WO2024029703A1 - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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WO2024029703A1
WO2024029703A1 PCT/KR2023/006787 KR2023006787W WO2024029703A1 WO 2024029703 A1 WO2024029703 A1 WO 2024029703A1 KR 2023006787 W KR2023006787 W KR 2023006787W WO 2024029703 A1 WO2024029703 A1 WO 2024029703A1
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WO
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chamber
heater
heaters
disposed
zones
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/006787
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English (en)
French (fr)
Inventor
강병주
곽노원
김현우
최광현
서정호
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주식회사 한화
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to atomic layer deposition devices.
  • Atomic Layer Deposition is a technology that coats a thin film, a protective film, on a semiconductor memory device. It is a technology that thermally decomposes the gas flowing into a vacuum chamber and deposits it as an atomic layer. It is used to form a high-quality thin film on a substrate. Efforts to improve devices and processes are continuously being made.
  • an atomic layer deposition device In the case of an atomic layer deposition device, it consists of a loading part that supplies wafers, a vacuum chamber part that is responsible for atomic layer deposition in a vacuum area, an exhaust part that discharges gas after reaction, and a frame and cover that support the deposition device.
  • a heater is located inside or outside the chamber to provide a heat source to the chamber.
  • the lifespan of the heater is reduced and the volume of the chamber increases, resulting in costs and management problems.
  • the heater is located outside the chamber. The heater located outside the chamber is either inserted into the outer wall of the chamber or stands on the outside at a certain distance.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an atomic layer deposition device that can easily replace the heater and has a heater structure that allows heat to be uniformly transferred inside the chamber.
  • An atomic layer deposition apparatus includes a chamber for storing a plurality of wafers; a plurality of heaters disposed on the surface of the chamber; and a control unit that controls the heater, wherein the chamber is divided into a plurality of zones along a first direction defined as an extension direction of the chamber, and the plurality of heaters are disposed in each of the plurality of zones of the chamber, The control unit separately controls the temperatures of the plurality of heaters.
  • One of the plurality of zones of the chamber includes a left side portion, a right side portion, an upper side portion, and a lower side portion, and a heater is disposed in each of the left side portion, the right side portion, the upper side portion, and the lower side portion, and the control unit, Heaters placed on the left side, right side, upper side, and lower side can be controlled separately.
  • the shapes of the heaters disposed on the left side and the right side may be the same, and the shapes of the heaters disposed on the upper side and the lower side may be the same.
  • the size of the zone located on the outermost sides on both sides of the chamber may be smaller than the size of the zone located on the outermost portions on both sides of the chamber.
  • the plurality of wafers may be disposed in regions excluding the outermost regions on both sides of the chamber among the plurality of regions.
  • the plurality of zones include: a first zone closest to the insertion portion (IW) of the wafer; and a fifth zone furthest from the insertion portion (IW) of the wafer, wherein the control unit may set the temperature of the first zone to be higher than the temperature of the fifth zone.
  • a heating pipe (Hp) may be disposed inside the plurality of heaters.
  • Each of the plurality of heaters includes a plurality of sub heaters disposed in each of the plurality of zones of the chamber, the chamber includes a heater fixing part for fixing the heater to the chamber, and the heater fixing part is adjacent to the first direction. It may be placed on an area corresponding to an area between a plurality of sub heaters.
  • the plurality of heaters may be attached or detached from the chamber.
  • the atomic layer deposition apparatus by attaching a heater to the surface of the process chamber, heat can be uniformly transferred into the chamber, and the heat transfer effect is increased to shorten the temperature rise time. It can be secured.
  • the heater may be attached to the surface of the chamber without being spaced apart from the chamber, thereby minimizing heat loss of heat transferred from the heater.
  • the atomic layer deposition apparatus can have the advantage of making it easy to maintain the deposition apparatus by allowing the heater attached to the surface of the chamber to be detachable and easily replaced.
  • the atomic layer deposition apparatus can separately control heaters for each zone of the chamber and each position up, down, left, and right through a control unit, so that the heater can be controlled separately according to the storage position and state of the wafer stored inside the chamber. Temperature control can be controlled differently, allowing more precise temperature control.
  • Figure 1 is an exploded perspective view showing an atomic layer deposition apparatus in which a heater is disposed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the heater of FIG. 1 coupled to a chamber.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2 showing a heating pipe installed inside the heater.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing heater placement and control for each zone according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a block diagram showing a structure in which a wafer is not disposed in the outermost area of the chamber according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a graph showing that the temperature of the heater is set higher the closer it is to the insertion part of the wafer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is an image of an experiment showing that temperature uniformity for wafers inside the chamber is secured when the heater is operated according to an embodiment of the present invention.
  • first and second are used not in a limiting sense but for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • a specific process sequence may be performed differently from the described sequence.
  • two processes described in succession may be performed substantially at the same time, or may be performed in an order opposite to that in which they are described.
  • FIGS. 1 to 5 An atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an atomic layer deposition apparatus in which a heater is disposed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the heater of FIG. 1 coupled to a chamber.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2 showing a heating pipe installed inside the heater.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing heater placement and control for each zone according to an embodiment of the present invention.
  • the atomic layer deposition apparatus includes a chamber 10 for storing a plurality of wafers W, and a plurality of heaters disposed on the surface of the chamber 10.
  • H includes a control unit that controls the power, temperature, etc. of the heater (H).
  • the chamber 10 may be divided into a plurality of zones.
  • the chamber 10 is divided into a plurality of zones along the extending direction (first direction) of the chamber 10, and a plurality of heaters H are disposed in each of the plurality of zones of the chamber 10,
  • the control unit separately controls a plurality of heaters.
  • a plurality of wafers W may be inserted into the chamber 10.
  • a wafer deposition process may be performed by spraying process gas into the chamber 10 into which the plurality of wafers W are inserted.
  • the chamber may be formed in an elongated rectangular parallelepiped shape.
  • a supply line portion 13 including a rear cover 11 and a plurality of pipes extending into the interior of the chamber 10 may be formed at one end of the chamber 10 in the longitudinal direction.
