KR20020015768A - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

원자층 증착 장치가 개시된다. 본 발명에 의한 원자층 증착 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 상부의 일 측면을 관통하는 각각의 반응가스 공급관을 통하여 공급된 일종 또는 다종의 반응 가스를 분배시키는 반응관 상부 분배판; 상기 반응관 상부 분배판에 의해 공급된 각각의 반응 가스의 분포를 균일하게 분포시키는 반응관 중간 분포판; 상기 반응관 중간 분포판에 의해 공급된 각각의 반응 가스를 웨이퍼 상부로 공급시키며, 하부에 소정의 공간을 형성하는 반응관 하부판; 상기 반응관 하부판의 하부에 위치하며 웨이퍼를 안착시키는 서셉터; 상기 반응관 하부판과 연결되어, 가스를 상기 반응 챔버 외부로 배기시키는 배기관; 및 상기 반응 챔버 외부에 상기 반응 챔버 내부의 세정 및 상기 서셉터에 웨이퍼가 안착된 경우 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 유도 플라즈마 발생 장치를 구비한다. 이에 따르면, 각각의 반응 가스를 상호 독립적으로 챔버의 반응 공간으로 공급하여 박막의 균일한 형성의 제어가 가능하고, 장치를 분리시키지 않고도 반응 챔버 내부의 세정 및 기판의 플라즈마 처리가 가능하다.

Description

원자층 증착 장치{Apparatus for Atomic Layer Deposition}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 가스가 독립적으로 기판에서 정체되지 않고 균일하게 흐르도록 고안된 것으로 반응관 내부의 주기적인 세정이 가능하며, 박막의 증착전, 증착후 플라즈가 처리가 가능한 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 소자의 집적도의 증가 및 소자 크기의 감소에 따른 영항으로 우수한 스텝 커버리지(step coverage : 계단 도포성)를 가지는 얇은 두께의 박막 증착 방법이 요구되어 지고 있다. 박막 증착 장비로는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition : ALD) 및 원자층 에피탁시(Atomic Layer Epitaxy : ALE)등 여러 방식이 있으며, 반도체를 제조하기 위한 다양한 분야에서 응용되고 있다. 이러한 박막 증착 장비는 고집적도의 칩을 만들어 내기 위하여 웨이퍼 상에 고순도 및 우수한 전기적 특성을 갖는 박막이 증착되어야 하고, 운영의 효율성 및 생산성을 높이기 위해 지속적인 개선이 이루어지고 있다.
상기 화학 기상 증착법은 필요한 박막 재료를 구성하는 원소를 포함하는 일종 또는 그 이상의 기체 상태의 화합물을 반응실 외부로 부터 공급하여, 기상 또는 기판 표면에서의 화학 반응에 의하여 원하는 상태의 박막을 형성시키는 증착법이다. 그러나, 이러한 화학 기상 증착법은 반응 가스량에 의존하여 두께를 조절하고, 화학 반응에 의해 박막을 형성시키므로 특히, 얇은 두께에서의 박막의 균일한 제어가 어렵다. 또한, 높은 종횡비(aspect ratio)에서 우수한 스텝 커버리지를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 박막을 형성시키는 반응 가스들을 독립적으로 공급될 수 있도록 하였고, 특히 반응 가스들이 각각의 공급관을 통하여 웨이퍼로 균일하게 흐를 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 반응실 외부에서 플라즈마의 발생을 유도하여 반응실 내부 장치를 분리시키지 않아도 세정이 가능하도록 하였으며, 웨이퍼 상에 박막이 성장되기 전 또는 성장된 후에 플라즈마 처리를 하여, 원하는 박막의 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 원자층 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 원자층 증착 장치에서 반응 가스를 분배시켜 주는 상부 분배판을 나타내는 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 원자층 증착 장치에서 반응 가스를 분포시켜 주는 중간 분포판을 나타내는 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 원자층 증착 장치에서 반응 가스가 기판 상부를 흐르도록 유도하는 반응관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 원자층 증착 장치에서 기판을 장착하고 있는 서셉터를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 반응관 배기구를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 원자층 증착 장치에 있어서 서셉터가 하강한 상태를 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 챔버 12a, 12b... 반응 가스 공급관
13a, 13b, 13c... 히터 14... 밀폐판
15... 기판 출입구 16... 개폐구
