KR100364571B1

KR100364571B1 - 박막증착용 반응용기

Info

Publication number: KR100364571B1
Application number: KR1020000073793A
Authority: KR
Inventors: 박영훈; 경현수
Original assignee: 주식회사 아이피에스
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-12-18
Also published as: KR20020044735A

Abstract

본 발명은 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 박막증착용 반응용기에 관한 것으로서, 웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 리엑터블럭(110)을 덮어 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 샤워헤드판(120)과, 리엑터블럭(110)에 설치되며 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(140)과, 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 구비하는 박막증착용 반응용기에 있어서, 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제1연결라인(121)과; 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제2연결라인(122)과; 샤워헤드판(120)의 하부에 설치되는 것으로서, 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(131)와, 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스를 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 리엑터블럭(110) 내측면 방향으로 경사지게 형성된 다수의 노즐(133)을 가지는 확산판과; 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강되어 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 것으로서, 상승되어 그 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 하는 차폐쉴드(160);를 포함한다.

Description

박막증착용 반응용기{Reactor for depositing thin film on wafer}

본 발명은 반도체, 예를 들면 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 박막증착용 반응용기에 관한 것이다.

웨이퍼가 수납되는 박막증착용 반응용기는, 그 내부로 여러 종류의 반응가스들이 유입됨에 따라 웨이퍼상에 소정의 박막을 형성하는 장치이다.

고집적도의 칩 을 만들기 위하여 웨이퍼상에 고순도 및 우수한 전기적 특성을 가지는 박막이 증착되어야 하는데, 웨이퍼상에 우수한 특성의 박막을 형성하기 위하여 지속적인 개선이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하여 안출된 것으로서, 웨이퍼상에 불순물이 최대한 제거된 고순도 및 우수한 전기적 특성을 가지며 보다 우수한 스텝커버리지(step coverage)를 구현할 수 있는 박막을 증착할 수 있는 반도체 박막증착용 반응용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착용 반응용기의 분리사시도,

도 2는 도 1의 반응용기의 제1실시예의 단면도,

도 3은 도 2의 제1혼합부의 확대단면도,

도 4는 도 2의 제2혼합부의 발췌사시도,

도 5는 TiN 박막증착시, 간격(D)과 비저항과의 관계를 도시한 그래프.

도 6은 반응용기가 이송모듈에 뱃밸브를 통하여 결합된 상태를 도시한 도면,

도 7은 도 1의 반응용기의 제2실시예의 단면도,

도 8은 도 1의 반응용기의 제3실시예의 단면도,

도 9는 박막증착시, 간격(D)과 증착속도와의 관계를 도시한 그래프.

