KR100443905B1 - 화학 기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기상 증착장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치는 외관을 형성하며 내부에 플라즈마 반응이 일어나는 챔버, 챔버 내부에 설치되며 증착을 위한 웨이퍼가 안착되는 정전척, 챔버 내부로 증착 반응을 위한 반응가스와 청소를 위한 청소용 가스를 분사하도록 챔버의 내면을 따라 복층 구조로 설치된 다수의 가스 공급관을 구비하고, 이 가스 공급관은 챔버의 내면을 따라 배열된 다수의 하층 가스 공급관과, 하층 가스 공급관의 상측에 설치되되 하층 가스 공급관들 사이에 교차하여 설치된 상층 가스 공급관을 포함하는 것으로, 이러한 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치는 반응가스와 청소용 가스가 선택적으로 공급되는 다수의 가스 공급관을 구비하되, 이들이 서로 복층 구조로 챔버 내부의 상하 배치되어 있고, 또한 상하 배치된 상태가 서로 교차하도록 되어 있기 때문에 공급되는 가스가 보다 균일하게 챔버 내부로 공급되도록 하는 효과가 있으며, 특히 챔버 내부의 청소를 위한 청소 공정중 챔버 내부에서의 보다 균일한 찌꺼기 청소가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Description

화학 기상 증착장치{A chemical vapor deposition apparatus}
본 발명은 화학 기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응을 위하여 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부분을 개선한 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착장치는 가스의 화학반응이 일어나는 챔버를 구비하여 챔버 내부에서의 가스의 반응으로 기판 위에 유전층, 도전층, 또는 반도체층이 증착되도록 함으로써 웨이퍼 위에 하나의 회로가 구성되도록 하는 것이다.
예를 들어 반응가스가 챔버 내부로 투입되면 챔버 내부에는 플라즈마가 형성되고, 이로 인해 공정가스의 플라즈마에서 이온충돌이 발생하게 되는데, 만약 이때의 반응가스가 실란(SiH4)이라면 챔버 내부에 안착된 웨이퍼에는 실리콘이 증착될 것이다.
한편, 이러한 증착공정 중에 반응가스에 의한 찌꺼기가 발생하게 되는데, 이 찌꺼기는 플라즈마 챔버 내부의 벽면에 일부 코팅되게 된다. 그러므로 챔버 내부에 대한 이 찌꺼기를 제거하기 위하여 챔버를 주기적으로 청소해야할 필요가 있다.
이러한 청소는 종래에 챔버를 오픈하여 수행하도록 되어 있었으나 이 챔버를 오픈하여 청소하는 작업은 그 작업효율이 매우 낮고, 작업 비용이 과다하게 소모된다.
따라서 챔버를 오픈하지 않고, 챔버 내부를 청소하는 방법이 고안되었는데. 이것은 청소용 가스를 챔버 내부에 투입함으로써 이루어지게 하는 것으로, 여기에 만약 NF3가 사용되었다면 이때 사용된 청소용 가스의 불소(F: Fluorine)가 플라즈마반응에 의한 이온 충격으로 실리콘과 실리콘 디옥사이드 등과 같은 찌꺼기를 식각하도록 함으로써 챔버 내부에 증착된 찌꺼기가 청소되도록 한다.
종래의 청소용 가스를 이용하여 챔버 내부를 청소하도록 된 화학 기상 증착장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(10)와 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 홀더(20), 그리고 웨이퍼 홀더(20)의 위에 마련된 정전척(30) 및 반응가스 공급관(40)과 청소가스 공급관(50)을 구비하고 있는데, 이 청소용 가스 공급관(50)은 반응가스 공급관(40)의 하부에 단지 1개만이 설치되어 있다.
