KR0138989Y1 - Plasma low pressure chemical vapor depositing apparatus of single wafer type - Google Patents
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Abstract
본 고안은 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에 관한 것으로 종래 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에서 열적 효과의 저하로 인한 막질 저하 문제와, 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에서 공간 활용의 비효율성과 웨이퍼의 로딩시의 파티클에 의한 오염과 알.에프 컨택(RF Contact) 조정의 어려움과, 아킹(Arcing) 발생의 문제점과, 열적 불균형으로 인하여 힐록(Hill Lock) 발생의 문제점 및 임피던스 매칭(Impedence Matching)이 어렵게 되는 문제점을 해결하기 위하여 일측에 웨이퍼 출입구가 형성되고 타측에 배기관이 형성되며 하부에는 개폐판에 의하여 개폐되는 증착기 베이스와, 이 증착기 베이스의 상부에 형성되는 반응로와, 이 반응로의 내부에 일정 간격을 두고 상하로 배치되어 그 내부를 상부로부터 가스예열영역과 가스혼합영역과 플라즈마영역으로 구분하는 비도전성 재질의 1차 샤워헤드와, 도전성 재질의 2차 샤워헤드와, 상기 반응로를 관통하여 가스예열영역에 연결되는 화합물 반응가스 주입관과, 상기 반응로내의 플라즈마영역내에서 승강되는 기판과, 상기 반응로의 상부에 결합되어 반응로내부를 밀폐하는 밀폐부재와, 이 밀폐부재의 상측에 설치되는 반응로 가열수단 및, 상기 2차 샤워헤드와 기판에 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마영역내에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원부로 구성한 것이다.The present invention relates to a single wafer type plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus, which has a problem of deterioration in film quality due to a decrease in thermal effect in a single sheet type plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus, and an inefficiency of space utilization and a wafer Difficulties due to particle contamination during loading and difficulty of RF contact adjustment, problems of arcing, thermal imbalance, problems of hill lock, and impedance matching In order to solve the problem of being difficult, a wafer entrance is formed at one side, an exhaust pipe is formed at the other side, and an evaporator base is opened and closed by an opening and closing plate at the lower side, a reactor formed at the upper part of the evaporator base, and inside the reactor. It is arranged up and down at regular intervals, and the inside of the gas preheating zone and the gas mixing zone A primary shower head of a non-conductive material divided into a plasma region, a secondary shower head of a conductive material, a compound reaction gas inlet tube passing through the reactor and connected to a gas preheating zone, and a plasma zone within the reactor A substrate that is elevated in the reaction chamber, a sealing member coupled to an upper portion of the reactor to seal the inside of the reactor, a reactor heating means installed above the sealing member, and electrically connected to the secondary shower head and the substrate. It is composed of a high frequency power supply unit for generating plasma in the plasma region.
Description
제1도는 본 고안에 의한 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 일 실시예를 보인 종단면도.Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an embodiment of a single wafer plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
제2도는 본 고안의 다른 실시예를 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.
제3도는 본 고안의 또 다른 실시예를 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
제4도는 종래 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 일예를 보인 종단면도.Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a conventional single-sheet plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus.
제5도는 종래 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 일예를 보인 종단면도.Figure 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus.
제6도는 제5도의 증착장치에서 보트에 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 과정을 보인 확대도.FIG. 6 is an enlarged view illustrating a process of loading and unloading wafers into a boat in the deposition apparatus of FIG. 5.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 증착기 베이스 16 : 위치결정핀10: evaporator base 16: positioning pin
16a : 삽입부 16c : 걸림턱16a: inserting portion 16c: locking jaw
20 : 반응로 21 : 1차 샤워헤드20: reactor 21: primary shower head
22 : 2차 샤워헤드 30 : 화합물 반응가스 주입관22: secondary shower head 30: compound reaction gas injection pipe
31 : 화합물 반응가스 보조주입관 40 : 가스배출관31: compound reaction gas auxiliary injection pipe 40: gas discharge pipe
41 : 개폐밸브 50 : 기판41: on-off valve 50: substrate
51 : 기판 가열수단 52 : 위치결정홈51: substrate heating means 52: positioning groove
60 : 밀폐부재 70 : 반응로 가열수단60: sealing member 70: reactor heating means
71 : 가열재킷 72 : 가열매체71: heating jacket 72: heating medium
80 : 고주파 전원부80: high frequency power supply
본 고안은 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에 관한 것으로, 특히 화합물 반응가스를 예열시킴과 아울러 충분히 혼합시켜 줌으로써 증착되는 박막의 특성과 스텝 커버리지(Step Coverage)가 우수하며, 자동화 및 파티클(Partcle) 측면에서도 유리한 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single-sheet plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus, and in particular, preheating the compound reaction gas and mixing the mixture sufficiently to provide excellent properties and step coverage of the deposited thin film. It also relates to a single wafer plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus that is advantageous in terms of.
일반적으로 반도체 제조에 필요한 절연막, 유전막, 도전막 등을 증착시키기 위해서는 저압 화학 증기 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)과 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치(Plasma Enhanced Low Pressure Chemical Vapor Deposition)이 주로 사용되고 있으며, 특히 플라즈마 저압 화학 증기 증착법은 공정온도가 저온이기 때문에 증착온도에 의한 소자의 특성변화를 최소화할 수 있는 이점이 있다.In general, low pressure chemical vapor deposition and plasma enhanced low pressure chemical vapor deposition are mainly used to deposit insulating films, dielectric films, and conductive films required for semiconductor manufacturing. Plasma low pressure chemical vapor deposition has an advantage of minimizing the characteristics change of the device due to the deposition temperature because the process temperature is low temperature.
