KR20110077462A - 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 증착장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되는 서셉터; 상기 서셉터에 형성되어 유체가 공급되는 적어도 하나 이상의 설치홈에 회전 가능하게 설치되는 지지롤러; 상기 지지롤러에 의해 지지되며, 웨이퍼가 안착되는 위성 서셉터; 상기 위성 서셉터의 저면에 구비되어 상기 설치홈으로 공급되는 유체에 의해 회전하여 상기 위성 서셉터를 회전시키기 위한 블레이드를 포함함으로, 공급되는 유량을 조절하여 웨이퍼의 배치 구간에 따라 회전 속도를 일정하게 또는 상이한 속도로 가변할 수 있으며, 이를 통해 온도와 가스 흐름의 균일성이 확보되어 증착 균일도가 향상되는 증착장치를 얻는 효과가 있다.

Description

증착장치{Apparatus for vapor deposition}
본 발명은 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급되는 유량을 조절하여 웨이퍼의 배치 구간에 따라 회전 속도를 일정하게 또는 상이한 속도로 가변할 수 있으며, 이를 통해 온도와 가스 흐름의 균일성이 확보되어 증착 균일도가 향상되는 증착장치에 관한 것이다.
증착장치는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위하여 사용되고 있다. 챔버 내부에 공정가스를 가스 분사부를 통하여 불어 넣어서 서셉터에 놓인 웨이퍼에 원하는 박막을 증착시키게 된다.
박막의 증착에서 웨이퍼 표면에 증착되는 증착 두께는 박막의 품질에 큰 영향을 미친다. 이를 위해 해당 박막을 형성하기 위한 증착 온도유지 및 증착을 위한 공정가스의 균일한 공급 등을 제어하게 된다. 특히 유기금속 화학기상장치(MOCVD)의 경우 증착두께가 이루어져야 고효율의 발광소자를 얻을 수 있다.
증착이 웨이퍼의 전 면적에 걸쳐 균일하게 이루어지도록 웨이퍼가 얹힌 서셉 터(Susceptor)를 회전시킨다. 이는 웨이퍼의 표면으로 공급되는 공정가스가 웨이퍼의 표면에 균일하게 퍼져 반응이 일어나 증착 두께가 균일하게 되도록 하기 위한 것이다.
그러나 종래의 서셉터는 많은 수의 웨이퍼가 얹힌 상태에서 회전하기 때문에 각각의 웨이퍼에 대한 증착이 균일하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 공급되는 유량을 조절하여 웨이퍼의 배치 구간에 따라 회전 속도를 일정하게 또는 상이한 속도로 가변할 수 있으며, 이를 통해 온도와 가스 흐름의 균일성이 확보되어 증착 균일도가 향상되는 증착장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 증착장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되는 서셉터; 상기 서셉터에 형성되어 유체가 공급되는 적어도 하나 이상의 설치홈에 회전 가능하게 설치되는 지지롤러; 상기 지지롤러에 의해 지지되며, 웨이퍼가 안착되는 위성 서셉터; 상기 위성 서셉터의 저면에 구비되어 상기 설치홈으로 공급되는 유체에 의해 회전하여 상기 위성 서셉터를 회전시키기 위한 블레이드를 포함한다.
상기 챔버에는 상기 웨이퍼 측으로 공정가스를 공급하기 위한 샤워헤드(shower head) 또는 노즐(nozzle) 형태의 가스 분사부를 포함한다.
상기 챔버에는 상기 위성 서셉터의 상기 웨이퍼를 가열하기 위해 적어도 하나 이상으로 구획되어 개별적인 온도 조절이 가능한 히터를 포함하고, 상기 챔버에는 상기 서셉터를 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.
상기 챔버에는 상기 웨이퍼의 온도 또는 증착된 증착 두께를 측정하기 위한 파이로미터(pyrometer)와 같은 형태의 측정부를 포함하고, 상기 지지롤러는 복수개가 설치되며, 상기 블레이드는 상기 지지롤러의 외측 또는 내측에 위치한다.
상기 설치홈으로 공급되는 유체의 출구측에는 상기 위성 서셉터로 공급되는 유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절부를 포함한다.