도 10은 도 1의 반응용기의 제4실시예의 단면도,

도 11은 도 10의 제2혼합부의 발췌사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

w ... 웨이퍼 110 ... 리엑터블럭

111, 112 ... 제1,2접속파이프 113 ... 접속부

113a ... 오링 114 ... 메인오링

115 ... 펌핑포트 116 ... 웨이퍼 이송구멍

117,118 ... 배기홀 120 ... 샤워헤드판

121, 122 ... 제1,2연결라인 128, 129 ... 힌지

130, 230, 330, 430 ... 확산판 130A, 430A ... 제1확산판

130B, 430B ... 제2확산판 131, 431 ... 분사구

132, 432 ... 유로 133, 433 ... 노즐

134, 434 ... 제1혼합부 135, 435 ... 제2혼합부

135a ... 보조확산판 135b, 435b ... 구멍

140 ... 웨이퍼블럭 150 ... 펌핑배플

150a ... 측벽 150b ... 저벽

150c .. 구멍 160 ... 차폐쉴드

161 ... 실린더 161a ... 로드

162 ... 벨로우즈 D ... 간격

H ... 히터

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 박막증착용 반응용기는, 웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 상기 리엑터블럭(110)을 덮어 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 샤워헤드판(120)과, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(140)과, 상기 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 구비하는 박막증착용 반응용기에 있어서, 상기 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제1연결라인(121)과; 상기 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제2연결라인(122)과; 상기 샤워헤드판(120)의 하부에 설치되는 것으로서, 상기 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(131)와, 상기 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 상기 리엑터블럭(110) 내측면 방향으로 경사지게 형성된 다수의 노즐(133)을 가지는 확산판과; 상기 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강되어 상기 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 것으로서, 상승되어 그 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 상기 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 하는 차폐쉴드(160);를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 확산판(130)은, 상기 분사구(131)를 가지는 제1확산판(130A)과, 상기 제1확산판(130A)상에 결합되어 유로(132)를 형성하며 상기 노즐(133)을 가지는 제2확산판(130B)으로 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 확산판(230)의 저면은 오목한 형상을 하거나, 상기 확산판(330)의 저면은 볼록한 형상을 한다.

한편, 상기 확산판의 내부 중심에 마련된 것으로서, 상기 제1반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하여 상기 분사구(131)로 분사되도록 하기 위한 제1혼합부(134)를 더 포함하고, 상기 제2연결라인(122)과 상기 샤워헤드판(120) 사이에 마련되어 상기 제2반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하기 위한 것으로서, 보조확산판(135a)에 구멍(135b)이 형성된 구조의 제2혼합부(135)를 더 포함한다.

여기서, 상기 확산판과 상기 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 범위에 있다.

그리고, 상기 차폐쉴드(160)는, 상기 리엑터블럭(110) 내주면에 대응하는 곡률을 가지며, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되는 실린더(161)에 의하여 승강 구동된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 박막증착용 반응용기는, 웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 상기 리엑터블럭(110)을 덮어 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 샤워헤드판(420)과, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(440)과, 상기 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 구비하는 박막증착용 반응용기에 있어서, 상기 샤워헤드판(420)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제1연결라인(121)과; 상기 샤워헤드판(420)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제2연결라인(122)과; 상기 샤워헤드판(120)의 하부에 설치되는 것으로서, 상기 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(431)를 가지는 제1확산판(430A); 상기 제1확산판(430A)상에 결합되어 유로(432)를 형성하며, 상기 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스를 상기 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 외주를 향하게 형성된 다수의 노즐(433)을 가지는 제2확산판(430B); 상기 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강되어 상기 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 것으로서, 상승되어 그 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 상기 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 하는 차폐쉴드(160);를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1확산판(430A)의 내부 공간에 삼각원뿔 형상으로 형성되어 유입되는 상기 제1반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하여 상기 분사구(431)로 분사되도록 하기 위한 제1혼합부(434)를 더 포함하고, 상기 제1확산판(430A)과 제2확산판(430B) 사이에 상기 제2연결라인(122)과 연결되도록 마련되어 상기 제2반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하기 위한 것으로서, 다수의 구멍(435b)이 형성된 링 형상의 제2혼합부(435)를 더 포함한다.

여기서, 상기 제1,2확산판(430A)(430B)과 상기 웨이퍼블럭(440) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 범위에 있다.

다음, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 박막증착용 반응용기를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착용 반응용기의 분리사시도이고, 도 2는 도 1의 반응용기의 제1실시예의 단면도이며, 도 3은 도 2의 제1혼합부의 확대단면도이고, 도 4는 도 2의 제2혼합부의 발췌사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 박막증착용 반응용기는, 웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼(w)가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 리엑터블럭(110)에 힌지(128,129)에 의해 결합된 샤워헤드판(120)과, 샤워헤드판(120)에 설치되어 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 확산판(130)과, 리엑터블럭(110)의 내부에 설치되어 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(140)과, 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강됨으로써 웨이퍼이송구멍(116)을 개폐하는 차폐쉴드(160)와, 리엑터블럭(110)과 연결되어 그 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 포함한다. 이때, 샤워헤드판(120)에는 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 확산판(130)으로 이송시키기 위한 제1연결라인(121)과, 제2반응가스 및/또는 불활성가스를 확산판(130)으로 이송시키기 위한 제2연결라인(122)이 설치되어 있다.