  • the supply line unit 13 may supply a process gas, such as TMA (trimethylaluminum, Al(CH 3 ) 3 ), into the chamber 10 .
  • a plurality of wafers (W) may be inserted into the opposite side of the rear cover (11). After the insertion of the plurality of wafers W is completed, a door (not shown) closes the portion where the plurality of wafers W are inserted, thereby making the inside of the chamber 10 sealed.
  • the atomic layer deposition process is a process of thermally decomposing gas flowing into the chamber 10 in a vacuum state and depositing it into an atomic layer, and uniform temperature transfer into the chamber is essential for thermal decomposition. Additionally, during the temperature increase process, it is necessary to shorten the time to stably reach the desired temperature.
  • a heater to increase the temperature of the chamber is placed outside the chamber at a location away from the chamber to increase the temperature of the chamber.
  • the heater is placed at a location away from the chamber, it is difficult to transfer heat uniformly to the chamber.
  • significant heat loss occurs because the heat transfer process has to pass through an air layer.
  • the heater (H) is disposed on the surface portion (S) of the chamber 10, thereby inducing direct heat conduction between the heater (H) and the surface portion (S),
  • the heat loss of heat generated in H) is minimized and the heat transfer effect is maximized, which can have the effect of shortening the temperature rise time inside the chamber 10.
  • the heater H may be disposed in contact with the surface portion S of the chamber 10.
  • the heater H may be disposed in direct contact with the surface portion S of the chamber 10.
  • the structure in which the heater H is arranged to surround the entire surface of the chamber 10 can have the advantage of allowing heat to be uniformly transferred to the inside of the chamber 10.
  • the atomic layer deposition equipment places each heater in a plurality of zones partitioned in the chamber 10 and introduces a system for separately controlling each heater through a control unit, so that the inside of the chamber 10 Temperature control can be individually performed depending on the storage position and state of the wafer stored in, thereby enabling more precise temperature control of the chamber 10.
  • a temperature sensor (not shown) may be placed inside the chamber 10.
  • the control unit compares the preset standard temperature value with the temperature measurement value inside the chamber through the temperature sensor, and if there is a difference between the preset standard temperature value and the actual temperature value inside the chamber, it corrects by the temperature difference value.
  • the temperature of the heater can be raised.
  • the temperature sensor may be placed for each zone and each location in one zone, and if there is a difference between the temperature measurement value for each location measured through the temperature sensor placed for each location and the preset standard temperature value, each location By comparing the difference between the star temperature value and the standard temperature value, reflecting the difference at each location, the heater corresponding to each location can be individually controlled by varying the temperature raised for each location.
  • a heating pipe (Hp) is built inside the plurality of heaters (H) according to this embodiment.
  • the heating pipe (Hp) has a zigzag structure and is uniformly disposed inside the heater (H), allowing the heater (H) to uniformly transfer heat to the chamber (10).
  • a plurality of wafers W may be accommodated in each of the plurality of zones (first zone, second zone,...Nth zone) defined in the chamber 10.
  • the control unit may control the heater for each zone differently depending on the status of the wafers (W) stored in each zone.
  • one of the plurality of zones of the chamber 10 includes a left side portion (S1), a right side portion (S2), an upper side portion (S3), and a lower side portion. It includes (S4), and heaters (H1, H2, H3, H4) are disposed on each of the left side (S1), right side (S2), upper side (S3), and lower side (S4). At this time, the control unit can separately control each heater (H1, H2, H3, and H4).
  • the chamber 10 has a rectangular parallelepiped structure with upper, lower, left, and right sides, and heaters can be separately placed on each of the upper, lower, left, and right sides, as well as each heater disposed on each of the upper, lower, left, and right sides can be controlled separately. there is. Therefore, when local temperature control is required for each position of the plurality of wafers W stored inside the chamber 10, the temperature inside the chamber 10 is controlled differently by controlling the temperature of the heaters disposed on the top, bottom, left, and right sides. Temperature control can be performed more precisely.
  • the plurality of heaters (H) can be attached and detached to the chamber (10). More specifically, the plurality of heaters H individually mounted in each zone of the chamber 10 can be individually attached and detached from the chamber 10. In addition, a plurality of heaters (H) individually mounted on the top, bottom, left, and right sides of one area of the chamber 10 can be individually attached and detached from the chamber 10.
  • the heater H includes a first heater H1 disposed on the left side portion S1 of the chamber 10, a second heater H2 disposed on the right side portion S2 of the chamber 10, and a chamber 10. It may include a third heater (H3) disposed on the upper side portion (S3) of the chamber (10) and a fourth heater (H4) disposed on the lower side portion (S4) of the chamber (10).
  • each of the first to fourth heaters H1, H2, H3, and H4 may include a plurality of sub heaters sequentially arranged in the first direction.
  • the first heater (H1) may include a plurality of sub-heaters (H11, H12, H13, H14, H15) sequentially arranged in the first direction on the left side portion (S1)
  • the second heater ( H2) may include a plurality of sub heaters (H21, H22, H23, H24, H25) sequentially arranged in the first direction on the right side portion (S2).
  • the third heater (H3) may include a plurality of sub-heaters (H31, H32, H33, H34, H35) sequentially arranged in the first direction on the upper side portion (S3)
  • the fourth heater (H4) may include a plurality of sub heaters (H41, H42, H43, H44, H45) sequentially arranged in the first direction on the lower side portion (S4).
  • the plurality of sub heaters included in each of the first to fourth heaters H1, H2, H3, and H4 may correspond to the number of zones defined in the chamber 10. For example, when the chamber 10 is divided into five zones (first to fifth zones), the sub heaters included in each heater (H1, H2, H3, H4) are divided into five sub heaters (first to fifth zones). sub heater) may be included.
  • the sub heaters included in each of the first to fourth heaters H1, H2, H3, and H4 may be spaced apart from adjacent sub heaters in the first direction in the first direction or may contact each other due to thermal expansion when heat is generated.
