KR20110130631A - 박막처리장치 및 이를 이용하는 박막처리공정의 기판가열방법 - Google Patents

박막처리장치 및 이를 이용하는 박막처리공정의 기판가열방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자 또는 평판표시장치를 제조하기 위해 기판을 처리하는 박막처리장치에 관한 것으로, 구체적으로는 박막처리장치에서 기판을 균일하게 가열하기 위한 기판안치대의 온도분포 조절방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 코일과 기판안치대 사이에 간접전열판과 열확산판을 더욱 구비함으로써, 코일에 의해 간접전열판을 유도가열시킨 후, 이를 통해 기판안치대를 가열되도록 하는 것이다. 이를 통해, 기판안치대를 보다 균일하게 가열할 수 있게 된다.
또한, 간접전열판을 기판안치대의 가장자리와, 중심부 그리고 가장자리와 중심부의 사이영역에 대응하는 제 1 내지 제 3 영역으로 나누어 형성하고, 이들의 높이를 조절하는 높이조절수단을 구비함으로써, 기판안치대의 위치에 따라 온도분포의 불균일을 보상할 수 있다.

Description

박막처리장치 및 이를 이용하는 박막처리공정의 기판가열방법{Thin film treatment apparatus and substrate heating method for thin film treatment processing thereof}
본 발명은 반도체소자 또는 평판표시장치를 제조하기 위해 기판을 처리하는 박막처리장치에 관한 것으로, 구체적으로는 박막처리장치에서 기판을 균일하게 가열하기 위한 기판안치대의 온도분포 조절방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자 또는 평판표시장치의 제조를 위해서는 실리콘웨이퍼, 사파이어웨이퍼 또는 글래스(이하, 기판이라 함)를 대상으로 여러 가지 다양한 공정을 진행하는데, 이중 기판 표면에 회로패턴을 형성하기 위해서 소정물질의 박막을 형성하는 박막증착(deposition)공정, 박막의 선택된 일부를 노출시키는 포토리소그라피(photo-lithography)공정이 수 차례 반복되고, 그 외에 세정, 합착, 절단 등의 다양한 공정이 수반된다.
이 같은 박막증착 및 포토리소그라피(photo-lithography) 등의 박막처리공정은 통상 밀폐된 반응영역(E)을 정의하는 챔버형 박막처리장치에서 진행된다.
도 1은 일반적인 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
보이는 바와 같이, 박막처리장치는 밀폐된 반응영역(E)을 정의하는 챔버(10)를 필수적인 구성요소로 하며, 이의 내부로는 다수의 포켓(21)이 구비된 서셉터(20)와, 서셉터(20)의 상부로 반응가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀(31)이 전면적에 걸쳐 상하로 투공된 가스분배판(30)이 위치한다.
처리대상물인 다수의 기판(1)은 각각 서셉터(20)의 포켓(21)에 안착되며, 서셉터(20)는 엘리베이터 어셈블리(23)를 통해 승강운동하게 된다.
더불어 챔버(10)의 상부에는 반응영역(E) 내부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급로(32)가 구비되는데, 반응가스공급로(32)는 챔버(10)를 관통하여 설치된다.
챔버(10)의 하부에는 배기포트(40)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(E)을 배기할 수 있도록 이루어진다.
따라서, 기판(1)이 실장된 챔버(10)의 반응영역(E) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.
한편, 일반적으로 기판(1)의 표면에 박막을 형성하기 위해서는 사전에 기판(1)을 충분히 가열시키는 것이 효율적이다. 예를 들어 GaN계 박막을 증착하고자 할 경우, 기판(1)의 온도를 1000도 이상으로 가열시킨 후 GaN계 박막을 증착하면 증착시간 및 증착속도 등에서 증착효율이 더욱 향상된다.
이를 위해 서셉터(20)의 하부에 유도가열 방식으로 작동되는 발열수단을 더욱 포함한다. 발열수단은 코일(50)을 이용할 수 있고, 코일(50)을 이용하여 서셉터(20)를 유도가열시킴으로써 서셉터(20) 상에 안착되는 기판(1)을 가열하게 된다.
즉, 서셉터(20)는 코일(50)에서 발생되는 유도전류에 의한 복사(輻射)에 의해 유도가열된다. 이러한 서셉터(20)는 전 면적에 걸쳐 균일한 온도로 가열되어야 서셉터(20)에 의해 가열되는 기판(1)에 균일한 박막의 증착 및 식각공정을 진행할 수 있다.
기판(1)의 온도분포는 박막의 증착 및 식각공정에서 매우 중요한 변수로 작용하기 때문이다.