리엑터블럭(110)에는 제1,2반응가스가 유입되는 제1접속파이프(111) 및 제2접속파이프(112)가 설치되어 있다. 접속파이프(111,112)는 접속부(113)를 통하여 샤워헤드판(120)에 설치된 제1,2연결라인(121,122)에 접속된다. 접속부(113)에는 오링(113a)이 설치되어 있어 샤워헤드판(120)이 리엑터블럭(110)을 닫을 때 제1,2접속파이프(111,112)와 제1,2연결라인(121,122)이 밀봉되게 연결된다. 또, 리엑터블럭(110)에는, 유입되는 불활성가스 또는/및 반응가스가 배기될 수 있는 배기홀(117,118)이 도 6에 도시된 바와 같이 2 개이상 상호 대칭 되게 형성되어 있다. 그리고, 샤워헤드판(120)이 리엑터블럭(110)을 닫을 때, 반응용기 내부의 밀봉이 확실하게 이루어질 수 있도록, 리엑터블럭(110)상에 메인오링(114)이 설치된다.

샤워헤드판(120)은 리엑터블럭(110)을 덮어 리엑터블럭(110) 내부에 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하고, 샤워헤드판(120)이 리엑터블럭(110)을 덮었을 때 후술할 확산판(130)이 리엑터블럭(110) 내부에 위치되도록 한다.

확산판(130)은, 샤워헤드판(120)의 하부에 설치되는 것으로서, 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(131)를 가지는 제1확산판(130A)과, 제1확산판(130A)에 결합되며 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스 및/불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 그 리엑터블럭(110) 내측면 방향으로 경사지게 형성된 다수의 노즐(133)을 가지는 제2확산판(130B)으로 구성된다. 이때, 제2확산판(130B)의 상부 경계에는 제2연결라인(122)과 연결되는 유로(132)가 형성된다. 여기서, 분사구(131)가 형성된 제1확산판(130A)의 凸 높이는 증착 과정에서 쉽게 휘어지지 않도록 5 mm 이상으로 형성되어야 한다. 본 실시예에서, 확산판(130)은 분리된 제1확산판(130A)과 제2확산판(130B)으로 구성되어 있으나, 유로(132)가 내부에 형성되게끔 일체화하여 구현될 수도 있음은 물론이다.

제1확산판(130A)의 내부 중심에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1반응가스와 불활성가스가 고르게 혼합되도록 하여 상기 분사구(131)로 분사되도록 하기 위한 제1혼합부(134)가 형성되어 있다. 제1연결라인(121)으로 이송되는 제1반응가스와 불활성가스는 제1혼합부(134)에서 와류되면서 고르게 혼합된 후 제1확산판(130A)의 저면 전체에서 분사구(131)를 통하여 고르게 분사된다. 여기서, 분사구(131)는 제1혼합부(134)의 하부를 제외한 제1확산판(130A)에 고르게 형성되어 있으며, 분사구(131)가 형성된 제1확산판(130A)의 면적은 분사되는 가스가 웨이퍼 전면에 고르게 분사될 수 있도록 웨이퍼(w)의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 이때, 분사구(131)의 직경은 1mm ∼ 2.5mm 범위인 것이 바람직한데, 이러한 직경은 여러번의 실험에 의하여 얻어진 것으로서, 웨이퍼(w) 상에 우수한 특성을 가진 박막이 증착될 수 있도록 한다. 분사구(131)의 개수는 직경에 따라서 100개에서 1000개 정도로 형성하며, 본 실시예에서는 160 개 이상으로 구현하였다. 또한, 분사구와 분사구 사이의 단면은 凸 형상으로 되어 있는데, 이는 웨이퍼블럭(140)에 의한 열량이 원할히 전달되도록 하여 확산판(130), 더 상세하게는 제1확산판(130A)이 과열되지 않도록 하기 위함이다.

제2연결라인(122)과 샤워헤드판(120) 사이에는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2반응가스와 불활성가스를 서로 고르게 혼합되도록 하기 위한 제2혼합부(135)가 형성되어 있다. 제2혼합부(135)는 보조확산판(135a)을 가지며, 보조확산판(135a)에 구멍(135b)이 형성된 구조를 가진다. 이때, 보조확산판(135a)은 도면에 도시된 구조뿐만 아니라, 가스를 혼합시키기 위한 구조로서 다양한 다른 구조로 구현할 수 있다.