이러한 플라즈마 저압 화학 증기 증착법에서 사용되는 증착장치로서는 400℃내외의 저온이면서 저압인 분위기에서 플라즈마를 이용하여 증착로 내부로 유입되는 화합물 반응가스를 이온화시켜 웨이퍼 위에 박막을 증착시키는 것으로 핫월(How Wall)방식인 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치와, 콜드 월(Cold Wall)방식인 매엽식 저압 화학증기 증착장치로 구별된다.As a deposition apparatus used in the plasma low pressure chemical vapor deposition method, a thin wall is deposited on a wafer by ionizing a compound reaction gas introduced into the deposition by using plasma in a low temperature and low pressure atmosphere of about 400 ° C. It is divided into a horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus which is a type | system | group type | system | group, and a single-layer low pressure chemical vapor deposition apparatus which is a cold wall type | mold.
콜드 월 방식의 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치는 자동화 및 파티클 측면에서는 우수하나 열적 효과(Thermal Effect)가 낮기 때문에 막질의 특성이 열악하다는 단점이 있으며, 핫 월 방식인 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치는 열적효과가 양호하여 막질의 특성이 우수한 반면, 파티클이 많고 자동화가 어려우며 넓은 면적(Foot Point)을 필요로 한다는 단점이 있다.Cold-wall type plasma low pressure chemical vapor deposition system is superior in terms of automation and particles, but has a disadvantage of poor film quality due to low thermal effect. While the thermal effect is good, the film quality is excellent, while there are a lot of particles, automation is difficult and requires a large area (Foot Point).
이하 종래의 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 예를 들어 설명한다.Hereinafter, an example of a conventional plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus will be described.
제4도는 종래의 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 일예를 도시하는 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 일측에 웨이퍼 출입구(101a)가 형성되고 타측에 배출구(101b)가 형성된 증착기 베이스(101)와, 이 증착기 베이스(101)의 상부측에 구비되는 반응로(102)와, 상기 증착기 베이스(101)의 하측 개방부를 개폐하는 개폐판(103)과, 상기 반응로(102)의 상면에 설치되는 화합물 반응가스 주입기(104)와, 상기 반응로(102)의 내부 상측에 설치되어 화합물 반응가스 주입기(104)와 연결된 샤워헤드(104a)와, 상기 반응로(102)내부에 승강 가능하게 설치되어 웨이퍼(W)가 탑재되는 기판(105)과, 이 기판(105)에 설치된 기판 가열수단(106)과, 상기 반응로(102)와 기판(105)에 설치된 전극(107a)(107b)에 연결된 고주파 전원부(108)로 구성된다.4 shows an example of a conventional single-sheet plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus. As shown in FIG. 4, a wafer inlet 101a is formed at one side and an outlet 101b is formed at the other side. And a reaction furnace 102 provided on an upper side of the evaporator base 101, an opening and closing plate 103 for opening and closing a lower opening of the evaporator base 101, and an upper surface of the reactor 102. The compound reaction gas injector 104 and the shower head 104a connected to the upper side of the reactor 102 and connected to the compound reaction gas injector 104 and the inside of the reactor 102 are provided to be elevated. Connected to a substrate 105 on which the wafer W is mounted, a substrate heating means 106 provided on the substrate 105, and electrodes 107a and 107b provided on the reactor 102 and the substrate 105. It consists of a high frequency power supply 108.
상기 배기관(배출구(101b)에는 진공 펌프(도시되지 않음)를 연결하는 것에 의하여 반응로(102)를 저압(진공) 상태로 유지하도록 되어 있다.By connecting a vacuum pump (not shown) to the exhaust pipe (outlet 101b), the reactor 102 is maintained at a low pressure (vacuum) state.
이러한 종래의 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치는 개폐판(103)을 관통하여 승강되는 승강램(103a)을 하강시켜 그 상단에 고정된 기판(105)을 상기 출입구(101a) 및 배출구(101b)보다 낮은 로딩 위치로 하강시킨 다음 출입구(101a)를 통하여 웨이퍼(W)를 삽입하여 기판(105)상에 탑재하고, 승강램(105a)을 상승시키는 것에 의하여 웨이퍼(W)가 탑재된 기판(105)을 증착위치로 상승시킨 다음 기판가열수단(106)을 가동시켜 기판(105)과 그 위에 탑재된 웨이퍼(W)를 가열함과 아울러 화합물 반응가스 주입기(104)를 통하여 화합물 반응가스를 주입하면서 반응로(102)와 기판(105)의 전극(107a)(107b)에 연결된 고주파 전원부(108)를 가동시켜 반응로(102)내에 플라즈마를 발생시키는 것에 의하여 화합물 반응가스가 반응하면서 웨이퍼(W)상에 원하는 박막을 증착시키는 것이다.The conventional single-sheet plasma low-pressure chemical vapor deposition apparatus descends the elevating ram 103a which is elevated by penetrating the opening and closing plate 103 so that the substrate 105 fixed at the upper end thereof is formed in the entrance 101a and the outlet 101b. The substrate 105, on which the wafer W is mounted, is lowered to a lower loading position and then mounted on the substrate 105 by inserting the wafer W through the entrance and exit 101a, and raising the lifting ram 105a. ), The substrate heating means 106 is operated to heat the substrate 105 and the wafer W mounted thereon while injecting the compound reaction gas through the compound reaction gas injector 104. Wafer W is reacted while the compound reaction gas reacts by operating the high frequency power source 108 connected to the reactor 102 and the electrodes 107a and 107b of the substrate 105 to generate plasma in the reactor 102. To deposit the desired thin film on the substrate.
