KR20120008795A

KR20120008795A - 화학기상증착장치

Info

Publication number: KR20120008795A
Application number: KR1020100069921A
Authority: KR
Inventors: 김준우; 이원신; 김추호; 허인회
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-01

Abstract

개시된 본 발명의 일실시예에 따른 화학기상증착장치는, 웨이퍼의 증착환경을 제공하는 챔버유닛, 챔버유닛 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터유닛 및 웨이퍼로 반응가스를 공급시킴과 아울러, 서셉터유닛에 지지되는 웨이퍼와 대면하는 챔버유닛의 내면에 대해 비활성가스를 수직하게 공급하는 가스공급유닛을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 챔버유닛 내면에 파티클의 증착 형성을 억제시킬 수 있어 증착 품질이 향상된 웨이퍼를 제공할 수 있게 된다.

Description

화학기상증착장치{APPARATUS FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}

반응가스로 인한 챔버유닛 내면의 오염을 방지함으로써 웨이퍼 증착품질을 향상시킬 수 있는 화학기상증착장치가 개시된다. 더욱 자세하게는, 비활성가스를 공급하여 챔버유닛의 내면으로부터 반응가스를 분리시킴으로써, 파티클의 형성을 억제시키는 화학기상증착장치가 개시된다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 웨이퍼에 소정 두께의 박막을 증착시키는 방법에는 스퍼터링(Sputtering)이나 증발과 같은 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 및, 화학반응을 이용하는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등이 있다. 이러한 증착법들 중, 상대적으로 집적도가 우수한 화학기상증착법이 근래에 보다 사용되고 있는 추세이다. 이러한 화학기상증착법은 반응가스를 반응챔버 내에 주입한 후 열, 빛 또는 플라즈마 등의 에너지를 이용하여 반응가스 간의 반응을 유도함으로써, 반응가스를 웨이퍼에 증착시킨다.

한편, 상기와 같이 화학기상증착법에 의해 증착층이 형성된 웨이퍼는 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)의 기판으로도 제공된다. 이러한 발광 다이오드는 고 효율 특성을 구비함에 따라, 다양한 산업분야에서 광범위하게 적용되고 있다. 이에 따라, 상기 발광 다이오드의 기판이 되는 웨이퍼의 수요 증가로 인해, 웨이퍼의 품질 또는 성능의 저하 없이도 대량 생산할 수 있는 화학기상증착장치가 요구되고 있다. 아울러, 상기 화학기상증착법으로 웨이퍼가 증착되는 반응챔버의 크기를 증가시켜 대구경의 웨이퍼를 성장시킬 수 있는 화학기상증착장치도 요구되는 추세이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 챔버유닛 내부의 오염을 억제시킴으로써 웨이퍼의 증착 품질을 향상시킬 수 있는 화학기상증착장치가 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 대량 또는 대구경의 웨이퍼를 고품질로 증착시킬 수 있는 화학기상증착장치가 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따른 화학기상증착장치는, 웨이퍼의 증착환경을 제공하는 챔버유닛, 상기 챔버유닛 내부에서 상기 웨이퍼를 지지하는 서셉터유닛 및 상기 웨이퍼로 반응가스를 공급시킴과 아울러, 상기 서셉터유닛에 지지되는 웨이퍼와 대면하는 상기 챔버유닛의 내면을 향하도록 비활성가스를 공급하는 가스공급유닛을 포함한다.

일측에 의하면, 상기 가스공급유닛은 상기 반응가스와 비활성가스를 각각 서로 다른 방향을 향해 공급하여 유동시키되, 상기 비활성가스로 상기 웨이퍼로 공급된 상기 반응가스를 커버하여 상기 챔버유닛의 내면으로부터 상기 반응가스를 분리시킨다.

일측에 의하면, 상기 가스공급유닛은 상기 웨이퍼의 하부에서 상부를 향해 연장되되 상기 서셉터유닛의 회전축 상에 마련됨으로써, 상기 웨이퍼를 향해 상기 반응가스와 비활성가스를 공급한다.

