KR100261564B1 - 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 화학기상증착 장비의 가스 분사장치에 관한 것으로, 종래 화학기상증착 장비는 샤워헤드의 구조가 하나의 유입구에서 유입된 소오스가 내부공간을 거쳐 분사판의 홀을 통해 분사되도록 이루어져 웨이퍼에 소오스의 분사가 균일하게 이루어지지 못하게 되고, 또한 샤워헤드의 크기가 커 히팅코일과의 거리가 멀게 되어 샤워헤드의 온도조절이 원활하게 이루어지지 못할 뿐만 아니라 메인히터에 의해 발생되는 열로 인하여 챔버내의 온도가 고온상태로 유지되며 이에 발생되는 복사열로 인하여 샤워헤드가 가열되어 온도조절이 불가능하게 되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 샤워헤드내부에 다단으로 형성된 분사노즐과 냉각수가 흐르는 냉각유로를 구비하여 형성하며, 상기 샤워헤드의 냉각유로로 냉각수를 공급할 수 있도록 구성하여 웨이퍼상에 분사되는 가스, 즉 소오스가 웨이퍼상에 균일한 분포 상태를 이루도록 분사함으로써 웨이퍼의 증착 막을 균일하게 이루게 되어 품질을 향상시킬 수 있고, 또한 샤워헤드의 온도조절이 원활하여 샤워헤드내에 소오스가 증착되는 것을 방지하게 되어 유지보수가 수월할 뿐만 아니라 샤워헤드의 크기 감소로 챔버의 크기를 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치

본 발명은 반도체 화학기상증착장비에 관한 것으로, 특히 웨이퍼에 분사되는 가스의 분사가 균일하게 이루어지도록 하고, 온도제어가 원활하게 이루어지도록 하여 내부에 가스가 증착되는 것을 최소화할 수 있도록 한 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 웨이퍼상에 박막이나 에피층을 형성하는 화학기상증착 공정이 이루어진다.

상기 화학기상증착 공정이 이루어지도록 하는 화학기상증착 장비의 일예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 화학기상증착 장비는 소정의 내부 체적을 갖는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내부에 설치되어 열을 발생시키는 메인히터(20)와, 상기 메인히터(20)를 감싸고 있는 쿼츠(Quartz)(21)와, 상기 쿼츠(21)의 상부에 설치되어 웨이퍼(22)가 안착되는 서셉터(23)(Susceptor)와, 상기 챔버(10)를 복개하여 챔버(10)의 내부를 밀폐시키는 베이스 플레이트(24)와, 외부에서 공급되는 소오스를 상기 챔버(10)내부의 서셉터(23)상에 높여지는 웨이퍼(22)에 골고루 분사시키는 샤워헤드(Shower Head)(30)와, 상기 베이스 플레이트(24)에 의해 보호되도록 샤워헤드(30)의 상측에 설치되어 샤워헤드(30)의 온도를 일정 온도로 유지시켜 주는 히팅코일(25)을 포함하여 구성된다.

상기 화학기상증착장비는 서셉터(23)에 웨이퍼(22)를 안착시킨 상태에서 프로세서 소오스가 샤워헤드(30)를 통해 챔버(10)내부로 분사되어 이 분사된 프로세서 소오스는 서셉터(23)에 안착된 웨이퍼(22)에 뿌려지게 된다. 상기 웨이퍼(22)에 분사된 프로세서 소오스는 웨이퍼(22)상에서 서로 반응하여 특정한 막을 형성하게 된다. 이때 상기 프로세서 소오스가 웨이퍼(22)와 반응하게 되는 에너지원은 메인히터(20)에서 발생된 열에 의해 이루어진다. 상기 히터코일(25)은 소오스가 샤워헤드(30)의 입구와 내부를 거치는 과정에서 소오스간의 반응이 일어나 내벽에 증착되는 것을 방지하기 위하여 샤워헤드(30)를 가열하여 일정한 온도로 유지시켜 주게 된다.

그리고 상기 프로세서 소오스를 웨이퍼(22)상에 분사시키는 종래 샤워헤드(30)의 구조는, 도 2a, 2b, 2c에 도시한 바와 같이, 소정의 두께와 직경을 갖는 원판체로 내부에 소정의 내부공간(31a)이 형성되며 상부 일측에 내부공간(31a)과 연통되는 유입구(31b)가 형성되어 이루어진 상부 몸체(31)와, 소정의 두께와 상기 상부 몸체(31)의 직경과 상응하는 직경을 갖는 원판체에 다수개의 관통된 홀(32a)이 균일하게 형성되도록 이루어져 상기 상부 몸체(31)의 개구된 부분에 복개되도록 상부 몸체(31)의 하부에 결합되는 분사판(32)으로 구성되어 있다.

