KR20090125955A

KR20090125955A - 화학기상증착장치

Info

Publication number: KR20090125955A
Application number: KR1020080052054A
Authority: KR
Inventors: 지윤구
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-08
Also published as: KR100992379B1

Abstract

본 발명은 가스박스에 공급되는 냉각수의 공급경로를 변경함으로써 원료가스의 온도 변화를 방지하고 나아가 냉각수 공급경로가 형성된 부품의 정비 및 교체작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 화학기상증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 챔버; 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 서셉터; 서셉터의 상방에 배치되는 샤워헤드; 제1원료가스가 유입되는 제1가스유입유로가 형성된 제1매니폴드; 제1가스유입유로와 연결되는 제1가스연결유로가 형성된 연결블록; 제1가스연결유로와 연결되는 제2가스연결유로 및 제2원료가스가 유입되는 제2가스유입유로가 형성된 제2매니폴드; 및 일단부는 제2가스연결유로 및 제2가스유입유로와 연결되며 타단부는 샤워헤드와 연결되는 제3가스연결유로가 형성된 가스박스;를 구비하며, 외부로부터 제1매니폴드의 내부로 공급되는 냉각수는 연결블록의 내부를 통해 가스박스 내부로 공급되어 순환한 후에 연결블록 및 제1매니폴드를 통해 상기 제1매니폴드의 외부로 유출되도록 구성된다.

화학기상증착, 플라즈마발생기(Remote Plasma Souce), 기판, 샤워헤드

Description

화학기상증착장치{Chemical vapor depositing device}

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 화학기상증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 박막의 증착방법에는 폴리머(polymer) 및 졸-겔(sol-gel)을 이용한 스핀 온 코팅법(spin on coating), 스퍼터링(sputtering)이나 증발을 이용하는 물리증착법(PVD), 화학적 반응을 이용하는 화학기상증착법(CVD), 이온 빔(ion beam)을 이용한 증착법 및 액체 증기를 직접 증착하는 방법 등 다양한 방법이 있으며, 이 중에서 최근에는 집적도의 증가와 더불에 화학기상증착법이 널리 사용되고 있다.

화학기상증착법은 여러 가지 원료가스를 반응챔버에 주입한 후 열, 빛 또는 플라즈마 등의 에너지를 이용하여 원료가스 간의 반응을 유도함으로써 원료가스를 기판에 증착시키는 방법을 말한다. 도 1에는 종래의 일례에 따른 화학기상증착장치가 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 화학기상증착장치(100')는 챔버본체(11) 및 탑리드(12)를 가지는 챔버(10)와, 기판(s)이 안착되는 서셉터(20)와, 기판(s)을 가열하기 위한 히터(21)와, 서셉터(20)의 상방에 배치되는 샤워헤드(30)와, 샤워헤드(30)의 상면에 결합되는 가스박스(70')와, 가스박스의 상면에 결합되는 제1매니폴드(40'), 연결매니폴드(50') 및 제2매니폴드(60')와, 원료가스를 플라즈마화시키는 플라즈마발생기(80)를 구비한다.

가스박스(70') 내부에는 도 1에 점선으로 도시되어 있는 바와 같이 냉각수, 예를 들어 초순수(deionized water)가 순환하는 순환유로(72')가 형성되어 있다. 그리고, 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')에는 각각 가스박스의 순환유로(72')로 냉각수를 공급하기 위한 공급유로(42',52',63') 및 순환된 냉각수가 배출되는 배출유로(43',53',64')가 관통 형성되어 있다. 또한, 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')에는 제1원료가스가 공급되는 가스유로(41',51',61')가 형성되며, 제2매니폴드(60')에는 제2원료가스가 공급되는 가스유로(62')가 형성되어 있다. 그리고, 가스박스(70')에는 일단부는 제2매니폴드(60')의 가스유로(62')와 연결되며 타단부는 샤워헤드(30)와 연결되는 가스유로(71')가 형성되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 화학기상증착장치(100')에 있어서 기판에 박막을 형성하기 위해서는, 제2원료가스 및 플라즈마화된 제1원료가스를 가스박스의 가스유로(71')로 유입시킨 후에 혼합된 원료가스를 샤워헤드(30)를 통하여 기판(s)을 향해 분사하면 된다. 그리고, 박막 형성 과정에서는, 가스박스(70') 내부로 냉각수를 순환시킴으로써 가스박스의 온도를 제어되며, 이러한 가스박스 온도제어를 통해서 샤워헤드의 온도를 간접적으로 제어할 수 있게 된다.

그런데, 상술한 화학기상증착장치(100')에 있어서는, 냉각수가 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')를 거쳐서 가스박스의 순환유로(72')로 유입 및 유출되게 되므로, 가스박스(70')로 공급되는 제2원료가스의 온도를 원하는 수준으로 유지하기가 어려운 한계가 있었다. 왜냐하면, 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')도 냉각수에 의해 냉각되게 됨으로써 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')를 통해 공급되는 제2원료가스도 냉각되기 때문이다.