  • the first direction may be a direction in which the chamber 10 extends from the door (not shown) to the rear cover 11.
  • the chamber 10 may include a heater fixing part 14 that fixes the heater H to the chamber 10 .
  • the heater fixing part 14 may be disposed on the outer surface of the heater (H) so that the heater (H) can be brought into close contact with the chamber (10).
  • the heater fixing unit 14 may press the heater H from the outside to the inside of the chamber 10.
  • the heater fixing part 14 can improve the thermal conductivity of heat transferred from the heater H to the chamber 10 by maximizing the surface contact area of the heater H with the outer surface of the chamber 10.
  • the chamber 10 may include a heater fixing part 14 protruding to partition each zone.
  • each heater (H) may be mounted between the heater fixing parts (14).
  • the heater fixing part 14 may be disposed on an area corresponding to the sub heater.
  • the heater fixing part 14 may be disposed on two sub heaters adjacent to each other in the first direction.
  • the heater fixing part 14 may be disposed on an area corresponding to an area spaced apart in the first direction among the sub heaters included in each of the first to fourth heaters H1, H2, H3, and H4. there is.
  • the width of the heater fixing part 14 in the first direction may be larger than the gap between two adjacent sub-heaters. Accordingly, the heater fixing part 14 can be arranged to press the edge areas of the two adjacent sub-heaters so that the heater H can be brought into close contact with the chamber 10.
  • the number of heater fixing parts 14 disposed on one of the first to fourth heaters H1, H2, H3, and H4 may be less than the number of sub-heaters included in one heater.
  • the heater fixing part 14 is connected to the first sub-heater (H11) and the second sub-heater ( H12) and an area corresponding to the area between the second sub-heater H12 and the third sub-heater H13 of the first heater H1.
  • the heater fixing part 14 is an area corresponding to the area between the third sub-heater H13 and the fourth sub-heater H14 of the first heater H1, and the fourth sub-heater of the first heater H1 ( It may be placed in an area corresponding to the area between (H14) and the fifth sub heater (H15).
  • the heater fixing part 14 disposed on one of the first to fourth heaters may be provided in the same number as the number of sub-heaters included in one heater.
  • the heater fixing part 14 is disposed in an area corresponding to the center area of the sub heater to maintain the heater (H). It can be pressurized.
  • the usability of the chamber equipped with the heater can be enhanced. That is, by modularizing the heaters mounted on each part of the chamber 10, the maintainability of the device can be improved by making it easy to attach and detach from the chamber 10.
  • the shapes of the heaters H1 and H2 disposed on the left side S1 and the right side S2 are the same, and the upper side portion S3 and the lower side portion ( The shapes of the heaters H3 and H4 disposed in S4) may be the same. Therefore, the heaters (H1, H2) arranged on the left side (S1) and the right side (S2) can be produced as one module, and the heaters (H3, H4) arranged on the upper side (S3) and the lower side (S4) ) can be produced with one module, so the heater module that covers one area of the chamber can cover all of the area formed on the four sides with just two heater modules, so the heater module can be simplified into two modules. , the replaceability of the heater module can be improved.
  • FIG. 6 For content not shown in FIG. 6, refer to the content shown in FIGS. 1 to 5 and their descriptions.
  • Figure 6 is a block diagram showing a structure in which a wafer is not disposed in the outermost area of the chamber according to an embodiment of the present invention.
  • the size of the region located on the outermost sides of the chamber among the plurality of regions is the outermost region on both sides of the chamber 10. It may be smaller than the size located in the part excluding . That is, referring to FIG. 2, the sizes of the first and fifth zones may be smaller than the sizes of the second, third, and fourth zones.
  • the first zone is the zone closest to the insertion portion (IW) of the wafer (W) and may be the zone closest to the door (not shown)
  • the fifth zone is the zone closest to the insertion portion (IW) of the wafer (W).
  • the area may be the area closest to the rear cover 11 of the chamber 10.
  • the second to fourth zones may be zones sequentially arranged between the first and fifth zones.
  • a plurality of wafers W may be stored in the center space of the chamber 10 excluding spaces at both ends of the chamber 10. That is, a plurality of wafers W can be stored only in the 2nd, 3rd, and 4th zones, excluding the 1st and 5th zones shown in FIG. 2. This is because, in the case of wafers placed on the outer part of the chamber during the deposition process, quality assurance may become difficult due to the possibility of gas leakage, etc.
  • the size of the outermost regions on both sides of the chamber may be smaller than the sizes of the regions located in the center of the chamber.
  • the shapes of the heaters (H11, H15, H21, H25) disposed on the left side portions (S11, S15) and right side portions (S21, S25) of the outermost area on both sides of the chamber are, It is formed in a smaller size than the shape of the heaters (H12, H13, H14, H22, H23, H24) arranged on the left side (S12, S13, S14) and right side (S22, S23, S24) of the areas located in the center. It can be.
  • the shape of the heaters (H31, H35, H41, H45) disposed on the upper and lower sides (S31, S35) and the lower sides (S41, S45) of the outermost areas on both sides of the chamber are different from those of the areas located in the middle of the chamber. It may be formed in a smaller size than the shape of the heaters (H32, H33, H34, H42, H43, H44) disposed on the upper side portions (S32, S33, S34) and the lower side portions (S42, S43, S44).
  • the shapes of the heaters (H11, H15, H21, H25) placed on the left side (S11, S15) and right side (S21, S25) of the outermost area on both sides of the chamber are the same, and the shapes of the heaters (H11, H15, H21, H25) on the upper side (S31, S35) are the same.
  • the heaters (H31, H35, H41, H45) disposed on the lower side portions (S41, S45) may have the same shape.
  • the heaters (H11, H15, H21, H25) placed on the left side (S11, S15) and the right side (S21, S25) can be produced as one module, and the upper side (S31, S35) and the lower side (
  • the heaters (H31, H35, H41, H45) placed in S41, S45) can be produced as one module, so the heater module that covers one area of the chamber can cover one area formed on four sides with just two heater modules. Since everything can be covered, the heater module can be simplified into two modules and the replaceability of the heater module can be improved.