그러나, 코일(50)의 유도전류에 의해 직접 유도가열되는 서셉터(20)의 두께 불균일이나, 포켓(21)의 형상에 따라 서셉터(20)의 발열량이 달라지게 되고, 이에 따라 서셉터(20) 내의 위치에 따라 온도 불균일이 발생하게 된다.
또한, 코일(50)의 경우, 코일(50)의 중심부에서 외곽으로 갈수록 전류밀도가 증가하여, 서셉터(20)의 외곽으로 전류가 가장 많이 흐르게 되므로, 서셉터(20)의 중심부와 외곽의 온도차를 발생시키게 된다.
또는 반응가스가 서셉터(20)의 가장자리로 배출되는 과정에서 반응가스에 의해 서셉터(20) 가장자리의 열을 빼앗김으로써, 이 또한 서셉터(20)의 중심부와 가장자리의 온도차를 발생시키게 된다.
이로 인하여 기판(1) 표면상에 증착되는 박막의 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판을 균일하게 가열되도록 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이로 인하여, 균일한 박막층을 형성하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반응영역을 정의하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되어, 기판이 안착되는 기판안치대와; 상기 기판안치대 상부에 설치되어, 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 가스분배판과; 상기 기판안치대 하부에 위치하여, 열을 상기 기판안치대로 전도(傳導)시키는 간접전열판과; 상기 간접전열판 하부에 위치하여, 상기 간접전열판을 유도가열시키는 코일을 포함하는 박막처리장치를 제공한다.
이때, 상기 간접전열판과 상기 기판안치대 사이에 열확산판을 더욱 포함하며, 상기 간접전열판과 상기 열확산판은 흑연, 규소(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 중 선택된 하나 또는 이들의 화합물로 이루어진다.
그리고, 상기 간접전열판과 상기 열확산판은 상기 기판안치대와 평면형상이 동일하며, 상기 간접전열판은 상기 기판안치대의 중심부와 가장자리 그리고 상기 중심부와 상기 가장자리 사이의 영역에 대응하여 제 1 내지 제 3 영역으로 나뉘어 형성된다.
또한, 상기 제 1 내지 제 3 영역은 각각 제 1 내지 제 3 높이조절수단이 구비되어, 각각 독립적으로 높낮이를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 반응영역을 정의하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되어, 기판이 안착되는 기판안치대와; 상기 기판안치대 상부에 설치되어, 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 가스분배판과; 상기 기판안치대 하부에 위치하여, 열을 상기 기판안치대로 전도(傳導)시키며, 상기 기판안치대의 중심부와 가장자리 그리고 상기 중심부와 상기 가장자리 사이의 영역에 대응하여 각각 제 1 내지 제 3 높이조절수단이 구비된 제 1 내지 제 3 영역으로 나뉘어 형성되는 간접전열판과; 상기 간접전열판 하부에 위치하여, 상기 간접전열판을 유도가열시키는 코일을 포함하는 박막처리장치를 이용하는 박막처리공정의 기판가열방법에 있어서, 상기 코일에 전류를 인가하여, 상기 간접가열판을 통해 박막처리공정의 온도로 상기 기판안치대를 가열시킨 후, 다수의 측정포인트에서 상기 기판안치대의 온도를 측정하고, 상기 박막처리공정의 온도보다 낮은 제 1 영역과 상기 박막처리공정의 온도보다 높은 제 2 영역을 구분하는 제 1 단계와; 상기 제 1 영역에 대응되는 상기 간접가열판의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 높이조절수단을 조절하여 상기 기판안치대와 상기 간접가열판의 상기 제 1 영역 사이의 간격을 상기 제 2 영역에 비해 넓히고, 상기 제 2 영역에 대응되는 상기 간접가열판의 상기 제 2 영역의 상기 제 2 높이조절수단을 조절하여 상기 기판안치대와 상기 간접가열판의 상기 제 2 영역 사이의 간격을 상기 제 2 영역에 비해 좁히는 제 2 단계와; 상기 코일에 전류를 인가하여 상기 기판안치대를 상기 박막처리공정의 온도로 가열시키고, 상기 다수의 측정 포인트에서 상기 기판안치대의온도를 측정하여, 균일한 온도분포가 확보되면 상기 박막처리공정을 진행하고, 상기 박막처리공정의 온도보다 낮거나 높은 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역이 발생되면 상기 제 1및 제 2 단계를 반복하는 제 3 단계를 포함하는 박막처리공정의 기판가열방법을 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 코일과 기판안치대 사이에 간접전열판과 열확산판을 더욱 구비하여, 코일에 의해 발생되는 유도전류를 통해 간접전열판과 열확산판을 유도가열시킨 후, 가열된 간접전열판과 열확산판을 통해 기판안치대로 전열(傳熱)되도록 함으로써, 이를 통해, 기판안치대를 보다 균일하게 가열할 수 있는 효과가 있다.
