 박막처리하는 유전체 박막형성장치에 있어서,
    웨이퍼 트랜스퍼 챔버와, 웨이퍼를 로딩(loading)하는 웨이퍼 카세트 로딩챔버와, 웨이퍼를 언로딩(unloading)하는 웨이퍼 카세트 언로딩챔버와, 유전체 박막을 증착시킬 웨이퍼를 예열하는 예열챔버와, 열-CVD(Chemical Vapor Deposition)방식을 이용하는 유전체 박막형성 챔버와, 유전체 박막의 전극용으로 금속박막을 형성하는 금속 박막형성챔버 및, 상기 유전체 박막에 UV-O3/RTP(Rapid Thermal Process)공정을 동시에 수행하는 후처리 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체 박막형성챔버는 한 쪽에는 상기 웨이퍼 트랜스퍼 챔버와 연결되는 웨이퍼 트랜스퍼 포트가 형성되고 다른 쪽에는 게이지 포트가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 상부에 위치하여 상하로의 높낮이 조절이 가능한 높낮이 조절부와, 상기 높낮이 조절부의 상부에 위치하여 유기원료가스와 반응성가스를 분리분사하는 가스분사장치와, 상기 가스분사장치에 공급될 유기원료가스를 형성하기 위해 액체 유기원료들을 혼합하여 기화시키는 가스형성장치 및, 상기 가스분사장치의 하부에 배치되어 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 높낮이 조절부의 내부에는 열교환용 유체가 유동하는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유로에는 상기 높낮이 조절부의 온도를 측정하는 온도감지기가 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 하우징의 내부를 세척하는 플라즈마 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가스분사장치의 하부면과 상기 웨이퍼 가열장치의 상부면까지의 거리는 50mm 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 가스분사장치는 유기원료가스가 공급되는 다수의 공급튜브가 형성된 유기원료가스 공급기와, 반응성가스가 공급되는 다수의 공급홀이 상기 다수의 공급튜브에 대응하게 형성된 반응성가스 공급기를 포함하며, 상기 다수의 공급튜브가 다수의 공급홀에 각각 삽입되어 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반응성가스 공급기의 내부에는 열교환용 유체가 유동하는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유로에는 상기 반응성가스 공급기의 온도를 측정하는 온도감지기가 설치되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가스분사장치의 하부면은 원판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  11. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가스분사장치의 하부면은 오목한 반구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 가스형성장치는 공급될 액체 유기원료를 저장 및 공급하는 다수의 저장용기와, 상기 액체 유기원료에 함유된 불순물을 여과하는 필터와, 상기 액체 유기원료의 공급시에 생성되는 기포를 제거하는 기포 제거기와, 공급되는 상기 액체 유기원료의 유량을 조절하는 조절기와, 상기 액체 유기원료를 혼합하는 혼합기 및, 상기 혼합된 액체 유기원료의 공급라인에 연결되어 상기 혼합된 액체 유기원료를 기화시키는 기화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 공급라인에는 공급되는 혼합 유기원료의 공급압을 측정하는 압력감지부와, 상기 혼합 유기원료를 외부로 배출하는 배출포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기화장치는 용매(solvent)를 공급하는 용매공급라인에도 연결되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기화장치는 3방향 밸브에 의해 유기원료의 공급라인과 용매공급라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 기화장치는 기화된 유기원료가스를 상기 가스분사장치에 공급하는 라인에 3방향 밸브로 연결되어 있으며, 상기 3방향 밸브의 나머지 한 쪽에는 유기원료가스 또는 용매를 외부로 배출하는 배출포트가 연결되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 저장용기로부터 혼합기까지의 각각의 공급라인은 그 길이 및 체적이 동일하고, 액체압력이 5~60psi범위가 되게 구성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  18. 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼 가열장치는, 베이스와, 상기 베이스의 상부에위치하는 케이싱과, 상기 케이싱의 상부에 위치하여 열손실을 방지하는 열손실 방지부와, 상기 열손실 방지부의 상부에 위치하여 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼받침대와, 상기 웨이퍼받침대의 하부의 중앙부위에서 열을 제공하는 제1 가열부와, 상기 제1 가열부의 둘레에서 열을 제공하는 제2 가열부 및, 상기 제1 가열부 및 제2 가열부의 둘레 및 하부를 각각 감싸는 온도간섭 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 가열부 및 제2 가열부에는 구멍이 천공되어 있고, 상기 구멍에는 전도성을 갖는 제1 체결부가 삽입 체결되어 있으며, 상기 제1 체결부에는 전도성을 갖는 제2 체결부가 체결되어 있고, 상기 제2 체결부에는 열을 공급하는 열선이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 베이스의 상부면은 오목한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 유전체 박막형성챔버에 사용되는 유기원료는 Ba(barium), Sr(strontium) 및 Ti(titanium)인 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 유전체 박막형성챔버에 사용되는 유기원료는Pb(lead), Zr(zirconium) 및 Ti(titanium)인 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 유전체 박막형성챔버에 사용되는 유기원료는 Sr(strontium), Bi(bismuth) 및 Ta(tantalum)인 것을 특징으로 하는 유전체 박막형성장치.
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