  • Figure 7 is a graph showing that the temperature of the heater is set higher the closer it is to the insertion part of the wafer according to an embodiment of the present invention.
  • the controller can set the temperature of the heater (H) higher the closer it is to the insertion portion (IW) of the wafer. That is, the control unit can set the temperature of the heater (H) in the first zone closest to the insertion portion (IW) of the wafer to be higher than the temperature of the heater (H) in the fifth zone furthest from the insertion portion (IW) of the wafer. there is.
  • the controller may set the temperature of the heaters H in the second to fourth zones located between the first and fifth zones (between the first and fifth zones) to be between the temperatures of the heaters H in the first and fifth zones.
  • the opening and closing of the chamber 10 occurs when the wafer is inserted, and the greatest amount of heat loss may occur.
  • the closer the control unit is to the insertion portion (IW) of the wafer the higher the temperature of the heater (H) is controlled to increase the temperature of the plurality of wafers (W) stored in the chamber 10. It can be controlled uniformly.
  • FIG. 7 shows that the control unit linearly controls the temperature of the heater (H) higher the closer it is to the insertion portion (IW) of the wafer, but this is not limited to this and the number of size wafers (W) in the chamber 10 , can be controlled in a non-linear, step shape, etc. depending on the deposition material, etc.
  • Figure 8 is an image of an experiment showing that temperature uniformity for wafers inside the chamber is secured when the heater is operated according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature range inside the chamber fluctuates within a temperature range of approximately 5 degrees from a minimum of 249.43 degrees to a maximum of 255.03 degrees. That is, through individual temperature control for each zone of the chamber through the heater according to this embodiment, the temperature range of the chamber can be maintained at approximately 5 degrees, thereby ensuring temperature uniformity throughout the chamber.
  • connection of lines or the absence of connections between components shown in the drawings exemplify functional connections and/or physical or circuit connections, and in actual devices, various functional connections or physical connections may be replaced or added. It can be expressed as connections, or circuit connections. Additionally, if there is no specific mention such as “essential,” “important,” etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.
  • the invention includes the application of individual values within the range (unless there is a statement to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the description of the invention. same.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 복수의 웨이퍼를 수납하는 챔버; 상기 챔버의 표면부에 배치된 복수의 히터; 및 상기 히터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 챔버는 상기 챔버의 연장 방향으로 정의하는 제1 방향을 따라 복수의 구역으로 구획되고, 상기 복수의 히터는 상기 챔버의 복수의 구역 각각에 배치되고, 상기 제어부는 상기 복수의 히터의 온도를 별도로 제어한다.

Description

원자층 증착 장치
본 발명의 실시예들은 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition)은 반도체의 기억 소자에 보호막인 박막을 입히는 기술로, 진공 챔버로 유입되는 가스를 열분해하여 원자층으로 증착하는 기술이며, 기판위에 고품질의 박막을 형성하고자 하는 장치나 공정에 대하여 개선하는 노력이 계속적으로 이루어지고 있다.
최근에는 한 증착 장비로 여러 장의 웨이퍼를 동시에 처리하는 배치 타입(Batch Type)의 증착 장비를 통해 웨이퍼의 장당 처리 시간을 단축하는 기술이 개발되었다.
원자층 증착 장치의 경우, 웨이퍼를 공급하는 로딩부, 진공 영역에서 원자층 증착을 담당하는 진공 챔버부, 반응 후 가스를 배출하는 배출부 및 증착 장치를 지지하는 프레임 및 커버 등으로 구성된다.
이때, 진공 챔버로 유입되는 가스를 열분해 하기 위하여 프로세스 챔버 내의 균일한 온도 전달이 필요하며, 원하는 온도까지 안정적으로 도달하기 위한 시간 단축도 고려해야 할 요소 중 하나이다.
일반적으로 원자층 증착 장비에서는 챔버에 대하여 열원을 제공하기 위해 히터가 챔버의 내부 또는 외부에 위치하게 된다. 다만 챔버 내부에 히터가 위치할 경우 히터의 수명 저하와 챔버의 부피 증가에 따른 비용과 관리상의 문제로 인하여 본 장비의 산업 전반에서는 챔버 외부에 히터가 위치한다. 챔버 외부에 위치한 히터는 챔버 외부 벽면에 삽입되어 있는 형태 또는 일정 거리를 이격하여 외부에 기립하여 있는 형태로 구성되어 있다.
그러나 히터가 챔버 외벽에 삽입될 경우 히터와 챔버를 분리하기 힘들어져 히터의 교체 또는 챔버의 재활용이 어려워지는 문제가 있다. 또한 챔버와 일정 거리를 이격하여 외부에 기립된 상태로 히터를 배치할 경우, 챔버와의 거리 이격에 따른 히터의 열 손실이 증가할 수 있으며, 챔버 내부로 균일한 열 전달이 이루어지지 않는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 히터의 교체를 용이하게 수행할 수 있으며, 챔버 내부에 열이 균일하게 전달되도록 하는 히터 구조를 가진 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 복수의 웨이퍼를 수납하는 챔버; 상기 챔버의 표면부에 배치된 복수의 히터; 및 상기 히터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 챔버는 상기 챔버의 연장 방향으로 정의하는 제1 방향을 따라 복수의 구역으로 구획되고, 상기 복수의 히터는 상기 챔버의 복수의 구역 각각에 배치되고, 상기 제어부는 상기 복수의 히터의 온도를 별도로 제어한다.
상기 챔버의 복수의 구역 중 일 구역은, 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부를 포함하고, 상기 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부 각각에는 히터가 배치되고, 상기 제어부는, 상기 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부 각각에 배치된 히터를 별도로 제어할 수 있다.
상기 일 구역에서, 상기 좌측면부와 우측면부에 배치된 히터의 형상은 동일하고, 상기 상측면부와 하측면부에 배치된 히터의 형상은 동일할 수 있다.
