KR100201386B1

KR100201386B1 - 화학기상증착장비의 반응가스 분사장치

Info

Publication number: KR100201386B1
Application number: KR1019950037891A
Authority: KR
Inventors: 정경철
Original assignee: 구본준; 엘지반도체주식회사
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1995-10-28
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970023689A; DE19640247A1; DE19640247C2; US5853484A; JPH09165684A

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치의 반응가스분사장치에 관한 것으로, 종래의 화학기상증착장치에는 반응가스를 샤워헤드로 웨이퍼에 분사하였으나 중착되는 박막 두께의 균일도가 일정치 않은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 웨이퍼의 증착 영역을 다수분할하여 각 분할영역에 대응하여 반응가스를 분기하여 분사할 수 있는 다수의 셀로 이루어진 분사헤드(34)와, 각 셀로 공급되는 반응가스량을 조절할 수 있는 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)와, 웨이퍼상에 증착된 박막의 두께를 측정하여 그 서보매터링밸브를 각각 제어할 수 있는 N-포인트스캐너(20)를 구비하여, 그 가스분사량을 국부적으로 조절할 수 있게 구성함으로써 이후에 웨이퍼에 증착되는 박막 두께의 균일도를 향상할 수 있도록 한다.

Description

화학기상증착장비의 반응가스분사장치

제1도는 종래에 사용된 화학기상증착장비의 개요 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 반응가스분사장치를 보인 개요 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 챔버 16 : 공급라인

16-1,…,16-N : 분기라인 19 : 매니폴드

20 : N-포인트스캐너 21 : N-포인트스캐닝 헤드

22 : 제어부 32-1,…,32-N : 서보매터링 밸브

34 : 분사헤드 34-1,…,34-P : 분사헤드의 셀

본 발명은 반도체용 웨이퍼에 박막을 형성하는데 사용되는 화학기상증착장비(chemical vapor depositor)에 있어서의 반응가스분사장치에 관한 것으로, 특히 다수개의 서보매터링밸브(servo metering valves)와 N-포인트스캐너(N-points scanner)를 이용하여 웨이퍼(wafer)상에 증착된 박막의 두께에 따라 반응가스의 분사량을 조절함으로써 웨이퍼상에 증착되는 박막 두께의 균일도를 향상시키는 화학기상증착장비의 반응가스분사장치에 관한 것이다.

제1도는 종래에 사용된 화학기상증착장비의 개요 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 화학기상증착장비는 챔버(chamber: 1)의 내부 반웅실에, 웨이퍼(W)가 놓이게되는 히터플레이트(heater plate: 2)와, 이 히터플레이트(2)에 놓인 웨이퍼(W)로 반응가스를 분사하는 샤워헤드(shower head; 3)가 설치되어 있다. 샤워헤드(3)는 도시하지 않은 반응가스공급장치의 반응가스 공급라인(6)과 연결되어 있으며, 그 샤워헤드(3)와 히터플레이트(2)에 사이에 고주파전원을 인가하는 RF제너레이터(radio frequency generator; 7)가 접속되어 있으며, 챔버(1)에는 그 반응실을 진공상태로 배기하고 또한 반응하고난 후의 가스를 배출하기 위한 배기라인(4)과 배기펌프(5)가 연결되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 종래의 화학기상증착장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 증착할 웨이퍼(W)를 히터플레이트(2)의 상면에 탑재한 상태로 챔버(1)의 내부에 위치시킨다. 그런 다음 배기펌프(5)로 챔버(1)의 내부를 진공상태로 배기 하고, 히터플레이트(2)를 통해 웨이퍼(W)를 가온한다. 그런다음, RF제너레이터(7)를 고주파전원을 인가하여 반응실 내에 전계를 형성한 상태에서 공급라인(6)과 샤워헤드(3)를 통해 반응가스를 공급하는 것이다. 그러면 전계내에 공급되는 반응가스가 플라즈마상태, 즉 이온화되면서 웨이퍼(W)상에 증착되며, 그 반응가스의 종류에 따라 웨이퍼(W)에는 산화막(SiO₂) 또는 질화막(Si₂N₃) 등이 형성되는 것이다.

이와같이 증착되는 웨이퍼(W)상의 박막 두께를 일정하게 하기 위하여는 그 위에 반응가스를 고르게 분사할 필요가 있다. 상기한 샤워헤드(3)는 웨이퍼(W)의 증착영역에 대응하여 배치된 다수의 노즐을 가지고 있다. 그러나 종래의 샤워헤드(3)로 분사할 경우, 대체로 직경 12인치 이내의 범위에서는 비교적 고르게 분사되나, 그 영역이 커질수록 균일도가 떨어지는 문제가 발생되고 있으며, 특히 각 노즐이 노화하거나 부분적으로 막히는 등의 이유로 고르게 분사할 없게 되는 일이 종종 발생되는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 기인하여 반도체의 수율이 저하되고, 공정 및 장비관리에 어려움이 많은 것이다.