21... 반응관 상부 분배판 22a, 22b... 반응 가스 통로
23... 반응 가스홈 24... 분배구
25... 결합수단 26... 반응관 상부 분배판 하부면
31... 반응관 중간 분포판 32... 주입구
33... 반응 가스 분포홈 34... 배기 통로
35... 결합수단 36... 반응관 중간 분포판 하부면
41... 반응관 하부판 42... 반응 가스 흐름홀
43... 반응 방지홈 44... 배기홈
51... 서셉터 52... 벨로우즈
53... 웨이퍼 지지홀 54... 웨이퍼 안착부
55... 웨이퍼 홈 56... 웨이퍼 지지봉
61... 반응관 배기관 62... 배기구
63... 배기통 64... 웨이퍼 이송로
71... 유도 플라즈마 장치 72... 플라즈마 주입로
73... 플라즈마 주입구 74... 반응관 배기로
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 일종 또는 다종의 반응 가스를 주입하여 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 원자층 증착 장치에 있어서,
반응 챔버;
상기 반응 챔버 상부의 일 측면을 관통하는 각각의 반응가스 공급관을 통하여 공급된 일종 또는 다종의 반응 가스를 분배시키는 반응관 상부 분배판;
상기 반응관 상부 분배판에 의해 공급된 각각의 반응 가스의 분포를 균일하게 분포시키는 반응관 중간 분포판;
상기 반응관 중간 분포판에 의해 공급된 각각의 반응 가스를 웨이퍼 상부로 공급시키며, 하부에 소정의 공간을 형성하는 반응관 하부판;
상기 반응관 하부판의 하부에 위치하며 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;
상기 반응관 하부판과 연결되어, 가스를 상기 반응 챔버 외부로 배기시키는 배기관; 및
상기 반응 챔버 외부에 상기 반응 챔버 내부의 세정 및 상기 서셉터에 웨이퍼가 안착된 경우 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 유도 플라즈마 발생 장치를 구비한 원자층 증착 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 반응관 상부 분배판은 그 하부면에 상기 반응 가스 통로와 각각 연결된 장축 방향의 한 개 이상의 반응 가스 홈을 구비하며, 상기 각각의 반응 가스 홈은 일측 방향으로 연결된 한 개 이상의 반응 가스 분배구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응 가스 분배구는 그 직경이 0.1mm 이상이며, 상기 각각의 반응 가스 홈사이에 각각의 반응 가스의 혼합을 방지하기 위한 장축 방향의 반응 가스 배기 홈을 구비하며, 상기 반응관 상부 분배판 상부에 히터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응 가스 배기 홈은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응관 중간 분포판은 상기 반응관 중간 분포판으로 부터 각각의 반응 가스를 공급받는 한 개 이상의 반응 가스 주입구를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 반응 가스 중간 분포판은 그 하부에 상기 반응 가스 주입구와 연결되어 반응 가스를 각각 분포 시키는 한 개 이상의 반응 가스 분포홈을 구비한 것이 바람직하다.
상기 반응 가스 분포홈은 상기 반응 가스 주입구와 각각 연결된 부분 사이에 내측으로 소정의 곡률을 가지는 라운드 형태로 형성시키고, 상기 반응 가스 분포홈은 상기 반응 가스 주입구로 부터 하향으로 경사지게 형성시킨 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응관 하부판은 상기 반응관 중간 분포판으로 부터 각각 공급된 반응 가스를 상기 서셉터 상부로 공급 시키는 한개 이상의 반응 가스 흐름 홀을 구비하며, 상기 반응관 하부판의 일 측면 상에 히터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응 가스 흐름 홀은 상기 반응관 중간 분포판의 분포 시작 부분으로 부터의 거리가 1cm 이상이며, 상기 서셉터 방향으로 기울어져 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 각각의 반응 가스 흐름 홀 사이에 반응 가스 흐름 방지 홈을 구비한 것을 특징으로 한다
상기 반응 가스 흐름 방지 홈은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응관 하부판의 일 측면에 형성되어 반응관 하부판 및 상기 서셉터 사이의 공간과
연통된 상기 반응 가스를 상기 배기관으로 배기시키는 반응관 배기 홈을 구비한 것을 특징으로 한다
본 발명에 있어서, 상기 서셉터는 상하 운동이 가능한 상승 및 하강 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 서셉터는 웨이퍼 안착부에 수개의 웨이퍼 지지홀들 및 상기 웨이퍼 지지홀 내부에 웨이퍼 지지봉들을 구비하며, 상기 웨이퍼 지지봉은그 상단부가 상기 서셉터 표면으로 부터 소정 거리 하측에 위치한 것이 바람직하다.