상기 복수의 구역 중 상기 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 크기는, 상기 챔버의 양측 최외곽을 제외한 부분에 위치한 구역의 크기보다 더 작을 수 있다.
상기 복수의 웨이퍼는, 상기 복수의 구역 중 상기 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역을 제외한 구역들에 배치될 수 있다.
상기 복수의 구역은, 상기 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 가까운 제1 구역; 및 상기 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 먼 제5 구역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 구역의 온도를 상기 제5 구역의 온도보다 더 높게 설정할 수 있다.
상기 복수의 히터의 내부에는 히팅 파이프(Hp)가 배치될 수 있다.
상기 복수의 히터 각각은 상기 챔버의 복수의 구역 각각에 배치된 복수의 서브 히터를 포함하고, 상기 챔버는 히터를 챔버에 고정시키는 히터 고정부를 포함하고, 상기 히터 고정부는 상기 제1 방향으로 인접한 복수의 서브 히터의 사이 영역과 대응되는 영역 상에 배치될 수 있다.
상기 복수의 히터는 상기 챔버에 탈부착될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착 장치는, 프로세스 챔버의 표면부에 히터를 부착함에 따라, 열이 챔버 내부로 균일하게 전달될 수 있으며, 열 전달 효과를 상승시킴으로써 승온 시간의 단축 효과를 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착 장치는, 히터가 챔버와 이격되지 않고, 챔버의 표면부에 부착될 수 있어 히터로부터 전달되는 열의 열 손실을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착 장치는, 챔버의 표면부에 부착된 히터의 탈부착이 가능하여 히터를 손쉽게 교체할 수 있어 증착 장치의 유지 보수가 용이해지는 장점을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착 장치는, 챔버의 각 구역별, 상하좌우 각 위치 별 히터를 제어부를 통해 별도로 제어할 수 있어, 챔버 내부에 수납된 웨이퍼의 수납 위치 및 상태에 따라 온도 제어를 다르게 가져갈 수 있어 보다 정밀한 온도 제어가 가능해질 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 배치된 원자층 증착 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 히터가 챔버에 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A'단면으로, 히터 내부에 히팅 파이프가 내장된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 구역별 히터 배치 및 제어를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버의 최외곽 부분의 구역에 웨이퍼가 배치되지 않은 구조를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 삽입 부분과 가까울수록 히터의 온도가 더 높게 설정되는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 작동시 챔버 내부의 웨이퍼들에 대한 온도 균일성이 확보된 모습을 보여주는 실험 결과 이미지이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 배치된 원자층 증착 장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 히터가 챔버에 결합된 모습을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 A-A'단면으로, 히터 내부에 히팅 파이프가 내장된 모습을 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 구역별 히터 배치 및 제어를 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 복수의 웨이퍼(W)를 수납하는 챔버(10), 챔버(10)의 표면부에 배치된 복수의 히터(H), 히터(H)의 전원, 온도 등을 제어하는 제어부를 포함한다. 이때, 챔버(10)는 복수의 구역으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 챔버(10)는 챔버(10)의 연장 방향(제1 방향)을 따라 복수의 구역으로 구획되고, 복수의 히터(H)는 챔버(10)의 복수의 구역 각각에 배치되고, 제어부는 복수의 히터를 별도로 제어한다.
챔버(10)의 내부에는 복수의 웨이퍼(W)가 삽입될 수 있다. 복수의 웨이퍼(W)가 삽입된 챔버(10)의 내부로 공정 가스를 분사함으로써 웨이퍼의 증착 공정이 수행될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 챔버는 길쭉한 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 이때 챔버(10)의 길이 방향 일단에는 후면 커버(11) 및 챔버(10)의 내부로 연장 형성된 복수의 파이프를 포함하는 공급 라인부(13)가 형성될 수 있다. 공급 라인부(13)는 공정 가스 예컨대 TMA(트리메틸알루미늄, Al(CH3)3)를 챔버(10) 내부에 공급할 수 있다.
후면 커버(11)의 반대편으로는 복수의 웨이퍼(W)가 삽입될 수 있다. 복수의 웨이퍼(W)의 삽입이 완료된 후에는 도어(미도시)가 복수의 웨이퍼(W)가 삽입된 부분을 폐쇄시켜, 챔버(10) 내부를 밀폐된 상태로 만들 수 있다.
본 실시예에 따른 원자층 증착 공정은, 진공 상태의 챔버(10)로 유입되는 가스를 열분해하여 원자층으로 증착하는 공정으로서, 열 분해를 위하여 챔버 내부로 균일한 온도 전달이 필수적으로 요구된다. 또한 온도 승온 과정에서, 원하는 온도까지 안정적으로 도달시키기 위한 시간 단축이 필요하다.
일반적으로 챔버의 온도 상승을 위한 히터를 챔버의 외부에서 챔버와 이격된 위치에 배치하여 챔버의 온도를 승온시키나, 챔버와 이격된 위치에 히터를 배치할 경우 챔버로 열이 균일하게 전달되기 어려우며, 열 전달 과정에서 공기층을 통과해야 되어 상당한 열 손실이 발생하는 문제가 있다.
이에 본 실시예에 따른 원자층 증착 장비는, 히터(H)가 챔버(10)의 표면부(S)에 배치됨으로써, 히터(H)와 표면부(S)와의 직접적인 열전도를 유도하여, 히터(H)에서 발생하는 열의 열 손실이 최소화됨과 동시에 열 전달 효과가 극대화되어 챔버(10) 내부의 승온 시간이 단축되는 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 히터(H)는 챔버(10)의 표면부(S)와 접촉하며 배치될 수 있다. 자세하게, 히터(H)는 챔버(10)의 표면부(S)와 직접 접촉하며 배치될 수 있다.
