KR100197649B1 - 박막 증착장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조공정 및 엘시디 제조공정 등에서 웨이퍼 또는 하부기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착에 관한 것으로, 메쉬 타입 RF 전극용 플레이트를 설치하여 플라즈마를 형성하고, 저압하에서 형성된 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하기 위하여 배플 가이드를 설치함과 아울러, 반응원료가 가스 인젝터에서 열화반응 일으키는 것을 방지하기 위해 일정온도로 제어할 수 있는 제어수단 등을 구비하여 복합성분의 박막형성과 고집적 소자의 미세패턴에서 박막을 균일하고 고밀도로 형성할 수 있게 한 저압 플라즈마 여기방식의 박막 증착 장치이다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 박막 증착장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 쳄버 몸체부 2 : 배플 가이드
3 : 히터블럭(Heat block) 4 : 웨이퍼
5 : 매니폴드(Manifold) 6 : 히터쟈킷(Heat jacket)
7, 8 : 가스 인젝터 9 : RF 메쉬 플레이트(Mesh plate)
10 : RF(Raido Frequency) 11 : 아이소레이터(Isolator)
12 : 상부쳄버 13 : 펌프
14 : 냉각 및 가열경로 15 : 진공 가이드
본 발명은 웨이퍼 또는 기판 상에 박막을 증착하는 반도체 제조공정 밀 엘시디(LCD) 제조공정에 있어서 저압 플라즈마 여기방식의 매엽식 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 메쉬 타입 무선 주파수(Mesh Type Radio Frequency) 전극용 플레이트를 설치하여 플라즈마를 형성하고, 저압하에서 형성된 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하기 위하여 배플 가이드(Baffle Guide)를 설치하고 반응원료가 가스 인젝터에서 열화반응 일으키는 것을 방지하기 위한 제어장치를 구비하는 매엽식 박막 증착 장치에 관한 것이다.
현재 주지되어 있는 박막 증착 장치 기술에 대해 살펴보면 다음과 같다.
종래의 박막 증착 장치 기술은 크게 저압하에서 고온으로 가열하여 박막을 증착하는 장치기술과 플라즈마를 여기시켜 박막을 증착하는 장치기술의 두 가지 형태로 사용되고 있다.
첫번째로, 저압하에서 고온으로 가열하여 박막을 증착하는 장치에 있어서는 다성분계의 반응원료를 사용하여 박막을 증착 할 경우, 각각의 반응원료들간의 반응 에너지 차가 증가하므로, 목표로 하는 조성의 박막을 얻기가 어려우며, 박막을 형성하기 위한 공정범위로 상당히 제한적인 문제점이 있으며,
두번째로, 플라즈마를 여기시켜 박막을 증착하는 장치에 있어서는 저압하에서는 플라즈마가 확장되어 박막이 원치 않는 곳에서 형성되며, 반응원료가 분사되는 가스 인젝터(Gas injector)에서 불완전한 박막이 형성되어 파티컬 제공의 원인이 될 수 있다. 또한, 플라즈마에서 셀프 바이어스(Self-bias)가 형성되어 미세 패턴에서 증착되는 박막의 피복성분도 불 균일해지는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 메쉬 타입의 R.F전극용 플레이트를 설치하여 플라즈마를 형성하고, 배플 가이드를 설치하여 저압하에서 형성된 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하며, 반응원료가 가스 인젝터에서 열화반응을 일으키는 것을 방지하기 위해 일정온도로 제어할 수 있는 장치들을 구비하여, 다원계 성분의 반응원료를 이용한 복합성분의 박막형성과 고집적 소자의 미세 패턴에서 박막을 균일하고 고밀도로 형성할 수 있게 하는 박막 증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 박막 증착 장치에 있어서,
내부에 웨이브를 수용하여 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 위한 외부 벽을 갖는 쳄버 몸체부와,
상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응원료가 삽입되는 매니 폴드와,
상기 매니 폴드내의 반응원료를 가스상태로 변환시켜 웨이퍼 상에 분사시키는 가스 인젝터와,
상기 가스 인젝터와 웨이퍼 및 히터 블럭 주위를 감싸고 있으며 상기 가스 인젝터에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져나가지 못하도록 하는 배플 가이드와,
웨이퍼의 상부에 위치하여 플라즈마를 형성할 수 있는 RF 전극용 플레이트를 구비함을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는, 메쉬 타입 RF 전극용 플레이트와 저압하에서 형성된 플라즈마가 넓게 확장되는 것을 방지하기 위하여 배플 가이드를 설치함과 아울러, 반응원료가 가스 인젝터에서 열화반응 일으키는 것을 방지하기 위한 제어장치를 구비하여 다원계 성분의 반응원료를 이용한 복합성분의 박막형성과 고집적 소자의 미세 패턴에서 박막을 균일하고 고 밀도로 형성할 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.