일측에 의하면, 상기 가스공급유닛은, 상기 반응가스와 비활성가스를 공급하는 가스 공급원, 상기 서셉터유닛의 회전축을 관통하도록 마련되어 상기 반응가스와 비활성가스를 상기 웨이퍼로 안내하는 안내관, 상기 안내관의 측면에 관통 형성되어 상기 반응가스를 상기 웨이퍼의 노출면에 대해 수평하게 공급시키는 적어도 하나의 제1배출구 및, 상기 안내관의 상면에 관통 형성되어 상기 웨이퍼와 마주하는 상기 챔버유닛의 내면을 향해 상기 비활성가스를 공급시키는 적어도 하나의 제2배출구를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 제1 및 제2배출구는 상기 안내관에 상호 등간격으로 복수개 마련됨과 아울러, 슬릿, 원형 또는 타원형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가진다.

일측에 의하면, 상기 가스공급유닛은, 적어도 2개 이상의 성분이 혼합된 반응가스를 공급하거나, 서로 다른 성분을 각각 구비하는 적어도 하나 이상의 반응가스를 각각 독립적으로 공급한다.

본 발명의 일실시예에 의한 화학기상증착장치는, 복수의 웨이퍼에 대한 증착환경을 제공하는 챔버유닛, 상기 챔버유닛 내부에서 상기 복수의 웨이퍼를 동시에 지지하는 서셉터유닛 및, 상기 웨이퍼에 대해 하부에서 상부로 반응가스와 비활성가스를 공급시키는 가스공급유닛을 포함하며, 상기 가스공급유닛은 상기 비활성가스를 상기 서셉터유닛에 지지되는 웨이퍼와 대면하는 내면을 향하도록 공급하여 분산시킨다.

첫째, 웨이퍼에 대해 수평하게 반응가스를 공급함과 아울러, 비활성가스를 웨이퍼와 마주하는 챔버유닛의 내면으로 공급함으로써, 증착을 위해 공급된 반응가스를 비활성가스로 챔버유닛의 내면으로부터 분리시킬 수 있게 된다. 그로 인해 챔버유닛의 내면에 반응가스와의 간섭에 의해 파티클이 증착됨을 방지할 수 있게 된다.

둘째, 챔버유닛의 내면에 파티클이 증착되어 오염됨을 방지할 수 있음으로 인해, 오염물인 파티클로 인한 웨이퍼의 간섭 또한 방지할 수 있게 된다. 이로 인해, 표면수율이 우수한 고품질의 웨이퍼 증착이 가능해진다.

셋째, 비활성가스가 웨이퍼와 마주하는 챔버유닛의 내면 즉, 천장에 대해 수직하게 직접 공급되어 분산됨에 따라, 유동 흐름방향으로 파티클의 증착 생성을 억제할 수 있게 된다.

넷째, 반응가스와 비활성가스가 서셉터의 회전축 상에 마련됨에 따라, 가스 유입구조의 제작이 용이함과 아울러, 동시에 복수매의 웨이퍼 또는 대구경의 웨이퍼를 증착시킬 수 있어 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 화학기상증착장치로부터 반응가스와 비활성가스가 공급되어 분산되는 상태를 개략적으로 도시한 평면도, 그리고,
도 3은 도 1에 도시된 안내관에 제1 및 제2배출구가 마련된 예를 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화학기상증착장치(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1의 도시와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 화학기상증착장치(1)는 챔버유닛(10), 서셉터유닛(20) 및 가스공급유닛(30)을 포함한다.

상기 챔버유닛(10)은 웨이퍼(W)에 대해 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 환경을 제공하는 일종의 반응챔버이다. 이러한 챔버유닛(10)은 복수의 웨이퍼(W)가 동시에 삽입될 수 있는 직경을 가지는 대략 원통 형상을 가짐이 좋다. 이러한 챔버유닛(10)은 내부로 삽입된 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열부재(11)와, 상기 가열되는 웨이퍼(W)를 일정 온도 이하로 냉각시키기 위한 냉각라인(12)을 구비한다. 상기 가열부재(11)는 유도코일과 같은 다양한 가열수단 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 냉각라인(12) 또한, 냉각수를 이용하여 구성될 수 있다. 그러나, 상기 가열부재(11) 및 냉각라인(12)의 구성은 도시된 예로 한정되지 않으며, 다양하게 가변 가능함은 당연하다.

