JP6974884B2 - シャワーヘッド及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明はシャワーヘッド及び基板処理装置に関し，より詳しくは，複数の調節板を移動して反応ガスの移動を制限し得るシャワーヘッド及び基板処理装置に関する。
半導体装置は，シリコン基板の上に多くの層（layer）を有し，このような層は蒸着工程を介して基板の上に蒸着される。このような蒸着工程はいくつかの重要な論点を有するが，このような論点は蒸着された膜を評価し蒸着方法を選択するに当たって重要である。
第一に，蒸着された膜の「質」（quality）である。これは組成（composition），汚染度（contamination levels），損失度（defect density），そして機械的・電気的特定（mechanical and electrical properties）を意味する。膜の組成は蒸着条件によって異なるが，これは特定な組成（specific composition）を得るために非常に重要である。
第二に，ウェハを遮る均一な厚さ（uniform thickness）である。特に，段差（step）が形成された非平面（nonplanar）状のパターンの上部に蒸着された膜の厚さが非常に重要である。蒸着された膜の厚さが均一であるか否かは，段差の部分に蒸着された最小厚さをパターンの上部面に蒸着された厚さで割った値で定義されるステップカバレッジ（step coverage）を介して判断する。
蒸着に関する他の論点は，空間を埋めること（filling space）である。これは，金属ラインの間を酸化膜を含む絶縁膜で埋めるギャップフィリング（gap filling）を含む。ギャップは，金属ラインを物理的及び電気的に絶縁するために提供される。
このような論点のうち，均一度は蒸着工程に関する重要な論点のうち一つであり，不均一な膜は金属配線（metal line）の上で高い電気抵抗（electrical resistance）をもたらし，機械的な破損の可能性を増加させる。
本発明の目的は，調節板を操作して基板の部位による反応ガスの供給量を調節し得るシャワーヘッド及び基板処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は，工程の均一度を容易に調節し得るシャワーヘッド及び基板処理装置を提供することにある。
本発明のまた他の目的は，下記発明の詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施例によると，基板処理装置は，基板に対する工程が行われるチェンバと，該チェンバの内部に設置されて前記基板に向かって反応ガスを噴射するシャワーヘッドと，該シャワーヘッドの下部に設置され，前記基板を支持するサセプタと，を含み，前記シャワーヘッドは，外部から反応ガスが供給される内部空間，及び該内部空間と連通されて前記反応ガスを噴射する複数の噴射孔を有するシャワーヘッド本体と，前記内部空間に設けられ，前記内部空間を流入空間及びバッファ空間に区画し，前記流入空間と前記バッファ空間を連通する複数の流入口を有する流入板と，前記流入口の上にそれぞれ移動可能に設置され，移動による前記流入板との離隔距離によって前記流入空間から前記バッファ空間に前記反応ガスが移動することを制限し得る複数の調節板を含むと共に，前記調節板にそれぞれ磁力を印加して前記調節板を移動可能な複数の電磁石を更に含む。
前記流入板は，前記流入口の両側のうちいずれか一つ以上に形成されるガイド孔を有し，前記調節板は前記流入板に対向する一面から突出されて前記ガイド孔に挿入され，前記調節板が移動すると前記ガイド孔に沿って移動可能なガイドバーを備える。
前記チェンバは，上部が解放された下部チェンバと，前記シャワーヘッドの上部に設置されて前記内部空間を形成し，前記下部チェンバの上部を開閉し，前記下部チェンバと共に前記基板に対する工程が行われる空間を形成する上部チェンバと，を含み，前記電磁石は前記上部チェンバに実装されて前記調節板の上部にそれぞれ位置する。
前記基板処理装置は，前記バッファ空間に設置されて前記バッファ空間を区画空間及び拡散空間に区画し，前記区画空間と前記拡散空間を連通する複数の拡散孔を備える拡散板を更に含み，前記拡散板は上部面から突出されて前記区画空間を複数個に区画する隔壁を備える。
前記流入口は，複数個に区画された前記区画空間の各領域と一対一対応関係である。
前記流入板は表面に樹脂コーティングされる。