상기 서셉터의 상승시 상기 반응관 하부판 및 상기 서셉터에 안착된 웨이퍼 사이의 거리가 0.1mm 이상이며, 상기 서셉터의 하강시 상기 반응관 하부판 및 상기 서셉터 사이의 거리가 25mm 이상이며 상기 서셉터의 기판 안착부 하부에 히터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 배기관은 상기 반응관 하부판과 연통되어 상기 반응 가스를 배기시키는 반응관 배기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 배기관은 상기 서셉터 상부에 웨이퍼를 안착시키거나 분리시키는 경우 웨이퍼를 유통시키는 웨이퍼 이송로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 반응관 배기구의 장축 방향의 폭은 상기 반응관 하부판에서 상기 서셉터 상부에 반응 가스를 공급 시키는 반응 가스 분사구의 장축 방향의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반응관 배기관은 상기 반응 가스를 배기시키기 위하여 상기 배기구와 연결되어, 상기 배기관의 표면 내측에 상기 웨이퍼 이송구의 주위를 따라 형성된 배기 홈을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반응 챔버는 상기 유도 플라즈마의 배기를 위한 반응관 배기로를 구비하며, 기판 출입구 및 상기 기판 출입구를 단속하는 개폐구를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 의한 원자층 적층 장치의 일 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 원자층 증착 장치의 공정시 서셉터가 상승한 형태를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 의한 원자층 증착 장치는 웨이퍼가 이송될 수 있는 웨이퍼 출입구(15) 및 상기 웨이퍼 출입구(15)를 단속할 수 있는 개폐구(16)를 구비한 반응 챔버(11) 내부에, 웨이퍼가 안착되어 반응 가스가 상기 웨이퍼 상부에 소정의 박막을 성장시킬 수 있도록 구성된 반응관이 있다. 소정의 박막을 성장 시킬 수 있는 각각의 반응 가스가 공급될 수 있는 반응 가스 공급관(12a, 12b)이 상기 반응 챔버(11)의 일 측면에 설치되어 있고, 상기 반응 가스 공급관(12a, 12b)은 반응관 상부 분배판(21)과 연결되어 있다.
상기 반응관 상부 분배판(21)의 하부에는 반응관 중간 분포판(31)이 설치되어 있으며, 상기 반응관 상부 분배판(21)의 하부면과 상기 반응관 중간 분포판(31)의 상부면은 상호 금속으로 밀착되어 있다. 또한, 상기 반응관 중간 분포판(31)의 하부에는 반응관 하부판(41)이 위치하고 있다.
상기 반응관 하부판(41)의 하부에는 기판을 안착시키는 서셉터(51)가 위치하고 있으며, 상기 서셉터(51)는 상기 웨이퍼에 소정의 박막을 형성시키는 공정시 상기 반응관 하부판(41)과 금속으로 밀착된다. 상기 서셉터(51)는 상하 운동이 가능하도록 벨로우즈(52)가 설치되어 있다.
