KR100634451B1 - 반도체 소자 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증착 장치에 관한 것으로, 증착 장치는 가스 공급부와 지지대가 설치된 챔버를 가진다. 가스 공급부는 공정가스가 도입되는 공간을 제공하고, 공정가스를 웨이퍼 상으로 분사하는 분사부재 및 상술한 공간 내에 설치되어 공간 내에서 공정가스를 확산시키는 확산부재를 가진다. 분사부재는 증착률 향상 등을 위해 웨이퍼와의 거리가 가깝게 되도록 배치된다. 또한, 상술한 공간 내에는 공정가스가 확산되는 영역을 제한하는 차단부재가 제공되어, 다양한 크기의 웨이퍼에 대해 높은 증착율로 증착공정을 수행할 수 있다.
증착, 확산부재, 차단부재, 분사부재
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증착 장치의 단면도;
도 2는 웨이퍼와 분사부재간의 간격이 강유전체 메모리소자에서 센싱 마진(sensing margin)의 신뢰성에 미치는 영향을 보여주는 도면;
도 3은 웨이퍼와 분사부재간의 간격이 증착률에 미치는 영향을 보여주는 도면;
도 4는 도 1의 확산부재의 사시도;
도 5와 도 6은 각각 도 4의 확산부재의 단면도 및 평면도;
도 7과 도 8은 도 4의 확산부재의 변형된 예를 보여주는 사시도들;
도 9는 도 4의 확산부재의 다른 변형예를 보여주는 단면도;
도 10은 도 4의 확산부재의 또 다른 변형예를 보여주는 사시도;
도 11은 도 10의 확산부재의 평면도;
도 12는 도 10의 확산부재의 변형예를 보여주는 단면도;
도 13은 도 4의 확산부재가 복수개 설치된 예를 보여주는 도면;
도 14는 돌출부재가 설치된 분사부재의 일 예를 보여주는 도면;
도 15는 도 14에서 공정가스의 흐름을 보여주는 도면;
도 16은 돌출부재가 설치된 분사부재의 다른 예를 보여주는 도면;
도 17은 확산부재가 설치된 가스 공급부의 일 예를 보여주는 도면;
도 18은 도 4의 확산부재의 다른 실시예를 보여주는 단면도;
도 19는 제 1확산판의 평면도;
도 20은 제 2확산판 및 격벽의 평면도;
도 21은 제 3확산판 및 격벽들의 평면도;
도 22는 도 18의 확산부재 내에서 공정가스의 흐름을 보여주는 도면;
도 23은 챔버의 상부벽 내에 공급라인 형성시 문제점을 보여주는 도면;
도 24는 분배기가 설치된 가스 공급부의 일 예를 보여주는 단면도; 그리고
도 25는 도 24의 분배기의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 챔버 20 : 지지대
30 : 가스공급부 100 : 분사부재
120 : 제 1분사판 140 : 제 2분사판
200 : 확산부재 220 : 도입관
240 : 확산판 300 : 차단부재
400 : 돌출부재 500 : 온도 조절부재
600 : 확산부재 620 : 제 1확산판
640 : 제 2확산판 660 : 제 3확산판
680 : 다공성판
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하는 공정을 수행하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위해서는 증착, 사진, 식각, 이온주입 등과 같은 다수의 공정들이 요구된다. 상술한 공정들 중 증착공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 공정으로, 챔버 내 압력 및 온도를 일정한 조건으로 유지시킨 상태에서 하나 또는 복수의 공정 가스를 동시에 또는 순차적으로 챔버 내로 공급함으로써 이루어진다.
일반적인 증착 장치는 내부에 웨이퍼가 놓여지는 지지대와 웨이퍼 상으로 가스를 공급하는 샤워 헤드가 설치된 챔버를 가진다. 공정가스는 챔버의 상부벽과 샤워 헤드에 의해 제공되는 공간의 중앙으로 공급된 후, 샤워 헤드의 분사판에 형성된 분사홀들을 통해 아래로 공급된다. 그러나 샤워헤드 내에서 공정가스가 충분히 확산되지 않은 상태에서 공정가스가 분사판 아래로 공급되므로, 웨이퍼 가장자리부 영역에서 증착률이 매우 낮다. 따라서 분사판은 웨이퍼로부터 멀리 이격되어 배치되고 공정가스가 다량 공급된다. 상술한 문제는 웨이퍼의 크기에 비례하여 더욱 커진다.
또한, 샤워헤드 내에서 공정가스가 적절한 온도를 유지하도록 분사판 내에 냉각 및 가열을 위한 라인이 형성된다. 웨이퍼의 전체 영역에 균일하게 가스를 공급하기 위해 분사홀들의 형성간격 및 배치 등은 중요하나, 냉각 및 가열을 위한 라 인으로 인해 분사홀들의 형성간격 및 배치가 크게 제약받는다.
또한, 원하는 증착 균일도 및 증착률을 얻기 위해 웨이퍼의 크기에 따라 이에 상응되는 크기의 분사판을 가지는 샤워헤드가 사용되어야 한다. 따라서 웨이퍼의 크기에 따라 사용가능한 증착장치가 제한되므로 비효율적이다.
본 발명은 웨이퍼 영역 전체에서 증착 균일도 및 증착률을 향상시킬 수 있는 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 분사판에 형성된 분사홀들의 형성간격 및 배열이 자유로운 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 크기의 웨이퍼에 대해 높은 증착률로 증착 공정을 수행할 수 있는 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 증착 장치는 내부에 기판을 지지하는 기판 지지대와 상기 기판 지지대의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 가지는 공정 챔버를 포함한다. 상기 가스 공급부는 저면에 분사홀들이 형성되고 가스가 유입되는 공간을 제공하는 분사부재와 상기 공간 내로 유입되는 가스를 확산시키는 확산부재를 가진다. 상기 확산부재는 바닥면 및 측면을 포함하며 상부에는 상기 공간으로 공급된 가스를 유입하는 홈이 형성된 확산판을 가지고, 상기 홈 내로 유입된 가스는 상기 측면을 타고 일정 높이 승강 후 상기 확산판의 바깥쪽으로 퍼진다. 상기 분사부재의 저면은 알루미늄을 재질로 하는 것이 바람직하다.
일 예에 의하면, 상기 확산판은 중앙부와 상기 중앙부로부터 측방향으로 연장되는 복수의 연장부들을 가지고, 상기 가스는 상기 중앙부로 유입된 후 상기 연장부들을 따라 흐른다. 상기 연장부들은 3 내지 8개가 균등한 간격으로 배치되고, 상기 연장부들 각각은 로드 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다른 예에 의하면, 상기 확산판의 저면은 원판 형상을 가지며, 상기 확산판의 중앙부에는 아래방향으로 가스가 공급되도록 홀이 형성된다. 상기 확산판은 상기 제 1공간의 중앙부에 하나만 설치될 수 있으며, 선택적으로 상기 확산판은 상기 공간 내에 복수개가 설치될 수 있다.