本発明の一実施例によると，シャワーヘッドは，外部から反応ガスが供給される内部空間，及び前記内部空間と連通されて前記反応ガスを噴射する複数の噴射孔を有するシャワーヘッド本体と，前記内部空間に設置されて前記内部空間を流入空間及びバッファ空間に区画し，前記流入空間と前記バッファ空間を連通する複数の流入口を有する流入板と，前記流入口の上にそれぞれ設置されて移動可能で，移動による前記流入板との離隔距離によって前記流入空間から前記バッファ空間に前記反応ガスが移動することを制限し得る複数の調節板を含むと共に，前記調節板にそれぞれ磁力を印加して前記調節板を移動可能な複数の電磁石を更に含む。
本発明によると，調節板を移動して流入口を介した反応ガスの移動を制限することができ，それを介して基板の部位による反応ガスの供給量を調節することができる。
また，チェンバ外部で電磁石を介して調節板を遠隔で移動させることができるため，チェンバを開放するかチェンバ内部の真空を解除することなく工程均一度を容易に調節することができる。
以下，本発明の好ましい実施例を添付の図１及び図８を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形されてもよく，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限ると解釈されてはならない。本実施例は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
一方，以下では蒸着装置を例に挙げて説明するが，本発明の範囲はこれに限らず，反応ガスを利用して基板を処理する多様な工程に応用可能である。
図１は，本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すように，前記基板処理装置１９は下部チェンバ１２及び上部チェンバ１８を含む。前記下部チェンバ１２は上部が解放された形状であり，一側に基板Ｗが出入可能な通路１２ａを有する。基板Ｗは通路１２ａを介して下部チェンバ１２の内部に出入し，ゲート弁（図示せず）が通路１２ａの外部に設置されて通路１２ａを開放するか閉鎖する。
前記上部チェンバ１８は前記下部チェンバ１２の解放された上部を開閉する。前記上部チェンバ１８が前記下部チェンバ１２の解放された上部を閉鎖したら，前記下部チェンバ１２及び前記上部チェンバ１８は外部から閉鎖された内部空間を形成する。
前記上部チェンバ１８は後述するシャワーヘッド本体１６の内部空間と連通するガス供給口１８ａを有し，反応ガスはガス供給口１８ａを介して内部空間に連結される。
サセプタ１４は前記下部チェンバ１２の内部に設置され，基板Ｗがサセプタ１４の上部に置かれる。サセプタ１４はヒータ（図示せず）を備えるが，ヒータは外部電源から印加された電流を介して基板Ｗを工程温度に加熱する。
図２は，図１に示す上部チェンバ及びシャワーヘッドを概略的に示す断面図である。シャワーヘッドは，シャワーヘッド本体１６，拡散板２２，及び流入板２４を含む。シャワーヘッド本体１６は上部チェンバ１８の下部に連結され，平板状の噴射部，及び噴射部の外側に設置されて上部チェンバ１８に固定されるフランジ部を備える。前記噴射部は上部チェンバ１８から離隔配置され，内部空間が上部チェンバ１８とフランジ部との間に形成される。前記噴射部は複数の噴射孔１６ａを有し，内部空間に供給された反応ガスは噴射孔１６ａを介して基板Ｗに噴射される。前記反応ガスは水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）または所定の他の不活性ガスを含み，シラン（ＳｉＨ４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）のようなプリカーサガスを含む。また，ジボラン（Ｂ２Ｈ６）またはホスフィン（ＰＨ３）のようなドーパントガスを含む。
前記反応ガスは基板Ｗと反応して工程を行い，次に排気リング１７を介して外部に排出される。排気リング１７は複数の排出孔１７ａを有し，前記反応ガスは前記排出孔１７ａを介して排気リング１７の内側に移動してから外部に排出される。排気ポンプ（図示せず）は，反応ガスを強制排出するために提供される。
図３は，図２に示す拡散板を概略的に示す平面図である。図２に示すように，前記拡散板２２は平板状の拡散部，及び拡散部の外側に設置されて後述する流入板２４に固定されるフランジ部を備える。前記拡散部は流入板２４から離隔配置され，区画空間２３が流入板２４と拡散部との間に形成される。拡散部は複数の拡散孔２２ａを有し，区画空間２３に供給された反応ガスは拡散孔２２ａを介して下部に位置する拡散空間１６ａに噴射される。
この際，図３に示すように，複数の隔壁２２ｐ１，２２ｐ２によって前記区画空間２３は複数個に区画される。前記円形隔壁２２ｐ１は前記拡散板２２の中心を基準にする同心円状であり，前記区画空間２３を半径方向に沿って区画する。前記放射隔壁２２ｐ２は前記拡散板２２の中心を基準に放射状に配置され，区画空間２３を円周方向に沿って区画する。本実施例とは異なって，区画空間２３はさらに細分化されるかそれ以上に細分化されなくてもよい。