제 1도는 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착 장치에는 그 외부에 형성되고 내부에 수용된 웨이퍼(4)상에 박막을 증착하기 위한 공간을 형성하고 있는 쳄버 몸체부(1)와 상기 쳄버 몸체부(1)의 상부에 결착 되는 상부 쳄버와 그 중앙부에서 반응원료가 쳄버 내부로 유입되는 통로가 되는 매니 폴드가 구비된다.
또한, 박막 증착장치는 상기 매니 폴드(5)의 하부에 가스상태의 원료를 분사시키고 상기 매니 폴드(5)로부터 나온 박막형성용 반응원료를 가스상태로 변환시켜 웨이퍼 상에 분사시키도록 가스 인젝터(7, 8)를 설치하며, 원통형의 배플 가이드(2)를 쳄버 내부의 웨이퍼(4) 및 상기 가스 인젝터(7, 8)를 둘러싸는 형태로 구성시켜 상기 가스 인젝터(7, 8)에서 분사된 가스가 넓게 확산되거나 진공포트 등으로 빨리 빠져나가지 못하도록 하고 있다.
또한, 웨이퍼(4)의 상부로 메쉬 형의 RF 전극용 플레이트(9)를 구비하여 플라즈마를 형성할 수 있도록 하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 박막 증착 장치에 대해 그 구성 및 작용 관계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
박막을 형성하기 위해 공급되는 각각의 반응원료가 반응로에 인입되기 전에 집합되어 혼합되는 매니 폴드(5)는 각각의 반응원료 가스관과 연결되어 있다. 상기 매니 폴드(5)에는 실온에서 액체/고체 상태인 반응원료를 기화시켜 공급시킬 때, 기화된 반응원료가 냉각에 의해 원래의 상태로 되돌아가는 것을 방지하기 위한 일정 온도 가열 및 제어장치인 히터 자킷(6)과 서머 커플(Thermer couple)(미도시)이 구비되어 있다.
상기 매니 폴드(5)로 인입되어 혼합된 반응원료를 웨이퍼(4) 상부에 고르게 분사시켜 주기 위한 샤워 타입(Shower type)의 가스 인젝터(Gas injector)(7, 8)는 분사되는 반응원료가 고르게 분사되게 하기 위해서 0.1㎜∼1㎜ 직경의 구멍이 5㎜∼10㎜ 간격을 배열된 1차 샤워 헤드 플레이트(7)와 1㎜∼2㎜ 직경의 구멍이 2㎜∼3㎜ 간격으로 배열된 2차 샤워 헤드 플레이트(8)로 구성되어 있다. 이때 상기 2차 샤워 헤드 플레이트(8)에는 웨이퍼(4)를 가열하기 위한 히터 블럭(3)에서 열이 전도되어 고온으로 가열됨에 의해 반응원료가 가스 인젝터에서 증착 반응을 일으킬 수 있는데, 이를 방지하고 또한 일정온도를 유지하기 일정온도 유지용 냉각 및 가열경로(14)가 설치되어 있다.
