KR20180019991A - 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 원자층 증착 장치 - Google Patents

서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 원자층 증착 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 서셉터 어셈블리는, 웨이퍼가 안착되는 지지 플레이트 및, 상기 지지 플레이트의 하측에 형성되고, 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 다시 상기 지지 플레이트로 반사시키는 반사층을 포함할 수 있다.

Description

서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 원자층 증착 장치 {SUSCEPTOR ASSEMBLY AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING THE SAME}
아래의 설명은 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등을 이루어져야 한다.
특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요하다. 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.
원자층 증착 공정은 웨이퍼 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착(chemisorption)과 탈착(desorption) 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.
원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 웨이퍼 표면에서 상기 소스가스들이 반응하여 소정의 박막이 형성된다. 즉, 하나의 소스가스가 웨이퍼 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 제공되면, 상기 웨이퍼 표면에서 상기 두 가지 소스가스가 화학적으로 반응함으로써 상기 웨이퍼 표면에 한층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복함으로써 소정 두께의 박막이 형성된다.
일 실시 예에 따른 목적은, 지지 플레이트에서 반사되는 열에너지를 다시 지지 플레이트로 반사하여 열 효율을 높일 있는 서셉터 어셈블리 및 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 일 실시 예에 따른 목적은 하기와 같은 서셉터 어셈블리 및 원자층 증착 장치를 제공함으로써 달성된다.
일 실시 예에 따른 서셉터 어셈블리는, 웨이퍼가 안착되는 지지 플레이트 및, 상기 지지 플레이트의 하측에 형성되고, 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 다시 상기 지지 플레이트로 반사시키는 반사층을 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 지지 플레이트의 하측에는 흑체를 포함하는 흡수층이 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 흡수층은 상기 반사층보다 거친면으로 구성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 서셉터 어셈블리는, 상기 지지 플레이트의 하부에 구비되고, 상기 지지 플레이트 및 상기 웨이퍼를 가열하는 히터 및 상기 히터로부터 발생되는 열에너지를 반사하는 서셉터 반사체를 더 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 서셉터 어셈블리는 상기 지지 플레이트 및 상기 히터를 수용하는 서셉터 하우징을 더 포함하고, 상기 서셉터 반사체는 상기 서셉터 하우징의 내면을 따라 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 서셉터 반사체는 적어도 일부가 경사지게 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 서셉터 반사체는 적어도 일부가 히터를 향하여 오목하게 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 반사층은 상기 히터로부터 상기 지지 플레이트로 전달되는 열에너지를 통과시키고, 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 반사시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 원자층 증착 장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 수용되고, 웨이퍼가 안착되는 지지 플레이트와, 상기 지지플레이트의 하측에 형성되어 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 다시 상기 지지 플레이트로 반사시키는 반사층과, 상기 지지 플레이트와 상기 반사층 사이에 형성되고 흑체를 포함하는 흡수층을 포함하는 서셉터 어셈블리 및, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되고 상기 서셉터 어셈블리로부터 방출되는 열에너지를 반사하는 챔버 반사체를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 챔버 반사체는 적어도 일부가 경사지게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 서셉터 어셈블리 및 원자층 증착 장치는, 지지 플레이트의 하부에 흡수층과 반사층이 형성되고, 이에 따라 지지 플레이트로부터 반사하는 열에너지를 다시 지지 플레이트에 반사시켜 열 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 서셉터 하우징 또는 프로세스 챔버 내에 반사체가 구비되어 열에너지를 반사시켜 열 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 원자층 증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 서셉터 어셈블리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 지지 플레이트의 확대도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 챔버 반사체가 구비된 원자층 증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(1)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도1을 참고하면, 일 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(1)는, 프로세스 챔버(120)와, 서셉터 어셈블리(110)를 포함할 수 있다.
프로세스 챔버(120)는, 웨이퍼(W)에 대한 원자층 증착 공정이 수행되는 공간을 형성할 수 있다.
그리고, 프로세스 챔버(120)의 상부에는 샤워헤드(130)가 구비되고, 샤워헤드(130)의 일측에는 소스가스 공급부(140)가 연결되어, 프로세스 챔버(120) 내로 소스가스를 제공할 수 있다.
예를 들어, 소스가스는 웨이퍼(W) 상에 증착하고자 하는 원료 물질을 포함하는 가스로서, 소스가스는 원자층 증착을 위하여 서로 다른 종류의 가스와 각 가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 포함할 수 있다.
서셉터 어셈블리(110)는 프로세스 챔버(120) 내에 구비되어, 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