본 발명에 따른 증착장치에 따르면, 공급되는 유량을 조절하여 웨이퍼의 배치 구간에 따라 회전 속도를 일정하게 또는 상이한 속도로 가변할 수 있으며, 이를 통해 온도와 가스 흐름의 균일성이 확보되어 증착 균일도가 향상되는 증착장치를 얻는 효과가 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 증착장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 증착장치(100)는 웨이퍼(W)(W′)가 내부에 위치하여 증착 공정이 진행되는 챔버(110)를 구비한다. 챔버(110)는 본 실시예에서 설명하는 바와 같이 상하 2개로 분리된 형태 또는 하나의 챔버에 웨이퍼가 유출입되도 록 게이트 밸브가 형성된 형태일 수 있다.
챔버(110)는 상부에 위치하며, 공정가스가 공급되는 가스분사부(150)가 설치되는 상부챔버(112, Lid라고도 함)와, 상부챔버(112)와 결합되어 공정 공간을 형성하는 하부챔버(114, 리액터[Reactor]라고도 함)로 구성된다.
가스 분사부(150)는 서셉터(110)의 상부에 위치하여 서셉터(110) 측으로 공정가스를 분사하기 위한 것으로, 샤워헤드 형태 또는 노즐 형태로 형성된다.
하부챔버(114)에는 서셉터(110)가 구비되는데, 서셉터(110)에는 웨이퍼(W)(W′)가 안착되어 회전하는 위성 서셉터(170, satellite)가 구비된다. 위성 서셉터(170)는 유체에 의해 회전한다.
서셉터(110)는 회전하지 않는 형태 또는 회전하는 형태로 사용할 수 있는데, 회전하는 형태로 사용할 경우 하부챔버(114)에는 서셉터(110)를 회전시키기 위한 구동부(140)가 설치된다.
구동부(140)는 구동모터(142) 및 구동축(144)을 구비하고 있으며, 구동축(144)의 둘레에는 구동축(144)의 회전을 가이드 하고, 회전하는 서셉터(110)를 지지하기 위한 지지축(146)을 포함한다. 구동부(140)는 벨트에 의한 회전 또는 기어의 결합에 의해 회전이 가능한 형태 등으로 설치할 수 있다.
또한, 구동부(140)는 위성 서셉터(170)를 회전시키는 형태와 같이 유체에 의해 회전하는 형태로도 사용할 수 있다. 이 경우 서셉터(110)를 지지하도록 홈이 형성된 별도의 지지 플레이트를 구비하고, 중앙부분으로 유체를 공급하여 지지 플레이트 상에서 서셉터(110)가 부상되어 회전하게 하는 형태가 가능할 수 있다. 서셉 터(110)가 위치하는 지지 플레이트의 홈에는 중앙부분으로 공급된 유체가 서셉터(110)의 측면으로 공급 및 배출되는 유체의 출입구가 형성되고, 서셉터(110)의 저면에는 블레이드(Blade)가 형성될 수 있으며, 서셉터(110)의 회전을 지지하는 지지축이 구비될 수 있다.
서셉터(110)를 지지하는 구동축(144)에는 내부로 유체가 이동한다. 이러한 유체는 구동축(144)의 중심부분에 연결되어 공급되며, 유체가 저장된 탱크(179)와 공급측 유체유로(110c)의 사이에는 유량을 조절하기 위한 MFC(Mass Flow Controller) 등과 같은 유량조절밸브(175)가 설치된다. 이러한 유량조절밸브(175)를 통해 위성 서셉터(170)로 공급되는 유체의 양을 조절하여 웨이퍼(W)(W′)가 배치된 구간에 따라 동일한 회전 또는 상이한 회전속도가 되도록 조절하게 된다. 만약, 서셉터(110)를 회전시킬 경우 서셉터(110)를 회전시키기 위한 유량 조절에도 사용된다.
또한, 하부챔버(114)에는 위성 서셉터(170)에 위치한 웨이퍼(W)(W′)를 가열하기 위한 히터(120a)~(120d)가 설치된다. 히터(120a)(120b)(120c)(120d)는 위성 서셉터(170)에 위치한 웨이퍼(W)(W′)들을 전체적으로 균일하게 또는 부분적으로 상이한 온도로 가열하기 위해 4개의 분리된 형태로 설치되어, 개별적인 온도 조절이 가능하게 된다. 4개의 분리된 형태로 설치된 히터(120a)(120b)(120c)(120d)는 위성 서셉터(170)에서 증착이 진행되는 상태에 따라 위성 서셉터(170)의 회전 속도 또는 공정가스의 공급량과 연동하여 각 구간의 온도조절을 할 수 있으며, 또는 위성 서셉터(170)와 연동되지 않고 개별적으로 각 구간의 온도조절을 할 수 있다.
