KR20110091350A

KR20110091350A - 화학기상증착장치

Info

Publication number: KR20110091350A
Application number: KR1020100011141A
Authority: KR
Inventors: 이재무
Original assignee: 엘아이지에이디피 주식회사
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-11

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로, 상기 챔버 내부에 설치되며 기판이 안착되는 서셉터, 상기 서셉터 상부에 위치하여 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부, 상기 서셉터의 상부에 위치하여, 일단에 투명창이 형성되고 타단은 상기 서셉터 방향으로 개구되는 센싱관, 상기 투명창을 통하여 상기 서셉터 온도를 측정하도록 상기 센싱관의 일측에 설치되는 온도감지부재, 그리고 상기 센싱관 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하는 화학기상증착장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 센싱관으로 공급되는 퍼지가스에 의해 공정가스가 센싱관으로 역류하는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있고, 만약 역류가 발생하여 이물질이 증착되더라도 광고온계를 보호하여 내구성을 개선시키는 효과가 있다.

Description

화학기상증착장치{A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서셉터 및 기판의 온도를 측정하는 광고온계가 설치되는 센싱관을 구비하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.

화학기상증착장치는 기판인 웨이퍼 상에 원하는 박막을 증착시키는 장치이다. 이 화학기상증착장치 중에서 금속 유기물 화학기상증착장치는 3족과 5족 화합물을 챔버 내부로 공급하여 질화갈륨 박막을 기판 상에 증착하는 장치이다.

이 금속 유기물 화학기상증착장치는 질화갈륨 박막을 증착하기 위하여 600 ~ 1300℃ 까지의 고온 환경에서 공정을 수행한다. 이러한 고온 환경 때문에 접촉식 온도계를 기판이나 서셉터에 설치하여 사용하는 것이 어렵다.

따라서 금속 유기물 화학가승장착장치에서는 기판이나 서셉터의 온도를 측정하기 위하여 적외선 온도계(infrared thermometer) 또는 광고온계(optical pyrometer)와 같은 비접촉식 온도계를 사용한다.

광고온계는 측정물의 휘도를 기준 휘도와 비교하여 온도를 측정하는데, 광고온계를 공정 공간 내부에 위치시킬 수 없기 때문에 금속 유기물 화학기상 증착장치에서는 이 광고온계를 샤워헤드 또는 노즐 플레이트의 상부에 위치시키고, 샤워헤드 또는 노즐 플레이트에는 상하로 관통한 센싱관이 구비된다. 그리고 센싱관의 상단에는 광고온계가 설치된다.

한편, 공정 진행 중에 공정 가스의 일부가 이 센싱관 내부로 역류하는 경우가 발생한다. 그리고 역류한 공정가스는 이물질로 작용하여 센싱관의 내부 또는 광고온계의 전단창에 증착될 수 있다. 특히, 광고온계의 전단에 이러한 이물질이 부착되는 경우, 광학적 방식으로 측정하는 측정값에 영향을 미치는 문제점이 발생할 수 있었다. 그리고 이를 제거하기 위하여 광고온계를 직접 세정시키는 경우, 세정 과정에서 흠집 등이 발생하여 광경로 상에 손상을 가져올 우려가 있었다.

본 발명의 목적은 광고온계의 센싱을 위해, 공정가스 공급부에 형성되는 센싱관을 통하여 공정가스가 서셉터 측으로 분사되도록 하는 화학기상증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되며 기판이 안착되는 서셉터, 상기 서셉터 상부에 위치하여 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부, 상기 서셉터의 상부에 위치하여, 일단에 투명창이 형성되고 타단은 상기 서셉터 방향으로 개구되는 센싱관, 상기 투명창을 통하여 상기 서셉터 온도를 측정하도록 상기 센싱관의 일측에 설치되는 온도감지부재, 그리고 상기 센싱관 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하는 화학기상증착장치를 제공할 수 있다.

이때, 상기 투명창은 석영 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 온도감지부재는 상기 센싱관의 일측에 착탈 가능하도록 설치되고, 클리닝 작업을 진행할 수 있도록 상기 투명창 또한 상기 센싱관의 일단에 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 퍼지가스 공급부는 상기 센싱관으로 공급되는 상기 퍼지가스의 압력을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 퍼지가스는 질소 가스 또는 수소 가스를 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 화학기상증착장치를 이용하는 경우, 센싱관으로 공급되는 퍼지가스에 의해 공정가스가 센싱관으로 역류하는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있고, 만약 역류가 발생하여 이물질이 증착되더라도 광고온계를 보호하여 내구성을 개선시키는 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 센싱관을 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 금속 유기물 화학기상증착장치는 외관을 형성하는 챔버(100)를 구비한다. 챔버(100) 내부의 상측에는 3족과 5족 가스를 챔버 내부로 분사하는 공정가스 공급부(110)가 구비된다.