또한, 간접전열판을 기판안치대의 가장자리와, 중심부 그리고 가장자리와 중심부의 사이영역에 대응하는 제 1 내지 제 3 영역으로 나누어 형성하고, 이들의 높이를 조절하는 높이조절수단을 구비함으로써, 기판안치대의 위치에 따라 온도분포의 불균일을 보상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 도 2에 열확산판을 더욱 구비한 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 기판안치대와 간접절연판의 구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 6a ~ 6b는 도 5의 단면도.
도 7은 본 발명의 도 4에 열확산판을 더욱 구비한 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
-제 1 실시예-
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2에 열확산판을 더욱 구비한 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 박막처리장치는 밀폐된 반응영역(E)을 정의하는 공정챔버(100)를 필수적인 구성요소로 한다.
이를 보다 세부적으로 살펴보면, 먼저 공정챔버(100)는 내부로 기판(102) 상에 박막을 증착하기 위한 밀폐된 반응영역(E)을 제공하는데, 이를 위하여 공정챔버(100)는 밑면(111)과 밑면(111)에 수직한 측벽(113a, 113b)으로 이루어진 챔버본체(110)와, 챔버본체(110)를 덮는 챔버리드(120)로 이루어진다.
이때 도면상에 도시하지는 않았지만, 챔버본체(110)의 측벽(113a, 113b) 일측에는 기판(102) 출입을 위한 개구(開口)가 형성된다.
밑면(111)에는 배기포트(140)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(E)의 잔류가스를 배출하고 진공압력을 유지할 수 있도록 이루어진다.
이러한 공정챔버(100) 내부로는 처리대상물인 기판(102)이 실장되며, 기판(102)이 실장된 공정챔버(100)의 반응영역(E) 내로 소정의 반응가스를 유입시킨 후 이를 활성화 시켜 목적하는 박막처리공정을 진행한다.
여기서, 박막처리공정은 생산성을 높이기 위해 통상 4 ~ 5매의 기판(102)을 한꺼번에 처리하는 세미배치(semi batch) 타입으로 진행한다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 박막처리장치의 공정챔버(100) 내부에는 기판(102) 상의 박막에 대한 증착 및 식각을 위한 밀폐된 반응공간(E)을 제공하며, 특히 이의 내부로는 처리대상물인 기판(102)이 안착되는 기판안치대(200) 상에 다수의 포켓(201)이 구비된다.
처리대상물인 다수의 기판(102)은 각각 기판안치대(200)의 포켓(201)에 안착되며, 기판안치대(200)는 엘리베이터 어셈블리(123)를 통해 승강운동하게 된다.
그리고, 기판(102)과 반응영역(E)을 사이에 두고 이와 대면되어 기판(102) 상부로 가스를 분사하는 가스분배판(130)이 구비되는데, 가스분배판(130)은 외부로부터 공급되는 반응가스를 반응영역(E) 내의 전면적으로 확산시킬 수 있도록 다수의 분사홀(131)이 전 면적에 걸쳐 상하로 투공되어 구비된다.
그리고, 공정챔버(100)의 챔버리드(120)에는 반응영역(E) 내부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급로(132)가 구비된다.
이때, 박막을 형성할 경우 반응가스공급로(132)를 통해서 소스가스들이 유입되고, 세정공정을 진행할 경우에는 세정가스가 유입된다.
여기서, 알루미늄(Al)을 함유한 티타늄질화막을 형성하고자 할 경우 티타늄(Ti) 소스가스 및 알루미늄(Al) 소스가스 그리고 퍼지가스로 질소 소스가스가 공정챔버(100) 내부로 유입될 수 있다.
그리고, 알루미늄(Al)을 함유한 티타늄질화막을 기판(102) 상에 형성한 후, 공정챔버(100) 내부를 세정하기 위하여 세정가스로 Cl2를 포함하는 제 1 크리닝가스와 ClF3를 포함하는 제 2 크리닝가스가 공정챔버(100) 내부로 유입될 수 있다.
그리고, 기판안치대(200)의 하부에는 유도가열 방식으로 작동되는 발열수단(160)이 구비된다. 발열수단(160)은 코일(150)을 이용할 수 있다. 이때, 도면상에 도시하지는 않았지만 코일(150)에 교류전류를 인가하는 전원을 포함한다.
