KR20090026899A

KR20090026899A - 반도체 제조장치

Info

Publication number: KR20090026899A
Application number: KR1020070091967A
Authority: KR
Inventors: 하정민
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-03-16

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히 제조공정의 수행을 위한 챔버내 온도 분위기를 빠른 시간에 조성하고 아울러 제조비용의 절감 및 생산성 향상이 가능한 반도체 제조장치에 관한 것이다.

이는 챔버와; 상기 챔버의 상부에 구성되며 반응가스가 유입되는 가스유입구와; 상기 챔버로 유입된 상기 반응가스를 하부로 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된 가스분배판과; 상기 가스분배판의 하부에 구성되며, 상면에 하나 이상의 기판이 안착되고 내부에 램프히터가 실장된 서셉터와; 상기 서셉터의 내부에 구성되며, 내부에 냉각수관이 형성된 냉각판을 포함하는 반도체 제조장치로 제안되며, 챔버내 박막 공정을 위한 승온시간의 단축으로 생산성 향상이 기대되고 또한 램프를 열원으로 사용함으로써 유지/보수가 간편하고 또한 유지/보수에 따른 비용 절감 효과를 통해 제조비용의 절감되는 장점이 있다.

Description

반도체 제조장치{apparatus for processing a thin film on substrate}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히 챔버내 제조공정의 수행을 위한 온도 분위기를 빠른 시간에 조성하고 아울러 제조비용의 절감 및 생산성 향상이 가능한 반도체 제조장치에 관한 것이다.

평판표시장치 내지는 태양전지판 등을 제조를 포함하는 반도체 제조공정에는 기판을 대상으로 소정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정 및 이를 목적하는 형태로 패터닝(patterning)하기 위한 식각공정이 수차례 반복하여 포함되며, 이 같은 박막증착 및 식각 등의 박막처리공정은 통상 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버형 박막처리장치에서 진행되어 왔다.

첨부된 도 1은 일반적인 반도체 제조를 위한 챔버형 박막처리장치를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 보이는 바와 같이 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(10)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 처리대상물인 기판(2)이 실장된다.　　

그리고 가스유입구(4)를 통해 상기 기판(2)이 실장된 챔버(10)의 반응영역(A) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.

이때 반응가스의 활성화 및 공정속도의 향상을 위해서 챔버(10)의 반응영역(A) 내에는 고온, 진공 등의 고유한 반응환경이 조성되거나 또는 이와 함께 플라즈마가 생성되는데, 보이는 도 1은 일례로 RF(Radio Frequence) 고전압을 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 박막증착공정을 진행하는 플라즈마 화학기상증착, 이른바 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)에 해당되는 장치의 구성을 설명하기 위한 간략 단면도이다.

이를 위해 나타낸 바와 같이 챔버(10) 내부에는 기판(2)을 사이에 두고 상하로 대면되는 가스분배판(20) 및 서셉터(30)가 구비되며, 이중 가스분배판(20)은 RF 고전압이 인가되는 일 전극으로 작용되며 다수의 분사홀(26)이 전 면적에 걸쳐 상하로 투공된 샤워헤드(Showerhead) 타입의 플레이트(plate)이다.

그리고 서셉터(30)는 기판(2)을 지지하고 플라즈마의 생성 및 유지를 위한 또 다른 전극으로 작용되며, 또한 외부의 구동어셈블리(34)에 의해 상하 승강이 가능하도록 이루어져 있다.

더불어 챔버(10)의 바닥면에는 복수개의 배기구(미도시됨)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(A)을 배기할 수 있도록 이루어지는 바, 기판(2)이 챔버(10) 내로 반입되어 서셉터(30) 상에 안착되면 구동어셈블리(34)가 상승하여 기판(2)을 상기 가스분배판(20)과 소정 간격으로 대면시키고, 이어서 상기 가스분배판(20)에 RF 고전압이 인가됨과 동시에 분사홀(26)을 통해서 반응가스가 분사된다. 그 결과 반응영역(A) 내에는 반응가스가 활성화되어 플라즈마가 생성 및 유지되고 이를 통해 기판(2) 상에 박막이 증착된다.