또한, 상기 가스 공급부는 상기 공간 내에 탈착 가능하게 배치되며, 상기 공간 내에서 가스가 퍼지는 영역을 제한하는 차단부재를 더 포함할 수 있다. 상기 차단부재는 링 형상으로 제공되며, 상기 차단부재는 상기 분사부재와 일정거리 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 분사부재는 상기 확산부재가 설치되는 공간을 제공하며, 제 1가스를 분사하는 제 1분사판과 상기 제 1분사판 아래에 배치되어 제 2가스가 도입되는 공간을 제공하는 그리고 분사홀들이 형성된 제 2분사판을 구비한다. 상기 제 1분사판에는 상기 제 2가스를 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 도입하는 공급라인이 제공되고, 상기 제 2분사판 상에는 상기 공급라인을 통해 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 도입된 제 2가스를 주변으로 확산시키는 돌출부재가 제공될 수 있다. 상기 돌출부재는 중앙에 상부가 개방된 홈이 형성되고, 상기 공급라인으로부터 공급된 제 2가스는 상기 돌출부재의 내측벽을 타고 승강된 후 상기 돌출부 재의 바깥쪽으로 확산된다.
일 예에 의하면, 상기 기판에 증착되는 막은 납 지르코늄 티타늄 산화막(PZT; PbZrTiO3) 이고, 제 1가스는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 그리고 티타늄(Ti)을 포함하고, 상기 제 2가스는 산소를 포함한다.
상기 분사부재는 상기 기판 지지대에 놓여진 웨이퍼와의 거리가 20mm 이내가 되도록 위치되고, 상기 확산부재는 상기 분사부재의 저면과의 거리가 상기 웨이퍼의 직경의 1/4보다 길게 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 장치는 상기 가스 공급부의 온도를 조절하는 온도 조절부재를 더 포함하되, 상기 온도조절부재는 상기 가스 공급부보다 높은 위치에 배치된다.
또한, 본 발명의 확산 부재의 다른 예에 의하면, 확산부재는 상기 공간 내에서 가스를 확산시키는 분배부를 포함하고, 상기 분배부는 가스가 도입되는 제 1공간을 제공하는 제 1확산판과 상기 제 1확산판의 아래에 배치되며 상기 제 1분배홀을 통해 유출된 가스를 도입하고 상기 제 1공간보다 넓은 제 2공간을 제공하는 제 2확산판을 포함한다. 상기 제 1확산판에서 상기 제 1공간의 가장자리에 해당되는 영역에는 제 1분배홀들이 형성되고, 상기 제 2확산판에서 상기 제 2공간의 가장자리에 해당되는 영역에는 제 2외측 분배홀들이 형성된다. 상기 제 1공간과 상기 제 2공간은 원통 형상으로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제 2공간의 중앙에는 격벽이 제공되고 상기 격벽과 인접한 상기 2확산판 영역에는 제 2 내측 분배홀들이 형성될 수 있다. 상기 제 1분배홀들은 상기 제 2 내측 분배홀들과 상기 제 2 외측 분 배홀들 중앙 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 제 1분배홀들, 상기 제 2내측 분배홀들, 그리고 상기 제 2외측 분배홀들 각각은 원을 이루도록 배열되고, 상기 제 2 외측분배홀들에 의해 제공되는 원의 반경은 상기 제 2 내측분배홀들에 의해 제공되는 원의 반경의 약 3배인 것이 바람직하다. 상기 분배부는 상기 제 2확산판 아래에 배치되는, 그리고 상기 제 2 내측 분배홀들과 상기 제 2외측 분배홀들을 통해 유출된 가스를 도입하며 상기 제 2공간보다 넓은 제 3공간을 제공하는 제 3확산판과 상기 제 3공간의 중앙에 배치되는 통 형상의 내측 격벽, 그리고 상기 제 3공간 내에 상기 통 형상의 격벽을 감싸도록 배치되는 외측 격벽을 포함한다. 상기 제 3공간의 가장자리에 해당되는 바닥면 영역에는 제 3 외측분배홀들이 형성되고, 상기 내측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역에는 제 3 내측분배홀들이 형성되고, 상기 외측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역 중 안쪽에는 내측 미들분배홀들이 형성되고, 상기 외측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역 중 바깥쪽에는 외측 미들분배홀들이 형성되어 상기 제 2외측 분배홀을 통해 상기 제 3공간으로 유입된 가스는 상기 제 3 외측분배홀과 상기 외측 미들분배홀을 통해 흐르고, 상기 제 2내측 분배홀을 통해 상기 제 3공간으로 유입된 가스는 상기 제 3 내측분배홀과 상기 내측 미들분배홀을 통해 흐른다. 상기 제 2외측분배홀들은 상기 제 3외측분배홀들과 상기 외측 미들분배홀들의 중앙 상부에 배치되고, 상기 제 2내측분배홀들은 상기 내측 미들분배홀들과 상기 제 3내측분배홀들의 중앙 상부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 확산부재는 상기 분배부 아래에 이로부터 일정거리 이격되도록 배치되며, 전체 영역에 복수의 홀들이 형성된 다공성판을 더 포함 할 수 있다.
또한, 상기 공정챔버의 상부벽 내에는 상기 제 1공간으로 가스가 공급되는 공급라인이 형성되고, 상기 공급라인은 외부의 가스공급관과 연결되는 수평라인과 상기 수평라인으로부터 아래로 수직하게 연장되며 유출구를 가지는 수직라인을 포함하고, 상기 확산부재는 상기 유출구로부터 나오는 가스가 상기 제 1공간 내 영역에 균등하게 분산되도록 팬 형상의 분배기를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 장치는 내부에 기판을 지지하는 기판 지지대와 저면에 분사홀들이 형성되고 가스가 유입되는 공간을 제공하는 분사부재를 가지는 가스 공급부가 제공된 공정챔버를 가진다. 상기 공간 내에는 공정가스가 확산되는 영역을 제한하며 탈착 가능한 차단부재가 제공된다. 상기 차단부재는 링 형상으로 형성되고, 상기 분사부재와 일정거리 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 25를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장되어진 것이다.
또한, 본 실시예에서는 유기금속 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며 화학 기상 증착법 또는 원자층 증착법을 사용하여 웨이퍼(W) 상에 소정의 박막을 형성하는 장치(1)에 모두 적용가능하며, 증착장치(1) 이외에 분사판을 사용하여 웨이퍼(W)로 가스를 공급하면서 공정을 진행하는 모든 종류의 장치(1)에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기 금속 화학 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition, 이하 MOCVD) 장치(1)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 장치(1)는 외부로부터 구획된 내부공간을 가지는 챔버(10)를 포함한다. 챔버(10)의 측벽 또는 하부면에는 펌프(도시되지 않음)가 연결된 배기관(16)이 결합되어, 챔버(10) 내부를 공정에 적합한 압력으로 유지하고, 챔버(10) 내부에서 발생되는 반응부산물들을 배기한다.
