KR100530243B1 - 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응 챔버에 장착되는 기판에 대해 반응 가스들을 분배하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 기상 증착 및 에칭 프로세스에 사용될 수 있다. 이 장치는 가스 고갈에 의해 야기되는, 웨이퍼의 에지에서의 기상 증착 및 에칭의 불균일성의 문제점을 보상한다. 그를 관통하여 연장되는 다수의 개구부를 갖는 가스 분배판이 반응 챔버의 내부 표면에 부착된다. 가스 분배판의 표면과 챔버 내부 표면 사이에는 적어도 하나의 진공 밀봉된 칸막이가 배치된다. 칸막이는 판과 반응 챔버 사이의 공간을 가스 분배 영역으로 분할한다. 각각의 가스 분배 영역에는 가스 주입구가 연결된다. 각각의 가스 주입 라인은 각각의 가스 분배 영역에서 가스 흐름을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기를 갖는다. 유량 제어기는 기판 표면에 대해 화학적 기상 증착 또는 에칭의 균일한 속도를 가능케하는데 사용된다.

Description

화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치{DISTRIBUTION PLATE FOR A REACTION CHAMBER WITH MULTIPLE GAS INLETS AND SEPARATE MASS FLOW CONTROL LOOPS}
본 발명은 화학적 기상 증착 및 건식 에칭용 반응 챔버에 관한 것으로, 특히 이러한 반응 챔버내에서의 가스 고갈을 실질적으로 방지하는 개선된 장치에 관한 것이다.
화학적 기상 증착 및 에칭 기술은 다양한 분야에 사용되고 있다. 예를 들어, 이러한 기술은 전기 부품의 제조에 사용된다. 특히, 화학적 기상 증착 및 건식 에칭 기술은 반도체 장치 및 집적 회로의 제조시 반도체 기판 상에 실리콘 이산화물 및 다른 유사한 물질의 층을 증착 또는 에칭하기 위해 사용된다. 화학적 기상 증착은 광학 장치에 반사 또는 반-반사 코팅을 제공하기 위해 사용된다. 기계적인 분야에 있어서, 화학적 기상 증착은 경도를 증가시키거나 또는 마찰력을 감소시키는 코팅을 제공하거나 내마모성 코팅을 제공하기 위해 사용된다. 화학적인 분야에 있어서, 기상 증착은 산화 또는 부식에 대한 보호물 또는 확산에 대한 배리어를 제조하는데 사용된다.
공지된 바와 같이, 화학적 기상 증착 및 에칭 기술은 일련의 순차적인 단계들을 포함한다. 첫째, 기체 또는 기체 물질의 소스가 제공된다. 기체 물질의 소스는 통상적으로 기체 또는 가스이지만, 만약 먼저 기화된다면 고체 또는 액체 물질이 사용될 수도 있다. 다음, 물질이 기판으로 전달되는데, 상기 전달 단계는 부분 진공 또는 높은 진공 상태에서 이루어질 수 있다. 전달 단계에서는, 기판 상으로의 도착 속도 균일성이 중요하게 고려된다. 만약 이러한 프로세스 단계가 적절하게 제어되지 않는다면, 기판에 대해 울퉁불퉁하거나 불균일한 막 두께가 야기되어 결함부가 만들어질 수 있다. 다음 단계는 기판과 화학 기체를 반응시켜 에칭막을 증착하는 것이다. 기판은 종종 가열되어 기체에 대한 기판의 반응도를 증가시킴으로써, 공정을 용이하게 한다. 반응물이 가열된 기판 표면상에 흘러 기판 표면과 반응하여 막을 증착하거나 표면을 에칭하게 된다.