여기서, 코일(150)은 중심부의 유도전류를 강하게 하기 위하여 나선형태로 이루어진다.
그리고, 본 발명의 박막처리장치에 있어, 발열수단(160)은 간접전열판(210)을 더욱 포함하는데, 간접전열판(210)은 코일(150)과 기판안치대(200) 사이에 위치하는데, 간접전열판(210)은 코일(150)에서 발생되는 유도전류에 의해 유도가열된 후, 가열된 열을 통해 기판안치대(200)을 균일한 온도로 가열하는 역할을 한다.
즉, 본 발명의 박막처리장치는 코일(150)에 전류를 인가했을 때, 발생하는 유도전류에 의해 간접전열판(210)을 유도가열하게 되고, 간접전열판(210)은 기판안치대(200)를 가열하게 되고, 최종적으로 기판안치대(200)를 매개로 기판(102)을 가열하게 된다.
따라서, 본 발명의 박막처리장치의 기판안치대(200)는 코일(150)에서 발생되는 유도전류에 의한 복사에 의해서 직접 유도가열되지 않고 일차적으로 간접전열판(210)을 유도가열한 후, 간접전열판(210)을 통해 전도(傳導)와 대류(對流)에 의하여 간접적으로 가열된다.
따라서, 기판안치대(200)가 국부적으로 과열되거나 적정온도에 미달되는 일이 없이 전체적으로 균일하게 가열되어, 기판안치대(200) 상에 안착된 다수의 기판(102)이 전반적으로 균일하게 가열되도록 할 수 있어, 다수의 기판(102)에 균일한 막질과 두께의 박막이 증착되도록 할 수 있다.
이를 통해, 다수의 기판(102) 표면상에 증착되는 박막의 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하지 않게 되는 문제점을 방지할 수 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 기존의 박막처리장치는 코일(도 1의 50)에서 발생되는 유도전류가 직접 복사에 의해 서셉터(도 1의 20)를 유도가열함으로써, 서셉터(도 1의 20)의 두께 불균일이나, 포켓(도 1의 21)의 형상에 따라 서셉터(도 1의 20)의 발열량이 달라지게 됨에 따라, 서셉터(도 1의 20)의 온도차가 발생되었다.
이를 통해, 기판(도 1의 1) 표면상에 증착되는 박막의 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하지 않게 되는 것이다.
그러나, 이에 반해 본 발명의 박막처리장치는 코일(150)에 의해 발생되는 유도전류를 통해 간접전열판(210)을 유도가열한 후, 가열된 간접전열판(210)을 통해 기판안치대(200)가 가열되도록 함으로써, 기판안치대(200)의 두께 불균일이나, 포켓(201)의 형상에 따라 기판안치대(200)의 발열량이 달라지더라도, 코일(150)에 의해 직접 유도가열되지 않고, 간접전열판(210)을 통한 전도(傳導)와 대류(對流)에 의해 간접적으로 전열(傳熱)되도록 할 수 있다.
따라서, 기판안치대(200)를 보다 균일하게 가열할 수 있으며, 또한, 기판안치대(200) 상에 안착되는 다수의 기판(102) 또한 균일하게 가열할 수 있어, 기판(102) 상에 증착되는 박막의 막질과 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하게 형성할 수 있다.
여기서, 간접전열판(210)은 코일(150)로부터 발생된 유도전류에 의해 빠르게 유도가열되며, 가열된 열을 기판안치대(200)로 빠르게 전열할 수 있도록 열전도가 우수한 흑연, 규소(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 이들의 화합물 계열로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 기판안치대(200) 또한 간접전열판(210)으로부터 쉽게 전열될 수 있도록, 열전도율이 좋아 기판안치대(200) 전체의 온도 균일도가 향상될 수 있는 흑연소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 간접전열판(210)은 기판안치대(200)를 균일하게 가열하기 위하여, 평면형상이 기판안치대(200)와 동일한 것이 바람직하다. 일반적으로 박막처리장치에서는 기판안치대(200)가 원형의 평면을 가지므로 간접전열판(210) 또한 원형으로 제조하는 것이 바람직하며, 그 직경은 기판안치대(200) 보다 작거나 같은 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 본 발명에 따른 박막처리장치를 통한 증착 메커니즘을 살펴보면, 먼저 공정시간을 단축시키기 위하여 다수의 기판(102)을 공정챔버(100) 내부로 반입하기 전에, 기판안치대(200) 하부의 코일(150)에 전원을 가한다.
이에, 코일(150)에 의한 발생하는 유도전류에 의해 간접가열판(210)은 유도가열되고, 가열된 간접전열판(210)은 전도와 대류에 의해 간접적으로 기판안치대(200)를 균일하게 가열하게 된다.