챔버(10) 내 하부에는 웨이퍼(W)와 같은 반도체 기판이 놓여지는 지지대(20)가 배치된다. 지지대(20)는 대체로 원판형의 형상을 가지며 지지축(22)에 의해 지지된다. 지지대(20)는 공정진행 중 지지축(22)을 중심으로 회전된다. 지지대(20) 내부에는 히터(도시되지 않음)가 설치되며, 히터는 그 상부로 공급되는 공정가스들을 분해하고, 공정가스가 웨이퍼(W) 상에 원활하게 증착할 수 있도록 챔버(10) 내부로 열을 제공한다. 챔버(10) 내 상부에는 지지대(20)에 놓여진 웨이퍼(W) 상으로 공정가스를 공급하는 가스공급부(30)가 배치된다. 가스공급부(30)는 지지대(20)와 대향되도록 배치된다.
챔버(10) 내의 가스공급부(30)는 외부의 도관들과 연결되어, 이들로부터 공정가스를 공급받는다. 제 1공정가스는 제 1도관(43)을 통해 가스공급부(30)로 공급되고, 제 2공정가스는 제 2도관(45)을 통해 가스공급부(30)로 공급된다. 일 예에 의하면, 제 1공정가스는 낮은 증기압을 가지며 상온에서 액체/고체 상태로 존재하는 물질로써 기화된 상태로 공급되는 유기금속 전구체 가스(metal organic precursors gas)를 포함하며, 제 2공정가스는 상온에서 기체 상태로 존재하는 가스로 제 1공정가스와 반응하는 가스일 수 있다. 예컨대, 웨이퍼(W) 상에 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO3) 막을 증착하는 경우, 제 1공정가스는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 그리고 티타늄(Ti)을 포함하고, 제 2공정가스는 산소(O)를 포함한다. 제 1도관(43)에는 기화기(49)가 설치되며, 기화된 유기금속 전구체 가스를 운반하는 캐리어 가스를 공급하는 관 또는 퍼지가스를 공급하는 관(도시되지 않음)이 연결될 수 있다. 각각의 관들(43, 45)에는 각각 내부 통로를 개폐하는 개폐밸브(도시되지 않음)나 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
가스공급부(30)는 분사부재(100)와 확산부재(200)를 가진다. 분사부재(100)는 제 1분사판(120)과 제 2분사판(140)을 가진다. 제 1분사판(120)은 대체로 원판 형상을 가지며, 가장자리에는 링 형상으로 상부로 돌출된 측벽(129)이 제공된다. 상술한 구조로 인해 제 1분사판(120)의 중앙에는 상부가 개방된 홈이 제공된다. 제 1분사판(120)의 측벽(129)은 챔버(10)의 상부벽(12)에 접촉된다. 제 1분사판(120)의 아래에는 제 2분사판(140)이 제공된다. 제 2분사판(140)은 대체로 원판 형상을 가지며, 가장자리에는 링 형상으로 상부로 돌출된 측벽(149)이 제공된다. 상술한 구조로 인해 제 2분사판(140)의 중앙에는 상부가 개방된 홈이 제공된다. 제 1분사판(120)과 제 2분사판(140)은 그들 측벽(129, 149)을 관통하여 삽입되는 스크류와 같은 고정수단(도시되지 않음)에 의해 챔버(10)의 상부벽(12)에 고정된다.
이하, 제 1분사판(120)과 챔버(10)의 상부벽(12)에 의해 둘러싸인 공간을 제 1도입공간(122)이라 칭하고, 제 1분사판(120)과 제 2분사판(140)에 의해 둘러싸인 공간을 제 2도입공간(142)이라 칭한다. 제 1공정가스는 제 1도입공간(122)으로 유입되고, 제 2공정가스는 제 2도입공간(142)으로 유입된다. 제 1분사판(120)에는 복수의 제 1홀들(120a)이 형성된다. 제 2분사판(140)에는 제 1홀들(120a)과 대향되는 위치에 제 2홀들(140a)이 형성되고, 제 2홀들(140a) 사이에는 제 3홀들(140b)이 형성된다. 서로 대향되는 제 1홀(120a)과 제 2홀(140a)에는 분사관(160)이 삽입된다. 제 1도입공간(122)으로 유입된 제 1공정가스는 분사관(160)들을 통해 분사부재(100) 아래로 분사되고, 제 2도입공간(142)으로 유입된 제 2공정가스는 제 3홀들(140b)을 통해 분사부재(100) 아래로 분사된다.
일반적인 장치(1)에서는 공정가스가 충분히 확산되지 않은 상태에서 분사부재 아래로 공정가스가 분사된다. 따라서, 웨이퍼(W) 가장자리 영역에서 원하는 증착률로 증착이 이루어지도록 하기 위해 분사부재(100)와 웨이퍼(W)간 거리가 길고 공정가스가 다량 사용된다. 도 2는 PZT 막 증착공정 수행시 웨이퍼(W)와 분사부재(100)간의 간격이 강유전체 메모리소자(Ferroelectric RAM, FRAM)에서 센싱마진(sensing margin)의 신뢰성에 미치는 영향을 보여주는 도면이고, 도 3은 웨이퍼(W)와 분사부재(100)간의 간격이 증착률에 미치는 영향을 보여주는 도면이다. 도 2와 도 3은 각각 직경 150밀리미터를 대상으로 실험하였다. 도 2에서는 웨이퍼를 150℃의 온도로 장시간 가열함으로써 센싱마진에 대한 내구성을 측정하였고, 도 3에서는 공정압력을 다양하게 변화함으로써 증착률을 측정하였다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼(W)와 분사부재(100)간의 간격이 좁은 상태에서 증착공정이 수행될수록 센싱마진의 신뢰성이 증가하고, 증착률이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 증착률 향상 및 센싱마진의 신뢰성 확보 등을 위해 지지부에 놓여진 웨이퍼(W)와 분사부재(100)간의 거리는 짧게 제공되고, 공정가스가 웨이퍼(W)의 중심영역으로 집중되는 것을 방지하기 위해 제 1도입공간(122)으로 공급되는 공정가스를 확산시키는 확산부재(200)가 제공된다. 웨이퍼(W)와 분사부재(100)간의 거리는 약 20밀리미터(mm) 이내인 것이 바람직하다.
도 4는 도 1의 확산부재(200)의 사시도로, 확산부재(200)의 일 예를 보여주는 도면이다. 또한, 도 5와 도 6은 각각 도 4의 확산부재(200)의 단면도 및 평면도로, 확산부재(200) 내에서 공정가스의 흐름을 보여준다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 확산부재(200)는 제 1도입공간(122) 내에 배치되어 챔버(10)의 상부벽(12) 내에 형성된 공급라인(42)을 따라 제 1도입공간(122)으로 유입되는 제 1공정가스를 확산시킨다. 확산부재(200)는 도입관(220)과 확산판(240)을 포함한다. 도입관(220)은 챔버(10) 내에 제공된 공급라인(42)과 연결된다. 챔버(10)의 상부벽(12)에는 함입부가 형성되고, 함입부에는 도입관(220)이 설치된 결합판(290)이 삽입된다. 결합판(290)은 스크류와 같은 고정수단에 의해 챔버(10)에 결합된다. 도입관(220)의 하단에는 확산판(240)이 결합된다. 확산판(240)은 대체로 평평한 바닥면(242)과 바닥면(242)의 가장자리로부터 상부로 돌출된 측면(244)을 가진다. 상술한 구조로 인해 확산판(240)의 중앙에는 상부가 개방된 홈(241)이 형성된다.
