KR20100065608A

KR20100065608A - 증착 장치

Info

Publication number: KR20100065608A
Application number: KR1020080124015A
Authority: KR
Inventors: 조현규; 김기종; 이진수; 김세용
Original assignee: 한국에이에스엠지니텍 주식회사
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-17

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치는 기체 유입관, 기판이 장착되는 기판 지지대, 그리고 상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 냉가열부, 그리고 상기 냉가열부에 연결되어 상기 냉가열부의 동작을 제어하는 온도 제어기를 포함하고, 상기 냉가열부는 상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 가열부와 상기 기판 가열부 아래에 배치되어 있는 냉각부를 포함하며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 냉각부에 냉매를 공급하는 냉매 공급부와, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 가열부에 에너지를 전달하는 열공급부를 더 포함한다.

기판 지지대, 가열 장치, 냉각 장치

Description

증착 장치{DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 증착 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 반응기 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 증착 장치에 관한 것이다.

박막을 증착하는 동안, 증착 장치의 반응기 내부의 온도를 일정하게 유지하는 것은 매우 중요하다.

박막 증착 동안, 증착 장치의 반응기 내부 온도가 증착 공정 온도보다 높아지거나 낮아지는 경우, 반응기 내부 온도가 증착 공정 온도가 될 때까지 온도를 조절하여 증착 공정을 진행하게 된다.

예를 들어, 낮은 온도에서 실리콘산화막을 증착하는 공정 동안, RF 플라즈마를 이용하여 반응기 내부를 인-시튜 크리닝(in-situ cleaning)하는 경우, RF 플라즈마 전원에 의해 반응기 온도가 공정 온도보다 상승하게 된다. 이러한 경우, 반응기 내부 온도가 공정 온도까지 하강하여야 후속 증착 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 증착 공정 시간을 줄여, 생산성을 높이기 위해 반응기 내부 온도를 공정 온도까지 빠르게 낮추는 것이 필요하다.

일반적으로, 반응기 내부 온도를 높이기 위해 기판 지지대 아래에 히 터(heater)를 장착하고, 반응기 내부 온도를 낮추기 위해 반응기 내부에 헬륨 기체를 공급하는 방법이 알려져 있으나, 이러한 방법에 의할 경우, 반응기 내부 온도를 빠르게 변화시키기 어렵다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반응기 내부 온도를 적정 온도로 일정하게 유지 시킬 수 있고, 반응기 내부 온도가 상승한 경우 빠른 시간 내에 적정 온도로 조절하여, 생산성을 높일 수 있는 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치는 기체 유입관, 기판이 장착되는 기판 지지대, 그리고 상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 냉가열부를 포함하고, 상기 냉가열부는 상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 가열부와 상기 기판 가열부 아래에 배치되어 있는 냉각부를 포함한다.

상기 냉가열부에 연결되어 상기 냉가열부의 동작을 제어하는 온도 제어기를 더 포함할 수 있다.

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 냉각부에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 냉매 공급부에 연결되어 있는 냉매 공급 제어부를 더 포함하고, 상기 냉매 공급 제어부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 냉매 공급 여부를 결정할 수 있다.

상기 냉매 공급부는 적어도 두 개의 냉매 공급관에 연결될 수 있다.

상기 적어도 두 개의 냉매 공급관에는 서로 냉각 효율이 다른 냉매가 공급될 수 있다.

상기 냉매 공급부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 적어도 두 개의 냉매 공급관을 통해 적어도 하나의 냉매를 상기 냉각부에 공급하고, 공급하는 냉매의 양을 조절할 수 있다.

상기 냉각부는 상기 가열부 아래에 균일하게 배치되어 있는 냉각관을 포함하고, 상기 냉각관에는 상기 냉매가 공급될 수 있다.

상기 냉각관에 공급된 냉매가 반응기 외부로 배출되는 냉매 유출관을 더 포함할 수 있다.