그러나 이러한 종래의 매엽식 저압 화학 증기 증착장치에서는 웨이퍼(W)가 탑재되는 기판(105)에만 열이 가하여지고 반응로(102) 및 주변은 가열되지 않기 때문에 열적 효과가 낮아지며, 낮은 열적 효과로 인하여 박막에 핀홀(Pin Hole)이 발생하기 쉽고, 스텝 커버리지가 열등하게 되는 문제점이 있었다.However, in such a conventional single wafer low pressure chemical vapor deposition apparatus, since the heat is applied only to the substrate 105 on which the wafer W is mounted, and the reactor 102 and the surroundings are not heated, the thermal effect is low, and due to the low thermal effect, Pinholes are easily generated in the thin film, and step coverage is inferior.
또한 종래 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치는 제5도에 도시한 바와 같이 내,외부 석영관(201a)(201b)으로 된 반응로(201)와, 이 반응로(201)의 일단부에 배치되어 웨이퍼 출입구(202a)가 형성된 출입측 플랜지(202)와, 상기 반응로(201)의 타측에 배치되어 배출구(203a)가 형성된 배출측 플랜지(203)와, 상기 반응로(201)내부에 삽입되어 다수개의 웨이퍼(W)가 탑재되는 보트(204)와, 상기 출입측 플랜지(202)를 관통하여 보트(204)의 하부에 배치되는 화합물 반응가스 주입기(205)와, 상기 반응로(201) 주위에 설치되는 가열수단(206) 및, 상기 출입측 플랜지(202)와 보트(204)에 설치된 단자(207a)(207b)에 연결된 고주파 전원부(207)로 구성된다.In addition, the conventional horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus is disposed in the reactor 201 made of the inner and outer quartz tubes 201a and 201b and at one end of the reactor 201 as shown in FIG. An inlet flange 202 having a wafer inlet 202a, an outlet flange 203 disposed on the other side of the reactor 201 and having an outlet 203a formed therein, and being inserted into the reactor 201 A boat 204 on which a plurality of wafers W are mounted, a compound reaction gas injector 205 disposed below the boat 204 through the entrance side flange 202, and around the reactor 201 And a high frequency power supply unit 207 connected to the heating means 206 provided at the upper side, and the terminals 207a and 207b provided at the entry-side flange 202 and the boat 204.
상기 출입측 플랜지(202)와 보트(204)에 설치되는 단자(207a)(207b)는 제5도의 하측에 도시한 확대도에서 보는 바와 같이 출입측 플랜지(202)의 상면에 요홈부(207c)를 형성하고 보트(204)의 저면에 이 요홈부(207c)에 대응하는 돌출부(207d)를 형성하여 이들 요홈부(207c)와 돌출부(207d)에 상기 단자(207a)(207b)들을 설치함으로써 이들 단자의 접촉이 원활하게 이루어지도록 되어 있다.Terminals 207a and 207b provided on the entry flange 202 and the boat 204 are recessed portions 207c on the upper surface of the entry flange 202 as shown in the enlarged view shown in the lower part of FIG. By forming the projections 207d corresponding to the grooves 207c on the bottom of the boat 204 and installing the terminals 207a and 207b in the grooves 207c and the projections 207d. The contact of the terminal is made smoothly.
이러한 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치는 출입측 플랜지(202)를 횡방향으로 이동시켜 개방하고 웨이퍼(W)가 탑재된 보트(204)를 횡방향으로 이동시켜 반응로(201)내부로 로딩한 다음 출입측 플랜지(202)를 이동시켜 반응로(201)를 폐쇄하고, 가열수단(206)을 가동시켜 반응로(201)를 가열시킴과 아울러 화합물 반응가스 주입기(204)를 통하여 화합물 반응가스를 주입하면서 고주파 전원부(207)를 가동시켜 반응로(201)내부에 플라즈마를 발생시키는 것에 의하여 웨이퍼(W)에 원하는 화합물 박막을 증착시키는 것이다.The horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus moves the entrance side flange 202 laterally to open it, and moves the boat 204 on which the wafer W is mounted laterally to load the inside of the reactor 201. Moving the inlet flange 202 to close the reactor 201 and operating the heating means 206 to heat the reactor 201 and injecting the compound reaction gas through the compound reaction gas injector 204. While the high frequency power supply unit 207 is operated to generate a plasma in the reactor 201, the desired compound thin film is deposited on the wafer W.
그러나 이러한 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에서는 가열수단(206)에 의하여 가열하면서 반응시키는 것이므로 열적 효과가 높고 박막의 특성이 우수하게 되는 이점은 있으나 횡형으로 설치되어 웨이퍼(W)가 탑재되는 보트(204)를 횡방향으로 이동시켜 삽입 및 인출하는 것으로서 보트(204)를 인출하기 위하여는 반응로(201)의 일측에 적어도 보트(204)의 전장에 상당하는 공간을 확보하여야 하므로 넓은 공간을 필요하게 되는 문제점이 있었다.However, since the horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus reacts by heating by the heating means 206, the thermal effect is high and the thin film has excellent characteristics, but the horizontal boat is installed on the wafer W (204). In order to withdraw the boat 204 by moving the transverse direction to insert and withdraw), at least one space on the side of the reactor 201 must be secured so that a large space is required. There was a problem.