그리고, 제1매니폴드(40'), 연결블록(50') 및 제2매니폴드(60')의 정비 또는 교체시 가스박스(70')에 형성된 가스유로(71')로 냉각수가 쉽게 유입될 수 있는 구조적 한계로 말미암아, 정비 및 교체작업이 쉽게 이루어지기 어려웠다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스박스에 공급되는 냉각수의 공급경로를 변경함으로써 원료가스의 온도 변화를 방지하고 나아가 냉각수 공급경로가 형성된 부품의 정비 및 교체작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 화학기상증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터의 상방에 배치되는 샤워헤드; 제1원료가스가 유입되는 제1가스유입유로가 형성된 제1매니폴드; 상기 제1가스유입유로와 연결되는 제1가스연결유로가 형성된 연결블록; 상기 제1가스연결유로와 연결되는 제2가스연결유로 및 제2원료가스가 유입되는 제2가스유입유로가 형성된 제2매니폴드; 및 일단부는 상기 제2가스연결유로 및 제2가스유입유로와 연결되며 타단부는 상기 샤워헤드와 연결되는 제3가스연결유로가 형성된 가스박스;를 구비하며, 외부로부터 상기 제1매니폴드의 내부로 공급되는 냉각수는 상기 연결블록의 내부를 통해 상기 가스박스 내부로 공급되어 순환한 후에 상기 연결블록 및 제1매니폴드를 통해 상기 제1매니폴드의 외부로 유출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 냉각수가 제1매니폴드 및 연결블록을 거쳐 가스박스의 순환유로로 유입되도록 구성되어 있으므로, 제2원료가스가 가스박스로 공급될 때에 제2원료가스가 냉각수에 의해 냉각되어 온도가 변화하는 현상을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 제1매니폴드, 연결블록 및 제2매니폴드의 정비 또는 교체 작업이 종래에 비해 훨씬 더 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 냉각구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3 및 도 4을 참조하면, 본 실시예의 화학기상증착장치(100)는 챔버(10)와, 서셉터(20)와, 샤워헤드(30)와, 제1매니폴드(40)와, 연결블록(50)과, 제2매니폴드(60)와, 가스박스(70)를 구비한다.

챔버(10)는 챔버본체(11)와, 챔버본체의 상측에 결합되는 탑리드(12)를 구비한다. 챔버본체(11)와 탑리드(12) 사이에는 외부와 격리되며 박막증착이 이루어지는 공간이 형성된다. 챔버본체(11)의 측면에는 기판(s)이 유입 및 유출되는 기판유출입공(111)이 형성되어 있다.

서셉터(20)는 챔버(10)의 내부에 승강 가능하게 배치된다. 서셉터(20)에는 기판(s)이 안착된다. 그리고, 서셉터(20)의 내부에는 히터(21)가 내장되어 있어서, 박막증착시에 서셉터(20)에 안착된 기판(s)이 가열된다.

샤워헤드(30)는 서셉터(20)의 상방에 배치된다. 샤워헤드(30)는 후술하는 제1원료가스 및 제2원료가스를 기판(s)을 향해 분사하며, 이러한 원료가스의 분사 를 통해서 기판(s)에 박막이 증착된다.

제1매니폴드(40)는 탑리드(12)의 상방에 배치된다. 제1매니폴드(40)에는 제1가스유입유로(41), 냉각수유입유로(42) 및 냉각수유출유로(43)가 상호 독립적으로 제1매니폴드(40)의 양측면을 관통하여 형성되어 있다.

제1가스유입유로(41)는 외부로부터 제1원료가스가 유입되는 통로이다. 냉각수유입유로(42) 및 냉각수유출유로(43)는 후술하는 가스박스(70)의 온도를 제어할 목적으로 냉각수가 유입 및 유출되는 통로이다.

연결블록(50)은 제1매니폴드(40)의 측면에 결합된다. 연결블록(50)에는 제1가스연결유로(51), 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)가 서로 독립적으로 형성되어 있다.

제1가스연결유로(51)는 연결블록(50)의 양측면을 관통하여 형성되며, 제1가스유입유로(41)와 연결된다. 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)는 연결블록(50)의 측면 및 바닥면을 관통하여 형성되어, 전체적으로 "L" 형상으로 형성된다. 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)는 각각 냉각수유입유로(42) 및 냉각수유출유로(43)와 연결된다. 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)는 연결블록(50)의 중앙을 가로지는 가상의 평면(IP)에 대하여 좌측부분에 형성되어 있다.

제2매니폴드(60)는 연결블록(50)의 측면에 결합되어, 제1매니폴드(40) 및 제2매니폴드(60) 사이에는 연결블록(50)이 배치된다. 제2매니폴드(60)에는 제2가스연결유로(61) 및 제2가스유입유로(62)가 형성되어 있다.

제2가스연결유로(61)는 제1가스연결유로(51)와 연결되며, 제2가스연결유로(61)는 제2가스유입유로(62)와 연결된다. 그리고, 제2가스유입유로(62)는 외부로부터 제2원료가스가 유입되는 통로로서, 제2매니폴드(60)의 상면 및 하면을 관통하여 형성된다. 다만, 본 실시예에서는 제2매니폴드(60)가 제2원료가스를 플라즈마화시키는 플라즈마발생기(80)와 연결되어 있어서, 제2가스유입유로(62)에는 플라즈마 상태의 제2원료가스가 유입된다.