확산판(240)은 대체로 도입관(220)의 출구와 유사한 크기를 가지는 중앙부(246)와 이로부터 측방향으로 연장되는 연장부들(248)을 가진다. 도입관(220)은 중앙부(246)와 연장부(248)의 경계부위에서 확산판(240)에 고정결합된다. 도입관(220)은 접착제나 스크류 등 다양한 방법으로 확산판(240)에 고정될 수 있으며, 선택적으로 도입관(220)은 확산판(240)과 일체로 제조될 수 있다. 연장부들(248)은 균일한 간격으로 서로 일정거리 이격되도록 배치되어 연장부들(248) 사이에 가스가 흐를 수 있는 공간이 형성된다. 일 예에 의하면 네 개의 연장부들(248)이 90도 간격으로 배치되도록 제공되고, 연장부들(248) 각각은 긴 로드(rod) 형상을 가진다.
확산판(240)에 형성된 홈(241)은 중앙부(246)로부터 연장부들(248)까지 확장된다. 도 7에 도시된 바와 같이 도입관(220)을 통해 확산판(240)의 중앙부(246) 내로 유입된 제 1공정가스는 연장부(248) 내를 따라 이동되며, 연장부(248)의 양측 및 끝단에 제공된 측면(244)을 타고 승강 후 확산판(240)의 바깥쪽 영역으로 퍼진다. 본 실시예에서 확산부재(200)는 로드 형상을 가진 복수의 연장부들(248)을 구비하므로 제 1공간(622) 내에서 넓은 영역으로 확산될 수 있다. 또한, 공정가스는 연장부들(248)의 끝단 뿐만 아니라 측방향으로도 이동되므로 확산판(240) 아래에 위치되는 웨이퍼(W) 영역에서 공정가스의 증착률이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 연장부들(248)의 크기 및 연장부(248)의 측면 높이는 웨이퍼(W)의 크기 및 증착 균일도 등에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.
상술한 예에서 확산부재(200)는 네 개의 연장부들(248)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 확산부재(200a, 200b)는 3개 또 는 5개 이상의 연장부들(248)을 구비할 수 있다. 연장부들(248)은 2 내지 8개가 제공되는 것이 바람직하며, 3 내지 6개가 제공되는 것이 가장 바람직하다. 연장부(248)의 수가 1개인 경우 제 1공정가스가 확산판(240) 둘레에 전체적으로 퍼지지 않으며, 연장부(248)의 수가 9개 이상인 경우 확산판(240)의 구조가 복잡하고 인접하는 연장부들(248) 사이에 충분한 공간이 제공되지 않을 수 있다. 또한, 확산판(240)의 중앙부(246) 면적이 넓은 경우 웨이퍼(W)의 중심영역에서 공정가스의 증착률이 낮아지는 것을 방지하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이 확산부재(200d)는 중앙부(246)에 하나 또는 복수의 홀(260)이 형성된 확산판(240)을 구비할 수 있다. 또한, 상술한 예에서는 공정가스가 도입관(220)을 통해 확산판(240) 내 홈(241)으로 유입되는 것으로 설명하였다. 그러나 확산판(240)이 챔버(10)의 상부벽(12)으로부터 일정거리 이격되어 챔버(10)에 직접 결합되고, 도입관(220) 없이 공정가스가 직접 확산판(240) 내 홈(241)으로 유입될 수 있다.
도 10은 도 4의 확산부재(200)의 변형된 예를 보여주는 사시도이다. 도 10을 참조하면, 확산판(240d)은 원판 형상의 바닥면(242d)과 그 가장자리로부터 상부로 연장된 측면(244d)을 가진다. 바닥면(242d)의 중앙에는 상부로 연장되어 도입관(220)과 결합되는 돌기들(247)이 제공된다. 돌기들(247)은 서로 일정거리 이격되도록 설치되어 공정가스가 빠져나가는 통로(247a)를 제공한다. 도 11에 도시된 바와 같이 도입관(220)을 통해 돌기들(247) 사이로 유입된 제 1공정가스는 통로를 통해 돌기(247)로부터 빠져나가 확산판(240d)의 가장자리까지 이동된다. 이후, 확산판(240d)의 측면(244d)을 타고 승강한 후 확산판(240d)의 주변으로 퍼진다. 도 10에 도시된 확산부재(200d) 사용시 도 4에 도시된 확산부재(200)를 사용할 때에 비해 확산판(240d) 아래에 위치되는 웨이퍼(W) 영역에서 증착률이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 도 12에 도시된 바와 같이 확산판(240d)의 중심 영역에 복수의 홀들(260d)이 제공될 수 있다. 제 1공정가스가 제 1도입공간(122) 내에서 충분하게 확산된 후 웨이퍼(W) 상부로 분사되도록 분사부재(100)의 하부면으로부터 챔버(10)의 상부벽(12)까지의 거리는 충분히 길게 제공된다. 분사부재(100)의 하부면으로부터 확산부재(200)가 결합되는 챔버(10)의 상부벽(12)까지의 거리는 웨이퍼(W)의 직경의 약 1/4 이상인 것이 바람직하다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 직경이 150밀리미터인 경우 분사부재(100)와 챔버(10)의 상부벽(12)까지의 거리는 약 40밀리미터(mm)로 제공될 수 있다.
상술한 예에서는 제 1도입공간(122) 내에 하나의 확산부재(200)가 제공되는 것으로 설명하였다. 그러나 확산부재들(200)이 설치된 챔버(10)의 상부벽(12) 저면도인 도 13에 도시된 바와 같이 제 1도입공간(122) 내에는 복수개의 확산부재들(200)이 제공될 수 있다. 복수개의 확산부재들(200)은 다각형의 배열을 이루도록 배치될 수 있다. 이는 제 1도입공간(122) 내에서 공정가스가 보다 넓은 영역으로 확산되도록 하고, 확산부재(200) 아래에 위치되는 웨이퍼(W) 영역에서 증착률이 낮아지는 것을 방지한다. 그러나 복수의 확산부재들(200)이 제공되는 경우, 확산부재들(200) 사이의 공간에서 제 1공정가스들이 충돌하여 반응이 일어나고 이로 인해 파티클이 발생될 수 있다. 그러나 하나의 확산부재(200)만이 제공되는 경우 상술한 문제점이 방지된다.