그러므로 청소용 가스가 챔버(10) 내부에 국부적으로 공급되기 때문에 청소를 위한 반응 또한 국부적으로 치우쳐서 발생하게 된다. 이러한 이유로 청소공정 진행시 챔버(10) 내부에 부분적으로, 너무 과도하게 식각되는 부분과 제대로 식각이 이루어지지 않는 부분이 발생하게 되어 챔버(10) 내부의 청소가 제대로 수행되지 않는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 내부로 반응가스 및 청소용 가스가 균일하게 공급될 수 있도록 챔버 내부의 가스 공급구조를 개선한 화학 기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 종래의 반응가스 공급관과 청소용 가스 공급관을 가진 화학 기상 증착장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반응가스 공급관과 청소용 가스 공급관을 가진 화학 기상 증착장치를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 다른 화학 기상 증착장치에 설치된 반응가스 공급관과 청소용 가스 공급관의 설치상태를 도시한 부분 확대 사시도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100...챔버
110...웨이퍼 홀더
120...정전척
150...진공펌프
200...상층 가스 공급관
210...하층 가스 공급관
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외관을 형성하며 내부에 플라즈마 반응이 일어나는 챔버와, 챔버 내부에 설치되며 증착을 위한 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 챔버 내부로 증착 반응을 위한 반응가스와 청소를 위한 청소용 가스가 분사되도록 챔버 내부에 설치된 가스 공급관을 포함하는 화학 기상 증착장치에 있어서,상기 가스 공급관은 반응가스와 청소용 가스가 선택적으로 분사되도록 챔버 내부에 설치되되, 챔버의 내면을 따라 배열된 다수의 하층 가스 공급관과, 하층 가스 공급관의 상측에 설치되며 하층 가스 공급관들의 사이사이에 교차하여 설치된 상층 가스 공급관을 포함한 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 가스 공급관을 가진 화학 기상 증착장치는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 고주파가 제공되어 플라즈마가 생성되는 챔버(100)를 구비하고, 챔버(100) 내부에 자기장을 생성시키도록 챔버(100) 상측에 설치된 돔의 외측에 장착된 코일(140)을 구비한다. 여기서 이 플라즈마는 가스분자의 자기장에서의 이온화로 발생하게 된다.
그리고 챔버(100)의 내부에는 증착을 위한 웨이퍼(130)가 안착되는 웨이퍼 홀더(110)가 설치되며, 웨이퍼 홀더(110)의 상측에는 정전척(120)이 장착된다. 이 웨이퍼 홀더(110)에는 13.56㎒ RF가 제공되도록 되어 있다. 그리고 챔버(100) 내부를 70미리토르 이상의 압력으로 만들기 위한 진공펌프(150)가 장착되어 있다.
한편, 챔버(100)의 내측에는 웨이퍼 홀더(110)의 주변부분에 복층구조로 구현된 다수의 가스 공급관(200)(210)이 설치되어 있다.
이 가스 공급관(200)(210)은 증착반응을 위하여 SiH4와 같은 반응가스를 분사하기도 하고, 챔버(100) 내부의 청소를 위하여 NF3과 같은 청소용 가스가 분사되기도 한다.
즉 반응가스와 청소가스가 반응 및 청소를 위하여 가스 공급관(200)(210)을 통하여 챔버(100) 내부에 선택적으로 공급되게 되는 것이다. 이러한 선택적인 공급은 외부에 마련된 별도의 공급장치에 의하여 쉽게 구현 가능하다.
한편, 이 가스 공급관(200)(210)은 도 3에 도시된 바와 같이 복층 구조로 구현되되 챔버(100)의 내면을 따라 다수개가 소정간격으로 이격 배열된 상태로 웨이퍼 홀더(110) 주변부분으로 설치된 하층 가스 공급관(210)과 이 하층 가스 공급관(210)의 상측에 하층 가스 공급관(210)들 사이의 비어있는 공간에 교차하여 배치된 상층 가스 공급관(200)으로 구현된다.
그러므로 이 각각의 가스 공급관(200)(210)으로부터 챔버(100) 내부로 공급되는 반응가스 또는 청소가스는 보다 균일하게 공급하도록 되어 있다. 특히 300mm 대구경 웨이퍼의 제조공정에서는 그 균일도에 의한 효과가 상당히 크게 발생한다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.