또한 제6도에 도시한 바와같이 보트(204)는 보트본체(204a)에 다수개의 흑연판(204b)을 수직으로 설치하고 로보트팔(R)을 이용하여 흑연판(204b)의 양측에 웨이퍼(W)를 로딩하는 것인 바 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩시키는 과정에서 웨이퍼(W)가 흑연판(204b)에 대하여 비스듬한 상태로 되면서 이들간의 접촉이 일어나게 되어 파티클이 발생되기 쉬우며, 또한 발생된 파티클은 배출구로 원활하게 배출되지 못하고 계속해서 보트(204)의 바닥과 웨이퍼(W)에 잔류하게 되므로 오염을 가중시키게 되는 문제점이 있었다.In addition, as shown in FIG. 6, the boat 204 is provided with a plurality of graphite plates 204b vertically on the boat body 204a, and wafers (both sides) of the graphite plates 204b using the robot arm R. In the process of loading and unloading the wafer W, the wafer W is in an oblique state with respect to the graphite plate 204b, and contacts therebetween are easily generated, and particles are easily generated. The generated particles are not smoothly discharged to the discharge port, and thus remain on the bottom of the boat 204 and the wafer W, thereby increasing the contamination.
또한 웨이퍼(W)가 탑재된 보트(204)를 삽입 및 인출하는 과정에서 출입측 플랜지(202)에 설치된 단자(207a)와 보트(204)에 설치된 단자(207b)의 접촉위치가 계속 변하기 때문에 알.에프 컨택(RF Contact)의 조정이 어렵게 되고, 아킹(Arcing)이 발생하기 쉬운 문제점이 있으며, 또 보트(204)가 반응로(201)내에서 아래로 치우친 상태에서 증착반응이 일어나기 때문에 웨이퍼(W)의 상,하부간의 열적 불균형으로 인하여 힐록(Hill Lock)이 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.In addition, since the contact position of the terminal 207a provided on the entrance-side flange 202 and the terminal 207b provided on the boat 204 is continuously changed during the insertion and withdrawal of the boat 204 on which the wafer W is mounted, It is difficult to adjust RF contact, and there is a problem that arcing is likely to occur, and since the deposition reaction occurs while the boat 204 is biased down in the reactor 201, the wafer ( Due to thermal imbalance between the upper and lower portions of W), there is a problem that Hill Lock is likely to occur.
또 웨이퍼(W)가 보트(204)의 흑연판(204b)의 양측면에 로딩되기 때문에 임피던스 매칭(Impedence Matching)이 어렵게 되는 문제점이 있었다.In addition, since the wafer W is loaded on both sides of the graphite plate 204b of the boat 204, there is a problem that impedance matching becomes difficult.
결국 종래 횡형 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치에서는 막질의 특성이 저하되는 문제점이 있었다.As a result, in the conventional horizontal plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus, there is a problem that the quality of the film is reduced.
본 고안의 목적은 공간을 효율적으로 활용할 수 있으면서도 증착되는 열적 효과가 높아 막질의 특성이 우수하게 되도록 한 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치를 제공하려는 것이다.An object of the present invention is to provide a single-layer plasma low-pressure chemical vapor deposition apparatus that can use the space efficiently, but the thermal effect of the deposition is high and the film quality is excellent.
본 고안의 또 다른 목적은 파티클에 의한 오염을 배제할 수 있도록 하려는 것이다.Another object of the present invention is to be able to exclude the contamination by particles.
본 고안의 또 다른 목적은 기판의 로딩 및 언로딩 위치가 정확히 유지되어 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 정확하게 수행할 수 있어 자동화에 유리하게 되도록 하려는 것이다.It is another object of the present invention to maintain the loading and unloading position of the substrate accurately, so that the loading and unloading of the wafer can be performed accurately, which is advantageous for automation.
본 고안의 또 다른 목적은 다양한 화합물 박막을 얻을 수 있도록 하려는 것이다.Still another object of the present invention is to obtain various compound thin films.
이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 일측에 웨이퍼 출입구가 형성되고 타측에 배기관이 형성되며 하부에는 개폐판에 의하여 개폐되는 증착기 베이스와, 이 증착기 베이스의 상부에 형성되는 반응로와, 이 반응로의 내부에 일정 간격을 두고 상하로 배치되어 그 내부를 상부로부터 가스예열영역과 가스혼합영역과 플라즈마영역으로 구분하는 비도전성 재질의 1차 샤워헤드와, 도전성 재질의 2차 샤워헤드와, 상기 반응로를 관통하여 가스예열영역에 연결되는 화합물 반응가스 주입관과, 상기 반응로내의 플라즈마 영역내에서 승강되는 기판과, 상기 반응로의 상부에 결합되어 반응로내부를 밀폐하는 밀폐부재와, 이 밀폐부재의 상측에 설치되는 반응로 가열수단 및, 상기 2차 샤워헤드와 기판에 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마영역내에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원으로 구성됨을 특징으로 하는 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a wafer entrance is formed on one side and an exhaust pipe is formed on the other side, and the evaporator base is opened and closed by an opening and closing plate at the bottom, and the reactor is formed on the upper part of the evaporator base, A primary shower head made of a non-conductive material, a secondary shower head made of a conductive material, which is disposed up and down at regular intervals and divides the inside into a gas preheating region, a gas mixing region, and a plasma region from the top; A compound reaction gas inlet tube connected to the gas preheating zone through the substrate, a substrate elevating in the plasma region of the reactor, a sealing member coupled to an upper portion of the reactor to seal the inside of the reactor, and the sealing member Reactor heating means installed on the upper side of the, and is electrically connected to the secondary shower head and the substrate in the plasma region The single-wafer plasma low-pressure chemical vapor deposition apparatus characterized in that consists of the radio frequency generator is provided for generating dry.