이때 상기 챔버(10) 내부의 반응영역(A)을 박막 공정을 위한 적당한 온도의 분위기로 조성하기 위해 상기 서셉터(30) 내에는 시스(sheath:열선)와 같은 저항가열식히터(32)가 실장되는데, 상기 저항가열식히터(32)는 알루미늄 등이 포함된 발열체로서 용접 등의 방법으로 상기 서셉터(30)와 연결된다.

상기 저항가열식히터(32)에 의해 발생된 열은 상기 서셉터(30)로 전도되고 이어 상기 서셉터(30)상에 안치된 기판(2)으로 최종 전도되어 상기 기판(2) 상에서의 박박 공정이 소정의 온도분위기에서 진행되게 된다.

그런데, 상기와 같이 챔버(10) 내에 저항가열식히터(32)를 이용하여 박막 공정을 위한 온도 분위기를 조성하는 데에는 몇 가지 문제점이 있는데, 첫째, 상기 저항가열식히터(32)를 이용한 승온속도가 약 15℃/min 로 박막공정에 요구되는 적정 온도로의 승온에 장시간이 소요되며, 둘째, 상기 저항가열식히터(32)의 단선 사고시 상기 서셉터(30) 전체를 교체해야 하는 단점으로 생산성이 저하 및 유지/보수 비용이 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 챔버 내 박막공정을 위한 적정 온도 분위기 조성이 빠르고, 또한 고장시 그 수리가 간편하여 생산성의 향상을 기대할 수 있으며, 이에 따른 유지/보수비용을 절감할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 챔버와; 상기 챔버의 상부에 구성되며 반응가스가 유입되는 가스유입구와; 상기 챔버로 유입된 상기 반응가스를 하부로 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된 가스분배판과; 상기 가스분배판의 하부에 구성되며, 상면에 하나 이상의 기판이 안착되고 내부에 램프히터가 실장된 서셉터와; 상기 서셉터의 내부에 구성되며, 내부에 냉각수관이 형성된 냉각판을 포함하는 반도체 제조장치를 제안한다.

상기 냉각판은 상기 램프히터의 하부에 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서셉터와 상기 냉각판 및 상기 챔버는 접지되는 것을 특징으로 한다.

상기 램프히터는 할로겐 램프, 적외선 램프, 자외선 램프 중 선택된 하나의 종류로 다수개가 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 램프히터는, 제1방향으로 서로 평행하게 배치되는 다수의 램프로 구성된 제1램프군과; 상기 제1방향과 수직하게 교차되는 제2방향으로 서로 평행하게 배 치되는 다수의 램프로 구성된 제2램프군으로 구분되며, 상기 제1램프군 및 제2램프군은 각각 하나 이상이 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서셉터와 상기 냉각판의 상하기동을 수행하는 구동어셈블리를 포함한다.

상기 램프히터가 실장된 서셉터의 내부 공간에 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급관을 포함한다.

상기 퍼지가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N₂) 가스인 것을 특징으로 한다.

상기 냉각판의 상면은 거울 또는 광반사 물질이 코팅되어 상기 램프히터로부터 출사되는 열 또는 빛을 상부로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각판의 냉각수관으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관을 포함한다.

상기 전술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 반도체 제조장치에 의하면, 챔버내 박막 공정을 위한 승온시간의 단축으로 생산성 향상이 기대되고 또한 램프를 열원으로 사용함으로써 유지/보수가 간편하고 또한 유지/보수에 따른 비용 절감 효과를 통해 제조비용의 절감되는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 구성을 도시한 구조단면도로서, 밀폐된 반응영역(A)을 정의하는 챔버(50)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 처리대상물인 기판(1)이 실장된다.　　

그리고 가스유입구(52)를 통해 상기 기판(1)이 실장된 챔버(50)의 반응영역(A) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.

이때 반응가스의 활성화 및 공정속도의 향상을 위해서 상기 챔버(50)의 반응영역(A) 내에는 고온, 진공 등의 고유한 반응환경이 조성되거나 또는 이와 함께 플라즈마가 생성되는데, 도 2는 일례로 RF(Radio Frequence) 고전압을 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 박막증착공정을 진행하는 플라즈마 화학기상증착장치, 즉 PECVD에 해당되는 장치라 할 수 있다.