이어서, 공정챔버(100)의 기판안치대(200)의 포켓(201) 상에 다수의 기판(102)이 안착된 후, 다수의 기판(102)을 가스분배판(130)과 소정간격으로 대면시키고, 이어서 외부로부터 유입되는 반응가스를 가스분배판(130)의 다수의 분사홀(131)을 통해 공정챔버(100) 내부로 분사한다.
그 결과, 반응영역(E)으로 유입된 반응가스의 결과물이 다수의 기판(102) 상에 박막으로 증착되며, 박막증착이 완료되면 배기포트(140)를 이용해서 반응영역(E)을 배기하여 기판(102)의 교체에 이은 새로운 박막증착공정을 준비한다.
한편, 이 과정 중에서 기판안치대(200)는 코일(150)에서 발생되는 유도전류를 통해 복사에 의하여 직접 유도가열되지 않고, 일차적으로 간접전열판(210)을 유도가열한 후, 전도와 대류에 의하여 간접적으로 가열하게 됨으로써, 보다 균일하게 가열된다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막처리장비는 도 3에 도시한 바와 같이, 기판안치대(200)와 간접전열판(210) 사이에 열확산판(220)을 더욱 구비할 수 있다.
열확산판(220)은 간접전열판(210)으로부터 열을 빠르게 흡수하여, 기판안치대(200)를 향하여 고르게 발산하므로, 간접전열판(210)의 열을 기판안치대(200)에 보다 더욱 빠르고 균일하게 전달하는 역할을 한다.
열확산판(220)은 또한 간접전열판(210)으로부터 열을 빠른 속도로 기판안치대(200)로 전도될 수 있도록 열전도가 우수한 흑연, 규소(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)또는 이들의 화합물 계열로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 등과 같은 금속소재의 금속판 표면을 아크(arc) 방식을 이용하여 산화시킨 산화절연판을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 산화절연판은 알루미나(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등이 사용되며, 이러한 산화절연판은 금속판 위에 플라즈마 스프레이 코팅(plasma spray coating) 방식 등으로 형성할 수도 있다.
그리고, 열확산판(220) 또한 평면형상이 간접전열판(210)과 기판안치대(200) 와 동일한 것이 바람직하며, 그 직경은 간접전열판(210)과 기판안치대(200) 보다 작거나 같은 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막처리장치는 코일(150)과 기판안치대(200) 사이에 간접전열판(210)과 열확산판(220)을 더욱 구비함으로써, 코일(150)에 의해 발생되는 유도전류를 통해 일차적으로 간접전열판(210)을 유도가열한 후, 가열된 열을 열확산판(220)을 통해 기판안치대(200)로 전열(傳熱)되도록 할 수 있다.
따라서, 기판안치대(200)의 두께 불균일이나, 포켓(201)의 형상 그리고 코일(150)의 전류밀도 차에 따라 기판안치대(200)의 발열량이 달라지더라도, 코일(150)의 열이 직접 기판안치대(200)로 복사에 의해 전달되지 않고, 간접전열판(210)과 열확산판(220)을 통해 전도(傳導)와 대류(對流)에 의해 간접적으로 전열되도록 함으로써, 기판안치대(200)를 보다 균일하게 가열할 수 있게 된다.
-제 2 실시예-
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 기판안치대와 간접절연판의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 6a ~ 6b는 도 5의 단면도이다.
여기서 앞서 전술한 제 1 실시예와 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 밑면(111)과 측벽(113a, 113b)으로 이루어지는 챔버본체(110)와 챔버리드(120)로 이루어져 밀폐된 반응영역(E)을 정의하는 챔버(100)와, 이의 내부로는 다수의 포켓(201)이 구비된 기판안치대(200)와, 기판안치대(200)의 상부로 반응가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀(131)이 전면적에 걸쳐 상하로 투공된 가스분배판(130)을 포함한다.
이에, 처리대상물인 다수의 기판(102)은 각각 기판안치대(200)의 포켓(201)에 안착되며, 기판안치대(200)는 엘리베이터 어셈블리(123)를 통해 승강운동하게 된다.
더불어 공정챔버(100)의 상부에는 반응영역(E) 내부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급로(132)가 구비되며, 챔버(100)의 하부에는 배기포트(140)가 마련되어 외부의 흡기시스템(미도시)을 통해서 내부 반응영역(E)을 배기할 수 있도록 이루어진다.