이러한 히터(120a)(120b)(120c)(120d)는 상술한 바와 같이 4개의 분리된 형태로 제작하거나, 일률적인 제어가 가능하도록 하나의 나선 형태로 제작하여 사용할 수 있다.
그리고 상부챔버(112)에는 서셉터(110) 상에 위치한 웨이퍼(W)(W′)의 온도, 증착 두께 또는 변형 정도를 측정하기 위한 측정부(130)가 설치된다. 측정부(130)는 파이로미터(Pyrometer)와 같은 형태를 사용한다.
챔버(112)(114) 내부에 설치된 가스 분사부(150), 히터(120a)(120b)(120c)(120d), 구동부(140) 및 배기펌프(177) 등은 제어부(미도시)에 연결되어 제어된다.
측정부(130)는 위성 서셉터(170)에 위치한 웨이퍼(W)(W′)의 온도, 증착두께 또는 변형 정도를 측정하여 제어부로 전달하게 되고, 이를 통해 히터(120a)(120b)(120c)(120d)의 온도 및 위성 서셉터(170)의 회전속도를 제어하게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)(W′)에 대한 증착의 상태를 실시간으로 모니터링 하여 증착의 균일도가 유지되게 하는 것이다.
미설명 196은 기밀유지를 위한 O-ring이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 위성 서셉터(170)는 서셉터(110) 상에 하나 또는 다수개가 배치되어 있다. 위성 서셉터(170)를 회전시키는 것은 위성 서셉터(170) 상에 위치하여 증착이 실시되는 웨이퍼(W)(W′)의 증착 균일도를 확보하기 위한 것이다.
위성 서셉터(170)가 위치하도록 서셉터(110)에는 설치홈(110a)이 형성되며, 설치홈(110a)에는 회전 가능한 상태로 지지롤러(182)가 구비된다. 또한, 설치홈(110a)에는 유체가 공급 및 배출되는 유체유로(110c)(110c′)가 형성되어, 유체가 공급(IN)되고 배출(OUT)된다.
설치홈(110a)에는 돌출 형성된 돌출 지지축(116)이 형성된다. 돌출 지지축(116)에는 위성 서셉터(170)를 지지한 상태를 유지하며 서셉터(110) 측 하부로 빠져 나가지 않도록 걸림턱(116a)이 형성되어 있다. 걸림턱(116a)을 기준으로 상부측은 위성 서셉터(170)를 지지하고, 하부측으로는 서셉터(110)를 관통한 상태로 위치하게 된다.
이러한 돌출 지지축(116)은 별도의 승강부(미도시)에 의해 상승될 수 있으며, 증착 공정이 종료 된 후 승강부에 의해 승강될 경우 웨이퍼(W)(W′) 또는 웨이퍼(W)(W′)가 얹힌 위성 서셉터(170)를 외부로 반출하는데 사용된다.
설치홈(110a)에는 웨이퍼(W)(W′)가 안착되는 위성 서셉터(170)가 얹혀 설치홈(110a)으로 공급되는 유체에 의해 회전하게 된다. 지지롤러(182)는 설치홈(110a) 상에 회전하는 위성 서셉터(170)의 저면을 지지하여 설치홈(110a)의 면에 접촉되는 부분을 줄이고, 면 접촉이 되지 않도록 간격을 유지하여 마찰을 줄이기 위한 것이다. 이러한 지지롤러(182)에 의해 위성 서셉터(170)는 설치홈(110a)에서 이격된 상태에서 회전하는 지지롤러(182)에 의해 마찰이 감소되는 형태로 원활한 회전이 가능하게 된다. 그리고 설치홈(110a)으로 공급되는 유체에 의해 위성 서셉터(170)가 회전하도록 위성 서셉터(170)의 저면에는 복수개의 블레이드(184)가 구비된다. 이 에 따라 위성 서셉터(170)는 서셉터(110) 상에서 독립적으로 회전하게 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 서셉터(110)에는 설치홈(110a)에 설치된 블레이드(184)를 유체로 회전시키기 위한 가스 등이 공급되는 유체유로(110c)를 통해 공급(IN)되며, 블레이드(184)를 회전시키고 난 가스 등은 반대 방향측에 형성된 출구측 유체유로(110c′)를 통해 배출(OUT)된다.
유체유로(110c)를 통해 공급된 가스 등이 블레이드(184)에 가해지면, 블레이드(184)가 구비된 위성 서셉터(170)는 회전하게 된다.