이하, 본 고안에 의한 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.Hereinafter, the sheet type plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention will be described in detail according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
제1도는 본 고안에 의한 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 일 실시예를 도시하는 것으로 이에 도시한 바와 같이, 일측에 웨이퍼 출입구(11)가 형성되고 타측에 배기관(12)이 형성된 증착기 베이스(10)와, 이 증착기 베이스(10)의 상부에 형성되는 반응로(20)와, 이 반응로(20)의 내부에 일정 간격을 두고 상하로 배치되어 그 내부를 상부로부터 가스예열영역(H)와 가스혼합영역(M)과 플라즈마영역(P)으로 구분하는 1차 샤워헤드(21)와, 2차 샤워헤드(22)와, 상기 반응로(20)를 관통하여 가스예열영역(H)에 연결되는 화합물 반응가스 주입관(30)과, 상기 가스혼합영역(M)을 상기 배기관(12)에 연결하는 가스배출관(40)과, 상기 반응로(20)내의 플라즈마영역(P)내에서 승강되는 기판(50)과, 상기 반응로(20)의 상부에 결합되어 반응로(20)내부를 밀폐하는 밀폐부재(60)와, 이 밀폐부재(60)의 상측에 설치되는 반응로 가열수단(70) 및, 상기 플라즈마 영역(P)내에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원부(80)로 구성된다.FIG. 1 is a view illustrating an embodiment of a single wafer plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a wafer entrance 11 is formed at one side and an exhaust pipe 12 is formed at the other side. 10), the reactor 20 formed on the upper part of the evaporator base 10, and the reactors 20 are arranged up and down at regular intervals in the interior of the reactor 20, and the interior of the gas preheating region H from above. And the primary shower head 21 divided into the gas mixing region M and the plasma region P, the secondary shower head 22 and the reactor 20 in the gas preheating region H. The compound reaction gas injection pipe 30 to be connected, the gas discharge pipe 40 connecting the gas mixing region M to the exhaust pipe 12, and the elevating in the plasma region P in the reactor 20 The substrate 50 is to be coupled to the upper portion of the reactor 20, the sealing member 60 for sealing the inside of the reactor 20, The reactor heating means 70 provided above the sealing member 60, and the high frequency power supply unit 80 for generating a plasma in the plasma region (P).
상기 증착기 베이스(10)와 반응로(20)는 도시예에서는 일체로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이로써 국한되는 것은 아니고, 증착기 베이스(10)와 반응로(20)를 별도로 제작하여 기밀하게 결합할 수도 있는 것이다.Although the evaporator base 10 and the reactor 20 are illustrated as being integrally formed in the illustrated example, the evaporator base 10 and the reactor 20 are not necessarily limited thereto, and the evaporator base 10 and the reactor 20 may be separately manufactured and hermetically coupled. It could be.
상기 증착기 베이스(10)의 하부 개방부는 개폐판(13)에 의하여 개폐되며, 이 개폐판(13)에는 승강램(14)이 관통설치되어 그 상단에 상기 기판(50)이 설치되는 것으로 승강램(14)의 승강유격을 통하여 이물질이 침입하거나 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 개폐판(13)과 승강램(14)사이에는 신축성 더스트커버(15)가 설치되어 있다.The lower opening of the evaporator base 10 is opened and closed by an opening and closing plate 13, and the lifting ram 14 is installed therethrough so that the substrate 50 is installed at an upper end thereof. An elastic dust cover 15 is provided between the opening / closing plate 13 and the lifting ram 14 to prevent foreign matter from entering or leaking gas through the lifting clearance of 14.
상기 배기관(11)에는 통상적인 저압 화학 증기 증착장치에서와 마찬가지로 진공펌프(도시되지 않음)를 연결하여 반응로(20) 내부의 에어를 배출하는 것에 의하여 반응로(20)의 압력을 원하는 공정압력으로 유지하도록 되어 있다.The exhaust pipe 11 is connected with a vacuum pump (not shown) as in the conventional low pressure chemical vapor deposition apparatus to discharge the air in the reactor 20 to obtain a desired process pressure. It is supposed to be maintained.
상기 1차 샤워헤드(21)와 2차 샤워헤드(22)는 다수개의 가스분사공(21a)(22a)이 천공되는 것으로 제1도에 도시한 바와 같이 2차 샤워헤드(22)의 가스분사공(22a)은 1차 샤워헤드(21)의 가스분사공(21a)보다 그 크기가 작고 개수가 많게 되어 있다.As shown in FIG. 1, the primary shower head 21 and the secondary shower head 22 have a plurality of gas injection holes 21a and 22a formed therein. The pores 22a are smaller in size and larger in number than the gas spray holes 21a of the primary shower head 21.
상기 1차 샤워헤드(21)는 석영원판과 같은 비도전성 재질이 사용되며, 2차 샤워헤드(22)는 플라즈마를 발생시키기 위한 아노드 전극으로서 겸용할 수 있도록 도전성 원판이 사용되며, 그 예로서 SiC 원판이 사용된다.The primary shower head 21 may be made of a non-conductive material such as a quartz disc, and the secondary shower head 22 may be used as an anode electrode for generating plasma. SiC discs are used.