도시된 바와 같이, 가스유입구(52)가 구성된 챔버(50) 내부에는 유입된 반응가스를 상기 반응영역으로 분사하기 위해 상하 투공 형태의 분사홀(62)이 전면적에 걸쳐 다수개 형성된 샤워헤드(Showerhead) 타입의 가스분배판(60)이 구성된다.

이때 상기 가스분배판(60)은 전원공급장치(G)로부터 RF 고전압이 인가되어 제1전극의 역할을 수행하며, 이하 후술될 제2전극 역할의 서셉터(70)에 의해 플라즈마의 생성 및 유지가 수행되는 구성이다.

상기 가스분배판(60)의 하부에는 하나 이상의 기판(1)이 안착될 수 있는 서셉터(70)가 위치하는데, 상기 서셉터(70)는 그 하부에 상기 서셉터(70) 가열을 위 한 다수의 램프히터(L)가 내치될 수 있도록 천정과 측벽만이 구성된다.

상기 램프히터(L)는 상기 서셉터(70) 상에 안착되는 기판(1)을 가열하기 위한 열원으로, 할로겐 램프, 적외선 램프, 자외선 램프 중 선택되어 질 수 있으며, 상기 서셉터(70)로 복사열을 제공하고 상기 서셉터(70)로부터 다시 상기 기판(1)으로 열을 전도함으로써 상기 기판(1)의 승온을 수행하게 된다.

이때 상기 램프의 종류 중 할로겐 램프를 사용한 승온속도를 예로 들면, 웨이퍼(wafer)의 경우 최대 43℃/sec 정도이고 흑연(graphite)의 경우 최대 약 22℃/sec 정도로 종래에 사용되는 시스(sheath: 승온속도는 약 15℃/min)에 비해 비교할 수 없을 정도의 승온속도를 보인다. 이에 램프히터(L)를 이용하여 챔버 내 박막공정을 위한 적정 온도 분위기를 조성할 경우 생산성이 향상됨은 당연하다. 또한 램프히터(L) 고장시 해당 램프히터(L)만 교체하면 되기 때문에 유지/보수에 다른 비용과 시간 절감의 효과도 더불어 기대할 수 있다.

상기와 같은 장점을 가진 램프히터(L)는 도 3의 램프히터(L) 배치 평면도와 같이, 냉각판(80) 상부에 구성되는 상기 램프히터(L)는 다수개의 그룹으로 구분되게 구성할 수 있는데, 도 3을 정면으로 볼 때 수직 방향으로 서로 평행하게 배열된 다수의 램프히터(L)를 제1램프군(GR1)이라 하고 수평 방향으로 서로 평행하게 배열된 다수의 램프히터(L)를 제2램프군(GR2)이라 할 때 상기 제1램프군(GR1)과 상기 제2램프군(GR2)이 각각 다수개 구성되도록 램프히터(L)를 배치한다. 이때 상기 제1램프군(GR1)과 제2램프군(GR2)의 개수는 챔버의 크기 및 서셉터(70)의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 또한 상기 제1램프군(GR1)과 제2램프군(GR2)의 배치 방법 역시 설계자의 응용에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.

아울러 상기 다수의 램프군(GR1, GR2)은 램프군별로 전원공급이 각각 제어되는 것이 바람직하고, 또한 각각의 램프군((GR1,GR2)마다 온도 측정을 위한 온도측정센서를 구성할 수도 있을 것이다.

상기와 같은 특징의 램프히터(L) 하부에는 상기 서셉터(70)와 단부가 연결되는 냉각판(80)이 구성되는데, 상기 냉각판(80)의 내부에는 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수관(82)이 형성된다. 상기 냉각수관(82)은 상기 챔버(50) 외부로 연장된 냉각수공급관(84)을 통해 공급되는 냉각수가 흐름으로써 상기 램프히터(L)에 의한 복사열이 챔버(50) 하부에 구성되는 여러 구조물, 예를 들어 상기 냉각판(80)의 하부에 구성되어 상기 냉각판(80)을 지지하는 지지구조물(미도시함)을 변형시키는 것을 방지한다.

