KR20040081264A - 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 박막 증착장치가 개시된다. 상기 박막 증착장치는, 반응챔버와; 이 반응챔버의 내부에 설치되고 기판이 안착되는 서셉터와; 이 서셉터를 가열하는 제1히터와; 기판을 서셉터에 고정시키는 클램프와; 기판 상에 가스를 분사시키는 샤워헤드; 및 이 샤워헤드의 중앙부와 가장자리부를 각각 독립적으로 가열하는 제2히터를 구비한다. 개시된 박막 증착장치에 의하면, 샤워헤드 및 반응챔버 내부의 온도 불균형을 해소하여 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

박막 증착장치{Evaporation apparatus of thin layer}

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤워헤드 및 반응챔버 내부의 온도 불균형을 해소하여 박막의 증착 균일도를 향상시키기 위한 박막 증착장치에 관한 것이다.

최근 반도체 산업에 있어서, 고집적 회로의 구성은 박막 제조방법의 발전에 기인한다. 이러한 박막의 제조방법으로는 증발법(evaporation), 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 이온 플레이팅(ion plating)법 등 매우 다양한 기술이 응용되고 있다.

상기 화학 기상 증착법은 에너지원에 따라 열, 플라즈마, 광을 이용한 방법으로 분류되며, 공정 압력에 따라 상압, 저압, 초고진공으로 분류된다.

이러한 화학 기상 증착법 중 저압의 공정압력을 가지고 열을 이용하여 박막을 증착하는 종래 박막 증착장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 종래 박막 증착장치는, 소정의 내부 체적을 갖고 저압이 유지되는 반응챔버(10)와, 이 반응챔버(10)의 내부에 설치되어 열을 발생시키는 제1히터(30)와, 이 제1히터(30)의 상부에 설치되고 기판(g)이 안착되는 서셉터(20)와, 외부에서 공급되는 가스를 상기 기판(g) 상에 골고루 분사시키는 샤워헤드(shower head;40) 및 이 샤워헤드(40)의 상부에 설치되어 샤워헤드(40)의온도를 일정하게 유지시키는 제2히터(50)를 구비한다.

그러나, 상기한 바와 같이 구성된 종래 박막 증착장치는 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫째, 반응챔버(10)와 제2히터(50)의 온도차가 매우 크기 때문에 하나의 동일 열선(51)으로 샤워헤드(40) 전체를 가열하면 상기 샤워헤드(40)의 중앙부와 가장자리부는 온도의 차이가 발생한다. 일반적으로 샤워헤드(40)의 중앙부가 가장자리 비하여 온도가 높게 나타나는데, 이러한 온도 불균형으로 인하여 박막의 증착 균일도가 저하된다.

둘째, 반응챔버(10)의 내부는 가스와 기판(g)이 반응할 수 있는 분위기가 유지되어 있기 때문에 가스가 침투되는 영역에는 증착이 가능한데, 불필요한 영역에도 막이 증착되는 문제점이 있다. 특히, 기판(g)을 고정시키는 클램프(미도시)를 4조각으로 나누어 사용하기 때문에 각 클램프들의 연결부에 형성된 틈새로 가스가 침투되어 기판(g)의 배면에 막이 증착되는 문제점이 있다.

셋째, 최근 박막이 형성되는 기판(g)의 크기가 커짐에 따라, 기판(g)이 안착되는 서셉터(20)의 크기도 대형화된다. 통상 그래파이트(graphite)로 만들어진 서셉터(20)는 크기가 대형화되면 변형이 심해져 기판(g)상에 증착되는 박막의 형상에도 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.

넷째, 반응챔버(10)의 내부를 증착이 가능할 정도의 높은 온도 수준으로 균일하게 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상기 샤워헤드의 중앙부와 가장자리부의 온도 불균형을 해소하여 박막의 증착 균일도를 향상시킨 박막 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 기판의 배면에 박막이 형성되지 않도록 개선된 박막 증착장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

더욱이, 서셉터의 변형을 방지하여 기판 상에 증착되는 박막의 형상이 균일성을 가질 수 있는 박막 증착장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

게다가, 반응챔버 내부가 증착이 가능할 정도의 높은 온도 수준으로 균일하게 유지되는 박막 증착장치를 제공하는데 또 더 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 박막 증착장치의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 제2히터를 나타낸 분리 사시도,

도 4는 도 2에 도시된 클램프를 나타낸 분리 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 서셉터의 변형을 방지하기 위한 서셉터 변형방지수단의 일례를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

110...반응챔버 120...서셉터

121...볼트 122...나사부

123...머리부 124,125...제1,2관통홀

126...단턱 127...스페이서

130...제1히터 140...샤워헤드

150..제2히터 151...히팅블록

152...내측열선 153...외측열선

160...클램프 170...제3히터

180...배플 g...기판

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막 증착장치는, 반응챔버와; 상기 반응챔버의 내부에 설치되고 기판이 안착되는 서셉터와; 상기 서셉터를 가열하는 제1히터와; 상기 기판을 상기 서셉터에 고정시키는 클램프와; 상기 기판 상에 가스를 분사시키는 샤워헤드; 및 상기 샤워헤드의 중앙부와 가장자리부를 각각 독립적으로 가열하는 제2히터를 구비한다.