여기서 2차 샤워헤드(22)으로서 SiC 원판이 사용되는 경우에는 그 재질이 불투명성이므로 반응로 가열수단(70)의 열이 직접적인 복사에 의하여 플라즈마영역(P)에 전달되지 않고 전도 및 대류에 의하여 간접적으로 전열되도록 하는 기능도 가지게 된다.In this case, when the SiC disc is used as the secondary shower head 22, since the material is opaque, the heat of the reactor heating means 70 is not transferred to the plasma region P by direct radiation, but indirectly by conduction and convection. It will also have the function to be heated.
상기 화합물 반응가스 주입관(30)과 가스배출관(40)은 석영관으로 되며, 가스배출관(40)의 도중에는 솔레노이드 밸브 등으로 된 개폐밸브(41)가 설치되어 있다.The compound reaction gas injection pipe 30 and the gas discharge pipe 40 may be a quartz pipe, and an open / close valve 41 made of a solenoid valve or the like is provided in the middle of the gas discharge pipe 40.
또한 상기 화합물 반응가스 주입관(30)을 통하여 화합물 반응가스가 주입되고 1차 샤워헤드(21)와 샤워헤드(22) 사이의 잔류가스는 가스배출관(40)을 통하여 배출되도록 되어 있다.In addition, the compound reaction gas is injected through the compound reaction gas injection pipe 30 and the residual gas between the primary shower head 21 and the shower head 22 is discharged through the gas discharge pipe 40.
상기 기판(50)은 석영관 또는 SiC판으로 형성되는 것으로, 기판가열수단(51)이 설치되며, 그 저면에는 적어도 2개 이상의 위치결정홈(52)이 형성되고, 개폐판(13)의 상면에는 이에 대응하는 위치결정핀(16)이 설치된다. 이 위치결정홈(52)과 위치결정핀(16)은 기판을 로딩 위치로 정확히 유지하기 위한 것이다. 여기서 정확한 위치란 전후, 좌우의 위치와 높이를 말하는 것으로 전후, 좌우의 위치는 위치결정홈(52)과 위치결정핀(16)의 평면상 위치에 의하여 결정되는 것이므로 그 평면상 위치를 정확히 설정하는 것에 의하여 결정되며, 높이를 정확히 하기 위하여 위치결정핀(16)을 위치결정홈(52)에 끼워지는 상측 삽입부(16a)와 이 삽입부(16a)보다 직경이 큰 하측 지지부(16b)를 형성하여 이들 삽입부(16a)와 지지부(16b)사이에 형성되어 개폐판(13)의 상면으로부터의 일정 높이에 위치하는 걸림턱(16c)으로 구성된다. 기판(50)에는 캐소드전극(53)이 설치된다.The substrate 50 is formed of a quartz tube or SiC plate, the substrate heating means 51 is provided, at least two positioning grooves 52 are formed on the bottom surface, the upper surface of the opening and closing plate 13 The positioning pin 16 corresponding thereto is provided. The positioning groove 52 and the positioning pin 16 are for accurately holding the substrate in the loading position. Here, the exact position refers to the position and height of the front and rear, left and right, and the front and rear, left and right positions are determined by the planar positions of the positioning grooves 52 and the positioning pins 16. And an upper inserting portion 16a into which the positioning pin 16 is fitted in the positioning groove 52 and a lower support portion 16b having a larger diameter than the inserting portion 16a so as to precisely height. It is formed between these insertion portion (16a) and the support portion (16b) and consists of a locking step (16c) located at a predetermined height from the upper surface of the opening and closing plate (13). The cathode 50 is provided on the substrate 50.
상기 밀폐부재(60)는 반응로(20)의 내부를 외부와 차단, 밀폐하기 위한 것으로 석영판을 사용할 수 있으며, 반응로 가열수단(70)의 열이 직접적인 복사에 의하여 가스예열영역(H)로 전달되지 않고 간접적인 전도에 의하여 전달되도록 하기 위하여 SiC판을 사용할 수도 있는 것이다.The sealing member 60 is used to block and seal the inside of the reactor 20 with the outside, and may use a quartz plate, and the heat of the reactor heating means 70 is directly preheated by the gas preheating region (H). It is also possible to use SiC plates in order to be transferred by indirect conduction rather than by.
상기 반응로 가열수단(70)은 반응로(20)내부를 소정 반응온도로 가열하기 위한 것으로 전열히터가 사용된다. 또한 도시예에서는 반응로 가열수단(70)이 반응로(20)의 상부에만 설치되어 있으나, 반응로(20)의 주위에도 설치할 수도 있는 것이다.The reactor heating means 70 is for heating the inside of the reactor 20 to a predetermined reaction temperature is used as an electric heater. In addition, although the reactor heating means 70 is installed only in the upper part of the reactor 20 in the example of illustration, it may be installed also around the reactor 20.
상기 고주파 전원부(80)는 통상적인 것이 사용되며, 기판(50)과 2차 샤워헤드(22)에 접속되어 플라즈마영역(P)내에 플라즈마를 발생시키는 것이다.The high frequency power supply unit 80 is a conventional one, and is connected to the substrate 50 and the secondary shower head 22 to generate plasma in the plasma region P.
도면에서 미설명 부호 17은 냉각수 통로이고, 18은 반응로(20)내부를 기밀상태로 유지하기 위한 패킹이다.In the figure, reference numeral 17 is a cooling water passage, and 18 is a packing for keeping the inside of the reactor 20 in an airtight state.
이하, 본 고안의 매엽식 플라즈마 저압 화학 증기 증착장치의 증착과정을 설명한다.Hereinafter, the deposition process of the sheet-type plasma low pressure chemical vapor deposition apparatus of the present invention will be described.