노즐(133)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2혼합부(135)를 중심으로 방사상으로 형성된 유로(132)와 연결되어 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 리엑터블럭(110)의 내측면을 향하도록 경사지게 형성되어 있다. 노즐(133)의 개수는 30 개에서 100 개 이내인 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 48개가 형성되어 있다.

웨이퍼블럭(140)은 리엑터블럭(110)내에 설치되어 웨이퍼(w)가 안착되는 곳으로서, 증착작업이 이루어질 때 소정온도 이상으로 유지될 수 있도록 히터(H)가 설치된다. 또, 정전기력이 발생할 수 있도록 ESC(Electro Static Chuck)가 설치되어 있다.

웨이퍼블럭(140)의 외주에는 펌핑배플(150)이 형성된다. 펌핑배플(150)은 웨이퍼블럭(140)의 측부에 설치된 측벽(150a)과, 대칭의 구멍(150c)이 형성된 저벽(150b)이 형성되어 있다. 이때, 펌핑배플의 저벽(150b)의 하부의 리엑터블럭(110)에는, 배기부와 연결된 도우넛 형상의 펌핑포트(115)가 형성되어 있다.

펌핑배플(150)에서 측벽(150a)과 저벽(150b)은 리엑터블럭(110)의 외주면으로 분사되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 웨이퍼(w) 상에 형성된 제1반응가스층과 보다 고르게 반응될 수 있도록 하는 공간을 제공한다. 구멍(150c)은, 박막증착공정에서 배출되는 공정부산물과 박막증착에 이용되지 못한 가스들이 빠져나갈 수 있도록 하며, 이러한 가스들은 펌핑포트(115)를 경유하고 배기홀을 통하여 배기된다.

차폐쉴드(160)는, 리엑터블럭(110) 곡면을 가지는 내주면에 대응하는 곡률을 가진다. 차폐쉴드(160)는 리엑터블럭(110)에 설치되는 실린더(161)의 로드(161a)에 연결되어 승강 구동되고, 상승됨으로써 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 리엑터블럭(110)의 내부 공간이 대칭이 되도록 한다. 이때, 밀봉을 유지시키기 위한 것으로서, 벨로우즈(162)가 로드(161a)를 감싸면서 리엑터블럭(110)에 밀착되어 있다.

만일 웨이퍼가 대형(300mm 이상)일 경우, 웨이퍼(w)에 균일한 두께의 박막을 증착하기 위하여 웨이퍼(w) 상에 분포하는 반응가스 및/또는 불활성가스의 밀도를 균일하게 하여야 한다. 이 경우, 차폐쉴드(160)는 웨이퍼 이송구멍(116)을 리엑터블럭(110) 내주면에서 차폐함으로써, 리엑터블럭(110)의 내부 공간이 대칭이 되도록 하여 리엑터블럭(110) 내부에 존재하는 기체의 밀도가 어느 한쪽으로 치우치지 않게 한다.

한편, 확산판(130)과 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 의 범위에 있다. 이러한 값은 여러번의 실험에 의하여 얻어진 것으로서, 웨이퍼(w) 상에 우수한 특성을 가진 박막이 증착될 수 있도록 한다. 즉, 도 5의 그래프를 참조하면, TiN 박막증착시, 확산판(130)과 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격(D)이 30mm 일 경우에 비저항이 가장 낮은 값을 보임을 알 수 있다. 물론, 제1,2반응가스의 종류 및 유량, 웨이퍼블럭의 온도등의 조건을 달리 했을 때, 간격(D)이 다른 값을 보일 수도 있겠으나, 상기한 조건들이 변화되더라도 대략 20mm ∼ 50mm 의 간격 범위 내에 있을 때 낮은 비저항이 보였다. 즉, 우수한 박막을 형성함에 있어서 간격(D)이 20mm ∼ 50mm 임은 중요한 구조적 특징이라는 결론을 내릴 수 있었다.