상기 제2히터는 상기 샤워헤드의 중앙부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 내측열선과, 상기 샤워헤드의 가장자리부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 외측열선을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 내측열선의 가열온도는 상기 외측열선의 가열온도보다 낮은 것이 바람직하다.

또한, 상기 클램프는 일체로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 박막 증착장치는 상기 서셉터의 변형을 방지하는 변형방지수단을 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 변형방지수단은, 상기 제1히터와 체결되는 나사부와 머리부를 포함하는 볼트와, 상기 볼트의 나사부가 통과하도록 상기 서셉터에 형성된 제1관통홀과, 상기 볼트의 머리부를 수용하도록 상기 제1관통홀로부터 상측으로 연장되고 방사상으로 확장되어 상기 서셉터에 단턱을 형성하는 제2관통홀과, 상기 머리부와 상기 제1히터 사이에 삽입되어 상기 머리부와 상기 단턱 사이에 소정 간극을 유지하는 스페이서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 볼트는 ZrO₂또는 SiC로 형성된 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 간극은 0.3 mm 내지 0.7 mm 인 것이 바람직하다. 게다가, 상기 서셉터의 상면과 상기 머리부의 상면은 동일 평면상에 위치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 반응챔버의 측벽에는 제3히터가 설치될 수 있다.

또한, 상기 박막 증착장치는 상기 기판이 안착된 서셉터의 측부를 둘러싸도록 설치된 배플을 더 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치는, 소정의 내부 체적을 갖고 저압이 유지되는 반응챔버(110)와, 이 반응챔버(110)의 내부에 설치되고 기판(g)이 안착되는 서셉터(120)와, 이 서셉터(120)를 가열하는 제1히터(130)와, 외부에서 공급되는 가스를 상기 기판(g) 상에 골고루 분사시키는 샤워헤드(140) 및 이 샤워헤드(140)의 상부에 설치되어 샤워헤드(140)의 온도를 일정하게 유지시키는 제2히터(150)를 구비한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에서, 가스가 샤워헤드(140)를 통해 반응챔버(110) 내부로 분사되면, 이렇게 분사된 가스는 서셉터(120) 상에 안착된 기판(g) 상에 뿌려지게 된다. 상기 기판(g)에 분사된 가스는 기판(g) 상에서 서로 반응하여 특정한 막을 형성하게 된다. 이 때 가스가 기판(g)과 반응하게 되는 에너지원은 제1히터(130)에서 발생된 열에 의하여 이루어진다. 한편, 제2히터(130)는 가스가 샤워헤드(140)의 입구와 내부를 거치는 과정에서 가스 사이의 반응이 일어나 내벽에 증착되는 것을 방지하기 위하여 샤워헤드(140)를 가열하여 일정한 온도를 유지시켜 주게 된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제2히터(150)는 샤워헤드(140)의 중앙부와 가장자리부를 각각 독립적으로 가열한다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2히터(150)는 샤워헤드(140)의 중앙부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 내측열선(152)과, 샤워헤드(140)의 가장자리부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 외측열선(153)을 포함한다.