예를 들어, 서셉터 어셈블리(110)는 웨이퍼(W)의 일 면에 접촉하여 웨이퍼(W)를 지지하고 복수의 웨이퍼(W)를 동시에 지지하는 세미 배치식(semi-batch type)이거나, 한 장의 웨이퍼(W)가 지지되는 매엽식(single type)일 수 있다.
이하, 서셉터 어셈블리(110)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 서셉터 어셈블리(110)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 서셉터 어셈블리(110)는 웨이퍼(W)가 안착되는 지지 플레이트(111)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(111)는 웨이퍼(W)가 안착되는 면으로서 서셉터 하우징(112) 상부에 구비될 수 있다.
예를 들어, 지지 플레이트(111)는 서셉터 하우징(112)과 별도의 개체로 형성되어 서셉터 하우징(112) 상부에 구비되거나, 지지 플레이트(111)와 서셉터 하우징(112)이 일체로 형성되어 지지 플레이트(111)가 서셉터 하우징(112)의 상면을 형성할 수도 있다.
서셉터 하우징(112)은 서셉터 어셈블리(110)의 외관을 형성할 수 있다. 예를 들어, 서셉터 하우징(112)은 소정의 높이를 갖는 원반 형태일 수 있고, 내부 공간이 형성될 수 있다.
서셉터 하우징(112)은 개폐 가능하도록 결합되는 제 1하우징(112a) 및 제 2하우징(112b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2하우징(112b)은 서셉터 하우징(112)의 하부를 구성하고, 제 1하우징(112a)은 서셉터 하우징(112)의 상부를 구성할 수 있다.
원자층 증착 공정을 수행하기 위해서 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열해야 하고, 이를 위하여 서셉터 하우징(112)의 내부에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(113)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 히터(113)는 제 2하우징(112b) 상에 배치되고, 전원을 공급받아 지지 플레이트(111) 및 웨이퍼(W)를 가열시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)는 히터(113)에 의하여 박막 증착에 요구되는 온도로 가열될 수 있다.
그리고, 제 1하우징(112a) 및 제 2하우징(112b)은 분리 가능하므로 제 1하우징(112a)을 개방하여 히터(113)를 수리 또는 교체할 수 있다.
추가적으로, 서셉터 하우징(112)의 내측에는 히터(113)로부터 발생되는 열에너지를 반사하는 서셉터 반사체(114)가 구비될 수 있다.
서셉터 반사체(114)는 서셉터 하우징(112)의 내면을 따라 형성되고, 복사열의 반사가 용이한 재질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 서셉터 반사체(114)는 연마된 링 타입(POLISHING RING TYPE)의 부재일 수 있다.
서셉터 반사체(114)는 히터(113)로부터 서셉터 하우징(112)의 측면으로 방출되는 복사열을 반사하여 지지 플레이트(111)로 전달할 수 있다.
예를 들어, 서셉터 반사체(114)는 적어도 일부가 경사지게 형성될 수 있다. 히터(113)로부터 발생하는 복사열은 서셉터 반사체(114)의 경사진 부분에 의하여 반사됨으로써 지지 플레이트(111)로 전달될 수 있다.
또는, 서셉터 반사체(114)는 적어도 일부가 오목하게 형성되어 복사열의 반사 각도를 조절할 수 있다. 서셉터 반사체(114)는 히터(113)를 향하여 서셉터 하우징(112)의 중심 방향으로 오목하게 형성될 수 있다.
추가적으로, 제 2하우징(112b)의 일측에는 회전 구동부(115)가 구비되고, 회전 구동부(115)에 의하여 서셉터 하우징(112)이 회전될 수 있다. 서셉터 하우징(112)은 회전 구동부(115)를 중심으로 회전하고, 이에 따라 기판이 회전하며 증착 공정이 이루어질 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 지지 플레이트(111)의 확대도이고, 이는 도 2에 표시된 A부분의 확대도이다.
도 3을 참고하면, 지지 플레이트(111)의 하측에는 흡수층(111a)이 형성될 수 있다.
흡수층(111a)은 지지 플레이트(111)의 하면에 형성되고, 열에너지를 흡수하는 재질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 흡수층(111a)은 흑체(black body)를 포함할 수 있다. 흡수층(111a)은 지지 플레이트(111)의 하면에 흑체 도료를 도포 또는 코팅하여 형성될 수 있고, 흑체 성분에 의하여 히터(113)로부터 발생되는 열을 흡수하여 지지 플레이트(111)에 전달할 수 있다.
그리고, 지지 플레이트(111)의 하측에는 반사층(111b)이 형성될 수 있다. 반사층(111b)은 지지 플레이트(111)로부터 반사되는 열에너지를 다시 지지 플레이트(111)로 반사시킬 수 있다.
반사층(111b)은 열에너지를 반사시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있고, 경면으로 형셩될 수 있다. 다시 말하면, 흡수층(111a)은 반사층(111b)보다 거친면으로 형성될 수 있다.
이러한 구성으로, 히터(113)로부터 발생되는 열에너지가 지지 플레이트(111) 및 웨이퍼(W)를 가열시키는 효율이 상승할 수 있다.
구체적으로, 히터(113)로 발생되는 열에너지는 반사층(111b)을 통과하여 지지 플레이트(111)로 전달될 수 있고, 지지 플레이트(111)의 하면에 형성된 흡수층(111a)은 열에너지를 흡수하는 재질로 구비될 수 있다.
다만, 일부 열에너지는 흡수층(111a)으로부터 반사되어 지지 플레이트(111)의 하부로 방사되고, 반사층(111b)은 반사된 열에너지를 다시 지지 플레이트(111) 방향으로 반사시킬 수 있다.
즉, 반사층(111b)은 히터(113)로부터 지지 플레이트(111)로 전달되는 열에너지를 통과시키고, 지지 플레이트(111)로부터 반사되는 열에너지는 반사시켜 다시 지지 플레이트(111)로 전달할 수 있다.
이러한 과정이 반복되어 지지 플레이트(111)에 전달되는 열이 증가하고, 이에 따라 열효율이 상승할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 챔버 반사체(150)가 구비된 원자층 증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참고하면, 원자층 증착 장치(1)는 프로세스 챔버(120) 내에 구비되는 챔버 반사체(150)를 포함할 수 있다. 챔버 반사체(150)는 서셉터 반사체(114)와 유사하게 복사열의 반사가 용이한 재질이 사용될 수 있다.
챔버 반사체(150)는 프로세스 챔버(120)의 내면을 따라 형성될 수 있다. 그리고, 서셉터 어셈블리(110)로부터 방출되는 열에너지를 반사할 수 있다.
예를 들어, 히터(113)로부터 발생되는 열에너지는 서셉터 하우징(112)의 외측으로 방출될 수 있다. 방출되는 열에너지는 챔버 반사체(150)에 의하여 반사되어 다시 서셉터 하우징(112)으로 전달될 수 있다.
이러한 구성으로, 열에너지가 원자층 증착 장치(1) 외부로 방출되는 것을 방지하고, 웨이퍼(W)의 열흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1 원자층 증착 장치
110 서셉터 어셈블리
120 프로세스 챔버
130 샤워헤드
140 소스가스 공급부
150 챔버 반사체