본 실시예에서 공정가스 공급부(110)는 샤워헤드로 실시하였지만, 다른 실시예로 노즐 플레이트 형태로 실시할 수 있다.

공정가스 공급부(110)의 하부에는 서셉터(120)가 구비된다. 서셉터에는 다수개의 기판(S)이 안착된다. 기판(S)은 에피텍셜 공정이 수행되는 웨이퍼일 수 있다. 서셉터(120)의 하부에는 회전축(160)이 구비되고, 챔버(100) 외부로 연장되는 회전축(160)의 하단에는 모터(170)가 장착될 수 있다. 따라서, 서셉터(120)는 공정 수행 중에 회전할 수 있다.

챔버(100) 내부의 서셉터(120) 하부에는 서셉터(120)를 가열하는 히터(130)가 설치될 수 있다. 히터(130)는 복수개로 구비된다. 히터(130)는 서셉터(120)에 안착된 기판(S)을 최대 600℃ ~ 1,300℃ 로 가열할 수 있다. 히터(130)는 텅스텐 히터 또는 RF 히터 등으로 실시될 수 있다.

서셉터(120)와 히터(130)의 측부에는 챔버(100)의 바닥까지 연장된 격벽이 구비된다. 그리고 격벽과 챔버(100)의 내벽 사이에는 'J' 형태의 라이너(140)(Liner)가 설치될 수 있다. 이 라이너(140)는 챔버(100)와 격벽에 파티클이 증착되는 것을 차단하여 파티클로부터 챔버(100)와 격벽을 보호하는 기능을 한다. 이 라이너(140)는 쿼츠(quartz)로 실시될 수 있다. 본 실시예에서 라이너(140)의 사용은 사용자가 선택할 수 있다.

챔버(100)의 하부 측부에는 배기구(180)가 형성된다. 배기구(180)는 라이너(140)에 형성되는 홀과 연통한다. 배기구(180)에는 외부로 연장된 배기관(190)이 연결된다. 그리고 배기관(190)에는 배기가스의 정화를 위한 가스 스크러버(미도시)와 펌프(미도시) 등이 설치된다.

한편, 공정가스 공급부(110)의 상부 외측에는 온도감지부재인 광고온계(200)가 설치될 수 있다. 광고온계(200)의 설치 위치는 도면에 도시된 바와 같이, 공정가스 공급부(110)의 상측에 위치할 수 있고, 또는 도시되지 않았지만 챔버(100)의 상부 커버 측에 설치될 수 있다. 그리고 광고온계는 공정가스 공급부(110)에 상하 관통 형성된 센싱관(111)의 상측에 설치될 수 있다.

광고온계(200)는 기판(S)이나 서셉터(120)의 휘도를 기준휘도와 비교하여 기판(S)이나 서셉터(120)의 온도를 측정하므로, 기판(S)이나 서셉터(120) 표면의 휘도를 감지하기 위한 대물렌즈(미도시)를 선단에 구비할 수 있다. 여기서, 온도감지부재의 다른 실시예로서 적외선 온도계(infrared thermometer)가 사용될 수 있으나, 이 경우에도 기판이나 서셉터의 복사열을 감지하여야 하기 때문에 대물렌즈를 구비하게 된다.

다만, 챔버(100) 내부와 연통하는 센싱관(111)에 광고온계(200)를 설치하는 경우, 공정 가스 사이의 반응 물질 등이 상기 센싱관(111)으로 유입하여 센싱관(111)의 벽면 또는 대물렌즈에 증착할 우려가 있었다. 특히, 광고온계(200)의 전단에 형성되는 대물렌즈에 이물질이 형성되는 경우, 측정되는 온도값에 오차가 발생할 우려가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기 센싱관(111)의 상단에 광고온계(200)를 설치함에 있어, 이물질의 유입을 최소화함과 동시에, 광고온계를 보호할 수 있도록 센싱관(111)을 설계하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 센싱관을 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센싱관(111)은 공정가스 공급부(110)인 샤워헤드를 관통하는 형태의 중공형 구조로 구성될 수 있다.