공정시, 소정의 박막을 형성시킬 수 있는 일종 이상의 반응 가스가 상기 반응가스 공급관(12a, 12b)을 통해 상기 반응 챔버(11) 내부로 공급된다. 상기 공급된 각각의 반응 가스는 상기 반응관 상부 분배판(21)으로 이송되며, 각각의 공급 가스는 서로 혼합되지 않은 채 분배되어 상기 반응관 중간 분포판(31)으로 이송된다. 상기 반응관 중간 분포판(31)으로 이송된 가스는 상기 반응관 하부판(41)으로 이송되어 상기 웨이퍼가 안착되어 있는 서셉터(51) 상부로 공급된다. 상기 반응관 상부 분배판(21), 상기 반응관 중간 분포판(31), 상기 반응관 하부판(41) 및 상기 서셉터(51)는 공정시 상호 밀폐되어 상기 반응 가스가 외부로 새지 않도록 구성되어 있다.
또한, 상기 반응관 하부판(41)은 배기구(62)를 통해 반응관 배기관(61)과 연결되어 있다. 상기 반응관 배기관(61)은 상기 반응 챔버(11)의 웨이퍼 출입구(15)로 부터 상기 웨이퍼가 수평으로 이송될 때 방해가 되지 않도록 이송 공간이 확보되어 있으며, 상기 이송 공간의 주위를 따라 배기구(62)가 형성되어 있다. 상기 반응 챔버(11) 외부에는 상기 반응관 배기관(61)과 연결된 진공 펌프가 설치되어 공정시 상기 반응관 내부의 진공도를 각 공정에 따라 유지시키게 된다.
공정시, 상기 반응관 하부판에서 공급된 반응 가스는 상기 반응관 하부판 및 상기 서셉터 사이의 밀폐된 공간에서 반응에 참가하고 상기 밀폐 공간과 연결되어 있는 상기 배기관을 통해 상기 반응 챔버 외부로 빠져 나가게 된다.
그리고, 상기 반응관의 온도를 독립적으로 제어할 수 있는 히터(13b)가 상기 반응관 상부 분배판(21)의 상부에 위치하고 있다. 상기 서셉터(51)와 밀착하는 상기 반응관 하부판(41)의 상부에도 히터(13a)가 위치하며, 상기 히터(13a)는 상기반응관 하부판(41)의 상부면 중에서 상기 반응관 상부 분배판(21) 및 상기 반응관 중간 분포판(31)이 위치하지 않는 일측면 상에 설치된다. 또한, 웨이퍼가 안착되는 서셉터(51)의 하부면에도 히터(13c)가 설치되어 상기 웨이퍼의 온도를 독립적으로 조절할 수 있다.
상기 반응 챔버(11)에는 유도 플라즈마 장치(71)가 부착되어 있으며, 상기 유도 플라즈마 장치(71)는 상기 반응관에서의 공정 전후에 상기 반응관 내부의 세정 및 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 것이다. 상기 유도 플라즈마 장치(71)의 작동시 공정의 효율성을 위해 상기 반응관 배기관(61)과 연결된 외부 펌프 외에 또 다른 반응관 배기구를 설치할 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 반응관 상부 분배판을 나타낸 저면 사시도이다.
상기 반응관 상부 분배판(21)은 그 하부면에 상기 반응 가스 통로(12a, 12b)와 각각 연결된 장축 방향의 한 개 이상의 반응 가스 홈(23)을 구비하고 있으며, 상기 각각의 반응 가스 홈(23)들은 일측 방향으로 연결된 한 개 이상의 반응 가스 분배구(24)를 구비하고 있다. 상기 반응 가스 분배구(24)는 그 직경이 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 반응 가스 공급관(12a, 12b)에 의해 상기 반응 챔버(11)의 외부로 부터 공급된 반응 가스들은 상기 각각의 반응 가스 통로(22a, 22b)를 통해, 상기 반응관 상부 분배판(21)의 반응 가스 홈(23)으로 이송된다. 상기 반응 가스홈(23)에 이송된 가스들은 상기 분배구(24)들로 분배되어, 상기 반응관 상부 분배판(21) 하부에 위치한 반응관 중간 분포판(31)의 상부로 공급된다. 상기 반응관 상부 분배판(21)으로 공급된 반응 가스들은 상기 반응관 상부 분배판(21) 내부에서도 각각 독립적으로 이송되며, 상기 반응관 중간 분포판(31)에 공급되는 경우에도 상호 혼합되지 않는다.