상기 샤워헤드(30)는 소오스가 유입구(31b)로 유입됨과 더불어 내부공간(31a)을 거쳐 분사판의 홀(32a)을 통해 분사된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 화학기상증착장비는 샤워헤드(30)의 구조가 하나의 유입구(31b)에서 유입된 소오스가 내부공간(31a)을 거쳐 분사판의 홀(32a)을 통해 분사되도록 이루어져 웨이퍼(22)에 소오스의 분사가 균일하게 이루어지지 못하게 된다. 또한 샤워헤드(30)의 크기가 커 히팅코일(25)과의 거리가 멀게 되어 샤워헤드(30)의 온도조절이 원활하게 이루어지지 못할 뿐만 아니라 메인히터(20)에 의해 발생되는 열로 인하여 챔버(10)내의 온도가 고온상태로 유지되며 이에 발생되는 복사열로 인하여 샤워헤드(30)가 가열되어 온도조절이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 웨이퍼에 분사되는 가스의 분사가 균일하게 이루어지도록 하고, 온도제어가 원활하게 이루어지도록 하여 내부에 가스가 증착되는 것을 최소화할 수 있도록 한 화학기상증착 장비의 가스 분사장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 반도체 화학기상증착장비의 일예를 개략적으로 도시한 단면도,

도 2a는 종래 반도체 화학기상증착장비의 샤워헤드를 도시한 단면도,

도 2b는 종래 반도체 화학기상증착장비의 샤워헤드의 중간 단면도,

도 2c는 종래 반도체 화학기상증착장비의 샤워헤드의 저면도,

도 3a는 본 발명의 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 도시한 평단면도,

도 3b는 본 발명의 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 도시한 정단면도,

도 4a는 본 발명의 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 구성하는 샤워헤드의 정단면도,

도 4b는 본 발명의 반도체 화학기상증착장비의 가스 분사장치를 구성하는 샤워헤드의 저면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 챔버 22 ; 웨이퍼

40 ; 샤워헤드 41 ; 몸체

41a ; 제1평면유로 41b ; 유입구

41c ; 제1분사홀 41d ; 제2평면유로

41e ; 냉각유로 42 ; 분사판

42a ; 제2분사홀 50 ; 저장탱크

60 ; 제1연결관 70 ; 제2연결관

80 ; 펌프 90 ; 조절밸브

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 웨이퍼의 증착이 이루어지는 챔버내에 설치되고 내부에 다단으로 형성된 가스유로와 냉각수가 순환되는 냉각유로를 구비하여 이루어져 유입되는 가스를 챔버내에 안착된 웨이퍼에 분사시키는 샤워헤드와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 내부에 냉각수가 채워진 저장탱크와, 상기 저장탱크와 샤워헤드의 냉각유로 일측을 연통시켜 저장탱크의 냉각수를 냉각유로로 안내하는 제1연결관과, 상기 저장탱크와 냉각유로의 타측을 연통시켜 냉각유로를 순환한 냉각수가 저장탱크내로 유입되도록 안내하는 제2연결관과, 상기 제1연결관에 설치되는 펌프와, 상기 제2연결관에 설치되어 냉각수의 흐름을 조절하는 조절밸브를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가스 분사장치를 제공함에 있다.

상기 샤워헤드는 소정의 두께와 직경을 갖는 원통형 형상으로 형성되며 내측상부로 제1평면유로가 형성되고 상부에 상기 제1평면유로로와 연통되는 유입구가 형성되며 상기 제1평면유로의 하부로 제1평면유로와 연통되는 다수개의 제1분사홀이 형성되며 상기 제1분사홀의 하부로 제1분사홀과 연통되도록 제2평면유로가 형성되고 상기 제1,2평면유로사이에 형성된 냉각유로를 구비하여 이루어진 몸체와, 상기 몸체에 상응하는 직경을 갖도록 원판형으로 형성되며 내부에 다수개의 제2분사홀이 형성되어 이루어져 상기 몸체의 제2평면유로와 제2분사홀이 연통되도록 몸체의 하부에 결합되는 분사판으로 구성됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가스 분사장치가 제공된다.

상기 제1,2분사홀의 하부는 확개되도록 형성됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가스 분사장치가 제공된다.