상기 냉매 유출관은 서로 다른 냉매가 배출되는 복수의 유출관이 연결되어 있을 수 있다.

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 가열부에 에너지를 전달하는 열공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 열공급부는 열공급 제어부를 포함할 수 있으며 상기 온도 제어기의 신호에 따라 공급하는 에너지의 양을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 반응기 온도를 공정에 필요한 온도까지 상승하기 위한 가열부 하부에 배치되어 있는 냉각부를 포함하고, 온도 제어부를 포함함으로써, 반응기 온도를 일정한 온도로 유지할 수 있다. 또한, 냉각부에 물, 공기, 헬륨 기체를 선택적으로 주입할 수 있어, 온도 차이에 따라 냉각 속도를 조절할 수도 있어, 정밀하고 빠르게 반응기 내부 온도를 조절할 수 있다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 외벽(100), 기체 유입관(110), 반응실벽(120), 기판 지지부(130), 냉온 제어부(140), 플라즈마 전 극(150), 그리고 기체 유출관(160)을 포함한다. 플라즈마 전극(150)은 생략될 수도 있다.

각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

증착 장치의 외벽(100)은 반응실 내부의 열이 외부로 전도되어 유실되는 것을 방지한다.

반응실벽(120)과 기판 지지부(130)는 증착 공정 동안 서로 밀착되어 반응실을 규정한다.

기판 지지부(130)는 증착 대상인 기판(135)이 장착되는 기판 지지대(131)와 그 아래 배치되어 있는 냉가열부(132)를 포함한다. 냉가열부(132)는 기판 지지대(131)에 장착되어 있는 기판(135) 및 반응실의 온도를 공정에 필요한 온도로 상승시키거나, 냉각시켜 원하는 임의의 온도로 유지하는 역할을 한다. 냉가열부(132)는 냉온 제어부(140)에 연결되어 있다.

냉온 제어부(140)는 냉가열부(132)와 통신하는 온도 제어기(141), 온도 제어기(141)와 통신하여 냉가열부(132)에 냉매 공급 여부를 결정하는 냉매 공급 제어부(142), 그리고, 냉매 공급 제어부(142)에 연결되어 있는 냉매 공급부(143)를 포함한다. 냉매 공급부(143)에는 제1 및 제2 냉매 공급관(144,145)이 연결되어 있다. 냉매 공급 제어부(142)는 냉가열부(132)와 냉매를 공급할 수 있는 관 등의 수단을 통해 직접 연결될 수 있다.

플라즈마 전극(150)에는 기체 유입관(110)이 삽입되어 있다. 도시하지는 않았지만, 플라즈마 전극(150)에는 플라즈마 접속 단자(도시하지 않음)가 연결되어 있을 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 기체 유입관(110)에 대하여 도시하였으나, 복수의 기체 유입관을 포함하여, 복수의 기체 유입관을 통해 서로 다른 공정 기체를 각기 유입할 수도 있다.

증착 공정 동안, 기판 지지부(130) 및 장착된 기판(135)은 플라즈마 전극(150)의 대응극(opposite electrode)으로서 역할을 한다. 도시하지는 않았지만, 기판 지지부(130)에도 추가적인 플라즈마 접속 단자(도시하지 않음)를 통해 전력이 공급될 수 있다.

냉가열부(132)에 의해 기판(135) 및 반응실 내부가 원하는 공정 온도를 갖게되면, 기체 유입관(110)을 통해 공정 기체가 유입되어, 기판(135) 위에 증착되게 된다. 이때, 플라즈마 전압이 플라즈마 전극(150)과 기판 지지부(130)에 인가되면, 플라즈마 전극(150)과 기판 지지부(130)의 전압 차이에 의해 반응실 내에 유입된 공정 기체가 플라즈마로 변하여 기판(135) 위에 증착될 수 있다.