각각의 반응 가스 홈(23)과 분배구(24) 및 상기 반응관 상부 분배판(21)의 하부면은 반응관 중간 분포판(31)의 상부면과 표면 접촉을 하여 반응관을 구성하게 된다. 이 경우 접촉면을 통하여 각각의 이송 통로로 서로 다른 반응 가스들이 흐를 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 상기 반응관 상부 분배판(21) 하부면의 각 반응 가스 홈(23)들 사이에 흐름 방지 홈(27)을 형성시킨다. 상기 흐름 방지 홈(27)은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 의한 반응관 중간 분포판을 나타낸 저면 사시도이다.
상기 반응관 중간 분포판(31)은 상기 반응관 상부 분배판(21)에서 분배된 반응 가스가 상기 서셉터(51) 상부에 균일하게 흐를 수 있도록 하기 위해, 상기 반응관 중간 분포판(31)은 상기 반응관 상부 분배판(21)으로 부터 각각의 반응 가스를 공급받는 한 개 이상의 반응 가스 주입구(32)를 구비하고 있으며, 상기 반응관 중간 분포판(31)의 하부면에는 상기 반응 가스 주입구(32)와 연결되어 상기 반응 가스를 각각 분포 시키는 한 개 이상의 반응 가스 분포홈(33)을 구비하고 있다. 상기 반응 가스 주입구(32)는 상기 반응관 중간 분포판(31)의 상부면과 하부면의 반응 가즈 분포홈(33) 사이를 관통하고 있으며, 상기 반응 가스 분포홈(33)은 상기 반응관 중간 분포판(31)의 하부면에 소정의 깊이로 형성되어 있다.
여기서, 상기 반응 가스 분포홈(33)은 상기 반응 가스 주입구(32)와 각각 연결된 부분 사이에 내측으로 소정의 곡률을 가지며 라운드 형태로 형성시키는 것이 바람직하다. 이는 상기 반응 가스 주입구(32)로 부터 상기 반응 가스 분포홈(33)에 공급된 반응 가스가 정체되지 않고 반응관 하부판(41)으로 흘러 갈 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 상기 반응 가스 분포홈(33)은 상기 반응 가스 주입구(32)로 부터 상기 반응관 하부판(41)으로 공급되는 위치까지 경사지게 형성시키는 것이 또한 바람직하다.
도 4는 본 발명에 의한 반응관 하부판을 나타내는 사시도이다.
상기 반응관 하부판(41)은 상기 반응관 중간 분포판(31)으로 부터 각각 공급된 반응 가스를 상기 서셉터(51) 상부로 공급 시키는 한개 이상의 반응 가스 흐름 홀(42)들을 구비하고 있다. 상기 반응 가스 흐름 홀(42)은 상기 반응관 중간 분포판(31)의 상기 반응 가스 분포홈(33)과 연결되어 있다. 상기 반응 가스 흐름 홀(42)들은 상기 반응관 중간 분포판(31)의 분포 시작 부분 즉, 상기 주입구(32)로 부터의 거리가 1cm 이상인 것이 바람직하다.
상기 각각의 반응 가스 흐름 홀(42) 사이에 반응 가스 흐름 방지 홈(43)을 설치하여 상기 반응관 하부판(41)에 공급된 각각의 반응 가스들이 상호 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 상기 반응 가스 흐름 방지 홈(43)은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 반응 가스 흐름 홀(42)들은 도 1에 나타난 바와 같이 수직 방향으로 소정의 예각으로 기울어지게 형성시켰다.
상기 반응관 하부판(41)의 일 측면에는 공정시 상기 반응관 하부판(41)과 상기 서셉터(51) 사이의 반응 공간과 연통된 배기흠(44)이 형성되어 있다. 상기 배기홈(44)은 상기 반응 공간에 공급된 반응 가스들이 반응에 참가하고 나서 외부로 배출되는 곳이며, 상기 배기홈(44)은 상기 반응관 배기관(61)의 배기구(62)와 연결되어 상기 반응 가스를 진공 펌프에 의해 배출시킨다.
