KR20160082300A

KR20160082300A - 서셉터유닛 및 이를 구비하는 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR20160082300A
Application number: KR1020140193419A
Authority: KR
Inventors: 윤정아; 박성현
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-07-08

Abstract

개시된 본 발명에 의한 원자층 증착장치용 서셉터유닛은, 기판을 지지하는 바디부 및 바디부의 내부에 마련되어 기판의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하며, 온도조절부는 기판과 마주하도록 바디부의 내부에 설치되어 기판의 온도를 조절하는 조절부재 및 조절부재의 온도를 기판으로 안내하는 매질부재를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 기판의 온도 조절이 용이해져 기판의 증착 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.

Description

서셉터유닛 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{SUSCEPTOR UNIT AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING THE SUSCEPTOR UNIT}

본 발명은 원자층 증착장치에서 기판의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 서셉터유닛 및 이를 구비하는 원자층 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있다. 이러한 다양한 화학 기상 증착법 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나, 근래에는 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되는 추세임에 따라, 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 따라, 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

상기 원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 방식인데 반하여, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고 이후에 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

한편, 상기와 같은 원자층 증착장치에서 기판을 가열하기 위한 히터가 기판을 지지하여 회전시키는 서셉터의 하부에 구비된다. 여기서, 상기 기판의 온도는 박막의 품질에 영향을 미치는 중요한 원인 중 하나로, 기판의 온도 편차를 줄이고, 이를 일정하게 유지시키는 것이 중요하다.

그런데, 종래의 원자층 증착장치는 히터가 서셉터와 이격된 위치에서 간접적으로 가열하는 방식을 사용하기 때문에 기판의 온도를 균일하게 유지하는 것이 어렵다. 또한, 기판의 로딩 및 언로딩을 위해서는 서셉터가 승강하고, 회전해야 하므로 기판의 온도를 일정하게 유지하는데 있어 매우 어렵다는 문제점이 있었다.

-. 국내공개특허 제10-2012-0036464호(출원인: 주식회사 케이씨텍) -. 국내등록특허 제10-1126389호(출원인: 이재민, 강현)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판을 일정 온도로 균일하게 가열할 수 있는 서셉터유닛 및 이를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 원자층 증착장치용 서셉터유닛은, 기판을 지지하는 바디부 및 상기 바디부의 내부에 마련되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하며, 상기 온도조절부는, 상기 기판과 마주하도록 상기 바디부의 내부에 설치되어 상기 기판의 온도를 조절하는 조절부재 및 상기 조절부재의 온도를 상기 기판으로 안내하는 매질부재를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 조절부재는 상기 기판을 가열하는 열선 코일을 포함하며, 상기 매질부재는 상기 기판과 조절부재 사이에 마려되는 유체 또는 기체를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 조절부재 및 매질부재는 상기 기판의 단면적에 대응되는 단면적을 가진다.

일측에 의하면, 상기 매질부재는 상기 바디부의 내외로 순환 가능하다.

일측에 의하면, 상기 바디부는 상기 기판이 안착되는 서셉터 포켓을 구비하는 서셉터 바디를 구비하며, 상기 서셉터 바디의 내부에는 상기 조절부재와 매질부재가 설치되는 조절공간이 상기 기판과 마주하도록 형성된다.

일측에 의하면, 상기 조절부재는 상기 기판을 냉각시키도록 칠러(chiller)를 구비한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 증착공정 중 기판을 회전 가능하게 지지하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛은, 상기 기판을 적어도 하나 회전 가능하게 지지하는 바디부 및, 상기 바디부의 내부에 마련되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하며, 상기 온도조절부는, 상기 기판과 마주하도록 상기 바디부의 내부에 설치되어 상기 기판을 가열 및 냉각시키는 조절부재 및 상기 조절부재와 상기 기판의 사이에 마련되어 상기 조절부재의 온도를 상기 기판으로 안내하는 매질부재를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 조절부재는 가열 가능한 열선 코일 및 냉각 가능한 칠러(chiller) 중 적어도 어느 하나를 구비하며, 상기 매질부재는 상기 바디부의 내외로 순환 가능한 유체 또는 기체를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 조절부재 및 매질부재는 상기 기판의 단면적에 대응되는 단면적을 가지도록 상기 바디부에 마련된 조절공간에 함께 설치된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 첫째, 서셉터유닛의 바디부 내부에 온도조절부가 내장됨으로써, 바디부에 놓여지는 기판을 균일한 온도로 가열할 수 있게 되어 증착 효율 향상에 기여한다.