상기 내측열선(152)과 외측열선(153)은 히팅블록(151)에 형성된 삽입홈(151a)에 각각 삽입되어 고정된다. 샤워헤드(140)의 중앙부와 가장자리부를 각각 독립적으로 가열하기 위하여, 상기 내측열선(152)과 외측열선(153)은 각각 독립적으로 가열된다. 일반적으로 샤워헤드(150)의 중앙부가 가장자리 비하여 온도가 높게 나타나기 때문에 이러한 온도 불균형을 해소하기 위하여, 샤워헤드(150)의 중앙부에 대응하는 상기 내측열선(152)의 가열온도는 샤워헤드(150)의 가장자리부에 대응하는 외측열선(153)의 가열온도보다 낮은 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 특징에 의하면, 샤워헤드(140)의 중앙부와 가장자리부에 각각 대응하여 내측열선(152)과 외측열선(153)을 배치하고, 이들 내측열선(152)과 외측열선(153)을 각각 독립적으로 가열하며, 특히 내측열선(152)의 가열온도를 외측열선(153)의 가열온도보다 낮게 유지하기 때문에, 샤워헤드(140)의 중앙부와 가장자리부의 온도가 불균일해지는 현상을 해소할 수 있으며, 이에 따라 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(g)을 고정하는 클램프(140)를 일체로 형성한다. 이와 같이 클램프(140)를 일체로 형성함으로써, 종래에 클램프를 4 조각으로 나누어 사용하기 때문에 각 클램프들의 연결부에 형성된 틈새로 가스가 침투되어 기판의 배면에 막이 증착되었던 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 서셉터(120)의 변형을 방지하는 변형방지수단을 더 구비할 수 있다. 이러한 변형방지수단은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1히터(130)와 체결되는 나사부(122)와 머리부(123)를 포함하는 볼트(121)와, 이 볼트(121)의 나사부(122)가 통과하도록 서셉터(120)에 형성된 제1관통홀(124)과, 상기 볼트(121)의 머리부(123)를 수용하도록 제1관통홀(124)로부터 상측으로연장되고 방사상으로 확장되어 상기 서셉터(120)에 단턱(126)을 형성하는 제2관통홀(125)과, 상기 볼트(121)의 머리부(123)와 제1히터(130) 사이에 삽입되어 상기 머리부(123)와 단턱(126) 사이에 소정의 간극(c)을 유지하는 스페이서(127)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 변형방지수단에 의하면, 상기 서셉터(130)가 변형되어 볼트(121)의 머리부(123)와 서셉터(120)의 단턱(126)이 닿게 되면, 볼트(121)의 머리부(123)는 서셉터(120)가 더 이상 변형하지 못하도록 구속한다. 상기 볼트(121)의 머리부(123)와 단턱(126) 사이에 소정 간극(c)을 유지하는 이유는 서셉터(120)가 변형할 수 있는 여유를 둠으로써 서셉터(120)가 변형으로 인하여 갑자기 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 간극(c)으로는 0.3 mm 내지 0.7 mm를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 볼트(121)는 상기 서셉터(120)의 변형에 따른 힘을 잘 견디고, 증착시 금속 오염도가 적은 ZrO₂또는 SiC로 형성될 수 있다. 상기 서셉터(120)의 상면과 상기 머리부(123)의 상면은 기판(g)의 변형을 막기 위하여 동일 평면 상에 위치된 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 반응챔버(110)의 측벽(111)에 제3히터(170)가 설치한다. 따라서, 반응챔버(110) 내부를 증착이 가능할 정도의 높은 온도 수준으로 균일하게 유지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판(g)이 안착된 서셉터(120)의 측부를 둘러싸도록 배플(180)을 더 구비한다. 이러한 배플(180)은 기판(g)상에 막이 증착되는 부분인 성막부의 열이 손실되지 않도록 막아줌으로써 열효율을 향상시킨다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 박막 증착장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 샤워헤드의 중앙부와 가장자리부에 각각 대응하여 내측열선과 외측열선을 배치하여 각각 독립적으로 가열하기 때문에 샤워헤드의 온도 불균일을 해소할 수 있으며, 이 때문에 박막의 증착 균일도가 향상된다.

둘째, 일체로 된 클램프를 사용함으로써, 종래에 각 클램프의 연결부에 형성된 틈새로 가스가 침투되어 기판의 배면에 막이 증착되던 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다.

셋째, 대형화된 서셉터의 변형을 방지하는 변형방지수단을 구비함으로써, 서셉터에 안착된 기판(g)의 변형을 줄여 증착되는 박막의 균일도를 유지할 수 있다.

넷째, 기판이 안착된 서셉터의 측부를 둘러싸도록 배플을 설치함으로써, 기판상에 막이 증착되는 부분인 성막부의 열이 손실되지 않도록 막아주어 열효율을 향상시킨다.

다섯째, 반응챔버의 측벽에 제3히터를 설치함으로써 반응챔버 내부를 증착이 가능할 정도의 높은 온도 수준으로 균일하게 유지할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

1. 반응챔버와;

   상기 반응챔버의 내부에 설치되고 기판이 안착되는 서셉터와;

   상기 서셉터를 가열하는 제1히터와;

   상기 기판을 상기 서셉터에 고정시키는 클램프와;

   상기 기판 상에 가스를 분사시키는 샤워헤드; 및

   상기 샤워헤드의 중앙부와 가장자리부를 각각 독립적으로 가열하는 제2히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2히터는 상기 샤워헤드의 중앙부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 내측열선과, 상기 샤워헤드의 가장자리부에 대응하도록 나선형으로 권선된 적어도 하나의 외측열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 내측열선의 가열온도는 상기 외측열선의 가열온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 클램프는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 서셉터의 변형을 방지하는 변형방지수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 변형방지수단은, 상기 제1히터와 체결되는 나사부와 머리부를 포함하는 볼트와, 상기 볼트의 나사부가 통과하도록 상기 서셉터에 형성된 제1관통홀과, 상기 볼트의 머리부를 수용하도록 상기 제1관통홀로부터 상측으로 연장되고 방사상으로 확장되어 상기 서셉터에 단턱을 형성하는 제2관통홀과, 상기 머리부와 상기 제1히터 사이에 삽입되어 상기 머리부와 상기 단턱 사이에 소정 간극을 유지하는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 박박 증착장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 볼트는 ZrO₂또는 SiC로 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 간극은 0.3 mm 내지 0.7 mm 인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 서셉터의 상면과 상기 머리부의 상면은 동일 평면상에 위치된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 반응챔버의 측벽에는 제3히터가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 기판이 안착된 서셉터의 측부를 둘러싸도록 설치된 배플이 더 구비된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.