도 5은 본 발명에 의한 서셉터의 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 서셉터(51)는 상하 운동이 가능한 상승 및 하강 수단을 구비하고 있으며, 이는 상기 서셉터의 지지대에 연결되어 있는 벨로우즈(52)에 의해 동작된다. 상기 서셉터(51)는 웨이퍼 안착부(54)에 수개의 웨이퍼 지지 홀(53)들 및 상기 웨이퍼 지지 홀(53) 내부에 웨이퍼 지지봉(56)들을 구비한다. 상기 웨이퍼 지지봉(56)들은 그 상단부가 상기 서셉터(51) 표면으로 부터 소정 거리 하측에 위치하여 상기 서셉터(51)가 상승한 경우에는 상기 웨이퍼 지지봉(56)들이 상기 웨이퍼 지지 홀(53) 내부에 있어 외부에서는 보이지 않는다.
상기 서셉터(51)는 상승시 상기 반응관 하부판(41)과 메탈 실링에 의해 접촉되어 반응시 상기 반응관 하부판(41)과 상기 서셉터(51) 사이에는 반응 공간이 형성되어 반응 가스가 상기 반응 공간 내에서만 존재한다. 상기 서셉터(51)가 상승한 경우, 상기 반응관 하부판(41) 및 상기 서셉터(51)에 안착된 웨이퍼 사이의 거리가 0.1mm 이상인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 서셉터(51)는 공정 후, 웨이퍼의 교체등을 위해 하강하며 이때, 상기 서셉터(51)의 하강시 상기 반응관 하부판(41) 및 상기 서셉터(51) 사이의 거리가 25mm 이상인것이 바람직하다.
상기 서셉터(51)를 상승 및 하강 시키는 벨로우즈(52)는 2단계로 동작한다. 공정시에는 상기 서셉터(51)가 상기 반응관 하부판(41)에 밀착된 상태이다. 여기서, 일단계 하강한 경우에는 상기 웨이퍼 지지봉(56)이 상기 웨이퍼 지지홀(53) 내에서 나오지 않은 상태로 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 안착부(54)에 접촉해 있다. 이 상태에서 상기 유도 플라즈마가 상기 반응 챔버(11) 내부로 공급되어 상기 반응관 하부판(41)과 상기 서셉터(51)의 웨이퍼 상부로 흐르게 되어 웨이퍼의 표면에 플라즈마 처리를 한다. 이단계 하강은 상기 웨이퍼 지지봉(56)들이 상기 웨이퍼 지지 홀(53) 외부로 드러나도록 상기 벨로우즈(52)에 의해 상기 서셉터(51)가 하강하게 된다. 상기 웨이퍼 지지봉(56)은 상기 서셉터(51)의 하강시에도 동작하지 않도록 고정되어 있으며, 상기 서셉터(51)의 하강에 의해 상대적으로 상기 웨이퍼 지지홀(53)로 부터 나타나게 된다. 이때, 유도 플라즈마에 의한 반응관 세정이 실행된다.
도 6는 본 발명에 의한 반응관 배기관의 구조를 나타낸 사시도이다. 반응관 배기관(61)의 상부에는 배기구(62)가 형성되어 있으며, 상기 반응관 배기관(61)을 관통하여 상기 서셉터(51) 상부에 웨이퍼를 안착시키거나 분리시키는 경우, 웨이퍼를 유통시키는 웨이퍼 이송로(64)가 상기 반응관 배기관(61)의 가운데를 관통하여 형성되어 있다. 상기 배기구(62)는 상기 반응관 하부판(41)의 배기홈(44)과 연통되어 있으며, 상기 반응관 배기관(61)의 내부에는 상기 웨이퍼 이송로(64) 주위를 따라 배기통(63)으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 반응 공간에서 배출된 반응 가스가 상기 배기 홈(44)을 따라 상기 배기구(62)로 이송되어 상기 배기통(63)을 통해 반응 챔버(11) 외부로 배출된다.
상기 반응관 배기구(62)의 장축 방향의 폭은 상기 반응관 하부판(41)에서 상기 서셉터(51) 상부에 반응 가스를 공급 시키는 반응 가스 분사구의 장축 방향의 폭과 동일하게 형성시켜 반응 가스가 상기 반응 가스 분사구로 부터 웨이퍼 상부를 균일하게 이동하도록 하는 것이 바람직하다.