그러면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 온도 조절에 대하여 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지부(130)를 나타낸다. 도 2(a)는 기판 지지부(130)의 단면도이고, 도 2(b)는 기판 지지부(130)의 평면 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치 중 온도 조절부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2(a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지부(130)는 기판 지지대(131)와 그 아래 배치되어 있는 냉가열부(132)를 포함한다. 냉가열부(132)는 가열부(210)와 냉각부(220)를 포함하고, 냉가열부(132) 내에는 온도 감 지부(231), 열공급부(232), 그리고 냉매 공급관(233)과 냉매 유출관(234)이 삽입되어 있다.

가열부(210)는 전기 에너지를 통해 가열될 수 있는 코일 등을 포함할 수 있다. 냉각부(220)에는 냉각관이 삽입되어 있을 수 있다.

온도 감지부(231)는 기판 지지대(131) 및 냉가열부(132)의 온도를 감지 및 측정하고, 열공급부(232)는 가열부(210)에 에너지를 공급한다.

냉매 공급관(233)은 냉매 공급 제어부(142)와 연결되어 있어, 냉매가 필요한 경우, 냉매는 냉매 공급관(233)을 통해 냉각부(220)에 전달된다. 또한, 사용한 냉매는 냉매 유출관(234)을 통해 외부로 배출된다.본 발명의 실시예에 따른 냉각부(220)에 사용되는 냉매는 물, 공기, 또는 헬륨(helium) 기체를 포함할 수 있다.

도 2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지부(130)의 냉각부(220)의 평면도를 나타낸다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉각부(220)에는 냉매 공급관(233)과 한쪽 끝이 연결되어 있고, 냉매 유출관(234)과 다른 한 쪽이 연결되어 있는 냉각관(235)이 원형의 기판 지지대(131)와 거의 동일한 크기의 원형 판에 복수의 원형 링이 등간격으로 배치되어 있는 것과 유사한 형태로 삽입되어 있다. 이러한 형태에 의해 기판 지지대(131) 하부의 가열부(210) 하부 전체에 거의 균일하게 냉매를 배치할 수 있다. 이에 의하여, 기판(135)을 가열하는 가열부(210)를 균일하게 냉각할 수 있다. 본 실시예에서는 냉각부(220)에 원형 링과 같은 형태로 삽입되어 있는 냉각관(235)을 포함하였지만, 냉각관(235)은 여러 가지 다른 형태로 냉각부(220)에 포함될 수 있다.

그러면, 이제 도 2와 함께 도 3을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 기판(135) 및 반응기 내부의 온도 조절 방법에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 반응기 외부에 배치되어 있는 온도 제어기(141)는 온도 감지부(231)를 통해 기판 지지부(130)의 온도를 감지하여, 기판(135) 및 반응실의 온도를 높여야할 경우, 열공급부(232)에 연결되어 있는 열공급 제어부(241)에 전원을 공급하도록 신호(a)를 보낸다. 온도 제어기(141)를 통해 열공급 제어부(241)에 전달된 신호에 따라 열공급부(232)는 가열부(210)에 에너지를 전달하고, 이에 의하여, 기판 지지대(131)가 가열되어 기판(135) 및 반응실의 온도가 올라간다.

온도 제어기(141)가 온도 감지부(231)를 통해 기판 지지부(130)의 온도를 감지하여, 기판(135) 및 반응실의 온도를 낮추어야할 경우, 냉매 공급 제어부(142)에 냉매를 공급하도록 신호(b)를 보낸다. 이러한 온도 제어기(141)의 신호에 따라 냉매 공급 제어부(142)는 냉매를 냉매 공급관(233)을 통해 냉각부(220)에 전달한다. 냉매 공급 제어부(142) 및 냉매 공급관(233)은 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145)이 연결되어 있는데, 제1 냉매 공급관(144)에는 냉각 효율이 높은 제1 냉매가 공급될 수 있고, 제2 냉매 공급관(145)에는 제1 냉매보다 냉각 효율이 상대적으로 낮은 제2 냉매가 공급될 수 있다. 급격한 온도 하강을 유도할 경우에는 제1 냉매를 공급하고, 서서히 온도하강을 유도할 경우에는 제2 냉매를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉매는 물일 수 있고, 제2 냉매는 헬륨(helium) 혹은 공기일 수 있다. 본 실시예에 따른 증착 장치는 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145)인 2개의 냉매 공급 관을 포함하지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치는 2개 이상의 냉매 공급관을 포함할 수 있으며, 2개 이상의 냉매 공급관에는 서로 냉각 효율, 예를 들어 열 전도율이 다른 냉매가 공급될 수 있다.