제 1분사판(120) 내에는 제 2도관(45)으로부터 유입된 제 2공정가스가 흐르는 공급라인(44)이 형성되며, 공급라인(44)은 제 1홀들(120a)의 배열이 제한 받는 것을 최소화하도록 배치된다. 공급라인(44)의 출구는 제 1분사판(120) 하부면 중앙에 형성된다. 도 14에 도시된 바와 같이 제 2분사판(140)의 상부면 중 공급라인(44)의 출구와 대향되는 부분에는 링 형상을 가지는 돌출부재(400)가 설치된다. 돌출부재(400)는 제 2도입공간(142)으로 유입되는 제 2공정가스를 확산시킨다. 돌출부재(400)의 중앙에는 홈(402)이 제공된다. 도 15에 도시된 바와 같이 공급라인(44)을 통해 돌출부재(400) 내 홈(402)으로 분사된 제 2공정가스는 돌출부재(400)의 측벽을 타고 승강한 후 돌출부재(400)의 바깥쪽으로 퍼진다. 선택적으로 도 16에 도시된 바와 같이 공급라인(44)과 대향되는 제 2분사판(140)의 영역에는 제 2공정가스가 분사되는 홀(140c)이 형성될 수 있다. 또한, 제 2도입공간(142) 내에는 상술한 돌출부재(400) 대신에 제 1도입공간(122)에 제공되는 확산부재(200)가 배치될 수 있다.
제 2분사판(140)이 스테인리스 스틸을 재질로 이루어지면 제 2분사판(140) 아래로 공급된 제 1공정가스 및 제 2공정가스가 스테인리스 스틸과 반응하여 제 2분사판(140)이 손상된다. 본 발명에 의하면 챔버(10)는 일정강도를 유지하기 위해 스테인리스 스틸(stainless steel)을 재질로 하고, 제 1분사판(120)과 제 2분사판(140)은 공정가스와 반응하는 것을 방지하기 위해 알루미늄(aluminum)을 재질로 한다. 또한, 증착 공정이 장기간 진행되면 제 2분사판(140)의 하부면에는 막질이 증착된다. 이들이 제 2분사판(140)으로부터 아래로 떨어지면 웨이퍼(W)에 악영향을 미진다. 따라서 제 2분사판(140)에 부착된 증착물이 쉽게 분리되는 것을 방지하기 위해 제 2분사판(140)의 하부면은 거친 표면 거칠기를 가진다. 이는 샌드 버스트(sand burst) 또는 유기금속 기계적 화학적 연마 방법(organo-mechanical chemical polishing method) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 계속적으로 공정이 수행되는 웨이퍼들(W)간 균일한 증착두께를 얻기 위해 가스공급부(30) 내 공정가스의 온도는 일정하게 조절되어야 한다. 그러나 가스공급부(30) 내 공정가스는 지지대(20) 내에 배치된 히터, 공정 압력, 사용되는 공정가스의 량, 분사부재(100)와 웨이퍼(W)간 거리 등에 따라 변화된다. 가스공급부(30) 내에서 공정가스가 다양한 공정 조건에도 불구하고 일정한 온도를 유지하도록 본 발명의 증착 장치(1)는 가스공급부(30)의 온도를 조절하는 온도 조절부재(500)를 가진다. 본 발명에 의하면 온도 조절부재(500)는 냉각판(540) 및 가열판(520)을 포함한다. 온도 조절부재(500)로 인해 분사판(120, 140)에 형성된 분배홀들의 배열이 제한되는 것을 방지하기 위해 온도 조절부재(500)는 가스공급부(30)의 상부에 배치된다. 일 예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 상부벽(12) 상에는 냉매가 흐르는 냉각라인이 냉각판(540)이 제공되고, 냉각판(540) 상에는 히터에 의해 가열이 이루어지는 가열판(520)이 제공된다. 이와 반대로 가열판(520)과 냉각판(540)의 위치는 바꾸어질 수 있다.
일반적으로 사용되고 있는 가스공급부(30)는 설정된 크기의 웨이퍼(W)에 대해서만 사용된다. 설정된 크기의 웨이퍼(W)보다 큰 웨이퍼(W)에 대해 공정을 수행하면 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에서 증착률이 크게 저하되고, 설정된 크기의 웨이 퍼(W)보다 작은 웨이퍼(W)에 대해 공정을 수행하면 낭비되는 공정가스의 량이 많다. 본 발명에 의하면, 다양한 크기의 웨이퍼(W)에 대해 공정가스의 낭비 없이 원하는 증착률로 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 수단이 제공된다. 일 예에 의하면, 가스공급부(30) 내에 차단부재(300)가 제공된다. 차단부재(300)는 제 1도입공간(122) 내에 배치되며, 제 1도입공간(122) 내에서 제 1공정가스가 확산되는 영역을 제한한다. 도 17은 제 1도입공간(122) 내에 설치된 차단부재(300)를 보여주는 단면도이다. 차단부재(300)는 환형의 링 형상을 가지며, 상단에는 외측으로 돌출된 플랜지를 가진다. 차단부재(300)는 플랜지 삽입되는 스크류와 같은 고정수단에 의해 제 1도입공간(122) 내에 고정된다. 공정이 진행되는 웨이퍼(W)의 크기에 따라 다양한 직경의 차단부재(300)가 설치될 수 있도록, 챔버(10)의 상부벽(12)에는 다수의 위치에 스크류(50)가 삽입되는 홀(12a)이 제공된다. 차단부재(300)는 제 1도입공간(122)의 수직 높이보다 약간 낮은 높이를 가지도록 제공되어, 제 1분사판(120)으로부터 이격되어 설치되도록 한다. 이는 차단부재(300)가 제 1분사판(120)과 접촉되는 높이로 형성되는 경우, 상이한 열팽창률로 인해 차단부재(300) 또는 제 1분사판(120)이 손상되는 것을 방지한다. 상술한 차단부재(300)는 제 2도입공간(142)에도 제공될 수 있다.
다음에는 도 4에 도시된 확산부재(600)의 다른 실시예를 설명한다. 도 18은 본 발명의 확산부재(600)의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다. 확산부재(600)의 형상을 제외하고, 도 18의 확산부재(600)가 제공된 증착 장치(1)의 구조는 도 4의 확산부재(600)가 제공된 증착 장치(1)와 대체로 동일하며, 동일부분에 대한 설명은 생략한다. 확산부재(600)는 복수의 확산판들(620, 640, 660)과 격벽들(630, 650a, 650b)을 가지는 분배부를 포함한다. 확산판들(620, 640, 660)은 서로 적층되도록 배치되며, 각각의 확산판들(620, 640, 660)에는 아래로 갈수록 제 1공정가스가 점진적으로 넓게 퍼지도록 분배홀들(624, 644, 646, 664, 665, 666, 667)이 형성된다. 또한, 각각의 확산판들(620, 640, 660)에 의해 제공되는 공간에는 제 1공정가스들이 서로 충돌하는 것을 최소화하기 위해 하나 또는 복수의 격벽(630, 650a, 650b)이 제공된다. 이하, 도 18을 참조하여 확산부재(600)의 구조에 대해 상세히 설명한다. 본 실시예에서는 3개의 확산판들(620, 640, 660)이 제공되는 경우를 예로 들어 설명한다.