웨이퍼를 상기 서셉터(51)에 안착시키거나, 외부로 이송할 경우에 상기 웨이퍼 이송로(64)를 통해 웨이퍼 이송용 로버트 암이 출입을 하게 된다.
도 7은 상기 반응관의 서셉터(51)가 하강한 구조를 나타낸 단면도이다. 여기서, 상기 서셉터(51)는 하강하여 상기 웨이퍼 지지 홀(53)로 부터 상기 웨이퍼 지지봉(56)이 나타난 형태를 도시하였다.
상기 서셉터(51)는 상기 벨로우즈(52)에 의해 하강하게 되며, 일단계 하강시에는 상기 웨이퍼 지지홀(53)로 부터, 상기 웨이퍼 지지봉(56)이 나타나지 않는 정도로 하강하며, 이 경우 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼 안착부(54)에 그대로 위치한 상태이다. 이때, 상기 유도 플라즈마 주입구(73)를 통해 반응관 세정이 가능한 가스 및 웨이퍼 세정이 가능한 가스를 상기 반응 챔버(11) 내부로 공급한다. 상기 반응 챔버(11) 내부에서 발생한 플라즈마는 상기 반응관 하부판(41) 및 상기 서셉터(51) 사이의 웨이퍼 표면을 지나가며, 상기 웨이퍼에 플라즈마 처리를 수행한다. 이때, 유도 플라즈마는 반응관 배기로(74)를 통하여 외부로 배출된다.
이단계 하강시에는 상기 웨이퍼 상부의 웨이퍼 지지홀(53)로 부터 웨이퍼 지지봉(56)이 드러날 정도로 하강의 폭이 상기 일단계 하강의 경우보다 크다. 따라서, 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼 지지봉(56)에 의해 상기 서셉터(51)의 웨이퍼 안착부(54)로 부터 분리된다. 이때, 상기 반응 챔버(11)의 개폐구(16)가 열리며, 로버트 암이 들어와 상기 웨이퍼를 이송하게 된다. 상기 이송 후, 상기 개폐구(16)가 닫히고 다시 상기 유도 플라즈마 주입구(73)로 부터, 상기 반응관 세정이 가능한 가스가 공급되어 상기 반응 챔버(11) 내부에 플라즈마를 발생시켜 상기 반응관의 세정이 이루어진다. 반응관 세정후 상기 플라즈마는 상기 반응관 배기로(74)를 통해 외부로 배출된다.
본 발명에 의하면, 원자층 증착 장치에 있어서 반응 가스를 상호 분리시켜 독립적으로 균일하게 공급함으로써 증착시키고자 하는 얇은 두께의 박막의 균일도 제어가 가능하고 높은 종횡비에서 우수한 스텝 커버리지를 얻을 수 있다. 또한, 서셉터를 상승 및 하강시켜, 외부에서 여기된 플라즈마에 의하여 장치를 분해하지 않고도 세정할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 상부에 박막을 성장시키기 전에 기판의 표면 처리가 가능하며, 박막 성장이 된 후에도 성장시킨 박막의 플라즈마 처리가 가능하여 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (29)

  1. 일종 또는 다종의 반응 가스를 주입하여 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 원자층 증착 장치에 있어서,
    반응 챔버;
    상기 반응 챔버 상부의 일 측면을 관통하는 각각의 반응가스 공급관을 통하여 공급된 일종 또는 다종의 반응 가스를 분배시키는 반응관 상부 분배판;
    상기 반응관 상부 분배판에 의해 공급된 각각의 반응 가스의 분포를 균일하게 분포시키는 반응관 중간 분포판;
    상기 반응관 중간 분포판에 의해 공급된 각각의 반응 가스를 웨이퍼 상부로 공급시키며, 하부에 소정의 공간을 형성하는 반응관 하부판;
    상기 반응관 하부판의 하부에 위치하며 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;
    상기 반응관 하부판과 연결되어, 가스를 상기 반응 챔버 외부로 배기시키는 배기관; 및
    상기 반응 챔버 외부에 상기 반응 챔버 내부의 세정 및 상기 서셉터에 웨이퍼가 안착된 경우 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 유도 플라즈마 발생 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관 상부 분배판은 그 하부면에 상기 반응 가스 통로와 각각 연결된 장축 방향의 한 개 이상의 반응 가스 홈을 구비하며, 상기 각각의 반응 가스 홈은 일측 방향으로 연결된 한 개 이상의 반응 가스 분배구를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반응 가스 분배구는 그 직경이 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 각각의 반응 가스 홈사이에 각각의 반응 가스의 혼합을 방지하기 위한 장축 방향의 흐름 방지 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 흐름 방지 홈은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관 중간 분포판은 상기 반응관 중간 분포판으로 부터 각각의 반응 가스를 공급받는 한 개 이상의 반응 가스 주입구를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응 가스 중간 분포판은 그 하부에 상기 반응 가스 주입구와 연결되어 반응 가스를 각각 분포 시키는 한 개 이상의 반응 가스 분포홈을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반응 가스 분포홈은 상기 반응 가스 주입구와 각각 연결된 부분 사이에 내측으로 