참고로, 상기 챔버유닛(10)은 석영, 스테인레스 스틸(stainless steel, SUS) 또는, 흑연(Graphite) 재질 중 어느 하나로 형성됨이 좋다.

상기 서셉터유닛(20)은 상기 챔버유닛(10)의 내부에서 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 서셉터유닛(20)은 도 2의 도시와 같이, 복수의 웨이퍼(W)가 동시에 안착되도록 대략 원형의 플레이트 형상을 가진다. 아울러, 상기 서셉터유닛(20)은 자세히 도시되지 않았으나, 회전력을 제공하는 구동원과 연결되어 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 회전된다. 이러한 서셉터유닛(20)의 회전구동은 공지된 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 서셉터유닛(20)에 안착되는 웨이퍼(W)의 개수 및 크기는 도시된 예로 한정되지 않음은 당연하다.

상기 가스공급유닛(30)은 상기 챔버유닛(10)의 내부로 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)를 서로 다른 방향으로 공급한다. 여기서, 상기 반응가스(G1)는 상기 서셉터유닛(20)에 안착된 웨이퍼(W)의 노출면에 화학기상증착법에 의해 증착면을 형성시키기 위한 가스로써, 질소(N₂), 수소(H₂), 암모니아(NH₃) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나를 함유한 가스이다. 보다 구체적으로, 상기 가스공급유닛(30)은 적어도 2개 이상의 성분이 혼합된 가스로 구성된 반응가스(G1)를 공급하거나, 각각 서로 다른 성분을 구비하는 적어도 하나 이상의 반응가스(G1)를 각각 독립적으로 공급한다. 이때, 상기 가스공급유닛(30)이 서로 다른 성분을 구비하는 적어도 하나 이상의 반응가스(G1)를 공급할 경우, 서로 다른 성분으로 구성된 적어도 하나 이상의 반응가스(G1)는 챔버유닛(10) 내부에서 혼합되어 웨이퍼(W)의 증착에 사용된다. 상기 비활성가스(G2)는 챔버유닛(10)의 내면으로 분사되어 내면에 파티클이 증착됨을 방지하기 위한 것으로써, 질소(N₂)와 수소(H₂) 중 적어도 어느 하나를 함유한 가스이다.

상기 가스공급유닛(30)은 가스 공급원(31), 안내관(32), 제1배출구(35) 및 제2배출구(36)를 포함한다.

상기 가스 공급원(31)은 상기 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)를 공급한다. 이를 위해, 상기 가스 공급원(31)은 자세히 도시되지 않았으나, 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)를 각각 보관하는 탱크와, 탱크에 보관된 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)를 펌핑하는 펌프 등을 구비할 수 있다.

상기 안내관(32)은 상기 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)를 상기 웨이퍼(W)의 노출면을 향해 안내한다. 여기서, 상기 안내관(32)은 내부에 반응가스(G1)와 비활성가스(G2) 각각의 유로인 반응가스유로(33) 및 비활성가스유로(34)가 형성된 채, 상기 서셉터유닛(20)을 관통하여 형성된다. 보다 바람직하게는, 상기 안내관(32)은 회전되는 서셉터유닛(20)의 회전축과 일체로 마련됨으로써, 서셉터유닛(20)의 회전중심을 제공함이 좋다. 이에 따라, 상기 안내관(32)은 도 1의 도시 기준으로, 상기 서셉터유닛(20)의 하부에서 가스 공급원(31)과 연결된 상태로 서셉터유닛(20)의 중심을 관통하도록 마련된다. 이때, 상기 안내관(32)은 상기 서셉터유닛(20)을 관통한 상단면의 일부가 상기 서셉터유닛(20)에 대해 돌출되어, 상기 웨이퍼(W)의 노출된 상면으로 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)의 공급을 안내한다.