확산부재(600)는 제 1확산판(620), 제 2확산판(640), 그리고 제 3확산판(660)을 가진다. 제 1확산판(620), 제 2확산판(640), 그리고 제 3확산판(660)은 서로 적층되도록 배치된다. 도 19는 제 1확산판(620)의 평면도이다. 도 19를 참조하면, 제 1확산판(620)은 중앙에 제 1직경을 가지는 원형의 홈을 가지고, 제 1도입공간(122) 내에서 챔버(10)의 상부벽(12)과 결합된다. 제 1확산판(620)과 챔버(10)의 상부면에 의해 제 1공간(622)이 제공되고, 챔버(10)의 상부벽(12) 내에 제공된 공급라인(42)으로부터 분사된 제 1공정가스는 제 1공간(622) 내에서 일차적으로 확산된다. 제 1공간(622)의 가장자리 아래에 위치되는 제 1확산판(620)의 영역에는 복수의 제 1분배홀들(624)이 형성된다. 제 1분배홀들(624)은 전체적으로 원을 이루는 배열로 배치된다.
도 20은 제 2확산판(640)과 격벽(630)의 평면도이다. 도 20을 참조하면, 제 2확산판(640)은 중앙에 제 2직경의 원형의 홈을 가지고, 제 1분사판(120)의 아래에서 제 1분사판(120)과 결합된다. 제 2직경은 제 1직경보다 크게 제공된다. 제 1확산판(620)과 제 2확산판(640)에 의해 제 2공간(642)이 제공되고, 제 1분배홀들(624)을 통해 분사된 공정가스는 제 2공간(642) 내에서 2차적으로 확산된다. 제 2공간(642) 내에서 공정가스들이 충돌하면 공정가스들이 서로 반응하고 이로 인해 발생된 파티클이 제 1확산판(620) 또는 제 2확산판(640)에 증착될 수 있다. 제 2공간(642)의 중앙에는 격벽(630)이 제공된다. 격벽(630)은 원통형상을 가지며, 일단은 제 1확산판(620)의 하부면과 접촉되고, 타단은 제 2확산판(640)의 상부면과 접촉된다. 격벽(630)은 제 1분배홀들(624)을 통해 제 2공간(642)으로 유입된 공정가스들 중 일부가 서로 마주보는 방향으로 흘러 충돌하는 것을 방지한다. 제 2확산판(640)의 영역 중 제 2공간(642)의 가장자리에 해당되는 부분에는 복수의 제 2외측 분배홀들(644)이 형성되고, 격벽(630)과 인접한 부분에는 복수의 제 2내측 분배홀들(646)이 형성된다. 제 2내측 분배홀들(646)과 제 2외측 분배홀들(644) 각각은 대체로 원을 이루는 배열로 배치된다. 제 1분배홀(624)로부터 제 2공간(642) 내로 유입된 공정가스는 제 1공간(622)의 안쪽 및 바깥쪽으로 나누어져 퍼지며, 제 2내측 분배홀들(646)과 제 2외측 분배홀들(644)을 통해 아래로 분사된다. 제 2외측 분배홀들(644)에 의해 이루어진 원의 직경은 대략 제 2내측 분배홀들(646)에 의해 이루어진 원의 직경의 3배가 되도록 격벽이 형상지어지고, 제 2외측 분배홀(644)과 제 1분배홀(624)의 거리는 제 2내측 분배홀(646)과 제 1분배홀(624)의 거리와 동일하게 제공되는 것이 바람직하다. 이는 공정가스가 균등한 량으로 확산되도록 한다.
도 21은 제 3확산판(660)과 격벽들(650a, 650b)의 평면도이다. 도 21을 참조하면, 제 3확산판(660)은 중앙에 제 3직경의 원형의 홈을 가지고, 제 2분사판(140)의 아래에서 제 2분사판(140)과 결합된다. 제 2확산판(640)과 제 3확산판(660)에 의해 제 3공간(662)이 제공되고, 제 2내측 분배홀들(646)과 제 2외측 분배홀들(644)을 통해 분사된 공정가스는 제 3공간(662) 내에서 3차적으로 확산된다. 제 3공간(662) 내에서 공정가스들이 충돌하는 것을 방지하기 위해 제 3공간(662)에는 내측 격벽(650a)과 외측 격벽(650b)이 제공된다. 내측 격벽(650a)은 원통형상을 가지며, 일단은 제 2확산판(640)의 하부면과 접촉되고, 타단은 제 3확산판(660)의 상부면과 접촉된다. 내측 격벽(650a)은 제 2내측 분배홀들(646)을 통해 유입된 공정가스가 제 3공간(662)의 안쪽으로 흘러 서로 충돌하는 것을 방지한다. 외측 격벽(650b)은 내측 격벽(650a)과 일정거리 이격되어 내측 격벽(650a)을 감싸는 링 형상을 가지며, 외측 격벽(650b)의 일단은 제 2확산판(640)의 하부면과 접촉되고, 타단은 제 3확산판(660)의 상부면과 접촉된다. 외측 격벽(650b)은 제 2외측 분배홀(644)과 제 2내측 분배홀(646)의 중앙 아래에 위치된다. 외측 격벽(650b)은 제 2내측 분배홀(646)을 통해 유입되어 제 3공간(662)의 외측을 향해 흐르는 공정가스와 제 2외측 분배홀(644)을 통해 유입되어 제 3공간(662)의 내측을 향해 흐르는 공정가스가 서로 충돌하는 것을 방지한다. 제 3확산판(660)의 영역 중 제 3공간(662)의 가장자리에 해당되는 부분에는 제 3외측 분배홀들(664)이 형성되고, 외측 격벽(650b)과 인접한 바깥쪽 부분에는 외측 미들분배홀들(665)이 형성된다. 외측 격벽(650b)과 인접한 안쪽 부분에는 내측 미들분배홀들(666)이 형성되며, 내측 격벽 (650a)과 인접한 부분에는 제 3내측 분배홀들(667)이 형성된다. 제 3외측 분배홀(664), 외측 미들분배홀(665), 내측 미들분배홀(666), 그리고 제 3내측 분배홀(667) 각각은 원을 이루는 배열로 배치된다. 제 2외측 분배홀들(644)을 통해 제 3공간(662)으로 유입된 공정가스는 제 3외측 분배홀들(664)과 외측 미들분배홀들(665)을 통해 아래로 분사되고, 제 2내측 분배홀들(646)을 통해 제 3공간(662)으로 유입된 공정가스는 내측 미들분배홀들(666)과 제 3내측 분배홀들(667)을 통해 아래로 분사된다. 제 3외측 분배홀(664)과 외측 미들분배홀(665)의 간격, 외측 미들분배홀(665)과 내측 미들분배홀(666)의 간격, 내측 미들분배홀(666)과 제 3내측 분배홀(667)의 간격, 그리고 서로 대향되는 제 3내측 분배홀들(667)간의 간격은 동일하게 제공되어, 제 1공정가스들이 균일하게 분산될 수 있다. 또한, 제 3외측 분배홀(664)과 제 2외측 분배홀(644)의 거리는 외측 미들분배홀(665)과 제 2외측 분배홀(644)의 거리와 동일하게 제공되고, 내측 미들분배홀(666)과 제 2내측 분배홀(646)의 거리는 제 3내측 분배홀(667)과 제 2내측 분배홀(646)의 거리와 동일하게 제공될 수 있다.