図４は，図２に示す流入板を概略的に示す平面図である。図２に示すように，前記流入板２４は平板状の流入部，及び該流入部の外側に設置されて後述する上部チェンバ１８に固定されるフランジ部を備える。前記流入部は前記上部チェンバ１８から離隔配置され，流入空間が前記上部チェンバ１８と前記流入部との間に形成される。前記流入部は複数の流入口２５ａを有し，流入空間２５に供給された反応ガスは流入口２５ａを介して下部に位置する区画空間２３に移動する。
この際，図２に示すように，調節板３０が流入口２５ａの上に設置されて反応ガスの移動を制限する。図４に示すように，前記流入部は前記流入口２５ａの両側に設置されたガイド孔を有し，調節板３０は下部面から突出された一対のガイドバーを有する。前記ガイドバーはガイド孔に挿入されるが，前記調節板３０が移動するとガイドバーはガイド孔に沿って移動する。
図５は図２に示す調節板の移動を示す断面図であり，図６は図２に示す調節板を示す断面図である。調節板３０は流入口２５ａの上に設置されて上下に移動可能であり，前記調節板３０が上昇して流入口２５ａまたは前記流入板２４から離隔されれば，反応ガスは前記流入口２５ａを介して区画空間２３に移動する。それに対し，前記調節板３０が下降して流入口２５ａまたは流入板２４と隣接すれば，反応ガスは前記流入口２５ａを介して区画空間２３に移動することができない。この際，ガイドバーはガイド孔に沿って移動し，調節板３０が決められた経路に沿って上昇または下降するようにガイドする。
図６に示すように，調節板３０は磁力によって反応する物質からなる本体３２と，該本体３２を覆っているコーティング層３１を備える。後述するように，調節板３０は電磁石を介して磁力を印加することで上昇または下降するが，前記本体３２は金属のように磁力に反応する。また，コーティング層３１は本体３２の汚染または酸化を防止するために本体３２を覆っているだけでなく，流入口２５ａまたは前記流入板２４と隣接した状態で前記流入口２５ａの機密を維持するために必要である。
図７は図２に示す電磁石が制御機にそれぞれ連結された状態を示すブロック図であり，図８は図２に示すシャワーヘッドの作動状態を示す断面図である。図２に示すように，それぞれの調節板３０は電磁石４２と一対一対応関係にあり，前記電磁石４２を介して上昇する。
詳しくは，それぞれの電磁石４２は複数個（１，２，３，…ｎ−１，ｎ，ｎ＝整数）であってもよく，調節板３０の上部に位置した状態で上部チェンバ１８に実装される。制御機４０はそれぞれの電磁石４２に連結され，それぞれの前記電磁石４２に印加するか印加された電源を遮断する。よって，図８に示すように，電源が印加されれば，前記電磁石４２によって前記調節板３０が上昇して前記流入口２５ａまたは前記流入板２４から離隔され，反応ガスは前記流入口２５ａを介して区画空間２３に移動することができる一方，電源が遮断されれば，前記調節板３０が下降して前記流入口２５ａまたは流入板２４と隣接し，反応ガスは前記流入口２５ａを介して区画空間２３に移動することができない。
以下，図７及び図８を介して反応ガスの流動を説明すると下記のようである。
まず，噴射された反応ガスは基板Ｗの上部に供給され，前記基板Ｗがサセプタ１４によって加熱された状態で，反応ガスは前記基板Ｗの表面と反応して薄膜を形成する。この際，薄膜の厚さは噴射孔１６ａを介して上部から噴射される反応ガスの供給量に比例し，基板Ｗの表面のうち少量の反応ガスが供給された部分は薄膜の厚さは小さく，多量の反応ガスが供給された部分は薄膜の厚さは大きい。よって，反応ガスが基板Ｗの全体表面に対して均一に供給されれば，薄膜は均一な厚さを有する。
しかし，前記薄膜の厚さは反応ガスの供給量以外にもサセプタ１４の加熱温度にも比例するが，前記基板Ｗの表面のうち加熱温度が低い部分は薄膜の厚さが小さく，加熱温度が高い部分は薄膜の厚さが大きい。よって，前記サセプタ１４の加熱温度が均一であれば薄膜は均一な厚さを有し，全体的に均一な加熱温度を有するサセプタ１４が理想的である。
しかし，現実的に完璧に均一な加熱温度を有するサセプタ１４を加工することは不可能である。特に，最近前記基板Ｗのサイズが大型化するにつれ，前記サセプタ１４のサイズも共に増加する傾向にあり，そのため，基板Ｗの上に均一な温度分布を形成することが難くなっていた。つまり，前記基板Ｗを工程温度に加熱する過程において，ヒータの故障または性能低下，そして，前記ヒータの輻射熱が局部的に不均衡になる恐れがあった。その他にも薄膜の厚さに影響を及ぼす因子（factor）は多様であり，均一な厚さを有する薄膜を形成するためには上述した因子のうち一部を人為的に調整する必要がある。よって，本実施例では反応ガスの供給量を人為的に不均一に調整することで，均一な厚さを有する薄膜を形成しようとする。