이러한 값은 종래의 CVD 반응용기에서, 반응가스가 분사되는 확산판과 박막이 증착되는 웨이퍼블럭의 간격(D)이 50mm 이상 ∼ 100mm 정도의 간격을 가지는 것과 대비된다. 본 발명에서는 종래에 비하여 간격(D)이 좁기 때문에, 분사구(131)에서 분사되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스의 분사 압력에 의하여 웨이퍼(w)상에 조밀한 제1반응가스층이 형성되며, 이 제1반응가스층은 이후에 유입되는 제2반응가스와 반응하여 보다 고순도 및 전기적 특성이 우수한 박막이 형성될 수 있게 한 것이다.

또, 상기와 같은 박막증착용 반응용기는 그 내외부에 히터(H)가 설치되어 있어 박막증착공정이 수행될 때 반응용기를 가열시킨다. 예를 들면, TiN 박막증착공정시, 리엑터블럭(110)의 내부표면 온도는 약 120℃ ∼ 200℃ 범위에서 유지되어야 하고, 확산판(130)은 약 150℃∼260℃ 범위에서 유지되어야 한다. 또, 웨이퍼블럭(140)은 약 425℃ ∼ 650 ℃ 범위에서 유지되도록 하고, 펌핑배플(150)은 150℃ ∼ 230℃ 범위에서 유지되어야 한다.

상기와 같은 구조의 박막증착용 반응용기는, 도 6 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(w)를 공급 및 이송시키는 이송모듈(Transfer Module)(102)에 뱃밸브(Vat Valve)(101)를 사이에 두고 장착된다. 웨이퍼(w)는 이송모듈(102)의 로봇아암(미도시)에 의하여 웨이퍼이송구멍(116)을 통하여 반응용기(100) 내부로 이송되어 웨이퍼블럭(140)에 안착되고, 차폐쉴드(160)는 리엑터블럭(110) 내에서 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하여 리엑터블럭(110)의 내부공간이 대칭으로 되도록 한다. 여기서, 뱃밸브(101)는 그 온도가 140℃ ∼ 170℃ 범위에서 유지되도록 하여야 한다.

다음, 상기와 같은 구조의 반응용기의 동작을 설명한다.

웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼(w)가 웨이퍼블럭(140)에 안착되면 차폐쉴드(160)가 상승하면서 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하여 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 한다.

이후, 소정의 온도로 리엑터블럭(110)이 가열된 상태에서, 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 제1접속파이프(111) → 제1연결라인(121)을 통하여 제1확산판(130A)의 분사구(131)를 통하여 웨이퍼(w) 상부로 분사되도록 하고, 또 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 제2접속파이프(112) → 제2연결라인(122) → 유로(132)를 경유하고 제2확산판(130B)의 노즐(133)을 통하여 리엑터블럭(110)의 내측면 방향으로 분사되도록 한다. 이러한 제1,2반응가스는 웨이퍼(w) 상에 박막을 형성하고, 공정부산물이나 박막증착에 사용되지 않은 가스들은 구멍(150c) 및 배기홀을 통하여 외부로 배기된다.

도 7은 도 1의 반응용기의 제2실시예의 단면도이고, 도 8은 도 1의 반응용기의 제3실시예의 단면도이다. 여기서, 도 2 에서와 동일한 참조부호는 동일 기능을 하는 동일한 부재이다. 도면을 참조하면, 확산판(230)의 저면은 오목한 형상을 하고 있거나, 확산판(330)의 저면은 볼록한 형상을 하고 있다.

박막이 증착되는 웨이퍼(w)에 의하여 만들어지는 다이(die)는 그 전기적 특성등이 일정하여야 한다. 이를 위해, 웨이퍼 전면에 증착되는 막의 두께, 순도, 전기적 특성이 일정해야 한다.