둘째, 바디부의 한 공간에 조절부재와 매질부재가 함께 설치됨으로써, 조절부재의 온도 전달 효율이 향상된다.

셋째, 조절부재가 기판을 가열 및 냉각시킴으로써 기판의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있음과 아울러, 온도 조절이 보다 용이하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 원자층 증착장치를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 2는 도 1에 도시된 원자층 증착장치의 서셉터유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 원자층 증착장치(1)는 챔버유닛(10), 가스분사유닛(20) 및 서셉터유닛(30)을 포함한다.

참고로, 본원발명에서 설명하는 원자층 증착장치(1)는 세미 배치 타입(semi-batch type)으로 예로 들어 설명하나, 꼭 이에 한정되지 않으며 한 장의 기판이 수용되는 싱글 타입의 원자층 증착장치에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에서 증착 대상이 되는 기판(W)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 기판(W)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 한정되는 것은 아니며, LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판(W)일 수 있다.

상기 챔버유닛(10)은 복수의 기판(W)을 동시에 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공한다. 이러한 챔버유닛(10)은 내부를 밀폐시킬 수 있는 프로세스 챔버를 포함한다.

상기 가스분사유닛(20)은 챔버유닛(10) 내부의 상부에 마련되어, 기판(W)을 향해 증착가스를 분사한다. 상기 가스분사유닛(20)의 증착가스는 기판(W) 표면에 형성하고자 하는 박막을 구성하는 물질이 포함된 소스가스와 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 포함한다. 또한, 본 실시예에 따르면 소스가스로서 서로 반응하여 박막 물질을 형성하는 서로 다른 2 종류의 가스가 사용되고, 퍼지가스로는 상기 소스가스들 및 상기 기판(W)과 상기 기판(W) 상에 형성된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스가 사용된다.

상기 서셉터유닛(30)은 증착가스로 인해 원자층이 증착되는 기판(W)을 회전 가능하게 지지한다. 이러한 서셉터유닛(30)은 바디부(40) 및 온도조절부(50)를 포함한다.

상기 바디부(40)는 기판(W)을 지지한다. 여기서, 상기 바디부(40)는 기판(W)이 안착되는 서셉터 포켓(42)을 구비하는 서셉터 바디(41)가 회전축(43)을 중심으로 회전된다. 이러한 바디부(40)는 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해서 챔버유닛(10)의 내부에서 상하 방향으로 승강되고, 증착공정 중에는 소정 속도로 회전된다.

한편, 상기 바디부(40)의 서셉터 바디(41)는 복수의 기판(W)이 동일 평면상에 상호 원주방향을 따라 방사상으로 이격되어 놓여지는 원형의 플레이트 형상을 가진다.

상기 온도조절부(50)는 바디부(40)의 내부에 기판(W)과 마주하도록 설치되어, 기판(W)의 온도를 조절한다. 상기 온도조절부(50)는 조절부재(51) 및 매질부재(52)를 포함한다.

상기 조절부재(51)는 기판(W)과 마주하도록 바디부(40)의 내부에 설치되어 온도가 조절된다. 상기 조절부재(51)는 기판(W)을 가열시킬 수 있는 열선 코일을 포함한다. 이러한 열선 코일을 포함하는 조절부재(51)은 바디부(40)의 서셉터 바디(41)의 내부에 설치된다.

상기 매질부재(52)는 조절부재(51)의 온도를 기판(W)을 안내한다. 이를 위해, 상기 매질부재(52)는 조절부재(51)와 기판(W)의 사이의 서셉터 바디(41)의 내부에 마련되는 유체 또는 기체를 포함한다. 예를 들어, 상기 매질부재(52)는 불활성 기체 또는 질소 등의 안정한 기체가 사용될 수 있다. 이러한 매질부재(52)는 증착공정에 영향을 미치지 않는 안정한 기체 또는 유체라면 어떤 것이든지 사용할 수 있다.

이러한 매질부재(52)는 서셉터 바디(41)의 내부로 매질을 순환시켜 기판(W)의 온도를 조절한다. 이를 위해, 도 2의 도시와 같이, 상기 매질부재(52)는 매질공급부재(53)와 연결되어 매질을 서셉터 바디(41)의 내외로 지속적으로 순환시킨다.