웨이퍼(130)에 대한 증착공정을 위한 작용은 웨이퍼(130)가 웨이퍼 이송장치(미도시)로부터 이송되어 챔버(100) 내부의 웨이퍼 홀더(110) 위의 정전척(120) 위에 안착되면 코일(140)과 정전척(120)으로 고주파가 제공되고, 동시에 챔버(100) 내부로는 상층 가스 공급관(200)과 하층 가스 공급관(210)으로부터 반응가스가 공급됨으로써 플라즈마가 생성된다. 그리고 진공펌프(150)에 의하여 챔버(100) 내부는 고 진공상태가 유지된다.
이러한 반응가스에 의한 플라즈마의 생성으로 웨이퍼(130) 위에는 필요한 막이 증착되게 된다.
한편, 이러한 증착작용 중 발생한 물질은 웨이퍼(130) 윗면뿐만 아니라 챔버(100) 내부면과 다른 구성부분들에도 증착되게 되므로, 가능한 한 챔버(100) 내부를 자주 청소하여 이러한 잔여 이물질을 제거함으로써 챔버(100) 내부에서의 웨이퍼(130)에 대한 항상 동일한 환경에서의 공정 진행이 이루어질 수 있도록 하여야 한다.
이를 위한 청소공정은 상층 가스 공급관(200)과 하층 가스 공급관(210)으로부터 청소용 가스, 즉 하나의 예로써 NF3를 챔버(100) 내부로 균일하게 공급하고, 챔버(100) 내부에 고주파를 인가한다.
그리고 인가된 고주파로 인하여 발생한 플라즈마로 이온화된 불소가 생성되게 되고, 이로인해 불소는 챔버(100) 내면과 챔버(100) 내부에 설치된 다른 구성요소들에 증착된 찌꺼기들을 식각하여 챔버(100) 내부에서의 청소가 이루어지도록 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 가스 공급관(200)(210)은 상층 가스 공급관(200)과 하층 가스 공급관(210)이 서로 교차하여 상하로 복층구조로 설치되어 있고, 동시에 이 각각의 가스공급관(200)(210)으로는 증착 공정을 위해서는 반응가스가 공급되고, 청소공정을 위해서는 청소용 가스가 선택적으로 공급되도록 되어 있다.
그리고 웨이퍼에 증착되는 물질에 따라 공급되는 반응가스는 선택적으로 공급될 수 있을 것이고, 또한 청소용 가스도 다른 종류의 가스가 선택적으로 공급될 수 있을 것이다.
한편, 각각의 가스 공급관(200)(210)의 형상과 구성이 일부 변형되더라도 기본적으로 다수의 가스관(200)(210)이 복층구조로 구현되고, 이에 더하여 이들이 서로 교차하여 배열된 다른 변형된 실시예들은 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 화학 기상 증착장치는 반응가스와 청소용 가스가 선택적으로 공급되는 다수의 가스 공급관을 구비하되, 이들이 서로 복층 구조로 챔버 내부에 상하 배치되어 있고, 또한 상하 배치된 상태가 서로 교차하도록 되어 있기 때문에 공급되는 가스가 보다 균일하게 챔버 내부로 공급되도록 하는 효과가 있으며, 특히 챔버 내부의 청소를 위한 청소 공정중 챔버 내부에서의 보다 균일한 찌꺼기 청소가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 외관을 형성하며 내부에 플라즈마 반응이 일어나는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되며 증착을 위한 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 챔버 내부로 증착 반응을 위한 반응가스와 청소를 위한 청소용 가스가 분사되도록 상기 챔버 내부에 설치된 가스 공급관을 포함하는 화학 기상 증착장치에 있어서,
    상기 가스 공급관은 상기 반응가스와 상기 청소용 가스가 선택적으로 분사되도록 상기 챔버 내부에 설치되되, 상기 챔버의 내면을 따라 배열된 다수의 하층 가스 공급관과, 상기 하층 가스 공급관의 상측에 설치되며 상기 하층 가스 공급관들의 사이사이에 교차하여 설치된 상층 가스 공급관을 포함한 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
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