그런데, 제1실시예에서의 반응용기를 이용하여 웨이퍼(w) 상에 박막을 증착할 때, 제2반응가스가 리엑터블럭(110)의 내측면 방향에서 와류된 후 웨이퍼(w) 가장자리로부터 웨이퍼(w)의 상부로 흐르기 때문에, 웨이퍼(w)의 가장자리와 중심부에서의 가스의 밀도 차이가 발생하므로, 증착되는 박막은 두께, 순도, 전기적 특성에서 차이가 발생할 수 있다. 따라서. 가스량, 공정압력등의 공정조건을 변경함으로써 웨이퍼의 중심부 대비 가장자리의 박막의 두께, 순도, 전기적 특성의 차이를 좁혀야 하는데, 이러한 공정조건의 변경으로도 상기와 같은 차이가 좁혀지지 않는 경우도 발생한다.

이런 경우에, 도 7에 도시된 바와 같이 확산판(230)의 저면을 오목하게 하거나, 도 8 에 도시된 바와 같이, 확산판(330)의 저면을 볼록하게 함으로써, 확산판과 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격이 중심부와 가장자리부가 다르게 한다.

이는, 박막증착공정을 수행함에 있어서, 중요한 변수 하나가 확산판과 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격(D)임에 착안한 것이다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 간격(D)과 증착속도 사이에는 특정한 함수 관계에 있으므로, 간격(D)을 달리함으로써 증착되는 박막의 두께나 순도, 전기적 특성들을 달리할 수 있는 것이다. 제7도에 도시된 바와 같이, 가장자리에서의 간격을 중심부와의 간격보다 작게하거나, 도 8에 도시된 바와 같이, 가장자리에서의 간격을 중심부와의 간격보다 크게 함으로써, 증착되는 박막의 두께, 순도, 전기적 특성들을 원하는 값으로 맞출 수 있는 것이다.

도 10은 도 1의 반응용기의 제4실시예의 단면도이고, 도 11은 도 10의 제1혼합부의 발췌사시도이다. 여기서, 도 2, 도 7 및 도 8 에서와 동일한 참조부호는 동일 기능을 하는 동일한 부재이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 박막증착용 반응용기는,

웨이퍼 이송구멍(116)이 형성된 리엑터블럭(110)과, 리엑터블럭(110)에 결합된 샤워헤드판(420)과, 샤워헤드판(420)에 설치되어 반응가스 및/또는 불활성가스를 분사하는 제1,2확산판(430A)(430B)과, 리엑터블럭(110)의 내부에 설치되는 웨이퍼블럭(440)과, 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강됨으로써 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 차폐쉴드(160)를 포함한다.

샤워헤드판(420)은 리엑터블럭(110)을 덮어 리엑터블럭(110) 내부에 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하고, 샤워헤드판(420)이 리엑터블럭(110)을 덮었을 때 확산판(430)이 리엑터블럭(110) 내부에 위치되도록 한다.

확산판(430)은 제1,2확산판(430A)(430B)으로 구성된다.

제1확산판(430A)은, 샤워헤드판(420)의 하부에 설치되는 것으로서, 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(431)를 가진다. 여기서, 분사구(431)가 형성된 부분의 높이는 증착 과정에서 고온에 의하여 쉽게 휘어지지 않도록 5 mm 이상으로 형성되어 있다.

제2확산판(430B)은, 상기 제1확산판(430A)에 결합되어 유로(432)를 형성하며, 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스 및/불활성가스를 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 외주를 향하게 형성된 다수의 노즐(433)을 가진다.

본 실시예에서는 확산판이 분리된 제1확산판(430A)과 제2확산판(430B)으로 구성되어 있으나, 유로(432)가 형성되게끔 일체화되어도 구현될 수도 있음은 물론이다.

제1확산판(430A)의 내부 공간에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하여 분사구(431)로 분사되도록 하기 위한 삼각원뿔 형상의 제1혼합부(434)가 형성되어 있다.

제1연결라인(121)으로 이송되는 제1반응가스와 불활성가스는 제1혼합부(434)에서 와류되면서 고르게 혼합된 후 제1확산판(430A)의 저면 전체에서 분사구(431)를 통하여 고르게 분사된다. 여기서도, 분사구(431)는 제1혼합부(434)의 하부를제외한 제1확산판(430A)에 고르게 형성되어 있으며, 분사구(431)가 형성된 제1확산판(430A)의 면적은 분사되는 가스가 웨이퍼 전면에 고르게 분사될 수 있도록 웨이퍼(w)의 면적보다 큰 것이 바람직하다.