본 발명의 목적은 웨이퍼의 상면에 반응가스를 골고루 분사하여 증착되는 박막 두께의 균일도를 높이고자 하는 것으로서, 특히 증착된 박막의 두께에 따라 균일하지 못한 부분을 보상하도록 반응가스 분사량을 국부적으로 조절할 수 있는 화학기상증착장비의 반응가스분사장치를 제공하려는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반응가스에 의하여 반도체 웨이퍼상에 박막을 증착하기 위한 반응실을 가지는 챔버에 그 반응가스를 분사하기 위한 화학기상중착장비의 반응가스분사장치를 구성함에 있어서, 상기한 챔버에 반응가스를 공급하는 공급라인을 연결하되, 이 공급라인 끝에는 다수의 분기라인을 가지는 매니폴드를 연결하며, 이 매니폴드의 분기라인에 각기 반응가스량을 조절하도록 제어될 수 있는 다수의 서보매터링밸브를 각각 연결하며, 웨이퍼의 증착영역을 다수 분할해서 각 분할영역에 대응하여 반응가스를 분하도록 배치한 다수의 셀로 이루어지는 분사헤드를 그 서보매터링밸브와 연결하는 한편, 이 챔버에서 증착종료된 웨이퍼를 외부로 꺼내어 그 위에 증착된 박막의 두께를 측정하여 상기 각 분할영역에 대응한 두께의 변화를 알리는 신호를 검출해서 그 검출된 신호를 근거로 그 두께의 변화를 보상하도록 서보매터릿밸브를 각각 제어하는 N-포인트스캐너를 구비하여, 다음에 증착될 웨이퍼의 각 분할영역에 대응하여 가스분사량을 조절하도록 구성하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 반응가스분사장치를 도면의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 반응가스분사장치를 보인다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 반응가스분사장치는 반응가스에 의하여 웨이퍼(W)상에 박막을 증착하기 위한 반응실을 제공하는 챔버(10),이 챔버(10)의 내부 반응실에 웨이퍼(W)가 놓이는 히터플레이트(11), 챔버(10)의 상측으로 배관된 반응가스의 공급라인(16), 이 공급라인(16) 끝에 연결되어 있고 다수의 분기 라인(16-1,…,16-N)을 가지고 있는 매니폴드(manifold; 19), 이 매니폴드(19)의 분기 라인(16-1,…,16-N)에 각각 연결된 서보매터링밸브(32-1,…,32-N), 이 서보매터링 밸브(32-1,…,32-N)의 각 출구와 연결되는 다수개의 셀(34-1,4-P)로 이루어지는 분사헤드(34), 챔버(10) 내 반응실에 전계를 형성하도록 분사헤드(34)와 히터플레이트(11)를 전극으로 하여 고주파전원을 인가하는 RF제너레이터 (17), 챔버(10)와연결되어 반응실을 진공상태로 배기유지하고 또한 반응한 가스를 배기할 수 있게 하는 배기라인(14)과 이에 연결되어 배기펌프(15), 챔버 (10)의 반응실 내 히터플레이트(11)위에 또는 그로부터 외부로 웨이퍼(W)를 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하도록 웨이퍼(W)를 운반하는 웨이퍼트랜스퍼(18)를 포함하는 웨이퍼로딩기구, 증착공정을 마치고 웨이퍼트랜스퍼(18)에 의해 외부로 언로딩된 웨이퍼(W)를 스캐닝하여 그 위에 증착된 박막의 두께를 측정하는 N-포인트스캐닝 헤드(21)와 이 N-포인트스캐 닝 헤드(21)의 측정 된 신호를 근거로 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)를 각각 제어하는 제어부(22)로 이루어진 N-포인트스캐너 (20)로 구성 된다.

즉, 다수의 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)를 제어함으로써 그 각각에 연결된 다수의 셀(34-1,…,34-P)로 이루어진 분사헤드(34)를통해 분사되는 반응가스량을 전술한 웨이퍼(W)의 각 분할영역에 대응하여 배치되는 셀(34-1,…,34-P) 단위로 조절할 수 있도록 구성한 것이다. 여기서 셀의 수 P는 밸브의 N과 같거나 또는 그 이상으로 될 수 있다.

N-포인트스캐너 (20)는 N-포인트스캐닝 헤드(21)와 제어부(22)로 이루어지는데, N-포인트스캐닝 헤드(21)는 상기한 밸브의 수 N에 대응하여 웨이퍼(W)상에 증착된박막의 영역을 N개의 분할영역으로 구분하여 스캐닝함으로써 각 분할영역에 있는 막의 두께를 알리는 정보가 수반된 전기신호를 검출하도록 된 것이며, 제어부(22)는 예를 들면 소정의 연산 및 제어 알고리즘으로 동작하는 마이크로컴퓨터로 구성되는 것으로, N_포인트스캐닝헤드(21)에서 검출된 신호를 근거로 미리 기억된 기준값과 비교하여 그 두께의 변화를 판단하고 판단된 두께 변화를 보상하도록 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)를 각각 제어하는 제어신호를 출력하게 된 것이다.