상기 제1배출구(35)는 상기 안내관(32)의 측면에 관통 형성되어, 상기 반응가스(G1)를 웨이퍼(W)의 노출면에 대해 수평하게 공급시킨다. 이렇게 제1배출구(35)가 상기 반응가스(G1)를 웨이퍼(W) 측으로 바로 배출시켜, 상기 웨이퍼(W)의 노출면에 대해 수평방향으로 유동시킴에 따라, 반응가스(G1)가 웨이퍼(W)와 마주하는 챔버유닛(10)의 상부 내면인 천장(13)으로 직접 배출되지 않는다.

또한, 상기 제1배출구(35)는 도 1의 도시와 같이, 상기 안내관(32) 내의 반응가스유로(33)를 통해 가스 공급원(31)과 연결된다. 이러한 제1배출구(35)는 도 3의 도시와 같이, 상기 제1배출구(35)가 상기 안내관(32)의 상단 측면에 상호 등간격으로 복수개 관통 형성됨으로써, 상기 반응가스(G1)의 배출을 유도하는 것으로 예시한다.

상기 제2배출구(36)는 상기 안내관(32)의 상면 즉, 상기 웨이퍼(W)와 마주하는 챔버유닛(10)의 천장(13)을 향해 비활성가스(G2)를 공급하여 챔버유닛(10)의 천장(13)을 따라 유동시킨다. 이때, 상기 제2배출구(36)는 안내관(32) 내부에 마련된 비활성가스유로(34)와 연결됨으로써, 가스 공급원(31)과 연결된다. 또한, 상기 제2배출구(36)는 도 3의 도시와 같이, 상기 안내관(32)의 상단면에 상호 등간격으로 복수개 관통 형성된다. 이러한 제2배출구(36)의 구성에 의해, 상기 제2배출구(36)를 통해 배출된 비활성가스(G2)는 웨이퍼(W)로 공급된 반응가스(G1)를 커버하여 챔버유닛(10)의 내면 즉, 천장(13)으로부터 반응가스(G1)를 분리시킨다.

참고로, 상기 제1 및 제2배출구(35)(36)의 개수 및 형상 등은 도시된 도 3의 예로 한정되지 않는다. 즉, 상기 제1 및 제2배출구(35)(36)가 도시된 원형 형상뿐만 아니라, 슬릿 또는 타원형상으로 형성될 수 있으며, 이격된 간격 및 개수 등은 다양하게 가변 가능하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 화학기상증착장치(1)의 증착동작을 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.

우선, 도 1의 도시와 같이, 상기 챔버유닛(10) 내부의 서셉터유닛(20)에 복수의 웨이퍼(W)가 안착되면, 서셉터유닛(20)이 회전된다. 이때, 상기 가열부재(11)의 열 에너지와, 제1배출구(35)를 통해 웨이퍼(W)에 대해 수평하게 공급되어 도 2의 도시와 같이, 서셉터유닛(20)의 원주방향으로 유동되는 반응가스(G1)와의 화학적 반응에 의해, 상기 웨이퍼(W)의 노출면에 증착층이 형성된다. 참고로, 도 1의 도시와 같이, 상기 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)가 서셉터유닛(20)의 회전축을 관통하여 하부에서 상부로 공급되어 도 2의 도시와 같이 서셉터유닛(20)의 원주방향으로 분산됨에 따라, 동시에 복수매의 웨이퍼(W)를 증착시키거나, 대구경의 웨이퍼(W) 생산이 가능해진다.

또한, 상기 안내관(32)을 통해 가스 공급원(31)으로부터 공급된 비활성가스(G2)가 제2배출구(36)를 통해 배출되어 도 2와 같이 챔버유닛(10)의 천장(13)을 따라 유동됨에 따라, 반응가스(G1)를 커버한다. 이러한 비활성가스(G2)의 유동에 의해, 반응가스(G1)가 챔버유닛(10)의 천장(13)으로부터 분리될 수 있게 되어, 반응가스(G1)로 인해 챔버유닛(10)의 천장(13)에 파티클이 증착됨을 억제할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 및 제2배출구(35)(36)를 통해 배출된 반응가스(G1)와 비활성가스(G2)는 웨이퍼(W)를 따라 원주방향으로 이동된 후, 도 1의 도시와 같이, 서셉터유닛(20)의 측면을 따라 챔버유닛(10)의 하부로 배출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 화학기상증착장치 10: 챔버유닛
20: 서셉터유닛 30: 가스공급유닛
32: 안내관 35: 제1배출구
36: 제2배출구 W: 웨이퍼
G1: 반응가스 G2: 비활성가스