상기 냉각유로는 나선형으로 형성됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장비의 가스 분사장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 화학기상증착 장비의 가스 분사장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 화학기상증착 장비의 가스 분사장치는, 도 3a, 3b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(22)의 증착이 이루어지는 챔버(10)내에 설치되고 내부에 다단으로 형성된 가스유로와 냉각수가 순환되는 냉각유로를 구비하여 이루어져 유입되는 가스를 챔버(10)내에 안착된 웨이퍼(22)에 분사시키는 샤워헤드(40)와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 내부에 냉각수가 채워진 저장탱크(50)와, 상기 저장탱크(50)와 샤워헤드의 냉각유로 일측을 연통시켜 저장탱크(50)의 냉각수를 냉각유로로 안내하는 제1연결관(60)과, 상기 저장탱크(50)와 냉각유로의 타측을 연통시켜 냉각유로를 순환한 냉각수가 저장탱크(50)내로 유입되도록 안내하는 제2연결관(70)과, 상기 제1연결관(60)에 설치되는 펌프(80)와, 상기 제2연결관(70)에 설치되어 냉각수의 흐름을 조절하는 조절밸브(90)를 포함하여 구성된다.

상기 샤워헤드(40)는, 도 4a, 4b에 도시한 바와 같이, 소정의 두께와 직경을 갖는 원통형 형상으로 형성되며 내측상부로 제1평면유로(41a)가 형성되고 상부에 상기 제1평면유로(41a)와 연통되는 유입구(41b)가 형성되며 상기 제1평면유로(41a)의 하부로 제1평면유로(41a)와 연통되는 다수개의 제1분사홀(41c)이 형성되며 상기 제1분사홀(41c)의 하부로 제1분사홀(41c)과 연통되도록 제2평면유로(41d)가 형성되고 상기 제1,2평면유로(41a,41d)사이에 형성된 냉각유로(41e)를 구비하여 이루어진 몸체(41)와, 상기 몸체(41)에 상응하는 직경을 갖도록 원판형으로 형성되며 내부에 다수개의 제2분사홀(42a)이 형성되어 이루어져 상기 몸체의 제2평면유로(41d)와 제2분사홀(42a)이 연통되도록 몸체(41)의 하부에 결합되는 분사판(42)으로 구성된다.

상기 유입구는 몸체의 상면 중심에 위치하도록 형성되며, 상기 제1분사홀(41c)은, 도 3a에 도시한 바와 같이, 몸체(41)의 가장자리에 걸쳐 다수개 형성됨과 더불어 유입구(41b)를 중심으로 방사형을 이루도록 다수개 형성됨이 바람직하다.

상기 제2분사홀(42a)은, 도 4b에 도시한 바와 같이, 분사판(42)의 전면에 걸쳐 다수개 형성되며, 상기 냉각유로(41e)는 나선형으로 형성됨이 바람직하다.

상기 제2분사홀(42a)의 직경은 제1분사홀(41c)의 직경보다 작게 형성됨이 바람직하다. 그리고 상기 제1,2분사홀(41c,42a)의 하부는 확개되도록 형성된다.

이하, 본 발명의 화학기상증착 장비의 가스 분사장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 화학기상증착 장비의 가스 분사장치는 샤워헤드(40)가 챔버(10)의 내부에 장착되며, 상기 저장탱크(50)는 챔버(10)의 외부에 위치하도록 설치된다.

먼저 챔버(10)의 내부에 장착된 서셉터(23)에 웨이퍼(22)를 안착시킨 상태에서 가스, 즉 프로세스 소오스가 유입구(41b)를 통해 유입되면 소오스는 제1평면유로(41a)를 거쳐 제1분사홀(41c)로 분지되어 제2평면유로(41d)로 유입되며, 상기 제2평면유로(41d)로 유입된 소오스는 분사판의 제2분사홀(42a)을 통해 골고루 나누어져 챔버(10)내의 웨이퍼(22)에 분사된다. 상기 제1평면유로(41a)로 유입된 소오스는 다수개의 제1분사홀(41c)을 통과하는 과정에서 골고루 분포되어 제2평면유로(41d)로 유입되고 상기 제2평면유로(41d)로 유입된 소오스는 제2평면유로(41d)에서 한 번더 골고루 퍼져 제2분사홀(42a)를 통해 분사됨으로 소오스가 균일한 분포 상태를 이루며 분사된다. 또한 제2분사홀(42a)의 직경이 제1분사홀(41c)의 직경보다 작게 소오스의 빠른 이동을 유도하게 된다.