상술한 예에서는 각 분배홀들(624, 644, 646, 664, 665, 666, 667)간 거리가 모두 동일한 것으로 설명하였으나, 웨이퍼(W)의 영역에 따라 다소 상이한 증착률을 가지도록 제 3확산판(660)에 형성된 분배홀들(664, 665, 666, 667)간 거리가 상이하도록 제공될 수 있다. 또한, 상술한 예에서는 3개의 확산판들(620, 640, 660)이 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 확산판들(620, 640, 660)은 2개 또는 4개 이상이 제공될 수 있으며, 4개 이상의 확산판들(620, 640, 660)이 제공되는 경우 제 3확산판(660) 아래에 배치되는 확산판들 및 격벽의 형상은 제 1확산판(620), 제 2확산판(640), 그리고 제 3확산판(660)의 형상으로부터 당업자라면 용이하게 유추할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상세한 예에서는 격벽들(630, 650a, 650b)의 양단이 모두 상부 및 하부에 배치되는 확산판들(620, 640, 660)과 접촉되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 이들 중 어느 하나만이 확산판과 접촉될 수 있다. 격벽들(630, 650a, 650b)은 확산판들(620, 640, 660)과 별도로 제조된 후 확산판과 결합될 수 있으며, 선택적으로 격벽들(630, 650a, 650b)은 확산판들(620, 640, 660)과 일체로 제조될 수 있다.
분배부 아래에는 다공성판(680)이 배치된다. 다공성판(680)은 제 3확산판(660)과 일정거리 이격되도록 배치되어 다공성판(680)과 제 3확산판(660) 사이에는 제 4공간(682)이 제공된다. 제 3확산판(660)을 통해 아래로 분사된 공정가스는 제 4공간(682) 내에서 4차적으로 확산된다. 다공성판(680)의 전체 영역에는 홀들이 촘촘하게 형성되어, 제 4공간(682)으로 유입된 제 1공정가스는 제 1도입공간(122)내에 전체적으로 균일하게 확산된다. 도 22는 상술한 구조의 확산부재(600) 사용시 확산부재(600) 내에서 공정가스가 확산되는 경로를 보여준다.
상술한 예에서는 확산부재(600)에 3개의 확산판들이 제공되고, 각각의 확산판(620, 640, 660)에는 아래로 갈수록 제 1공정가스가 넓은 영역으로 퍼지도록 홀들(624, 644, 646, 664, 665, 666, 667)이 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나 확산판들의 수 및 홀들의 형성위치는 웨이퍼(W)의 크기나 공정 조건 등의 변화에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
일반적으로 제 1도관(43)은 주위의 구조물(도시되지 않음)의 배치 등에 따라 챔버(10)의 상부면 중앙 또는 측면으로 연결된다. 제 1도관(43)이 챔버(10)의 측면과 연결되는 경우, 챔버(10)의 상부면 내에 제공되는 공급라인(42)은 챔버(10)의 상부면 중앙까지 형성되며 제 1도관(43)과 연결되는 수평라인(42a)과 이로부터 수직 아래로 연장되어 챔버(10)의 하부면까지 관통되는 수직라인(42b)으로 이루어진다. 그러나 챔버(10)의 구조상 수평라인(42a)은 길고 수직라인(42b)이 짧으므로, 도 23에 도시된 바와 같이 공정가스는 수평라인(42a)이 설치된 방향의 영역('B')에 비해 그 반대 방향의 영역('A')으로 더 많은 량이 분출된다. 이를 방지하기 위해 도 24에 도시된 바와 같이 수직라인(42b)의 끝단에는 분배기(700)가 결합되어 수직라인(42b)으로부터 제 1공정가스가 균일하게 분출되도록 한다. 도 25는 도 24의 분배기(700)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 도 25를 참조하면, 분배기(700)는 몸체(720)와 그 내에 배치된 복수의 날개들(740)을 가지는 팬(fan) 형상을 가진다. 날개들(740)은 고정위치되며, 공정가스는 날개들(740)의 표면을 따라 아래로 공급된다. 선택적으로 날개들(740)은 회전되어, 공정가스가 더 넓은 영역으로 퍼지도록 할 수 있다.
상술한 예에서는 두 종류의 공정가스가 사용되는 경우를 예를 들어 설명하였다. 그러나 단일의 공정가스가 사용되는 경우 분사부재(100)에 하나의 분사판만을 제공할 수 있으며, 세 종류 이상의 공정가스가 사용되는 경우 분사부재(100)에는 세 개 이상의 분사부재(100)가 제공될 수 있다. 또한, 사용되는 가스 및 공정 조건에 다라 복수의 공정가스가 사용되는 경우에도 분사부재(100)에 하나의 분사판만이 제공될 수 있다.
본 발명의 증착 장치는 제 1도입공간 내에 공정가스를 확산시키는 확산부재를 포함하므로, 웨이퍼 전체영역에 대체로 균일한 증착을 수행할 수 있고, 이와 함께 웨이퍼와 분사부재간의 간격을 유지하여 증착률을 향상시킬 수 있고, 강유전체 메모리 소자에서 장시간 사용에 따른 센싱 마진의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 증착 장치는 확산부재에 의해 공정 가스가 확산될 때 공정가스들간의 충돌이 방지될 수 있는 구조를 가지므로, 가스들간의 반응에 의해 파티클 등이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 분사판 내에 형성되는 라인을 최소화함으로써, 분사판에 제공되는 홀들의 형성간격 및 배열을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 장치는 제 1도입공간 내에서 공정가스가 확산되는 범위를 제한하는 차단부재를 가지므로, 다양한 크기의 웨이퍼에 대해 증착 공정을 수행할 수 있다.