상기 제2연결라인(122)이 연결되는 샤워헤드판(420)에는 다수의 구멍(435b)이 형성된 링 형상의 제2혼합부(435)가 설치되어 있다. 제2혼합부(435)는 유입되는 제2반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하기 위한 것으로서, 다수의 구멍(435b)이 형성된 링 형상으로 되어 있다. 이때, 제2혼합부(435)는 도면에 도시된 구조뿐만 아니라, 가스를 혼합시키기 위한 구조로서 다양한 다른 구조로 구현할 수 있다.

노즐(433)은, 제2혼합부(435)를 중심으로 방사상으로 형성된 유로(432)와 연결되어 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(w)의 외주를 향하도록 형성되어 있다.

웨이퍼블럭(440)에는 전술한 ESC 가 설치되어 있고, 또 그 외주에는 전술한 펌핑배플(150)이 형성된다. 펌핑배플(150)은 웨이퍼블럭(440)의 측부에 설치된 측벽(150a)과, 대칭의 구멍(150c)이 형성된 저벽(150b)을 가진다. 펌핑배플의 저벽(150b)의 하부의 리엑터블럭(110)에는, 배기부와 연결된 도우넛 형상의 펌핑포트(415)가 형성되어 있다.

한편, 확산판(430)과 웨이퍼블럭(440) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 의 범위에 있으며, 이러한 이유는 제1,2,3실시예에서 이미 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.

상기한 제1,2,3,4실시예의 박막증착용 반응용기에 있어서, 웨이퍼가 300mm 이상의 대구경일 때에는 웨이퍼(w)를 고온의 웨이퍼블럭(440)에 안착될 때, 웨이퍼(w)의 부분별 온도 상승속도의 차이에 의하여 휘어짐이 발생한다. 따라서, 이러한 휘어짐을 방지하기 위하여, 웨이퍼(w)를 웨이퍼블럭(440)에 갑자기 안착시키지 않고, 적어도 10 초 이상 시간을 두고 안착시키는 것이다. 이와 같이 웨이퍼(w)를 웨이퍼블럭에 천천히 안착시키므로, 웨이퍼(w)의 부분별 온도 상승속도의 차이가 줄어들고 이에 따라 웨이퍼(w)의 휘어짐을 방지할 수 있다. 이때, 웨이퍼블럭(440)에 설치된 ESC(Electro Static Chuck)의 정전기력을 이용함으로써 웨이퍼(w)를 웨이퍼블럭(440)의 상부에 견고하게 밀착될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

본 발명에 따른 반도체 박막증착장치는, 혼합된 제1반응가스 및 불활성가스가 분사구를 통하여 웨이퍼 상부로 분사되어 제1반응가스층이 형성되고, 제2반응가스 및 불활성가스가 리엑터블럭의 내측면으로 분사된 후 웨이퍼의 상부로 유동하면서 제1반응가스층과 반응함으로써, 특히 제1반응가스층과 제2반응가스층의 형성을 연속적이고도 순차적으로 유도함으로써, 웨이퍼상에 불순물이 최대한 제거된 고순도 및 우수한 전기적 특성을 가지며 보다 우수한 스텝커버리지가 구현되는 박막을 얻을수 있다.

