KR20070013364A - 화학 기상 증착장치의 히터모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)공정에서 CVD 반응 챔버내부에 필수적으로 구비하여야 하는 히터모듈에 관한 것으로, 히터모듈의 서셉터에 내장된 열선의 상측에 열전달매체를 구비하여 열이 서셉터의 상면에 빠르고 균일하게 도달하도록 하여 서셉터를 가열하는 시간을 단축함과 아울러 서셉터의 상면에 안착되는 웨이퍼를 전체적으로 균일한 온도로 유지하여 박막의 두께를 일정하게 형성할 수 있도록 하므로서 반도체 소자의 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하며, 상기 서셉터의 하부면 및 측면을 감싸는 진공상태의 단열부재를 구비하여 서셉터의 균일한 온도를 유지함과 아울러 열손실을 줄이며, 챔버의 뒤틀림등의 변형을 방지할 수 있는 화학 기상 증착장치의 히터모듈을 제공하는 데 있다.

히터모듈, 서셉터, 열전달매체, 단열부재, 웨이퍼

Description

화학 기상 증착장치의 히터모듈{Heater module of chemical vapor deposition apparatus}

도 1은 종래의 화학 기상 증착장치를 나타내는 개략도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 화학 기상 증착장치의 히터모듈을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 화학 기상 증착장치 히터모듈의 일실시예를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 화학 기상 증착장치 히터모듈의 다른 실시예를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 챔버 20: 진공펌프

30: 개스공급부 40: 배기구

50: 히터모듈 51: 서셉터

52: 열선 53: 전원선

54: 지지부 60: 웨이퍼

100: 열전달매체 200: 단열부재

본 발명은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)공정에서 CVD 반응 챔버 내부에 필수적으로 구비하여야 하는 히터모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 웨이퍼가 안착되는 서셉터의 가열시간을 단축 시킴과 동시에 웨이퍼 표면 온도의 균일성을 유지할 수 있도록 하는 화학 기상 증착장치의 히터모듈에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적회로 공정에서 필수적으로 요구되는 박막형성 공정 가운데 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD)이 있다. 이 증착방법은 한 종류 이상의 화합물 개스를 CVD공정을 위해 마련된 반응 챔버내로 투입하여 고온으로 가열된 반도체 웨이퍼와 기상으로 화학반응을 일으키면서 반도체 웨이퍼상에 박막을 형성시키는 공정이다.

이와같은 CVD공정을 하기 위한 통상적인 CVD장치의 개략적인 설명은 반응챔버와, 반응챔버 내를 진공상태로 하기 위해 필요한 진공펌프와, 챔버내로 반응성 개스를 투입하기 위한 개스공급구와, 배기구와, 히터모듈로 구성되어 있다.

이중 상기 히터모듈은 반도체 웨이퍼가 고온에서 투입된 반응성 개스와 화학반응이 잘 일어나도록 하기 위해 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 것으로, 반도체 웨이퍼가 직접 안착되어 가열되도록 열선을 내장한 서셉터와, 열선에 전력을 공급 하기 위한 전원선 및 전원선을 챔버내로 도입하기 위한 지지부로 구성된다.

이와 같은 구성에 의해 진공펌프를 사용하여 챔버내를 진공상태로 만들고 히터 모듈을 통해 반도체 웨이퍼를 고온으로 가열한 후 개스공급부를 통해 반응성 개스를 투입시키게 되면 반응성 개스는 챔버 내부가 고진공 상태이므로 쉽고도 빠르게 챔버내로 골고루 비산되고, 비산된 개스는 고온으로 가열된 실리콘 웨이퍼 표면과 화학 반응을 일으켜 웨이퍼 위에 박막이 형성된다.

이때 웨이퍼상에 증착되는 박막의 증착율은 웨이퍼의 온도에 의해 크게 영향을 받는다. 예를 들어 같은 조건으로 막을 증착하더라도 웨이퍼의 온도가 높은 곳에 증착되는 막의 두께는 온도가 낮은 곳에서 증착되는 막의 두께보다 두껍다. 따라서 웨이퍼가 안착되는 서셉터 상면의 온도 균일도가 CVD 박막의 두께 균일도를 좌우하는 가장 큰 요인이 된다.

이와 같은 종래의 히터모듈은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같다.

먼저, 도 2a에 도시한 바에 의하면 서셉터내에 내장한 열선과 서셉터 상면과의 거리 L1이 작으면 서셉터의 상면을 가열하는 시간은 짧아지나 서셉터 상면에 도달하는 열은 t1지점과 t2지점에서 온도차가 발생하여 웨이퍼 표면 온도가 균일하지 못해 박막의 불량이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

한편, 도 2b에 도시한 바에 의하면 서셉터 상면과 열선과의 간격 L2를 크게하여 열선으로부터 등고선을 이루며 퍼져나간 열이 서셉터의 상면에 이르러 t1지점과 t2지점의 온도차가 거의 발생하지 않는다. 그런데 이와같은 구조에 의하면 서셉터의 상면과 열선과의 간격이 크므로 열이 서셉터 하부에서부터 상면에까지 고 르게 분포되기 까지 가열시간이 많이 소요되며 이로 인한 전력소모가 많아지는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 일반적인 히터모듈들은 서셉터를 800-900℃의 고온을 유지함으로 인해 그 측면이나 하부를 통해 방출되는 고열이 외측커버인 챔버에 전달되어 뒤틀림 등의 변형이 이루어지기 쉬운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 서셉터에 내장된 열선의 상측에 열전달매체를 구비하여 열이 서셉터의 상면에 빠르고 균일하게 도달되도록 하여 서셉터를 가열하는 시간을 단축함과 아울러 서셉터의 상면 즉 웨이퍼의 안착면의 온도를 전체적으로 균일하게 유지 시킬 수 있는 화학 기상 증착장치의 히터모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 서셉터의 하부면 및 측면을 감싸는 진공상태의 단열부재를 구비하여 챔버의 뒤틀림 등의 변형을 방지할 수 있는 화학 기상 증착장치의 히터모듈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 웨이퍼가 안착되어 가열되도록 열선을 내장한 서셉터(51)에 있어서,

상기 서셉터(51)에 내장된 열선(52)의 상측에 열전달매체(100)를 구비하여서 된 것을 특징으로 한다.