가스박스(70)는 제2매니폴드(60) 및 샤워헤드(30) 사이에 배치된다. 가스박스(70)의 상면에는 제1매니폴드(40), 연결블록(50) 및 제2매니폴드(60)가 모두 접촉하게 배치된다. 가스박스(70)에는 제3가스연결유로(71) 및 순환유로(72)가 상호 독립적으로 형성되어 있다.

제3가스연결유로(71)는 플라즈마 상태의 제1원료가스 및 제2원료가스를 샤워헤드(30)로 전달하기 위한 통로이다. 제3가스연결유로(71)의 일단부는 제2가스유입유로(62)와 직접적으로 연결되어, 플라즈마 상태의 제1원료가스 및 제2원료가스가 혼합되어 제3가스연결유로(71)로 유입된다. 그리고, 제3가스연결유로(71)의 타단부는 샤워헤드(30)와 연결되어, 플라즈마 상태의 제1원료가스 및 제2원료가스가 샤워헤드(30)를 통하여 기판(s)을 향해 분사될 수 있게 된다.

순환유로(72)는 냉각수가 유입되어 순환한 후에 유출되도록 하는 통로이다. 순환유로(72)의 양단부는 가스박스(70)의 상면에 그 내부가 개방되게 형성되며, 각각 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)와 연결된다. 따라서, 제1냉각수연결유로(52)를 통하여 유입된 냉각수는 도 4에 화살표로 도시되어 있는 바와 같이 순환유로(72)를 순환한 후에 제2냉각수연결유로(53)로 유출된다.

상술한 바와 같이 구성된 화학기상증착장치(100)에 있어서는, 냉각수가 제2매니폴드(60)를 거쳐서 가스박스(70)에 유입되지 않고 제1매니폴드(40) 및 연결블록(50)을 거쳐 가스박스(70)의 순환유로(72)로 유입되도록 구성되어 있다. 따라서, 제2원료가스가 가스박스(70)로 공급될 때에 제2원료가스가 냉각수에 의해 냉각되어 온도가 변화하는 현상을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 연결블록의 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)가 가스박스의 제3가스연결유로(71)로부터 멀리 배치되어 있으므로, 제1매니폴드(40), 연결블록(50) 및 제2매니폴드(60)의 정비 또는 교체시에 제1냉각수연결유로(52) 및 제2냉각수연결유로(53)에 남아 있는 냉각수가 가스박스의 제3가스연결유로(71)로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 따라서, 제1매니폴드(40), 연결블록(50) 및 제2매니폴드(60)의 정비 또는 교체 작업이 종래에 비해 훨씬 더 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 종래의 일례에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드의 냉각구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 냉각구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...챔버 20...서셉터

21...히터 30...샤워헤드

40...제1매니폴드 41...제1가스유입유로

42...냉각수유입유로 43...냉각수유출유로

50...연결블록 51...제1가스연결유로

52...제1냉각수연결유로 53...제2냉각수연결유로

60...제2매니폴드 61...제2가스연결유로

62...제2가스유입유로 70...가스박스

71...제3가스연결유로 72...순환유로

80...플라즈마발생기 100...화학기상증착장치

Claims

챔버;

상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 서셉터;

상기 서셉터의 상방에 배치되는 샤워헤드;

제1원료가스가 유입되는 제1가스유입유로가 형성된 제1매니폴드;

상기 제1가스유입유로와 연결되는 제1가스연결유로가 형성된 연결블록;

상기 제1가스연결유로와 연결되는 제2가스연결유로 및 제2원료가스가 유입되는 제2가스유입유로가 형성된 제2매니폴드; 및

일단부는 상기 제2가스연결유로 및 제2가스유입유로와 연결되며 타단부는 상기 샤워헤드와 연결되는 제3가스연결유로가 형성된 가스박스;를 구비하며,

외부로부터 상기 제1매니폴드의 내부로 공급되는 냉각수는 상기 연결블록의 내부를 통해 상기 가스박스 내부로 공급되어 순환한 후에 상기 연결블록 및 제1매니폴드를 통해 상기 제1매니폴드의 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1매니폴드에는 냉각수가 유입 및 유출되는 냉각수유입유로 및 냉각수유출유로가 상호 독립적으로 형성되며,

상기 연결블록에는 상기 냉각수유입유로 및 냉각수유출유로와 각각 연결되는 제1냉각수연결유로 및 제2냉각수연결유로가 서로 독립적으로 형성되며,

상기 가스박스에는 양단부가 상기 제1냉각수연결유로 및 제2냉각수연결유로와 각각 연결되는 순환유로가 형성되는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제 2항에 있어서,

상기 연결블록은 상기 제1매니폴드 및 제2매니폴드 사이에 배치되며,

상기 제1냉각수연결유로 및 제2냉각수연결유로는 각각 상기 연결블록의 측면 및 바닥면에 관통 형성된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.