그리고, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 기판안치대(200) 하부에 발열수단(160)으로써 간접전열판(210)과 코일(150)이 구비되어, 코일(150)에서 발생하는 유도전류에 의해 간접전열판(210)을 유도가열하게 되고, 간접전열판(210)은 다시 기판안치대(200)를 가열하게 되고, 최종적으로 기판안치대(200)를 매개로 기판(102)을 가열하게 된다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 간접전열판(210)이 기판안치대(200)의 중심부와 가장자리 그리고 중심부와 가장자리 사이의 영역에 대응하여 적어도 3 영역으로 나뉘어 정의되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 간접전열판(210)은 기판안치대(200)의 균일한 온도분포를 확보하기 위하여, 간접전열판(210)의 각 영역의 높낮이를 국부적으로 조절할 수 있는 제 1 내지 제 3 높이조절수단(230a, 230b, 230c)이 구비된다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이 기판안치대(200)는 원형의 평면으로 이루어지며, 기판안치대(200)를 균일하게 가열하기 위하여 간접전열판(210) 또한 원형의 평면으로 이루어진다.
이때, 간접전열판(210)은 최외각 가장자리의 제 1 영역(210a)과 간접전열판(210)의 중심부를 향해 제 1 영역(210a)의 내측으로 위치하는 제 2 영역(210b) 그리고 제 2 영역(210b)의 내측으로 위치하여 간접전열판(210)의 중심부를 이루는 제 3 영역(210c)으로 구분되며, 제 1 내지 제 3 영역(210a, 210b, 210c)은 서로 각각 독립적으로 이루어진다.
이때, 간접전열판(210)의 중심부를 이루는 제 3 영역(210c)의 중심에는 기판안치대(200)를 지지하는 엘리베이터 어셈블리(도 4의 123)가 관통되도록 홀(211)이 형성되어 있다.
간접전열판(210)의 제 1 영역(210a)은 기판안치대(200)의 외측 가장자리 영역에 대응되며, 간접전열판(210)의 제 2 영역(210b)은 기판안치대(200)의 외측 가장자리로부터 중심부를 향하는 내측으로 외측 가장자리에 이웃하는 영역에 대응되며, 간접전열판(210)의 제 3 영역(210c)은 엘리베이터 어셈블리(도 4의 123)가 형성되는 기판안치대(200)의 중심부에 대응된다.
이러한 간접전열판의 제 1 내지 제 3 영역(210a, 210b, 210c)은 서로 독립적으로 이루어지며, 각각의 영역을 국부적으로 조절할 수 있도록 각각 제 1 내지 제 3 높이조절수단(230a, 230b, 230c)이 구비된다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 코일(150)의 전류밀도 차 또는 기판안치대(200)의 가장자리로 배출되는 반응가스에 의해 기판안치대(200)의 온도차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 다수의 기판(102) 표면상에 증착되는 박막의 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하지 않게 되는 문제점을 방지할 수 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 기존의 박막처리장치는 코일(도 1의 50)에서 발생되는 유도전류를 통해 직접 복사에 의해 서셉터(도 1의 20)를 유도가열함으로써, 서셉터(도 1의 20)의 두께 불균일이나, 포켓(도 1의 21)의 형상에 따라 서셉터(도 1의 20)의 발열량이 달라지게 됨에 따라, 서셉터(도 1의 20)의 온도차가 발생되었다.
또한, 발열수단(160)인 코일(150)은 코일(150)의 중심부에서 외곽으로 갈수록 전류밀도가 증가하게 되고, 이를 통해 기판안치대(200)의 가장자리에 대응하는 코일(150)에 전류가 가장 많이 흐르게 되므로, 기판안치대(200)의 가장자리의 온도가 중심부의 온도에 비해 높아져, 기판안치대(200)의 위치에 따른 온도차를 발생시키게 된다.
또한, 반응가스가 기판안치대(200)의 가장자리로 배출되는 과정에서 반응가스에 의해 기판안치대(200)의 가장자리의 열을 빼앗김으로써, 이 또한 기판안치대(200)의 중심부와 가장자리의 온도차를 발생시키게 된다.
따라서, 기판안치대(200)에 의해 가열되는 기판(102)의 온도 불균일을 가져옴에 따라, 기판(102) 표면상에 증착되는 박막의 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하지 않게 되는 문제점을 가져오게 된다.
그러나, 이에 반해 본 발명의 실시예에 따른 박막처리장치는 코일(150)에 의해 발생되는 유도전류를 통해 간접전열판(210)을 유도가열한 후, 가열된 간접전열판(210)을 통해 기판안치대(200)을 가열되도록 함으로써, 기판안치대(200)의 두께 불균일이나, 포켓(201)의 형상 그리고 코일(150)의 전류밀도 차에 따라 기판안치대(200)의 발열량이 달라지더라도, 코일(150)에 의해 기판안치대(200)가 직접 가열되지 않고, 간접전열판(210)을 통해 전도(傳導)와 대류(對流)에 의한 간접적으로 전열되도록 할 수 있다.