제1도는 웨이퍼(W)가 기판(50)상에 로딩되고 기판(50)이 상승하여 증착위치에 있는 증착상태를 보인 것으로, 이 상태에서 배기관(12)에 연결된 진공펌프(도시되지 않음)에 의하여 반응로(20)내의 압력을 원하는 공정압력으로 유지시킨 다음 화합물 반응가스를 화합물 반응가스 주입관(30)을 통하여 반응로(20)내에 주입함과 아울러 기판 가열수단(51)과 반응로 가열수단(70) 및 고주파 전원부(80)를 가동시킨다.FIG. 1 shows a deposition state in which the wafer W is loaded on the substrate 50 and the substrate 50 is raised to be in a deposition position. In this state, a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust pipe 12 is shown. The pressure in the reactor 20 is maintained at a desired process pressure, and then the compound reaction gas is injected into the reactor 20 through the compound reaction gas injection tube 30, and the substrate heating means 51 and the reactor are heated. The means 70 and the high frequency power supply unit 80 are operated.
이때, 기판(50)상에 탑재된 웨이퍼(W)는 기판 가열수단(51)에 의하여 적정온도로 가열된다.At this time, the wafer W mounted on the substrate 50 is heated to an appropriate temperature by the substrate heating means 51.
또한 고주파 전원부(80)에 연결된 2차 샤워헤드(22)와 기판(50)사이의 플라즈마영역(P)에는 플라즈마가 발생된다.In addition, plasma is generated in the plasma region P between the secondary shower head 22 connected to the high frequency power supply unit 80 and the substrate 50.
주입되는 화합물 반응가스는 가스예열영역(H)로 주입되며, 여기서 반응로 가열수단(70)에 의하여 충분히 예열되어 열적 효과가 높아지게 된다.The injected compound reaction gas is injected into the gas preheating zone (H), where it is sufficiently preheated by the reactor heating means (70) to increase the thermal effect.
이 가스예열영역(H)에서 충분히 예열된 화합물 반응가스는 1차 샤워헤드(21)의 가스분사공(21a)을 통하여 가스혼합영역(M)내로 유입되며, 여기서는 가스혼합영역(M)의 하부에 설치된 2차 샤워헤드(22)의 가스분사공(22a)의 직경이 작으므로 유입된 가스가 체류하면서 충분히 혼합된다.The compound reaction gas sufficiently preheated in the gas preheating region H flows into the gas mixing region M through the gas injection hole 21a of the primary shower head 21, where the lower portion of the gas mixing region M is located. Since the diameter of the gas injection hole 22a of the secondary shower head 22 provided in the is small, the gas which flowed in is fully mixed while staying.
이와 같이 충분히 예열되고 혼합된 화합물 반응가스는 2차 샤워헤드(22)를 통하여 반응로(20)의 플라즈마영역(P)내로 유입되며, 플라즈마영역(P)은 2차 샤워헤드(22)와 기판(50)에 연결된 고주파 전원부(80)의 가동에 따라 플라즈마가 발생되어 있는 상태이므로 웨이퍼(W)위에 박막으로서 증착된다.The sufficiently reacted and mixed compound reaction gas flows into the plasma region P of the reactor 20 through the secondary shower head 22, and the plasma region P is formed of the secondary shower head 22 and the substrate. Plasma is generated in accordance with the operation of the high frequency power supply 80 connected to 50, and is thus deposited on the wafer W as a thin film.
상술한 바와 같은 증착과정에서 기판(50)위에 탑재된 웨이퍼(W)는 기판 기열수단(51)에 의하여 가열됨과 아울러 화합물 반응가스는 반응로 가열수단(70)에 의하여 충분히 예열된 상태로 유입되는 것이므로 열적 효과가 상승되며, 화합물 반응가스는 1차 샤워헤드(21) 및 2차 샤워헤드(22)에 의하여 2단으로 분사되면서 충분히 혼합되므로 박막에 핀홀이나 크랙 등의 결함이나 스텝 커버리지가 열등하게 되는 일이 없이 우수한 막질을 얻을 수 있게 된다.In the deposition process as described above, the wafer W mounted on the substrate 50 is heated by the substrate heating means 51 and the compound reaction gas is introduced into the state sufficiently preheated by the reactor heating means 70. Since the thermal effect is increased, the compound reaction gas is sufficiently mixed while being sprayed in two stages by the primary shower head 21 and the secondary shower head 22, so that defects such as pinholes or cracks or step coverage in the thin film are inferior. It is possible to obtain an excellent film quality without being.
또 매엽식으로 하면서도 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 열적 효과가 우수하며, 파티클에 의한 오염을 배제할 수 있게 되는 것이다.In addition, it is possible to utilize the space efficiently, but also to be a single-leaf type, it is possible to eliminate the contamination by particles, excellent thermal effect.
한편, 증착이 완료되면 승강램(14)을 기판승강수단(도시되지 않음)에 의하여 하강시키는 것에 의하여 그 상부에 설치된 기판(50)을 언로딩위치로 하강시킨 다음 출입구(11)를 통하여 웨이퍼를 언로딩하게 된다.On the other hand, when the deposition is completed by lowering the lifting ram 14 by the substrate lifting means (not shown) to lower the substrate 50 installed thereon to the unloading position and then the wafer through the entrance 11 It will be unloaded.