Claims

웨이퍼의 증착환경을 제공하는 챔버유닛;
상기 챔버유닛 내부에서 상기 웨이퍼를 지지하는 서셉터유닛; 및
상기 웨이퍼로 반응가스를 공급시킴과 아울러, 상기 서셉터유닛에 지지되는 웨이퍼와 대면하는 상기 챔버유닛의 내면을 향하도록 비활성가스를 공급하는 가스공급유닛;
을 포함하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스공급유닛은 상기 반응가스와 비활성가스를 각각 서로 다른 방향을 향해 공급하여 유동시키되, 상기 비활성가스로 상기 웨이퍼로 공급된 상기 반응가스를 커버하여 상기 챔버유닛의 내면으로부터 상기 반응가스를 분리시키는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스공급유닛은 상기 웨이퍼의 하부에서 상부를 향해 연장되되 상기 서셉터유닛의 회전축 상에 마련됨으로써, 상기 웨이퍼를 향해 상기 반응가스와 비활성가스를 공급하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스공급유닛은,
상기 반응가스와 비활성가스를 공급하는 가스 공급원;
상기 서셉터유닛의 회전축을 관통하도록 마련되어, 상기 반응가스와 비활성가스를 상기 웨이퍼로 안내하는 안내관;
상기 안내관의 측면에 관통 형성되어, 상기 반응가스를 상기 웨이퍼의 노출면에 대해 수평하게 공급시키는 적어도 하나의 제1배출구; 및
상기 안내관의 상면에 관통 형성되어, 상기 웨이퍼와 마주하는 상기 챔버유닛의 내면을 향해 상기 비활성가스를 공급시키는 적어도 하나의 제2배출구;
를 포함하는 화학기상증착장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 및 제2배출구는 상기 안내관에 상호 등간격으로 복수개 마련됨과 아울러, 슬릿, 원형 또는 타원형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지는 화학기상증착장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스공급유닛은,
적어도 2개 이상의 성분이 혼합된 반응가스를 공급하거나,
서로 다른 성분을 각각 구비하는 적어도 하나 이상의 반응가스를 각각 독립적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
복수의 웨이퍼에 대한 증착환경을 제공하는 챔버유닛;
상기 챔버유닛 내부에서 상기 복수의 웨이퍼를 동시에 지지하는 서셉터유닛; 및
상기 웨이퍼에 대해 하부에서 상부로 반응가스와 비활성가스를 공급시키는 가스공급유닛;
을 포함하며,
상기 가스공급유닛은 상기 비활성가스를 상기 서셉터유닛에 지지되는 상기 복수의 웨이퍼와 대면하는 상기 챔버유닛의 내면을 향하도록 공급하는 화학기상증착장치.
제7항에 있어서,
상기 가스공급유닛은,
상기 반응가스와 비활성가스를 공급하는 가스 공급원;
상기 서셉터유닛의 회전축을 관통하도록 마련되어, 상기 반응가스와 비활성가스를 상기 웨이퍼로 안내하는 안내관;
상기 안내관의 측면에 관통 형성되어, 상기 반응가스를 상기 웨이퍼의 노출면에 대해 수평하게 공급시키는 적어도 하나의 제1배출구; 및
상기 안내관의 상면에 관통 형성되어, 상기 웨이퍼와 마주하는 상기 챔버유닛의 내면을 향해 상기 비활성가스를 공급시키되, 상기 반응가스를 커버하도록 유동시키는 적어도 하나의 제2배출구;
를 포함하는 화학기상증착장치.
제7항 또는 제8항 중 어느 하나에 있어서,
상기 가스공급유닛은,
적어도 2개 이상의 성분이 혼합된 반응가스를 공급하거나,
서로 다른 성분을 각각 구비하는 적어도 하나 이상의 반응가스를 각각 독립적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.