단일 웨이퍼 시스템(예를 들어, Si 기판 웨이퍼의 증착을 위한 장치)에서, 상이한 효과 및 특정한 가스 고갈은 이미 언급한 바와 같이, 기판의 표면에 대해 불균일성을 유도한다. 이러한 불균일성은 에지와 비교할 때 기판 중심부 부근에서 상이한 정도의 막 증착 또는 에칭으로 종종 명확히 나타난다. 이러한 효과는 기판의 직경이 증가함에 따라 점점 더 심해지게 된다. 이러한 효과는, 직경이 300 mm 에 근접하거나 이를 초과하는 Si 웨이퍼 기판이 사용될 때, 더욱 두드러진다. 이러한 막 증착 또는 에칭의 불균일성은 다양한 문제점을 야기할 수 있다. 예를 들어, 반도체 및 접적 회로의 제조에 있어서, 이러한 불균일성은 장치가 기능하지 않거나 또는 최적의 결과 이하의 기능을 하게 할 수 있다.
종래 기술은 기판의 표면에서 불균일한 막 증착 또는 에칭의 문제점에 대한 다양한 방법을 제공하였다. 이러한 방법중 하나는, 상이한 가스 분배판 또는 포커스 링을 사용하여 불균일한 막증착 또는 에칭을 보상하는 것이다. 이러한 방법의 문제점은, 특정 프로세스를 위해서는 정확한 가스 분배판 또는 포커스 링을 얻는데 있어 상당한 시간이 소비되어 비용이 많이 든다는 것이다. 이러한 방법은 반응 챔버 내의 하드웨어가 교체되기 때문에, 시간 소비가 심하다. 또한, 특정 프로세스를 위한 적절한 가스 분배판은 다른 프로세스에 대해서는 적합하지 않을 수 있다. 결과적으로, 상이한 프로세스에 대해 동일한 시스템을 사용하기 위해서, 사용자는 가스 분배판을 교체해야 하며 이는 정지 시간을 야기시켜 비용 증가를 발생시킨다.
본 발명의 목적은, 기판 표면에 대해 불균일한 막증착을 최소화시키고 포커스 링의 사용 및 가스 분배판의 교체가 요구되지 않는 화학적 기상 증착 및 건식 에칭을 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 반응 챔버 내에 장착되는 기판에 대해 반응 가스를 분배하는 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 화학적 기상 증착 및 에칭 프로세스에서 사용될 수 있다. 상기 장치는 가스 고갈에 의해 초래되는 웨이퍼의 에지에서의 기상 증착 및 에칭의 불균일성의 문제점을 보상한다. 가스 분배판은 상기 가스 분배판을 관통하여 연장되는 다수의 개구부를 가지며, 반응 챔버의 내부 표면에 부착된다. 가스 분배판의 표면과 챔버 내부 표면 사이에는 적어도 하나의 밀폐된 칸막이가 배치된다. 칸막이는 판과 반응 챔버 사이의 공간을 가스 분배 영역으로 분할한다. 각각의 가스 분배 영역에는 가스 주입 라인이 연결된다. 각각의 가스 주입 라인은 각각의 가스 분배 영역으로의 가스 흐름을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기를 포함한다. 유량 제어기는 기판 표면에 대한 화학적 기상 증착 및 에칭이 균일한 속도로 이루어지게 하는데 사용된다.
이하 첨부도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1을 참조로, 본 발명의 화학적 기상 증착 또는 건식 에칭 장치(10)가 도시된다. 공지된 바와 같이, 화학적 기상 증착 및 에칭은 부분 진공 또는 높은 진공에서 수행되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 장치는 낮은 대기 압력으로 배기될 수 있는 튼튼한 강성의 물질로 구성된 챔버 벽(14)을 갖는 반응 챔버(12)를 포함한다. 부분 진공 또는 높은 진공이 요구되는 장치들에서는, 챔버(12)의 내부에는 진공 펌프(16)가 연결된다. 반응 챔버의 내부로의 접근을 용이하게 하기 위해, 제거가능한 도어 또는 해치(18)가 제공된다. 도어(18)는 고정 부재(20)에 의하여 챔버 벽(14)에 견고히 고정된다. 도어(18)와 챔버 벽(14) 사이에 진공 시일(seal)(22)이 위치되어, 챔버(12)는 배기 가능하도록 밀폐된다. 챔버 내부를 관찰할 수 있도록 관찰 윈도우(23)가 제공될 수 있다.