냉매 공급 제어부(142)는 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145) 중 어느 하나로부터 또는 둘 모두로부터 원하는 냉매를 공급하도록 제어할 수 있으며, 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145)으로부터 공급되는 냉매의 양도 정밀하게 조절 가능하다. 냉매 공급 제어부(142)를 통해 공급된 냉매는 냉각부(220)의 냉각관(235)를 통해 가열부(210) 하부를 이동하면서 가열부(210)의 열 에너지를 전달 받아, 냉매 유출관(234)을 통해 외부로 배출된다.

냉매 유출관(234)에는 센서(235) 및 제1 및 제2 유출관(236, 237)이 연결되어 있어, 센서(235)를 통해 유출되는 냉매 종류 감지하여, 제1 및 제2 유출관(236, 237) 중 냉매 별로 서로 다른 유출관을 통해 외부로 유출되도록 한다.

만일, 기판(135) 및 반응실의 온도가 급격하게 변화하여, 빨리 냉각이 필요한 경우, 냉매 공급 제어부(142)는 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145) 중 물이 공급되는 제1 냉매 공급관(144)으로부터 냉각 효율이 상대적으로 높은 제1 냉매를 공급받고, 제2 냉매 공급관(145)으로부터는 제2 냉매를 공급받지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 만일 기판(135) 및반응실의 온도 변화가 크지 않아, 느리게 냉각이 필요한 경우, 냉매 공급 제어부(142)는 제1 및 제2 냉매 공급관(144, 145) 중 제2 냉매 공급관(145)으로부터 냉각 효율이 상대적으로 낮은 제2 냉매를 공급받고, 제1 냉매 공급관(144)으로부터는 제1 냉매를 공급받지 않도록 제어할 수 있다.

이러한 냉매 공급은 온도 제어기(141)가 온도 감지부(231)를 통해 기판 지지부(130)의 온도를 감지하여, 원하는 온도가 얻어질 때까지 계속되고, 만일 원하는 온도가 얻어진 경우, 온도 제어기(141)는 냉매 공급 제어부(142)에 냉매를 공급하지 않도록 신호를 보내고, 이에 의해 냉각 과정은 종료된다.

이후, 기판(135) 및 반응실의 온도가 원하는 온도보다 떨어지게 되면, 온도 제어기(141)는 다시 열공급부(232)에 연결되어 있는 열공급 제어부(241) 전원을 온(ON)하도록 신호(a)를 보내고, 열공급 제어부(241)의 신호에 따라 열공급부(232)가 가열부(210)에 에너지를 전달하여, 기판(135) 및 반응실의 온도가 올라간다. 만일 기판(135) 및 반응실의 온도가 원하는 온도보다 높아지게 되면, 냉매 공급 제어부(142)에 냉매를 공급하도록 신호(b)를 보내는 과정이 이루어지게 된다.