Claims

웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 상기 리엑터블럭(110)을 덮어 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 샤워헤드판(120)과, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(140)과, 상기 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 구비하는 박막증착용 반응용기에 있어서,

상기 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제1연결라인(121)과;

상기 샤워헤드판(120)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제2연결라인(122)과;

상기 샤워헤드판(120)의 하부에 설치되는 것으로서, 상기 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(131)와, 상기 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 상기 리엑터블럭(110) 내측면 방향으로 경사지게 형성된 다수의 노즐(133)을 가지는 확산판과;

상기 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강되어 상기 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 것으로서, 상승되어 그 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 상기 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 하는 차폐쉴드(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항에 있어서,

상기 확산판(130)은, 상기 분사구(131)를 가지는 제1확산판(130A)과, 상기 제1확산판(130A)상에 결합되어 유로(132)를 형성하며 상기 노즐(133)을 가지는 제2확산판(130B)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항에 있어서,

상기 확산판(230)의 저면은 오목한 형상을 하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항에 있어서,

상기 확산판(330)의 저면은 볼록한 형상을 하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

상기 확산판의 내부 중심에 마련된 것으로서, 상기 제1반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하여 상기 분사구(131)로 분사되도록 하기 위한 제1혼합부(134)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2연결라인(122)과 상기 샤워헤드판(120) 사이에 마련되어 상기 제2반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하기 위한 것으로서, 보조확산판(135a)에 구멍(135b)이 형성된 구조의 제2혼합부(135)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

상기 확산판과 상기 웨이퍼블럭(140) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제1항 내지 제4항중 어느 한 있어서,

상기 차폐쉴드(160)는, 상기 리엑터블럭(110) 내주면에 대응하는 곡률을 가지며, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되는 실린더(161)에 의하여 승강 구동되는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
웨이퍼 이송구멍(116)을 통하여 이송된 웨이퍼가 위치되는 리엑터블럭(110)과, 상기 리엑터블럭(110)을 덮어 소정의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 샤워헤드판(420)과, 상기 리엑터블럭(110)에 설치되며 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 웨이퍼블럭(140)과, 상기 리엑터블럭(110) 내부의 가스를 외부로 배기시키는 배기부(미도시)를 구비하는 박막증착용 반응용기에 있어서,

상기 샤워헤드판(420)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제1연결라인(121)과;

상기 샤워헤드판(420)에 설치되는 것으로서, 공급되는 제2반응가스 및/또는 불활성가스가 이송되는 제2연결라인(122)과;

상기 샤워헤드판(420)의 하부에 설치되는 것으로서, 상기 제1연결라인(121)을 통하여 유입되는 제1반응가스 및/또는 불활성가스를 상기 웨이퍼(w)의 상부로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 상부를 향하게 형성된 다수의 분사구(431)를 가지는 제1확산판(430A);

상기 제1확산판(430A)상에 결합되어 유로(432)를 형성하며, 상기 제2연결라인(122)으로 유입되는 제2반응가스를 상기 웨이퍼(w)의 외주측으로 분사하도록 그 웨이퍼(w)의 외주를 향하게 형성된 다수의 노즐(433)을 가지는 제2확산판(430B);

상기 리엑터블럭(110)의 내주측에서 승강되어 상기 웨이퍼 이송구멍(116)을 개폐하는 것으로서, 상승되어 그 웨이퍼 이송구멍(116)을 차폐하였을 때 상기 리엑터블럭(110) 내부 공간이 대칭이 되도록 하는 차폐쉴드(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제9항에 있어서,

상기 제1확산판(430A)의 내부 공간에 삼각원뿔 형상으로 형성되어 유입되는 상기 제1반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하여 상기 분사구(431)로 분사되도록 하기 위한 제1혼합부(434)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제9항에 있어서,

상기 제2연결라인(122)이 연결되는 샤워헤드판(420)에 마련되어 상기 제2반응가스와 불활성가스를 고르게 혼합되도록 하기 위한 것으로서, 다수의 구멍(435b)이 형성된 링 형상의 제2혼합부(435)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제9항에 있어서,

상기 제1,2확산판(430A)(430B)과 상기 웨이퍼블럭(440) 사이의 간격(D)은 20mm ∼ 50mm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기.
제9항에 있어서,

상기 웨이퍼블럭(440)의 외주에 설치되는 것으로서, 웨이퍼(w) 상의 박막의 두께등의 균등성을 위해, 상기 웨이퍼블럭(440) 측부에 설치된 측벽(150a)과, 대칭의 구멍(150c)이 형성된 저벽(150b)을 가지는 펌핑배플(150)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착용 반응용기