이러한 언로딩 과정에서 기판(50)이 언로딩 위치로 하강하였을 때 기판(50)의 저면에 형성된 위치결정홈(52)에 개폐판(13)의 상면에 형성된 위치결정핀(16)의 삽입부(16a)가 삽입되고 기판(50)의 저면이 걸림턱(16c)에 걸려 얹혀진 상태로 되므로 기판(50)은 전후, 좌우 방향의 평면적인 위치와 상하 높이의 위치가 정확하게 유지되어 로보트팔 등에 의한 로딩 및 언로딩이 정확하게 이루어지게 되므로 자동화에 유리하게 되는 것이다.Insertion portion of the positioning pin 16 formed on the upper surface of the opening and closing plate 13 in the positioning groove 52 formed on the bottom surface of the substrate 50 when the substrate 50 is lowered to the unloading position in this unloading process Since the 16a is inserted and the bottom surface of the substrate 50 is hung on the latching jaw 16c, the substrate 50 has a flat position in the front and rear, left and right directions, and the position of the vertical height is accurately maintained, Loading and unloading is done accurately, which is advantageous for automation.
또 증착이 완료된 후 반응로(20)내부의 잔류가스는 배기관(12)을 통하여 배기된다.After the deposition is completed, the residual gas in the reactor 20 is exhausted through the exhaust pipe 12.
이때, 가스혼합영역(M)의 하부에 설치된 2차 샤워헤드(22)의 가스분사공(22a)이 작은 관계로 상기 가스혼합영역(M)내에 체류하고 있는 가스가 플라즈마영역(P)을 통하여 배기관(12)으로 배출되는 데는 다소 어려움이 있는 바, 본 고안에서는 가스혼합영역(M)과 배기관(12)에 연결된 가스배출관(40)에 설치된 개폐밸브(41)를 개방하는 것에 의하여 가스혼합영역(M)에 체류하고 있는 가스를 가스배출관(40)을 통하여 배출케 함으로써 체류가스의 배출을 신속하고 확실하게 수행할 수 있어 잔존가스에 의한 막질의 저하를 배제할 수 있게 되는 것이다.At this time, since the gas injection holes 22a of the secondary shower head 22 provided below the gas mixing region M are small, the gas remaining in the gas mixing region M passes through the plasma region P. FIG. It is somewhat difficult to be discharged to the exhaust pipe 12, in the present invention, the gas mixing zone (M) and the gas mixing zone by opening the opening and closing valve 41 provided in the gas discharge pipe 40 connected to the exhaust pipe 12 By allowing the gas remaining in (M) to be discharged through the gas discharge pipe 40, discharge of the retained gas can be performed quickly and reliably, thereby preventing the degradation of the film quality due to the remaining gas.
제2도는 본 고안의 다른 실시예를 도시하는 것으로, 본 실시예에서는 상기 가스배출관(40)의 도중에 화합물 반응가스 보조유입관(31)을 분지 연결하여 상기 화합물 반응가스 유입관(30)과 다른 종류의 화합물 반응가스를 주입함으로써 다양한 막질의 박막을 증착할 수 있도록 한 것이며, 여타 구성은 상술한 제1도의 실시예에서와 동일하므로 동일 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.2 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the compound reaction gas inlet pipe 31 is branched in the middle of the gas discharge pipe 40 to be different from the compound reaction gas inlet pipe 30. By injecting a compound reaction gas of a kind, it is possible to deposit thin films of various films. Since other configurations are the same as those in the embodiment of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
제3도는 반응로 가열수단(70)을 반응로(20)의 주위에 가열재킷(71)을 설치하고 이 가열재킷(71)에 가열매체(72)를 순환시키는 것에 의하여 반응로(20)를 가열하도록 한 것이며, 여타 구성부분에 대하여는 상술한 제1도의 실시예에서와 동일하므로 동일 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다. 또한 본 실시예에서도 제2도의 실시예에서와 같이 혼합가스 주입관(30)외에 가스배출관(40)에 분지연결되는 보조유입관(31)을 설치할 수도 있는 것이다.3 shows the reactor 20 by installing a heating jacket 71 around the reactor 20 and circulating the heating medium 72 in the heating jacket 71. Since other components are the same as in the above-described embodiment of FIG. 1, the same reference numerals are assigned to the same components, and detailed description thereof will be omitted. In addition, in the present embodiment, as shown in the embodiment of FIG. 2, in addition to the mixed gas injection pipe 30, an auxiliary inlet pipe 31 branched to the gas discharge pipe 40 may be provided.
본 실시예에서 가열매체(72)로서는 고온수증기나 에틸렌 글리콜을 사용할 수 있는 바, 고온수증기를 사용하는 경우에는 고온수증기를 얻기 위한 설비가 대형화되므로 에틸렌 글리콜을 가열장치(도시되지 않음)에 의하여 가열하여 순환시키는 것이 바람직하다.In this embodiment, as the heating medium 72, hot steam or ethylene glycol can be used. When using hot steam, the equipment for obtaining hot steam is enlarged, so that ethylene glycol is heated by a heating device (not shown). It is preferable to circulate.
본 고안은 상술한 실시예들로서만 국한되는 것은 아니고 본 고안의 사상 및 범위내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications are possible within the spirit and scope of the present invention.
Claims (8)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100423953B1 (en) * | 2001-03-19 | 2004-03-24 | 디지웨이브 테크놀러지스 주식회사 | Chemical Vapor Deposition Apparatus |
-
1995
- 1995-04-01 KR KR2019950006520U patent/KR0138989Y1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100423953B1 (en) * | 2001-03-19 | 2004-03-24 | 디지웨이브 테크놀러지스 주식회사 | Chemical Vapor Deposition Apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960035591U (en) | 1996-11-21 |
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