이러한 과정을 통해, 기판(135) 및 반응실의 온도는 원하는 온도로 유지될 수 있다. 또한, 냉각부(220)에는 냉각 효율이 높은 제1 냉매와 냉각 효율이 상대적으로 낮은 제2 냉매가 공급됨으로써, 온도 변화에 따라 냉각 속도를 조절할 수 있으며, 또한 공급되는 냉매의 양을 미세하게 조절함으로써, 온도 변화에 따라 냉각 속도를 조절할 수 있다.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따르면, 반응기 온도를 공정에 필요한 온도까지 상승하기 위한 가열부 하부에 배치되어 있는 냉각부를 포함하고, 온도 제어부를 포함함으로써, 반응기 온도를 일정한 온도로 유지할 수 있다. 또한, 냉각부에 물, 공기, 헬륨 기체를 선택적으로 주입할 수 있어, 온도 차이에 따라 냉각 속도를 조 절할 수도 있어, 정밀하고 빠르게 반응기 내부 온도를 조절할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지부를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치 중 온도 조절부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

Claims

기체 유입관,

기판이 장착되는 기판 지지대, 그리고

상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 냉가열부를 포함하고,

상기 냉가열부는 상기 기판 지지대 아래에 배치되어 있는 가열부와 상기 기판 가열부 아래에 배치되어 있는 냉각부를 포함하는 증착 장치.
제1항에서,

상기 냉가열부에 연결되어 상기 냉가열부의 동작을 제어하는 온도 제어기를 더 포함하는 증착 장치.
제2항에서,

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 냉각부에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 더 포함하는 증착 장치.
제3항에서,

상기 냉매 공급부에 연결되어 있는 냉매 공급 제어부를 더 포함하고,

상기 냉매 공급 제어부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 냉매 공급 여부를 결정하는 증착 장치.
제3항에서,

상기 냉매 공급부는 적어도 두 개의 냉매 공급관에 연결되어 있는 증착 장치.
제5항에서,

상기 적어도 두 개의 냉매 공급관에는 서로 냉각 효율이 다른 냉매가 공급되는 증착 장치.
제6항에서,

상기 냉매 공급부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 적어도 두 개의 냉매 공급관을 통해 적어도 하나의 냉매를 상기 냉각부에 공급하고, 공급하는 냉매의 양을 조절할 수 있는 증착 장치.
제7항에서,

상기 냉각부는 상기 가열부 아래에 균일하게 배치되어 있는 냉각관을 포함하고, 상기 냉각관에는 상기 냉매가 공급되는 증착 장치.
제8항에서,

상기 냉각관에 공급된 냉매가 반응기 외부로 배출되는 냉매 유출관을 더 포 함하는 증착 장치.
제9항에서,

상기 냉매 유출관은 서로 다른 냉매가 배출되는 복수의 유출관이 연결되어 있는 증착 장치.
제3항에서,

상기 냉각부는 상기 가열부 아래에 균일하게 배치되어 있는 냉각관을 포함하고, 상기 냉각관에는 상기 냉매가 공급되는 증착 장치.
제8항에서,

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 가열부에 에너지를 전달하는 열공급부를 더 포함하는 증착 장치.
제12항에서,

상기 열공급부에 연결되어 있는 열공급 제어부를 더 포함하고,

상기 열공급 제어부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 열공급부를 통해 공급하는 에너지의 양을 조절할 수 있는 증착 장치.
제2항에서,

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 가열부에 에너지를 전달하는 열공급부를 더 포함하는 증착 장치.
제14항에서,

상기 열공급부에 연결되어 있는 열공급 제어부를 더 포함하고,

상기 열공급 제어부는 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 열공급부를 통해 공급하는 에너지의 양을 조절할 수 있는 증착 장치.
제15항에서,

상기 냉가열부에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 신호에 따라 상기 냉각부에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 더 포함하는 증착 장치.
제16항에서,

상기 냉매 공급부는 적어도 두 개의 냉매 공급관에 연결되어 있으며,

상기 적어도 두 개의 냉매 공급관에는 서로 냉각 효율이 다른 냉매가 공급되는 증착 장치.
제17항에서,

상기 냉각부는 상기 가열부 아래에 균일하게 배치되어 있는 냉각관을 포함하고, 상기 냉각관에는 상기 냉매가 공급되는 증착 장치.