또한 히터(H)가 챔버(10)의 표면부 전체를 감싸도록 배치된 구조를 통해, 챔버(10) 내부에 열이 균일하게 전달될 수 있는 장점을 가질 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 원자층 증착 장비는, 챔버(10)에 구획된 복수의 구역 에 각각의 히터를 배치하고, 제어부를 통해 각각의 히터를 별도로 제어하는 시스템을 도입하여, 챔버(10) 내부에 수납된 웨이퍼의 수납 위치 및 상태에 따라 온도 제어를 개별적으로 수행할 수 있어 보다 정밀한 챔버(10)의 온도 제어가 가능해질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 챔버(10) 내부에는 온도 센서(미도시)가 배치될 수 있다. 이때 제어부는, 기 설정된 표준 온도 값과, 온도 센서를 통해 챔버 내부의 온도 측정 값을 비교하여, 기 설정된 표준 온도 값과 실제 챔버 내부의 온도 값에 차이가 날 경우, 그 온도 차이 값 만큼 보정되도록 히터의 온도를 승온시킬 수 있다. 또한 상기 온도 센서는 각 구역 및 일 구역의 각 위치별로 배치될 수 있으며, 각 위치별로 배치된 온도 센서를 통해 측정된 위치별 온도 측정 값과, 기 설정된 표준 온도 값에 차이가 있을 경우, 각 위치 별 온도 값과 표준 온도 값의 차이를 비교하여, 각 위치별로 달라지는 차이를 반영하여, 각 위치별로 승온시키는 온도를 달리하여 각 위치에 대응되는 히터를 개별적으로 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 복수의 히터(H)의 내부에는, 히팅 파이프(Hp)가 내장되어 있다. 히팅 파이프(Hp)는 지그재그 구조로 히터(H)의 내부에 균일하게 배치되어 있어 히터(H)가 챔버(10)에 열을 균일하게 전달하도록 할 수 있다.
챔버(10)에 구획된 복수의 구역(제1 구역, 제2 구역, … 제N 구역) 각각에는 복수의 웨이퍼(W)가 수납될 수 있다. 제어부는 각 구역별로 수납된 웨이퍼(W)의 상황에 따라 각 구역 별 히터의 제어를 다르게 수행할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 복수의 구역 중 일 구역은, 좌측면부(S1), 우측면부(S2), 상측면부(S3), 하측면부(S4)를 포함하고, 좌측면부(S1), 우측면부(S2), 상측면부(S3), 하측면부(S4) 각각에는 히터(H1, H2, H3, H4)가 배치된다. 이때, 제어부는, 각각의 히터(H1, H2, H3, H4)를 별도로 제어할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 챔버(10)는 상하좌우면을 가진 직육면체 구조로서, 상하좌우면 각각에 히터가 별도로 배치될 수 있음은 물론, 상하좌우면 각각에 배치된 히터 각각을 별도로 제어할 수 있다. 따라서, 챔버(10) 내부에 수납된 복수의 웨이퍼(W)의 위치 별로 국소적인 온도 제어가 필요할 경우, 상하좌우면 가각에 배치된 히터의 온도 제어를 달리 가져감으로써, 챔버(10) 내부의 온도 제어를 보다 정밀하게 수행할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 복수의 히터(H)는 챔버(10)에 탈부착 될 수 있다. 보다 상세하게는, 챔버(10)의 각 구역에 개별적으로 장착된 복수의 히터(H)는 챔버(10)로부터 개별적으로 탈부착될 수 있다. 또한 챔버(10)의 일 구역의 상하좌우면에 개별적으로 장착된 복수의 히터(H)는 챔버(10)로부터 개별적으로 탈부착될 수 있다.
예를 들어, 히터(H)는 챔버(10)의 좌측면부(S1)에 배치된 제1 히터(H1), 챔버(10)의 우측면부(S2)에 배치된 제2 히터(H2), 챔버(10)의 상측면부(S3)에 배치된 제3 히터(H3), 챔버(10)의 하측면부(S4)에 배치된 제4 히터(H4)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 각각은 제1 방향으로 순차적 배치된 복수의 서브 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(H1)는 좌측면부(S1) 상에서 제1 방향으로 순차적으로 배치된 복수의 서브 히터(H11, H12, H13, H14, H15)를 포함할 수 있고, 제2 히터(H2)는 우측면부(S2) 상에서 제1 방향으로 순차적으로 배치된 복수의 서브 히터(H21, H22, H23, H24, H25)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 히터(H3)는 상측면부(S3) 상에서 제1 방향으로 순차적으로 배치된 복수의 서브 히터(H31, H32, H33, H34, H35)를 포함할 수 있고, 제4 히터(H4)는 하측면부(S4) 상에서 제1 방향으로 순차적으로 배치된 복수의 서브 히터(H41, H42, H43, H44, H45)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 각각에 포함된 복수의 서브 히터는 챔버(10)에 구획된 복수의 구역의 개수와 대응될 수 있다. 일례로, 챔버(10)가 5개의 구역(제1 내지 제5 구역)으로 구획될 경우 각 히터(H1, H2, H3, H4)에 포함된 서브 히터는 5개의 서브 히터(제1 내지 제5 서브 히터)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 각각에 포함된 서브 히터는, 제1 방향으로 인접한 서브 히터와 제1 방향으로 이격되거나 발열 시 열팽창에 의해 서로 접할 수 있다. 여기서 제1 방향은 챔버(10)의 연장 방향으로 도어(미도시)에서 후면 커버(11)를 향하는 방향일 수 있다.
챔버(10)는 히터(H)를 챔버(10)에 고정시키는 히터 고정부(14)를 포함할 수 있다. 히터 고정부(14)는 히터(H)가 챔버(10)에 밀착될 수 있도록 히터(H)의 외측면 상에 배치될 수 있다. 히터 고정부(14)는 히터(H)를 챔버(10)의 외측에서 내측 방향으로 가압할 수 있다. 히터 고정부(14)는 히터(H)가 챔버(10)의 외측면과의 면접촉 영역을 최대화시켜 히터(H)로부터 챔버(10)에 전달되는 열의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
챔버(10)는 각 구역을 구획하도록 돌출 형성된 히터 고정부(14)를 포함할 수 있다. 이때, 각 히터(H)는 히터 고정부(14)의 사이에 장착될 수 있다. 자세하게, 히터 고정부(14)는 서브 히터와 대응되는 영역 상에 배치될 수 있다. 히터 고정부(14)는 제1 방향으로 인접한 두 서브 히터 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 히터 고정부(14)는 제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 각각에 포함된 서브 히터들 중 제1 방향으로 이격된 영역과 대응되는 영역 상에 배치될 수 있다. 이때, 히터 고정부(14)의 제1 방향 폭은 인접한 두 서브 히터 사이의 간격보다 클 수 있다. 이에 따라, 히터 고정부(14)는 인접한 두 서브 히터의 가장자리 영역을 가압하며 배치되어 히터(H)가 챔버(10)에 밀착되도록 할 수 있다.