상기 서셉터(51)의 외주연에는 하부 및 측면을 감싸는 단열부재(200)를 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 본 발명을 첨부한 실시예 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 화학 기상 증착장치 히터모듈의 일실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 화학 기상 증착장치 히터모듈의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 히터모듈이 적용된 화학 기상 증착장치는 반응챔버(10)와, 반응챔버내를 진공상태로 하기 위해 필요한 진공펌프(20)와, 챔버내로 반응성 개스를 투입하기 위한 개스공급구(30)와, 배기구(40)와, 히터모듈(50)로 구성된다.

여기서 상기 히터모듈(50)은 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(60)가 안착되어 가열되도록 열선(52)을 내장하고, 상기 열선(52)의 상측에는 열전달매체(100)를 내장한 서셉터(51)와, 상기 열선(52)에 전력을 공급하기 위한 전원선(53) 및 전원선(53)을 챔버(10)내로 도입하기 위한 지지부(54)와, 상기 지지부(54)에 상부에 결합되어 서셉터(51)의 하부면 및 측면을 감싸는 진공상태의 단열부재(200)로 구성된다.

상기 열전달매체(100)는 서셉터(51)의 상면과 열선(52)과의 중간부에 구비되 어 열선(52)에서 발산되는 열을 빠르게 흡수하여 서셉터(51)의 상면에 균일한 온도로 도달하도록 한 것으로, 불응축가스가 봉입되는 가변전열히트 파이프, 열전도율이 뛰어난 알루미늄 또는 구리재질 중에 어느 하나로 형성함이 바람직하다.

상기 서셉터(51)는 열전달매체(100)가 사이에 개재되도록 상판(51a)과 하판(51b)으로 구분하되, 하판(51b)에는 열선(52)을 내장하고, 열선(52)과 서셉터(51)의 상면과의 중간에 열전달매체(100)가 구비되도록 상/하판을 구분한다.

상기 단열부재(200)는 지지부(54)에 결합되도록 중앙을 관통하고 내부에 진공상태의 공간부를 형성하여 서셉터(51)의 하부면과 측면을 감싸도록 단면이 U자형상을 이루도록 형성하며, 이는 서셉터(51)의 고온으로 인해 챔버(10)의 뒤틀림을 방지하기 위한 것으로, SUS플레이트, 인슐레이션, 세라믹, 티타늄 등의 고온의 단열재 재질이면 무방하다.

이같은 구성에 의해 박막형성과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 진공펌프(20)를 사용하여 챔버(10)내를 진공상태로 만들고 히터모듈(50)의 서셉터(51)내 열선(52)에 전력을 공급하면 상기 열선(52)에서 발산된 열이 열전달매체(100)의 하부를 통해 빠르게 흡수되어 상부에서 고르게 발산하므로 서셉터(51)의 상면 즉 웨이퍼(60)가 안착되는 접촉면에 빠르고 고르게 열이 도달하여 웨이퍼(60) 표면 온도의 균일성을 유지한 채 고온으로 가열되며, 개스공급부(30)를 통해 투입된 반응성 개스는 챔버(10) 내부가 고진공 상태이므로 쉽고도 빠르게 챔버(10)내로 골고루 비산되고, 비산된 개스는 고온으로 가열된 실리콘 웨이퍼(60) 표면과 화학 반응을 일으켜 웨이퍼(60) 위에 박막이 형성된다.

또한, 지지부(54)의 상부에 결합되어 서셉터(51)의 하부면 및 측면을 감싸는 진공상태의 단열부재(200)를 통해 평균 800℃ 이상의 고온을 유지하는 서셉터(51)의 열손실을 줄이며, 서셉터(51)의 고온으로 챔버(10)가 뒤틀림 등의 변형이 이루어지는 것을 방지하는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것 까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 서셉터에 내장된 열선의 상측에 열전달매체를 구비하여 열이 서셉터의 상면에 빠르고 균일하게 도달되도록 하므로서 서셉터를 가열하는 시간을 단축함과 아울러 서셉터의 상면 즉 웨이퍼의 안착면의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 박막의 두께를 일정하게 형성할 수 있도록 하므로 반도체 소자의 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 서셉터의 하부면 및 측면을 감싸는 진공상태의 단열부재를 구비하여 서셉터의 균일한 온도를 유지함과 아울러 열손실을 줄이며, 챔버의 뒤틀림등의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반도체 웨이퍼가 안착되어 가열되도록 열선을 내장한 서셉터(51)에 있어서,

   상기 서셉터(51)에 내장된 열선(52)의 상측에 열전달매체(100)를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치의 히터모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 서셉터(51)의 외주연에는 하부 및 측면을 감싸는 단열부재(200)를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치의 히터모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 단열부재(200)는 내부에 진공상태의 공간부를 형성한 것으로, 재질이 SUS, 인슐레이션, 세라믹, 티타늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치의 히터모듈.

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