상기 웨이퍼(22)에 분사된 프로세서 소오스는 챔버(10)내에 장착된 메인히터(20)의 가열원에 의해 웨이퍼(22)상에서 서로 반응하여 특정한 막을 형성하게 된다.

이와 같은 샤워헤드(40)의 구조는 종래의 샤워헤드(30) 크기보다 작아지게 되며, 이로 인하여 히팅코일(25)과 샤워헤드(40) 하부의 거리가 짧아져 히팅코일(25)로부터의 온도 제어가 원활하게 된다. 즉 웨이퍼(22)의 복사열로 인한 샤워헤드(40) 하부의 온도와 설정된 샤워헤드(40) 하부의 온도값을 비교하여 히팅코일(25)의 온도를 변경함으로써 온도 제어를 행할 수 있다. 이로서 샤워헤드(40) 내에서의 소오스들간의 반응을 억제하고 소오스 유입구(41b)로부터 챔버(10)내부에 이를 때까지 소오스의 상태를 기체상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 내벽에 증착막이 형성되는 것을 방지하게 된다.

한편, 메인히터(20)에서 발생되는 고온의 열이 샤워헤드(40)에 전달되어 샤워헤드(40)가 가열되면, 조절밸브(90)를 오픈시키고 펌프(80)를 작동시킨다. 상기 펌프(80)의 작동에 의해 저장탱크(50)내의 냉각수가 제1연결관(60)을 통해 샤워헤드(40)의 냉각유로(41e)를 순환하면서 제2연결관(70)을 통해 저장탱크(50)내로 유입되는 순환과정을 거치면서 샤워헤드(40)를 냉각시키게 된다. 이로 인하여 샤워헤드(40)의 냉각을 짧은 시간이 수행할 수 있게 된다. 또한 상기 저장탱크(50)내에는 수위를 감지하는 수위센서를 부착하여 저장탱크(50)내의 수위를 모니터링할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학기상증착 장비의 가스 분사장치는 웨이퍼상에 분사되는 가스, 즉 소오스가 웨이퍼상에 균일한 분포 상태를 이루도록 분사하게 됨으로써 웨이퍼의 증착 막을 균일하게 이루게 되어 품질을 향상시킬 수 있고, 또한 샤워헤드의 온도조절이 원활하여 샤워헤드내에 소오스가 증착되는 것을 방지하게 되어 유지보수가 수월할 뿐만 아니라 샤워헤드의 크기 감소로 챔버의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 웨이퍼의 증착이 이루어지는 챔버내에 설치되고 내부에 다단으로 형성된 가스유로와 냉각수가 순환되는 냉각유로를 구비하여 이루어져 유입되는 가스를 챔버내에 안착된 웨이퍼에 분사시키는 샤워헤드와, 소정의 내부 체적을 갖도록 형성되어 내부에 냉각수가 채워진 저장탱크와, 상기 저장탱크와 샤워헤드의 냉각유로 일측을 연통시켜 저장탱크의 냉각수를 냉각유로로 안내하는 제1연결관과, 상기 저장탱크와 냉각유로의 타측을 연통시켜 냉각유로를 순환한 냉각수가 저장탱크내로 유입되도록 안내하는 제2연결관과, 상기 제1연결관에 설치되는 펌프와, 상기 제2연결관에 설치되어 냉각수의 흐름을 조절하는 조절밸브를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 반도체 화학기상증착 장비의 가스 분사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 샤워헤드는 소정의 두께와 직경을 갖는 원통형 형상으로 형성되며 내측상부로 제1평면유로가 형성되고 상부에 상기 제1평면유로로와 연통되는 유입구가 형성되며 상기 제1평면유로의 하부로 제1평면유로와 연통되는 다수개의 제1분사홀이 형성되며 상기 제1분사홀의 하부로 제1분사홀과 연통되도록 제2평면유로가 형성되고 상기 제1,2평면유로사이에 형성된 냉각유로를 구비하여 이루어진 몸체와, 상기 몸체에 상응하는 직경을 갖도록 원판형으로 형성되며 내부에 다수개의 제2분사홀이 형성되어 이루어져 상기 몸체의 제2평면유로와 제2분사홀이 연통되도록 몸체의 하부에 결합되는 분사판으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 화학기상증착 장비의 가스 분사장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1,2분사홀의 하부는 확개되도록 형성됨을 특징으로 하는 반도체 화학기상증착 장비의 가스 분사장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 냉각유로는 나선형으로 형성됨을 특징으로 하는 반도체 화학기상증착 장비의 가스 분사장치.