제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 중 하나의 히터 상에 배치된 히터 고정부(14)는 하나의 히터에 포함된 서브 히터의 개수보다 적게 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 히터 상에 배치된 히터 고정부(14)의 개수는 하나의 히터에 포함된 서브 히터의 개수와 m=n-1을 만족할 수 있다. (m은 히터 고정부의 개수를 의미하고, n은 서브 히터의 개수를 의미한다.)
일례로, 제1 히터(H1) 상에 배치된 히터 고정부(14)를 예로 들면, 히터 고정부(14)는 제1 히터(H1)의 제1 서브 히터(H11) 및 제2 서브 히터(H12) 사이 영역과 대응되는 영역, 제1 히터(H1)의 제2 서브 히터(H12) 및 제3 서브 히터(H13) 사이 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 또한, 히터 고정부(14)는 제1 히터(H1)의 제3 서브 히터(H13)와 제4 서브 히터(H14) 사이 영역과 대응되는 영역, 제1 히터(H1)의 제4 서브 히터(H14)와 제5 서브 히터(H15) 사이 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
이와 다르게, 제1 내지 제4 히터(H1, H2, H3, H4) 중 하나의 히터 상에 배치된 히터 고정부(14)는 하나의 히터에 포함된 서브 히터의 개수와 동일하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 히터 상에 배치된 히터 고정부(14)의 개수는 하나의 히터에 포함된 서브 히터의 개수와 m=n을 만족할 수 있다. (m은 히터 고정부의 개수를 의미하고, n은 서브 히터의 개수를 의미한다.) 이 경우, 히터 고정부(14)는 서브 히터의 센터 영역과 대응되는 영역에 배치되어 히터(H)를 가압할 수 있다.
이와 같이, 챔버(10)의 각 구역, 일 구역 중에서도 상하좌우면 각각에 별도로 부착된 히터 시스템을 통해, 복수의 히터 중 하나의 히터가 파손되거나 손상되더라도, 해당 히터만 간단히 탈거한 후 새로운 히터 또는 수리된 히터로 교체 가능하므로, 히터가 장착된 챔버의 사용성이 강화될 수 있다. 즉, 챔버(10)의 각 부분에 장착된 히터를 모듈화시킴으로써, 챔버(10)로부터의 탈부착이 용이해 지도록 하여 장치의 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
또한 도면을 참조하면, 챔버(10)의 일 구역에서, 좌측면부(S1)와 우측면부(S2)에 배치된 히터(H1, H2)의 형상은 동일하고, 상측면부(S3)와 하측면부(S4)에 배치된 히터(H3, H4)의 형상은 동일할 수 있다. 따라서, 좌측면부(S1)와 우측면부(S2)에 배치된 히터(H1, H2)를 하나의 모듈로 생산할 수 있고, 상측면부(S3)와 하측면부(S4)에 배치된 히터(H3, H4)를 다른 하나의 모듈로 생산할 수 있어, 챔버의 일 구역을 커버하는 히터 모듈을 두가지 구조의 히터 모듈만으로도 네측면으로 형성된 일 구역을 모두 커버할 수 있어, 히터 모듈을 두가지 모듈로 단순화시킬 수 있으며, 히터 모듈의 교체성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 챔버의 양측 최외곽 구역의 구조 및 특징에 대해 설명한다. 도 6에 도시되지 않은 내용은 도 1 내지 도 5에 도시된 내용 및 그에 대한 설명을 참조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버의 최외곽 부분의 구역에 웨이퍼가 배치되지 않은 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 복수의 구역 중 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 크기는, 챔버(10)의 양측 최외곽을 제외한 부분에 위치한 크기보다 더 작을 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1 구역 및 제5 구역의 크기는, 제2,3,4 구역의 크기보다 더 작을 수 있다. 여기서 제1 구역은 웨이퍼(W)의 삽입 부분(IW)과 가장 인접한 구역으로 도어(미도시)와 가장 인접한 구역일 수 있고, 제5 구역은 웨이퍼(W)의 삽입 부분(IW)과 가장 먼 구역으로 챔버(10)의 후면 커버(11)와 가장 인접한 구역일 수 있다. 또한, 제2 내지 제4 구역은 제1 및 제5 구역 사이에서 순차적으로 배치된 구역일 수 있다.
웨이퍼 증착 공정시, 복수의 웨이퍼(W)는, 챔버(10)의 양단부 공간을 제외한 챔버(10)의 가운데 공간에 수납될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 제1 구역 및 제5 구역을 제외한 제2,3,4 구역에만 복수의 웨이퍼(W)가 수납될 수 있다. 이는 증착 공정시 챔버의 외곽 부분에 배치된 웨이퍼의 경우 가스의 누출 등의 가능성으로 인해 품질 담보가 어려워질 가능성이 있기 때문이다.