소정의 곡률을 갖는 라운드 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 반응 가스 분포 홈은 상기 반응 가스 주입구로 부터 하향으로 경사지게 형성시킨 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 반응관 상부 분배판 상부에 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관 하부판은 상기 반응관 중간 분포판으로 부터 각각 공급된 반응 가스를 상기 서셉터 상부로 공급 시키는 한 개 이상의 반응 가스 흐름 홀을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반응 가스 흐름 홀은 상기 반응관 중간 분포판의 분포 시작 부분으로 부터의 거리가 1cm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 반응 가스 흐름 홀은 상기 서셉터 방향으로 기울어져 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 각각의 반응 가스 흐름 홀 사이에 반응 가스 흐름 방지 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 반응 가스 흐름 방지 홈은 너비가 0.1mm 이상이며, 깊이가 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 반응관 하부판의 일 측면에 형성되어 반응관 하부판 및 상기 서셉터 사이의 공간과 연통된 상기 반응 가스를 상기 배기관으로 배기시키는 반응관 배기 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 반응관 하부판의 일 측면 상에 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 서셉터는 상하 운동이 가능한 상승 및 하강 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 서셉터는 웨이퍼 안착부에 수개의 웨이퍼 지지 홀들 및 상기 웨이퍼 지지 홀 내부에 웨이퍼 지지봉들을 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉은 그 상단부가 상기 서셉터 표면으로 부터 소정 거리 하측에 위치한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 서셉터의 상승시 상기 반응관 하부판 및 상기 서셉터에 안착된 웨이퍼 사이의 거리가 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착 장치.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 서셉터의 하강시 상기 반응관 하부판 및 상기 서셉터 사이의 거리가25mm 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착 장치.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 서셉터는 기판 안착부 하부에 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 적층 장치.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관 배기관은 상기 반응관 하부판과 연통되어 상기 반응 가스를 배기시키는 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 반응관 배기관은 그 중앙 부위를 관통하여, 상기 서셉터 상부에 웨이퍼를 안착시키거나 분리시키는 경우 웨이퍼를 유통시키는 웨이퍼 이송로가 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 배기구의 장축 방향의 폭은 상기 반응관 하부판에서 상기 서셉터 상부에 반응 가스를 공급 시키는 반응 가스 분사구의 장축 방향의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 배기구는 상기 배기관의 표면 내측에 상기 웨이퍼 이송로의 주위를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  28. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상기 유도 플라즈마의 배기를 위한 반응관 배기구를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  29. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 기판 출입구 및 상기 기판 출입구를 단속하는 개폐구를 구비한 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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KR100476299B1 (ko) * 2002-05-03 2005-03-16 주식회사 무한 반도체 소자 제조용 원자층 증착장치 및 원자층 증착 방법
KR100517550B1 (ko) * 2002-12-04 2005-09-29 삼성전자주식회사 원자층 증착 장치
KR100745361B1 (ko) * 2006-08-31 2007-08-02 동부일렉트로닉스 주식회사 원자층 증착장치 및 그 장치를 이용한 반도체소자의제조방법

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