또한 상기 냉각판(80)의 상면에는 상기 램프히터(L)로부터 출사되는 빛과 열을 상부의 서셉터(70)로 집중시키기 위한 거울 또는 반사판 등을 부착하거나 또는 광반사 물질 코팅을 통해 열사용 효율을 극대화하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 서셉터(70)와 냉각판(80) 사이, 즉 상기 램프히터(L)가 구성되는 공간에는 불꽃(arcing) 방지 및 상기 가스유입구(52)로 주입된 반응가스로 인한 증착이 발생되지 않도록 하기 위해 퍼지가스(purge gas)가 주입되는데 이는 상기 챔버(50) 외부로 연장된 퍼지가스공급관(90)을 통해 수행되며, 이때 주로 사용되는 퍼지가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스가 사용가능하다.

또한 상기 챔버(50)의 외부에는 상기 냉각판(80)과 서셉터(70)의 상하 기동 을 위한 구동어셈블리(100)가 구성된다. 그리고 도시하지는 않았지만 상기 챔버(50)의 바닥면에는 복수개의 배기구(미도시됨)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(A)을 배기할 수 있도록 하는 것은 당연하다.

도 2의 도면번호 (110)은 접지선(Ground strip)으로써, 금속재질의 상기 서셉터(70)와 상기 냉각판(80) 및 상기 챔버(50)를 모두 동일 전위로 유지하기 위한 역할이며, 이때 제공되는 전위는 접지전위이다. 상기 접지선(110)은 알루미늄 등의 금속 소재로 상기 서셉터(70) 둘레에 하나 이상이 구성되어진다.

도 1은 일반적인 반도체 제조장치를 개략적으로 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조장치를 도시한 단면도

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장치 중 램프히터(L)의 배치를 예시한 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 챔버　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　52 : 가스유입구

60 : 가스분배판　　　　　　　　　　　　　　62 : 분사홀

70 : 서셉터　　　　　　　　　　　　　　　　　　80 : 냉각판

82 : 냉각수관　　　　　　　　　　　　　　　　84 : 냉각수공급관

90 : 퍼지가스공급관　　　　　　　　　100 : 구동어셈블리

110 : 접지선 　　　　　1 : 기판

L : 램프히터　　　　　　　　　　　　　　　　　A : 반응영역

G : 전원공급장치

Claims

챔버와;

상기 챔버의 상부에 구성되며 반응가스가 유입되는 가스유입구와;

상기 챔버로 유입된 상기 반응가스를 하부로 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된 가스분배판과;

상기 가스분배판의 하부에 구성되며, 상면에 하나 이상의 기판이 안착되고 내부에 램프히터가 실장된 서셉터와;

상기 서셉터의 내부에 구성되며, 내부에 냉각수관이 형성된 냉각판

을 포함하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 냉각판은 상기 램프히터의 하부에 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 서셉터와 상기 냉각판 및 상기 챔버는 접지되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 램프히터는 할로겐 램프, 적외선 램프, 자외선 램프 중 선택된 하나의 종류로 다수개가 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 램프히터는,

제1방향으로 서로 평행하게 배치되는 다수의 램프로 구성된 제1램프군과;

상기 제1방향과 수직하게 교차되는 제2방향으로 서로 평행하게 배치되는 다수의 램프로 구성된 제2램프군

으로 구분되며, 상기 제1램프군 및 제2램프군은 각각 하나 이상이 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 서셉터와 상기 냉각판의 상하기동을 수행하는 구동어셈블리

를 포함하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 램프히터가 실장된 상기 서셉터의 내부 공간에 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급관

을 포함하는 반도체 제조장치
청구항 제 7 항에 있어서,

상기 퍼지가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N₂) 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 냉각판의 상면은 거울 또는 광반사 물질이 코팅되어 상기 램프히터로부터 출사되는 열 또는 빛을 상부로 반사시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치
청구항 제 1 항에 있어서,

상기 냉각판의 냉각수관으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관

을 포함하는 반도체 제조장치