Claims (10)

  1. 웨이퍼가 안착되는 지지 플레이트; 및,
    상기 지지 플레이트의 하측에 형성되고, 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 다시 상기 지지 플레이트로 반사시키는 반사층을 포함하는 서셉터 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 하측에는 흑체를 포함하는 흡수층이 형성되는 서셉터 어셈블리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 흡수층은 상기 반사층보다 거친면으로 구성되는 서셉터 어셈블리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 하부에 구비되고, 상기 지지 플레이트 및 상기 웨이퍼를 가열하는 히터; 및
    상기 히터로부터 발생되는 열에너지를 반사하는 서셉터 반사체를 더 포함하는 서셉터 어셈블리.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 지지 플레이트 및 상기 히터를 수용하는 서셉터 하우징을 더 포함하고,
    상기 서셉터 반사체는 상기 서셉터 하우징의 내면을 따라 형성되는 서셉터 조립체.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 서셉터 반사체는 적어도 일부가 경사지게 형성되는 원자층 증착 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 서셉터 반사체는 적어도 일부가 히터를 향하여 오목하게 형성되는 원자층 증착 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 히터로부터 상기 지지 플레이트로 전달되는 열에너지를 통과시키고, 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 반사시키는 원자층 증착 장치.
  9. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 수용되고, 웨이퍼가 안착되는 지지 플레이트와, 상기 지지플레이트의 하측에 형성되어 상기 지지 플레이트로부터 반사되는 열에너지를 다시 상기 지지 플레이트로 반사시키는 반사층과, 상기 지지 플레이트와 상기 반사층 사이에 형성되고 흑체를 포함하는 흡수층을 포함하는 서셉터 어셈블리; 및,
    상기 프로세스 챔버 내에 구비되고 상기 서셉터 어셈블리로부터 방출되는 열에너지를 반사하는 챔버 반사체를 포함하는 원자층 증착 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 챔버 반사체는 적어도 일부가 경사지게 형성되는 원자층 증착 장치.
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