위성 서셉터(170)의 회전은 유체유로(110c)를 통해 공급되는 유량에 의해 조절할 수 있다. 이 경우 공급되는 유량을 게이지(미도시) 등을 통해 측정하여 조절하게 된다.
이러한 위성 서셉터(170)는 파이로미터(130)와 같은 측정부(130)를 통해 웨이퍼(W)(W′)의 온도, 증착된 증착 두께 또는 휨과 같은 병형 등을 실시간으로 비교 및 모니터링 하면서 회전 속도를 제어하게 된다.
도 5a 내지 도 6b는 위성 서셉터(170)의 저면에 형성된 블레이드(184)와 설치홈(110a)에 구비된 지지롤러(182)의 배치를 나타낸 평면도이다.
위성 서셉터(170)의 저면에 형성된 블레이드(184)는 도5a에 도시된 바와 같이 위성 서셉터(170) 저면의 중심부분을 기준으로 볼 경우 둘레를 제외한 내측부분에 형성될 수 있다. 이러한 형태로 블레이드(184)가 형성될 경우 도 5b에 도시된 바와 같이, 설치홈(110a)의 지지롤러(182)는 설치홈(110a)의 외측 둘레에 형성되어 위성 서셉터(170)의 저면 둘레를 지지하며 위성 서셉터(170)의 회전을 가이드하게 된다.
그리고 위성 서셉터(170)의 저면에 형성된 블레이드(184)는 도 6a에 도시된 바와 같이 위성 서셉터(170) 저면의 둘레에 형성될 수 있다. 이러한 형태로 블레이드(184)가 형성될 경우 도 6b에 도시된 바와 같이, 설치홈(110a)의 지지롤러(182)는 설치홈(110a)의 내측에 형성되어 위성 서셉터(170)의 내측부분을 지지하며 위성 서셉터(170)의 회전을 가이드하게 된다.
한편, 도 7 및 도 8은 챔버(110)에 구비되어 공정가스를 공급하기 위한 가스 분사부(150)를 나타낸 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(150)는 샤워헤드(152) 형태를 사용할 수 있다. 샤워헤드(152) 형태로 사용할 경우 적층 형태(A)(B)(C)로 기밀이 유지되도록 형성한 후 일정공간(A)(B)으로는 증착을 위한 공정가스를 공급하고, 다른 공간(C)으로는 냉각물질을 공급하여 냉각하게 된다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(150)는 노즐(154) 형태를 사용할 수 있다. 이 경우 중앙 부분에서 공정가스가 공급되어 웨이퍼(W)(W′)의 표면으로 공급되어 증착이 이루어진다. 증착이 완료된 공정가스는 서셉터(110)의 측면에 설치된 배출부(156)를 통해 배출 된다.
이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증착장치에 구비된 서셉터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착장치에 구비된 위성 서셉터의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증착장치에 구비된 서셉터의 부분 단면도이다.
도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 증착장치에 구비된 위성 서셉터의 저면 및 설치홈을 나타낸 평면도이다.
도 7 및 도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 증착장치에 구비된 가스 분사부의 단면도이다.

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되는 서셉터;
    상기 서셉터에 형성되어 유체가 공급되는 적어도 하나 이상의 설치홈에 회전 가능하게 설치되는 지지롤러;
    상기 지지롤러에 의해 지지되며, 웨이퍼가 안착되는 위성 서셉터;
    상기 위성 서셉터의 저면에 구비되어 상기 설치홈으로 공급되는 유체에 의해 회전하여 상기 위성 서셉터를 회전시키기 위한 블레이드(blade)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에는 상기 웨이퍼 측으로 공정가스를 공급하기 위한 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분사부는 샤워헤드(shower head) 형태인 것을 특징으로 하는 증착장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분사부는 노즐(nozzle) 형태인 것을 특징으로 하는 증착장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에는 상기 위성 서셉터의 상기 웨이퍼를 가열하기 위해 적어도 하나 이상으로 구획되어 개별적인 온도 조절이 가능한 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에는 상기 서셉터를 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버에는 상기 웨이퍼의 온도 또는 증착된 증착 두께를 측정하기 위한 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측정부는 파이로미터(pyrometer)인 것을 특징으로 하는 증착장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 지지롤러는 복수개가 설치되며, 상기 블레이드는 상기 지지롤러의 외측 또는 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 설치홈으로 공급되는 유체의 출구측에는 상기 위성 서셉터로 공급되는 유체의 유량을 조절하기 위한 유량조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
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