이에, 기판안치대(200)를 보다 균일하게 가열할 수 있으며, 따라서, 기판안치대(200) 상에 안착되는 다수의 기판(102) 또한 균일하게 가열할 수 있어, 기판(102) 상에 증착되는 박막의 막질과 두께 또는 물성이 전체적으로 균일하게 형성할 수 있다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 코일(150)의 전류밀도 차에 의해 기판안치대(200)의 가장자리의 온도가 중심부의 온도에 비해 높아지거나, 또는 반응가스에 의해 기판안치대(200)의 가장자리의 온도가 중심부에 비해 낮아지는 온도분포의 불균일을 보상할 수 있다.
즉, 기판안치대(200)의 임의로 설정되는 다수의 측정포인트(미도시)에서 온도를 측정한 결과, 코일(150)의 전류밀도가 코일(150)의 중심부에서 외곽으로 갈수록 증가하여, 코일(150)로부터 전열되는 간접전열판(210)의 가장자리의 온도가 중심부에 비해 높아질 경우, 도 6a에 도시한 바와 같이 간접전열판(210)의 제 1 영역(210a)을 간접전열판(210)의 제 2 및 제 3 영역(210b, 210c)에 비해 기판안치대(200)로부터 멀리 위치하도록 한다.
그리고, 간접전열판(210)의 제 2 영역(210b)을 제 1 영역(210a)에 비해 기판안치대(200)와 가깝게 위치하도록 하며, 간접전열판(210)의 제 3 영역(210c)을 제 2 영역(210b)에 비해 기판안치대(200)와 가깝게 위치하도록 한다.
이를 통해, 간접전열판(210)을 통해 가열되는 기판안치대(200)는, 코일(150)의 전류밀도 차가 발생하여도 전면적에 걸쳐 균일한 온도로 가열할 수 있다.
또한, 반응가스가 기판안치대(200)의 가장자리로 배출되는 과정에서, 반응가스에 의해 기판안치대(200)의 가장자리의 열을 빼앗길 경우에는 도 6b에 도시한 바와 같이, 간접전열판(210)의 제 1 영역(210a)을 간접전열판(210)의 제 2 및 제 3 영역(210b, 210c)에 비해 기판안치대(200)로부터 가깝게 위치하도록 한다.
그리고, 간접전열판(210)의 제 2 영역(210b)을 제 1 영역(210a)에 비해 기판안치대(200)와 멀리 위치하도록 하며, 간접전열판(210)의 제 3 영역(210c)을 제 2 영역(210b)에 비해 기판안치대(200)와 멀리 위치하도록 한다.
이를 통해, 기판안치대(200)의 온도균일도를 조절하여, 최종적으로 균일한 온도로 가열할 수 있다.
도 7은 본 발명의 도 4에 열확산판을 더욱 구비한 박막처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판안치대(200)와 3개의 영역으로 각각 독립적으로 이루어지는 간접전열판(210) 사이에 열확산판(220)을 더욱 구비할 수 있다.
열확산판(220)은 간접전열판(210)으로부터 열을 빠르게 흡수하여, 기판안치대(200)를 향하여 고르게 발산하므로, 간접전열판(210)의 열을 기판안치대(200)에 보다 더욱 빠르고 균일하게 전달하는 역할을 한다.
열확산판(220)은 또한 간접전열판(210)으로부터 열을 빠른 속도로 기판안치대(200)로 전도될 수 있도록 열전도가 우수한 흑연, 규소(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)또는 이들의 화합물 계열로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 등과 같은 금속소재의 금속판 표면을 아크(arc) 방식을 이용하여 산화시킨 산화절연판을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 산화절연판은 알루미나(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등이 사용되며, 이러한 산화절연판은 금속판 위에 플라즈마 스프레이 코팅(plasma spray coating) 방식 등으로 형성할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 코일(150)과 기판안치대(200) 사이에 간접전열판(210)과 열확산판(220)을 더욱 구비함으로써, 간접전열판(210)과 열확산판(220)을 통해 기판안치대(200)로 전열(傳熱)되도록 할 수 있다.