이때 상기 냉각 및 가열경로(14)는 상기 2차 샤워 헤드 플레이트(8)의 온도를 임의적으로 조절하기 위한 것으로서, 한 방향에서 온도가 조절된 기체를 상기 경로(14)를 통하여 흘려 주므로써 2차 샤워 플레이트(8)의 온도를 조절하는 역할을 한다.
다음, 상기 2차 샤워 플레이트(8)의 하부에 위치한 메쉬 형 RF 전극용 플레이트(9)는 플라즈마를 가스 인젝터(7, 8)와의 거리와 무관하게 웨이퍼(4) 위에서 형성하기 위한 1㎜ 정도의 직경을 가진 와이어(wire)가 2㎜∼3㎜ 간격으로 배열된 그물형태의 전기 전도성 재질 예컨데, 백금, 텅스텐, SiC, 스테인레스 스틸 등으로 만들어진 플레이트로 되어 있다.
상기 RF 메쉬 플레이트(9)는 RF 만을 인가하기 위한 플레이트이므로 가스 인젝터에서 분사된 가스흐름과 무관하며, 고온으로 가열되어도 무관한 장점을 갖고 있다. 또한, 교류형 RF가 사용됨에 따라 RF 인가와 가스 인젝션이 되는 기존의 일체형 샤워 헤드에서는 불 균일한 박막이 형성 되므로서, 증착 공정 중에 증착 된 박막이 떨어져 나와 웨이퍼(4)에 파티컬 원인이 될 수 있지만, 본 발명의 기술에서는 상기 메쉬 플레이트(9)에만 박막이 증착되며, 웨이퍼(4)에 증착되는 정도의 치밀한 박막으로서 증착된다.
한편, 상기 메쉬 형 전극 플레이트(9)에 전원이 가해지는 원리는 다음과 같다.
일단 전원이 상부전극에 해당하는 상부 챔퍼(12)와 RF 메쉬 플레이트(9) 및 가스 인젝터(8) 모두에 가해지지만, 플라즈마를 형성할 때는 접지(Ground)상태인 히터 블럭(3)과 가장 가까운 곳에서 전원이 인가되는 효과를 보인다. 따라서 RF 메쉬 플레이트(9)와 히터 블럭(3) 사이에만 형성되고, 그 결과는 궁극적으로 RF 메쉬 플레이트(9)에만 가해지게 되는 결과를 가져온다.
그리고, 박막 증착 장치의 쳄버 몸체(1) 내부에 위치하며 웨이퍼(4)가 놓이는 히터 블럭(3) 및 가스 인젝터(7, 8)를 둘러싸고 있는 배플 가이드(2)는 전기 절연체 재질 예컨데, 세라믹 또는 석영(Quertz)으로 구성된 원통모양의 구성품으로서, 가스 인젝터를 통하여 분사되는 가스가 곧바로 진공 포트(Vacum port)로 빠져나가는 것을 방지하며, 저압하에서 플라즈마를 형성할 때, RF 전극용 메쉬 플레이트(9)와 웨이퍼(4) 사이에서 넓게 확장되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 배플 가이드(2)는 가스 인젝터(7, 8)에서 웨이퍼(4)를 올려놓은 기관까지 충분히 감쌀 수 있어야 하며, 기판과의 간격은 약 3㎜∼5㎜정도 유지되도록 한다.
쳄버 몸체부(1)의 양측 면으로 위치해 있는 진공 가이드(Vacuum guide)(15)의 가스의 흐름을 균일하게 흐를 수 있도록 해주는 것으로, 일정한 크기 즉, 약 5㎜∼10㎜ 직경의 구멍(미도시)으로 일정하게 배분되어 있다.