서보매터링밸브(32-1,…,32-N)는 그 N-포인트스캐너(20)의 제어부(22)에서 출력되는 각 제어신호에 따라 그를 경유하는 반응가스의 공급량을 각각 조절하는 것이다.

상기와 같이 실시된 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 반응가스분사장치의 동작과 함께 웨이퍼의 증착공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼트랜스퍼(18)를 이용하여 증착할 웨이퍼(W)를 히터플레이트(11)의 상면으로 로딩한 다음, 배기펌프(15)를 가동하여 챔버(10)의 내부를 진공상태로 배기 유지시키며, 히터플레이트(11)를 통해 웨이퍼(W)를 일정한 온도로 가온한다.

그리고, RF제너레이터(17)로부터 고주파전원을 인가하여 반응실 내에 전계가 형성되도록 하고, 도시하지 않은 반응가스공급장치로부터 공급라인(16)을 통해 SiH₄, NH₃등의 반응가스를 공급한다. 그러면 공급되는 반응가스는 매니폴드(19)의 각 분기라인(16-1,…,16-N)으로 분배되고 다수의 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)를 경유하고 분사헤드(34)의 각 셀(34-1,…,34-P)을 통하여 웨이퍼(W)를 향해 분사된다. 이때 반응실에는 전계가 형성되어 있으므로 그 분사되는 반응가스의 가스분자들이 플라즈마 상태, 즉 이온화되어 반응실 내에서 화학반응을 일으키면서 웨이퍼(W)상에 중착된다. 이러한 작용으로 웨이퍼(W)상에는 반응가스에 따라 산화막(SiO₂) 또는 질화막(Si₂N₃) 등이 형성되는 것이다.

상기와 같이 웨이퍼(W)에 박막이 증착완료되면 웨이퍼트랜스퍼(18)를 이용하여 그 증착완료된 웨이퍼(W)를 챔버(10) 외부로 언로딩하고, 이어 N-포인트스캐너(20)의 스캐닝위치로 이동시켜 그 이동된 웨이퍼(W)상에 증착된 박막의 두께를 측정하는 것이다.

이와같이 웨이퍼(W)에 증착된 박막의 두께를 N-포인트스캐너(20)로 측정하면, 전술한 바와 같이 N-포인트스캐닝헤드(21)에서 검출된 신호를 근거로 출력되는 제어부(22)의 제어신호에 따라 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)가 각 분할영역에 대해 그 두께 변화를 보상할 수 있도록 조절된다.

즉, 서보매터링밸브(32-1,…,32-N)중에서 웨이퍼(W)에 증착된 두께가 기준값보다 얇은 부분에 대응되는 밸브는 그를 경유하는 반응가스량이 많아지게 하고 반대로 두께가 얇은 부분에 대응되는 밸브는 그를 경유하는 반응가스량이 줄도록 그 개폐 정도가 각각 조정되는 것이다. 이러한 동작은 매번 행해지거나 또는 정해진 수량만큼의 증착공정이 완료될때 마다 반복적으로 이루어지는 것이다.

따라서 이후에 새로이 로딩된 웨이퍼상에 증착되는 막의 두께를 균일하게 할 수 있는 것이다.

이상에 설명한 바와 같이 본 발명 반도체 화학기상증착장치의 반응가스 분사장치는 증착한 웨이퍼상에 증착된 막의 두께를 N-포인트스캐너로 측정하고, 그 측정값을 근거로 서보매터링밸브를 조절하여 공급되는 반응가스의 양을 조절함으로써 다음에 처리되는 웨이퍼상에 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있게 하는 것이다. 따라서 본 발명은 웨이퍼상에 증착되는 박막 두께의 균일도를 크게높여 주며, 이로써 반도체의 수율을 향상시키는데기여할 수 있는 것이다. 또한 본 발명은 증착공정을 위한 장비에서 기인하는 증착불량을 사전에 감지함으로써 효율적인 장비 및 공정관리에도 효과가 있는 것이다.

Claims

반응가스에 의하여 반도체 웨이퍼상에 박막을 증착하기 위한 반응실을 가지는 챔버에 그 반응가스를 분사하기 위한 반도체 화학기상증착장치의 반응가스 분사장치에 있어서, 상기한 챔버와 연결되어 반응가스를 공급하는 공급라인과, 이 공급라인에 연결되어 그 공급되는 반응가스를 분배하는 다수의 분기라인을 가지는 매니폴드와, 이 매니폴드의 분기라인에 각각 연결되어 각기 반응가스량을 조절하도록 제어될수 있는 다수의 서보매터링밸브와, 상기한 웨이퍼의 증착영역을 다수 분할하여 각 분할영역에 대응하여 반응가스를 분사하도록 배치된 다수의 셀로 이루어지는 분사헤드와, 증착종료된 웨이퍼 상의 박막 두께를 측정하고 그 측정된 결과에 따라 상기 각 분할영역에 대응하는 박막 두께의 변화를 보상하도록 상기한 다수의 서보매터링밸브를 각각 제어하는 N-포인트스캐너가 구비된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비 의 반응가스분사장치.