따라서, 기판안치대(200)의 두께 불균일이나, 포켓(201)의 형상 그리고 코일(150)의 전류밀도 차에 따라 기판안치대(200)의 발열량이 달라지더라도, 코일(150)에 의해 기판안치대(200)가 직접 유도가열되지 않고, 간접전열판(210)과 열확산판(220)을 통해 전도(傳導)와 대류(對流)에 의한 간접적으로 전열되도록 함으로써, 기판안치대(200)를 보다 균일하게 가열할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막처리장치는 간접전열판(210)을 기판안치대(200)의 가장자리와, 중심부 그리고 가장자리와 중심부의 사이영역에 대응하는 제 1 내지 제 3 영역(210a, 210b, 210c)으로 나누어 형성하고, 이들의 높이를 조절하는 높이조절수단(230a, 230b, 230c)을 구비함으로써, 기판안치대(200)의 위치에 따라 온도분포의 불균일을 보상할 수 있다.
발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
100 : 공정챔버, 102 : 기판, 110 : 챔버본체, 111 : 밑면, 113a, 113b : 측벽
120 : 챔버리드, 123 : 엘리베이터 어셈블리
130 : 가스분배판, 131 : 다수의 분사홀, 132 : 반응가스공급로
140 : 배기포트, 150 : 코일, 160 : 발열수단, 200 : 기판안치대
201 : 포켓, 210 : 간접전열판, E : 반응영역

Claims (7)

  1. 반응영역을 정의하는 챔버와;
    상기 챔버 내부에 설치되어, 기판이 안착되는 기판안치대와;
    상기 기판안치대 상부에 설치되어, 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 가스분배판과;
    상기 기판안치대 하부에 위치하여, 열을 상기 기판안치대로 전도(傳導)시키는 간접전열판과;
    상기 간접전열판 하부에 위치하여, 상기 간접전열판을 유도가열시키는 코일
    을 포함하는 박막처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간접전열판과 상기 기판안치대 사이에 열확산판을 더욱 포함하는 박막처리장치.
  3. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 간접전열판과 상기 열확산판은 흑연, 규소(Si), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 중 선택된 하나 또는 이들의 화합물로 이루어지는 박막처리장치.
  4. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 간접전열판과 상기 열확산판은 상기 기판안치대와 평면형상이 동일한 박막처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 간접전열판은 상기 기판안치대의 중심부와 가장자리 그리고 상기 중심부와 상기 가장자리 사이의 영역에 대응하여 제 1 내지 제 3 영역으로 나뉘어 형성되는 박막처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 영역은 각각 제 1 내지 제 3 높이조절수단이 구비되어, 각각 독립적으로 높낮이를 조절할 수 있는 박막처리장치.
  7. 반응영역을 정의하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되어, 기판이 안착되는 기판안치대와; 상기 기판안치대 상부에 설치되어, 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 가스분배판과; 상기 기판안치대 하부에 위치하여, 열을 상기 기판안치대로 전도(傳導)시키며, 상기 기판안치대의 중심부와 가장자리 그리고 상기 중심부와 상기 가장자리 사이의 영역에 대응하여 각각 제 1 내지 제 3 높이조절수단이 구비된 제 1 내지 제 3 영역으로 나뉘어 형성되는 간접전열판과; 상기 간접전열판 하부에 위치하여, 상기 간접전열판을 유도가열시키는 코일을 포함하는 박막처리장치를 이용하는 박막처리공정의 기판가열방법에 있어서,
    상기 코일에 전류를 인가하여, 상기 간접가열판을 통해 박막처리공정의 온도로 상기 기판안치대를 가열시킨 후, 다수의 측정포인트에서 상기 기판안치대의 온도를 측정하고, 상기 박막처리공정의 온도보다 낮은 제 1 영역과 상기 박막처리공정의 온도보다 높은 제 2 영역을 구분하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 영역에 대응되는 상기 간접가열판의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 높이조절수단을 조절하여 상기 기판안치대와 상기 간접가열판의 상기 제 1 영역 사이의 간격을 상기 제 2 영역에 비해 넓히고, 상기 제 2 영역에 대응되는 상기 간접가열판의 상기 제 2 영역의 상기 제 2 높이조절수단을 조절하여 상기 기판안치대와 상기 간접가열판의 상기 제 2 영역 사이의 간격을 상기 제 2 영역에 비해 좁히는 제 2 단계와;
    상기 코일에 전류를 인가하여 상기 기판안치대를 상기 박막처리공정의 온도로 가열시키고, 상기 다수의 측정 포인트에서 상기 기판안치대의온도를 측정하여, 균일한 온도분포가 확보되면 상기 박막처리공정을 진행하고, 상기 박막처리공정의 온도보다 낮거나 높은 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역이 발생되면 상기 제 1및 제 2 단계를 반복하는 제 3 단계
    를 포함하는 박막처리공정의 기판가열방법.
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