이때 본 실시예에 따르면, 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 크기는, 챔버의 가운데 부분에 배치된 구역들의 크기보다 더 작을 수 있다. 이를 통해 웨이퍼가 배치되지 않은 부분의 여분 공간 면적을 줄일 수 있어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
따라서 도 2를 참조하면, 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 좌측면부(S11, S15)와 우측면부(S21, S25)에 배치된 히터(H11, H15, H21, H25)의 형상은, 챔버의 가운데 부분에 위치한 구역들의 좌측면부(S12, S13, S14)와 우측면부(S22, S23, S24)에 배치된 히터(H12, H13, H14, H22, H23, H24)의 형상보다 더 작은 크기로 형성될 수 있다. 또한 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 상측면부(S31, S35)와 하측면부(S41, S45)에 배치된 히터(H31, H35, H41, H45)의 형상은, 챔버의 가운데 부분에 위치한 구역들의 상측면부(S32, S33, S34)와 하측면부(S42, S43, S44)에 배치된 히터(H32, H33, H34, H42, H43, H44)의 형상보다 더 작은 크기로 형성될 수 있다.
다만 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 좌측면부(S11, S15)와 우측면부(S21, S25)에 배치된 히터(H11, H15, H21, H25)의 형상은 동일하고, 상측면부(S31, S35)와 하측면부(S41, S45)에 배치된 히터(H31, H35, H41, H45)의 형상은 동일할 수 있다. 따라서, 좌측면부(S11, S15)와 우측면부(S21, S25)에 배치된 히터(H11, H15, H21, H25)를 하나의 모듈로 생산할 수 있고, 상측면부(S31, S35)와 하측면부(S41, S45)에 배치된 히터(H31, H35, H41, H45)를 다른 하나의 모듈로 생산할 수 있어, 챔버의 일 구역을 커버하는 히터 모듈을 두가지 구조의 히터 모듈만으로도 네측면으로 형성된 일 구역을 모두 커버할 수 있어, 히터 모듈을 두가지 모듈로 단순화시킬 수 있으며, 히터 모듈의 교체성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어에 대해 설명한다. 도 7에 도시되지 않은 내용은 도 1 내지 도 6에 도시된 내용 및 그에 대한 설명을 참조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 삽입 부분과 가까울수록 히터의 온도가 더 높게 설정되는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 제어부는, 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가까울수록 히터(H)의 온도를 더 높게 설정할 수 있다. 즉, 제어부는 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 가까운 제1 구역의 히터(H)의 온도를 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 먼 제5 구역의 히터(H)의 온도보다 더 높게 설정할 수 있다. 또한, 제어부는 그 사이(제1 및 제5 구역 사이)에 위치한 제2 내지 제4 구역의 히터(H)의 온도를 제1 및 제5 구역의 히터(H)의 온도 사이로 설정할 수 있다. 웨이퍼의 삽입 부분(IW)의 경우, 웨이퍼 삽입시 챔버(10)의 개폐가 일어나는 부분으로, 열 손실이 가장 많이 발생할 수 있다. 이에 본 실시예에 따르면, 제어부가 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가까울수록 히터(H)의 온도를 상대적으로 더 높게 제어함으로써, 챔버(10)에 수납된 복수의 웨이퍼(W)의 온도를 보다 균일하게 제어할 수 있다. 또한, 도 7에는 제어부가 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가까울수록 히터(H)의 온도를 선형으로 더 높게 제어하는 것으로 도시하였으나, 이에 제한하지 않으며 챔버(10)에 크기 웨이퍼(W)의 개수, 증착 물질 등에 따라 비선형, 스텝(step) 형상 등으로 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 작동시 챔버 내부의 웨이퍼들에 대한 온도 균일성이 확보된 모습을 보여주는 실험 결과 이미지이다.
보다 상세하게는, 도 8에는 챔버에서 웨이퍼가 위치한 각 구역(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7)별로 히터의 온도 제어를 개별적으로 수행하였을 경우 챔버 내부의 웨이퍼가 위치한 공간에서의 온도 균일성을 나타낸 실험 결과 이미지가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 챔버 내부의 온도 범위가 최저 249.43도에서 최고 255.03도까지 대략 5도의 온도 범위 내에서 변동하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 히터를 통한 챔버의 각 구역별 개별 온도 제어를 통해, 챔버의 온도 범위를 대략 5도 정도로 유지할 수 있어 챔버 전체의 온도 균일성을 확보할 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 웨이퍼를 수납하는 챔버;
    상기 챔버의 표면부에 배치된 복수의 히터; 및
    상기 히터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 챔버는 상기 챔버의 연장 방향으로 정의하는 제1 방향을 따라 복수의 구역으로 구획되고,
    상기 복수의 히터는 상기 챔버의 복수의 구역 각각에 배치되고,
    상기 제어부는 상기 복수의 히터의 온도를 별도로 제어하는 원자층 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버의 복수의 구역 중 일 구역은, 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부를 포함하고,
    상기 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부 각각에는 히터가 배치되고,
    상기 제어부는, 상기 좌측면부, 우측면부, 상측면부, 하측면부 각각에 배치된 히터를 별도로 제어하는 원자층 증착 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 일 구역에서,
    상기 좌측면부와 우측면부에 배치된 히터의 형상은 동일하고,
    상기 상측면부와 하측면부에 배치된 히터의 형상은 동일한 원자층 증착 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 구역 중 상기 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역의 크기는, 상기 챔버의 양측 최외곽을 제외한 부분에 위치한 구역의 크기보다 더 작은 원자층 증착 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 웨이퍼는,
    상기 복수의 구역 중 상기 챔버의 양측 최외곽에 위치한 구역을 제외한 구역들에 배치된 원자층 증착 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 구역은,
    상기 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 가까운 제1 구역; 및
    상기 웨이퍼의 삽입 부분(IW)과 가장 먼 제5 구역을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 구역의 온도를 상기 제5 구역의 온도보다 더 높게 설정하는 원자층 증착 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 히터의 내부에는 히팅 파이프(Hp)가 배치되는 원자층 증착 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 히터 각각은 상기 챔버의 복수의 구역 각각에 배치된 복수의 서브 히터를 포함하고,
    상기 챔버는 히터를 챔버에 고정시키는 히터 고정부를 포함하고,
    상기 히터 고정부는 상기 제1 방향으로 인접한 복수의 서브 히터의 사이 영역과 대응되는 영역 상에 배치되는 원자층 증착 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 히터는 상기 챔버에 탈부착되는 원자층 증착 장치.
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