또한, 박막 증착 장치의 하부에 위치하며 웨이퍼(4)를 상부에 장착하는 웨이퍼 히터 블럭(3)은 웨이퍼(4)를 가열하는 역할을 하며, 아이소레이터(Isolator)(11)는 쳄버 몸체부(1) 벽면이 RF가 전달되는 부분을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 즉, 상기 아이스레이터(11)는 상부전극에 해당되는 상부 쳄버(12), RF 메쉬 플레이트(9) 및 가스 인젝터(7, 8)에 RF가 인가될 때, RF가 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 RF가 인가되는 부분과 절연시키는 역할을 하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 박막 증착 장치에 따르면, 상기와 같이 박막 증착용 반응원료를 분사하는 2차 샤워 플레이트(8)의 하부에 RF 전극용 플레이트(9)를 설치하여 플라즈마를 형성하고, 샤워 플레이트(7, 8)와 웨이퍼(4) 및 히터 블럭(3)의 주위로 배플 가이드(2)를 설치하며, 반응원료가 가스 인젝터(7, 8)에서 열화반응을 일으키는 것을 방지하기 위해 일정온도로 제어할 수 있는 기능을 구비함으로써, 반응원료의 다원계 성분을 치밀한 박막 구조로 미세 패턴에 양호한 피복성을 갖도록 저압하에서 고온, 플라즈마 여기방식으로 박막을 증착할 수 있으며, 고집적 소자의 다양한 박막 제조 공정에 적용할 수 있음과 아울러, 기존의 박막 특성보다 향상되고 양호한 박막을 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 박막 증착 장치에 있어서, 외부 벽을 내부에 웨이퍼를 수용하여 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 위한 공간을 갖는 쳄버 몸체부와 상기 쳄버 몸체부의 상부에 위치하며 박막형성용 반응 원료가 반응 쳄버의 내부로 인입 되기 전 반응원료의 가스관과 연결되어 반응원료를 반응 쳄버 내부로 유입되는 통로를 형성하는 매니 폴드와 상기 상부 탬버의 하부에 위치하여 상기 매니 폴드로부터 쳄버 내부로 유입되는 반응원료를 가스상태로 변환시켜 웨이퍼 상에 분사시키는 가스 인젝터와 상기 가스 인젝터와 웨이퍼 및 히터 블록 주위를 감싸도록 원통형상의 절연물질로 형성되는 배플 가이드와 웨이퍼의 상부와 상기 가스 인젝터 와의 사이에 위치하여 RF 전원이 인가됨에 의해 플라즈마를 형성하게 하는 RF 전극용 플레이트와 상기 쳄버 몸체부와 RF 전원이 전달되는 부분 사이에 설치되어 전기적으로 절연시키도록 하는 아이소레이터와 상기 쳄버 몸체 부의 내측 하부면 둘레에 설치되어 진공압력이 웨이퍼의 전 방향에서 일정하게 작용할 수 있도록 한 진공 가이드를 포함한 구성으로 된 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 매니 폴드 내부에 온도저하에 의해 상온에서 액체 및 고체상태인 반응원료가 다시 응축되는 것을 방지하기 위해 내부 온도를 일정온도상태로 가열 또는 제어하는 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제2항에 있어서 상기 온도 가열 또는 제어장치는 히터 쟈킷과 서머 커플로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 가스 인젝터는 상부 쳄버의 하부에 위치한 1 샤워 플레이트와 상기 1차 샤워 플레이트의 하부에 위치한 2차 샤워 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항 또는 제4항에 있어서 상기 가스 인젝터의 내부에 히터 블록으로부터 전달되는 열로 인한 가스의 사전 기상반응을 억제시키기 위해 쿨링 또는 히팅을 할 수 있는 경로가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 RF 전극용 플레이트는 직경 0.5㎜∼1.5㎜ 정도의 와이어가 2㎜∼3㎜ 간격으로 배열된 그물형태의 전기 전도성 재질로 형성된 플레이트인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제6항에 있어서 상기 전도성 재질의 물질로 백금, 텅스텐, SiC, 스테인레스 스틸 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 배플 가이드의 절연물질은 세라믹 또는 석영 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 배블 가이드의 하부 단부와 웨이퍼가 놓이는 하부기판 사이의 간격은 3㎜∼5㎜인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서 상기 진공 가이드는 직경 5㎜∼10㎜의 구멍이 일정간격으로 다수 개 배열되어 있는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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