도 1과 함께 도 2를 참조로 하면, 가스 분배판(24)은 나사, 리벳 또는 다른 부착 수단과 같은 파스너에 의해 기상 증착 챔버(12)의 임의의 내부 표면에 부착되어 제공된다. 도 1의 바람직한 실시예에서 도시된 바와 같이, 가스 분배판(24)은 챔버(12) 도어(18)의 내부 표면에 부착되지만, 챔버의 다른 내부 표면에도 부착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 파스너(26)는 가스 분배판(24) 상의 파스너 홀(28)을 통해 위치되며, 가스 분배판(24)을 도어(18)에 부착시킨다. 가스 분배판(24)은 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 거의 평탄한 구조물이다. 바람직한 실시예에서, 가스 분배판(24)은 원형이지만 챔버의 형상(geometry)에 따라 직사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 가스 분배판(24)은 상기 가스 분배판(24)을 관통하는 다수의 개구부(30)를 갖는다. 도 2는 일련의 동심원으로 배치되는 개구부(30)를 도시하고 있지만, 본 발명의 범주내에서 기판(44)에 대해 기체를 바람직하게 분포시키는 다른 배치도 가능하다. 가스가 새지않는(gas-tight) 칸막이(32)가 가스 분배판(24)의 상부 표면과 반응 챔버 도어(18)의 내부 표면 사이에 배치된다. 칸막이(32)는 두 개의 가스 분배 영역(34, 36)을 형성한다. 도 1에서, 두 개의 점선은 두 개의 가스 분배 영역(34, 36) 사이의 분할을 도시하고 있다. 비록 도 1이 두 개의 가스 분배 영역(34, 36)을 생성하는 하나의 칸막이(32)가 도시되어 있지만, 다수의 칸막이가 제공됨으로써 3개 이상의 가스 분배 영역이 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 칸막이는 고무 O-링의 형태로 이루어지나, 다른 형태의 칸막이 구조 또한 가능하다. 예를 들어, 칸막이(32)는 가스 분배판(24)과 일체형으로 주조될 수도 있다. 또한, 칸막이가 원형일 필요가 없다. 기판에 대해 균일한 반응 속도를 가능케하는 방식으로 가스를 분배하는 한, 다른 형상의 칸막이도 사용될 수 있다. 균일한 반응 속도는 화학적 기상 증착 프로세스에 대한 막의 균일한 성장 속도 및 건식 에칭 프로세스를 위해 균일한 제거 속도를 가능케 하기 때문에 바람직하다. 균일한 반응 속도는 기판(44)에 대해 가스를 상이한(uneven) 분포로 분포시킴으로써 이상 조건하에서 형성된다. 그러나 불균일한 온도 또는 압력 변화와 같은 요인으로 인해, 가스는 기판(44)에 상이하게 분포될 것이 요구된다.
두 개의 가스 라인(38, 40)은 도어(18)를 통해 반응 챔버(12)를 통과한다. 각각의 가스 라인(38, 40)중 하나의 단부는 각각의 가스 분배 영역(34, 36)과 연결된다. 따라서 각각의 가스 라인(38, 40)은 각각의 가스 분배 영역(34, 36)으로 기체를 공급하게 된다. 만약 하나 이상의 칸막이(32)가 제공된다면, 두 개 이상의 가스 라인이 제공될 수 있다. 어떤 경우에는, 가스 라인(38, 40)의 다른쪽 단부는 가스 통(canister) 또는 화학 기체의 다른 적당한 소스일 수 있는 기체 소스(43)에 연결된다.