例えば，ダミー（dummy）基板Ｗを利用して薄膜を形成した後，薄膜の厚さを測定する。この際，各基板Ｗの部位に供給される反応ガスの供給量を調整し，基板Ｗの表面の各領域には面積対比同量の反応ガスが噴射される。次に，測定された薄膜の厚さに比例して，各部位に供給される反応ガスの供給量が調節される。つまり，基板Ｗの表面の特定領域で薄膜の厚さが基準値より厚ければ，該当領域の上部に位置する調節板３０を下降させて流入口２５ａを介した反応ガスの移動を制限することで，反応ガスの供給量を減少させる。また，逆に，基板Ｗの表面の特定領域で薄膜の厚さが基準値より薄ければ，該当領域の上部に位置する調節板３０を上昇させて流入口２５ａを介した反応ガスの移動を許容することで，反応ガスの供給量を増加させる。上述した制御機４０は，測定された薄膜の厚さに応じて電磁石４２を制御し，各部位に供給される反応ガスの量を増減させる。例えば，上述した基準値は測定された薄膜の厚さに対する平均値であり，制御機４０は測定された薄膜の厚さから平均値を算出する。このような方法を介して数回の調整過程を経ると均一な厚さを有する薄膜を形成することができ，後の実際の工程に適用することができる。
本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載の請求項の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限らない。
本発明は，多様な形態の半導体の製造設備及び製造方法に応用されることができる。
Claims (8)
- 基板に対する工程が行われるチェンバと，
前記チェンバの内部に設置されて前記基板に向かって反応ガスを噴射するシャワーヘッドと，
前記シャワーヘッドの下部に設置され，前記基板を支持するサセプタと，を含み，
前記シャワーヘッドは，
外部から反応ガスが供給される内部空間，及び前記内部空間と連通されて前記反応ガスを噴射する複数の噴射孔を有するシャワーヘッド本体と，
前記内部空間に設置されて前記内部空間を流入空間及びバッファ空間に区画し，前記流入空間と前記バッファ空間を連通する複数の流入口を有する流入板と，
前記流入口の上にそれぞれ設置されて移動可能で，移動による前記流入板との離隔距離によって前記流入空間から前記バッファ空間に前記反応ガスが移動することを制限し得る複数の調節板とを含むと共に，前記調節板にそれぞれ磁力を印加して前記調節板を移動可能な複数の電磁石を更に含む基板処理装置。 - 前記流入板は，前記流入口の両側のうちいずれか一つ以上に形成されるガイド孔を有し，
前記調節板は前記流入板に対向する一面から突出されて前記ガイド孔に挿入され，前記調節板が移動すると前記ガイド孔に沿って移動可能なガイドバーを備える請求項１記載の基板処理装置。 - 前記チェンバは，
上部が解放された下部チェンバと，
前記シャワーヘッドの上部に設置されて前記内部空間を形成し，前記下部チェンバの上部を開閉し，前記下部チェンバと共に前記基板に対する工程が行われる空間を形成する上部チェンバと，を含み，
前記電磁石は前記上部チェンバに実装されて前記調節板の上部にそれぞれ位置する請求項２記載の基板処理装置。 - 前記基板処理装置は，前記バッファ空間に設置されて前記バッファ空間を区画空間及び拡散空間に区画し，前記区画空間と前記拡散空間を連通する複数の拡散孔を備える拡散板を更に含み，
前記拡散板は上部面から突出されて前記区画空間を複数個に区画する隔壁を備える請求項１記載の基板処理装置。 - 前記流入口は複数個に区画された前記区画空間の各領域と一対一対応関係である請求項４記載の基板処理装置。
- 前記流入板は表面に樹脂コーティングされた請求項１記載の基板処理装置。
- 外部から反応ガスが供給される内部空間，及び前記内部空間と連通されて前記反応ガスを噴射する複数の噴射孔を有するシャワーヘッド本体と，
前記内部空間に設置されて前記内部空間を流入空間及びバッファ空間に区画し，前記流入空間と前記バッファ空間を連通する複数の流入口を有する流入板と，
前記流入口の上にそれぞれ設置されて移動可能で，移動による前記流入板との離隔距離によって前記流入空間から前記バッファ空間に前記反応ガスが移動することを制限し得る複数の調節板とを含むと共に，前記調節板にそれぞれ磁力を印加して前記調節板を移動可能な複数の電磁石を更に含むシャワーヘッド。 - 前記流入板は，前記流入口の両側のうちいずれか一つ以上に形成されるガイド孔を有し，
前記調節板は前記流入板に対向する一面から突出されて前記ガイド孔に挿入され，前記調節板が移動すると前記ガイド孔に沿って移動可能なガイドバーを備える請求項７記載のシャワーヘッド。
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