한편, 상기 조절부재(51)와 매질부재(52)는 서셉터 바디(41)의 내부에 마련된 비워진 공간인 조절공간(44)에 설치된다. 상기 조절공간(44)은 복수의 기판(W)과 대응되는 단면적을 가지고 마주하도록 서셉터 바디(41)의 내부에 복수개 마련된다. 이때, 상기 조절공간(44)은 기판(W)의 형상에 대응하여 원형이거나, 도넛형상의 단면을 가지는 공간으로 형성될 수 있다. 이러한 조절공간(44) 내에서 매질부재(52)는 하부의 조절부재(51)로부터 발생된 열 또는 냉기에 의해 가열되거나 냉각되어 조절공간(44) 내에서 순환 유동함에 따라, 기판(W)의 전체 면적을 균일하게 가열함과 아울러, 증착공정 동안 기판(W)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 원자층 증착장치용 서셉터유닛(30)의 온도 조절동작을 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.

도 1의 도시와 같이, 상기 챔버유닛(10)의 내부에 위치하는 서셉터유닛(30)에 놓여진 기판(W)을 향해 가스분사유닛(20)이 증착가스를 분사함으로써, 기판(W)에 증착이 이루어진다. 이때, 상기 서셉터 바디(41)의 서셉터 포켓(42)에 놓여진 기판(W)과 마주하도록 서셉터 바디(41)의 내부에 마련된 조절부재(51)가 가열되고, 조절부재(51)의 가열된 열을 매질부재(52)가 기판(W)으로 안내한다. 그로 인해, 상기 기판(W)은 증착가스가 증착될 수 있는 온도로 가열되어 유지되게 된다.

한편, 상기와 같은 본 실시예에서는 상기 조절부재(51)가 기판(W)의 온도를 증착온도로 상승시키기 위해 가열되는 것으로만 예시하였느나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 조절부재(51)가 칠러(chiller)(미도시)를 구비하여, 가열된 기판(W)을 냉각시키는 변형예도 가능하다. 이 경우, 상기 조절부재(51)는 기판(W)을 가열 및 냉각시킴으로써, 증착공정 중 기판(W)의 온도를 특정 온도로 일정하게 조절시킬 수 있게 된다.

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: 반도체 제조용 증착장치 10: 챔버유닛
20: 가스분사유닛 30: 서셉터유닛
40: 바디부 41: 서셉터 바디
42: 서셉터 포켓 50: 온도조절부
51: 조절부재 52: 매질부재
W: 기판

Claims

기판을 지지하는 바디부; 및
상기 바디부의 내부에 마련되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도조절부;
를 포함하며,
상기 온도조절부는,
상기 기판과 마주하도록 상기 바디부의 내부에 설치되어 상기 기판의 온도를 조절하는 조절부재; 및
상기 조절부재의 온도를 상기 기판으로 안내하는 매질부재;
를 포함하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제1항에 있어서,
상기 조절부재는 상기 기판을 가열하는 열선 코일을 포함하며,
상기 매질부재는 상기 기판과 조절부재 사이에 마려되는 유체 또는 기체를 포함하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제1항에 있어서,
상기 조절부재 및 매질부재는 상기 기판의 단면적에 대응되는 단면적을 가지는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제1항에 있어서,
상기 매질부재는 상기 바디부의 내외로 순환 가능한 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제1항에 있어서,
상기 바디부는 상기 기판이 안착되는 서셉터 포켓을 구비하는 서셉터 바디를 구비하며,
상기 서셉터 바디의 내부에는 상기 조절부재와 매질부재가 설치되는 조절공간이 상기 기판과 마주하도록 형성되는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제1항에 있어서,
상기 조절부재는 상기 기판을 냉각시키도록 칠러(chiller)를 구비하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
증착공정 중 기판을 회전 가능하게 지지하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛에 있어서,
상기 기판을 적어도 하나 회전 가능하게 지지하는 바디부; 및
상기 바디부의 내부에 마련되어 상기 기판의 온도를 조절하는 온도조절부;
를 포함하며,
상기 온도조절부는,
상기 기판과 마주하도록 상기 바디부의 내부에 설치되어 상기 기판을 가열 및 냉각시키는 조절부재; 및
상기 조절부재와 상기 기판의 사이에 마련되어 상기 조절부재의 온도를 상기 기판으로 안내하는 매질부재;
를 포함하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제7항에 있어서,
상기 조절부재는 가열 가능한 열선 코일 및 냉각 가능한 칠러(chiller) 중 적어도 어느 하나를 구비하며,
상기 매질부재는 상기 바디부의 내외로 순환 가능한 유체 또는 기체를 포함하는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.
제7항에 있어서,
상기 조절부재 및 매질부재는 상기 기판의 단면적에 대응되는 단면적을 가지도록 상기 바디부에 마련된 조절공간에 함께 설치되는 원자층 증착장치용 서셉터유닛.