유량 제어기(42)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 가스 라인(38, 40)에 연결된다. 질량 유동 제어기(42)는 종래의 밸브이고, 기계적, 전자적, 또는 공기압적으로 작동할 수 있다. 각각의 유량 제어기(42)는 유량 제어기(42)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 동작하는 적어도 하나의 제어 회로(46)에 연결된다. 따라서 유량 제어기(42)는 가스 라인(38, 40) 각각을 통해 가스 흐름을 제어하는데 사용된다. 그러므로 유량 제어기(42)는 가스 분배 영역(34, 36) 각각에 대해 가스 흐름을 조절한다. 만약 하나의 형태의 가스가 기판 상에 증착되면, 하나의 유량 제어기(42)가 각각의 가스 라인(38, 40)을 통해 제공된다. 만약, 몇 개의 상이한 가스가 기판 상에서의 증착 또는 건식 에칭을 위해 공급되면, 선택적으로, 몇 개의 유량 제어기(42)가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 화학적 기상 증착 및 에칭 장치는 다음과 같이 작동한다. 웨이퍼, 기판 또는 작업물(44)이 반응 챔버에 유입되고 챔버는 폐쇄된다. 만약 필요하다면, 반응 챔버(12) 내부를 대기 압력으로 감소시키는데 진공 펌프(16)가 사용될 수 있다. 기체 소스(43)가 제공되며 유량 제어기(42)에 연결된다. 에칭 프로세스에서, 기체는 Ar, BCl3, Cl2, CF3Br, CHF3, CF4, C2F6, C3F8, CO, CCl4, HCl, HBr, NF3, O2, 또는 SF6이지만, 다른 기체들(가스들)도 고려된다. 기체는 가스라인(38, 40)을 통해 흘러, 가스 분배판(24)의 개구부를 통과한다. 유량 제어기(42)는 제어 회로(46)를 사용하여 선택적으로 제어되어 각각의 가스 분배 영역(34, 36)으로의 기체 흐름을 조절한다.
기체는 웨이퍼, 기판 또는 작업물(44) 위를 흘러 기판의 표면 또는 그 근처에서 반응한다. 유량 제어기(42)를 사용함으로써, 기체 흐름 속도는 가스 분배 영역(34, 35) 각각을 통해 증가 또는 감소되어 기판(44) 표면에 대한 균일한 반응 속도를 산출한다.
상기한 실시예들은 단지 예시적인 사항들이며, 기술된 것과 상응하는 엘리먼트를 활용함으로써, 당업자에 의해서 다양한 변형 및 수정예가 만들어질 수 있다. 당업자에게는 자명할 수 있는 다른 모든 수정예들은 부가된 청구항에서 정의한 바와 같이 본 발명의 영역 내에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 가스 주입 및 개별 유량 제어 루프를 갖는 반응 챔버용 분배판에 의해, 반응 챔버 내의 가스 고갈을 방지하여, 기판에 대해 균일한 반응 속도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 화학적 기상 증착 및 에칭 장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 화학적 기상 증착 및 에칭 장치의 가스 분배판의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 반응 챔버 14 : 챔버 벽
16 : 진공 챔버 18 : 도어
24 : 가스 분배판 32 : 칸막이
34, 36 : 가스 분배 영역 38, 40 : 가스 라인
42 : 유량 조절기 44 : 기판

Claims (6)

  1. 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치로서,
    거의 평면형 내부 표면을 형성하는 경계 영역을 갖는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버내에 장착된 단일 기판 위의 적어도 두 개의 분배 영역으로 반응 가스를 분배하는 가스 분배판; 및
    상기 가스 분배 영역으로의 가스 흐름을 조절하는 수단을 포함하며,
    상기 가스 분배판은 상기 내부 표면에 거의 평행하게 부착되어, 상기 가스 분배판과 상기 내부 표면 사이에는 적어도 하나의 칸막이에 의해 적어도 두 개의 가스 분배 영역으로 분할되는 공간이 형성되며, 상기 가스 분배판은 다수의 개구부를 갖는 거의 평면형 부재를 포함하며, 상기 다수의 개구부는 상기 평면형 부재를 통해 연장되는, 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 분배 영역으로의 가스 흐름을 조절하는 수단은,
    각각 상기 적어도 두 개의 가스 분배 영역중 하나의 영역에 가스를 공급하는 다수의 가스 주입 라인 ; 및
    상기 각각의 가스 주입 라인에 접속되며 상기 가스 분배 영역 각각으로의 흐름을 조절하는 적어도 하나의 유량 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 주입 라인은 상기 가스 분배판을 향해 상기 반응 챔버의 경계 영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 주입 라인은 상기 공간의 가스 분배 영역 각각에 접속되는 것을 특징으로 하는 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이는 O-링인 것을 특징으로 하는 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이는 상기 가스 분배판과 일체형인 것을 특징으로 하는 화학적 기상 증착 및 에칭 처리 장치.
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