그리고, 센싱관(111)의 하단을 구성하는 하부 출구(112)는 서셉터(120) 방향으로 개구되도록 형성되며, 공정가스 공급부(110)에 의해 챔버(100) 내부로 분사되는 위치와 인접하여 설치될 수 있다. 서셉터(120) 하부 출구의 직경은 센싱관(111) 내부 몸체의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

센싱관(111)의 상단은 온도감지부재로서 전술한 광고온계(200)가 설치된다. 이 광고온계(200)는 센싱관(111)을 관통하여 센싱관(111) 하측의 서셉터(120) 또는 기판(S)의 온도 등을 측정할 수 있다.

이때, 센싱관(111)의 하단 출구(112)로부터 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 센싱관(111)의 상부 일측에는 센싱관(111) 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부(210)를 구비할 수 있다. 이때, 퍼지가스 공급부(210)에 의해서 공급되는 퍼지가스는 질소 또는 수소 등의 불활성 기체를 이용할 수 있다. 따라서, 센싱관(111) 내부로부터 센싱관(111) 하단 출구(112)로 지속적으로 퍼지가스가 공급되는 바, 챔버(100) 내부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 퍼지 가스가 불활성 기체로 이루어지는 바, 일반적으로 챔버(100) 내부에의 공정 조건에 영향을 미치지 않으나, 지나치게 많은 양이 공급되는 경우 최소화할 수 있으나, 이 경우에도 지나치게 많은 양의 퍼지 가스는 공정 조건을 변화시킬 수 있다. 또한, 지나치게 적은 양의 공정 가스는 이물질의 유입을 충분히 방지할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 퍼지가스 공급부(210)는 센싱관(111) 내부로 공급되는 퍼지가스의 양을 제어할 수 있도록 구성되어, 공정 내용에 따라 적당한 압력으로 퍼지가스를 공급하는 것이 바람직하다.

한편, 퍼지가스 공급부(210)에 의해 이물질의 유입을 방지하더라도, 퍼지가스가 공급되지 않는 시점 또는 공정 환경이 변하는 시점에서 소정의 이물질이 유입되어 센싱관(111)의 내벽 또는 광고온계(200)의 전단에 위치하는 대물렌즈에 부착될 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 센싱관(111) 상단에 설치되는 광고온계(200)가 착탈 가능하게 설치되도록 구성할 수 있다.

다만, 대물렌즈에 직접 이물질이 부착되는 경우 이를 클리닝하는 과정에서 대물렌즈부가 손상될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 센싱관(111)의 상단에 투명창(113)을 구비하여 이물질이 광고온계(200)에 직접 부착되는 것을 방지하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광고온계(200)는 투명창(113)을 통하여 센싱관(111) 하측의 서셉터(120) 또는 기판(S)의 온도를 측정하는 것이 가능하다.

투명창(113)은 강도 및 내화학성이 우수한 석영 등의 재질을 이용하여 구성될 수 있다. 그리고, 투명창(113)은 센싱관(111) 상단에 착탈가능하게 설치될 수 있다. 이 경우, 투명창(113) 내측으로 부착되는 이물질은 주기적으로 클리닝하는 것이 가능하다.

이 경우, 이물질의 유입을 방지하여 광고온계(200)의 온도 측정 환경을 개선시킬 수 있고, 이물질이 유입되더라도 광고온계(200)를 보호하는 것이 가능하며, 주기적인 클리닝이 가능한 화학기상증착장치를 제공하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

챔버;
상기 챔버 내부에 설치되며 기판이 안착되는 서셉터;
상기 서셉터 상부에 위치하여 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부;
상기 서셉터의 상부에 위치하여, 일단에 투명창이 형성되고 타단은 상기 서셉터 방향으로 개구된 센싱관;
상기 투명창을 통하여 상기 서셉터 온도를 측정하도록 상기 센싱관의 일측에 설치되는 온도감지부재; 그리고,
상기 센싱관 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 투명창은 석영 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 온도감지부재는 상기 센싱관의 일측에 착탈 가능하도록 설치되고, 상기 투명창 또한 클리닝 작업을 진행할 수 있도록 상기 센싱관의 일단에 착탈 가능하능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 퍼지가스 공급부는 상기 센싱관으로 공급되는 상기 퍼지가스의 압력을 조절할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 퍼지가스는 질소 가스 또는 수소 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.