Claims (41)
- 공정 챔버와;상기 공정 챔버 내에 배치되며 기판을 지지하는 기판 지지대와;저면에 분사홀들이 형성되고 가스가 유입되는 공간을 제공하는 분사부재와 상기 공간 내로 유입되는 가스를 확산시키는 확산부재를 가지는, 그리고 상기 기판 지지대의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하되,상기 확산부재는 바닥면 및 측면을 포함하며, 상부에는 상기 공간으로 공급된 가스를 유입하는 홈이 형성된 확산판을 가지고,상기 홈 내로 유입된 가스는 상기 측면을 타고 일정 높이 승강 후 상기 확산판의 바깥쪽으로 퍼지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 확산판은,중앙부와;상기 중앙부로부터 측방향으로 연장되는 복수의 연장부들을 가지고,상기 가스는 상기 중앙부로 유입된 후 상기 연장부들을 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 연장부들은 균등한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 연장부들은 3 내지 8개가 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 3항에 있어서,각각의 연장부는 로드 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 확산판의 저면은 원판 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 확산판의 중앙부에는 아래방향으로 가스가 공급되도록 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 확산판은 상기 공간의 중앙부에 하나만 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 확산판은 상기 공간 내에 복수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 가스 공급부는 상기 공간 내에 탈착 가능하게 배치되며, 상기 공간 내에서 가스가 퍼지는 영역을 제한하는 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 차단부재는 링 형상으로 제공되며, 상기 차단부재는 상기 분사부재와 일정거리 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 분사부재는 알루미늄을 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 분사부재는,상기 확산부재가 설치되는 공간을 제공하며, 제 1가스를 분사하는 제 1분사판과;상기 제 1분사판 아래에 배치되어 제 2가스가 도입되는 공간을 제공하는, 그리고 분사홀들이 형성된 제 2분사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 제 1분사판에는 상기 제 2가스를 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 도입하는 공급라인이 제공되고,상기 제 2분사판 상에는 상기 공급라인을 통해 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 도입된 제 2가스를 주변으로 확산시키는 돌출부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 14항에 있어서,상기 돌출부재는 중앙에 상부가 개방된 홈이 형성되고,상기 공급라인으로부터 공급된 제 2가스는 상기 돌출부재의 내측벽을 타고 승강된 후 상기 돌출부재의 바깥쪽으로 확산되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 14항에 있어서,상기 기판에 증착되는 막은 납 지르코늄 티타늄 산화막(PZT; PbZrTiO3) 이고,제 1가스는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 그리고 티타늄(Ti)을 포함하고, 상기 제 2가스는 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 분사부재는 상기 기판 지지대에 놓여진 기판과의 거리가 20mm 이내가 되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 17항에 있어서,상기 확산부재는 상기 분사부재의 저면과의 거리가 상기 기판의 직경의 1/4보다 길게 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 장치는 상기 가스 공급부의 온도를 조절하는 온도 조절부재를 더 포함하되,상기 온도조절부재는 상기 가스 공급부보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징 으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 공정 챔버와;상기 공정 챔버 내에 배치되며 기판을 지지하는 기판 지지부와;저면에 분사홀들이 형성되고 가스가 유입되는 공간을 제공하는 분사부재와 상기 공간 내로 유입되는 가스를 확산시키는 확산부재를 가지는, 그리고 상기 기판 지지부의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하되,상기 확산부재는 상기 공간 내에서 가스를 확산시키는 분배부를 포함하고,상기 분배부는,가스가 도입되는 제 1공간을 제공하며, 상기 제 1공간의 가장자리에 해당되는 영역에 제 1분배홀들이 형성된 제 1확산판과;상기 제 1확산판의 아래에 배치되는, 그리고 상기 제 1분배홀을 통해 유출된 가스를 도입하며 상기 제 1공간보다 넓은 제 2공간을 제공하고, 상기 제 2공간의 가장자리에 해당되는 영역에 제 2외측 분배홀들이 형성된 제 2확산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 제 1공간과 상기 제 2공간은 원통 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 21항에 있어서,상기 제 2공간의 중앙에는 격벽이 제공되고,상기 격벽과 인접한 상기 제 2확산판 영역에는 제 2 내측 분배홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 22항에 있어서,상기 제 1분배홀들은 상기 제 2 내측 분배홀들과 상기 제 2 외측 분배홀들 중앙 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 23항에 있어서,상기 제 1분배홀들, 상기 제 2내측 분배홀들, 그리고 상기 제 2외측 분배홀들 각각은 원을 이루도록 배열되고,상기 제 2 외측분배홀들에 의해 제공되는 원의 반경은 상기 제 2 내측분배홀들에 의해 제공되는 원의 반경의 3배인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 23항에 있어서,상기 분배부는,상기 제 2확산판 아래에 배치되는, 그리고 상기 제 2 내측 분배홀들과 상기 제 2외측 분배홀들을 통해 유출된 가스를 도입하며 상기 제 2공간보다 넓은 제 3공 간을 제공하는 제 3확산판과;상기 제 3공간의 중앙에 배치되는 통 형상의 내측 격벽과;상기 제 3공간 내에 상기 통 형상의 격벽을 감싸도록 배치되는 외측 격벽을 포함하고,상기 제 3공간의 가장자리에 해당되는 바닥면 영역에는 제 3 외측분배홀들이 형성되고, 상기 내측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역에는 제 3 내측분배홀들이 형성되고, 상기 외측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역 중 안쪽에는 내측 미들분배홀들이 형성되고, 상기 외측 격벽과 인접한 상기 제 3확산판의 바닥면 영역 중 바깥쪽에는 외측 미들분배홀들이 형성되어,상기 제 2외측 분배홀을 통해 상기 제 3공간으로 유입된 가스는 상기 제 3 외측분배홀과 상기 외측 미들분배홀을 통해 흐르고, 상기 제 2내측 분배홀을 통해 상기 제 3공간으로 유입된 가스는 상기 제 3 내측분배홀과 상기 내측 미들분배홀을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 25항에 있어서,상기 제 2외측분배홀들은 상기 제 3외측분배홀들과 상기 외측 미들분배홀들의 중앙 상부에 배치되고, 상기 제 2내측분배홀들은 상기 내측 미들분배홀들과 상기 제 3내측분배홀들의 중앙 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 확산부재는 상기 분배부 아래에 이로부터 일정거리 이격되도록 배치되며, 전체 영역에 복수의 홀들이 형성된 다공성판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 가스 공급부는 상기 공간 내에 탈착 가능하게 배치되며, 상기 분사홀들을 통해 분사되는 영역을 제한하는 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 차단부재는 링 형상으로 제공되며, 상기 차단부재는 상기 분사부재와 일정거리 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 분사부재는 알루미늄을 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,상기 분사부재는,상기 확산부재가 설치되는 공간을 제공하며, 제 1가스를 분사하는 제 1분사판과;상기 제 1분사판 아래에 배치되어 제 2가스가 도입되는 공간을 제공하는, 그리고 분사홀들이 형성된 제 2분사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 31항에 있어서,상기 제 1분사판에는 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 상기 제 2가스를 도입하는 공급라인이 제공되고,상기 제 2분사판 상에는 상기 제 1분사판에 제공된 공급라인을 통해 상기 제 2분사판에 의해 제공되는 공간으로 도입된 제 2가스를 주변으로 확산시키는 돌출부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 32항에 있어서,상기 돌출부재는 중앙에 상부가 개방된 홈이 형성되고,상기 공급라인으로부터 공급된 제 2가스는 상기 돌출부재의 내측벽을 타고 승강된 후 상기 돌출부재의 바깥쪽으로 확산되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 32항에 있어서,상기 기판에 증착되는 막은 납 지르코늄 티타늄 산화막(PZT; PbZrTiO3) 이고,제 1가스는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 그리고 티타늄(Ti)을 포함하고, 상기 제 2가스는 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,상기 분사부재는 상기 기판 지지대에 놓여진 기판과의 거리가 20mm 이내로 되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 35항에 있어서,상기 확산부재는 상기 분사부재의 저면과의 거리가 상기 기판의 직경의 1/4보다 길게 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 공정챔버의 상부벽 내에는 상기 제 1공간으로 가스가 공급되는 공급라인이 형성되고,상기 공급라인은,외부의 가스공급관과 연결되는 수평라인과;상기 수평라인으로부터 아래로 수직하게 연장되며 유출구를 가지는 수직라인 을 포함하고,상기 확산부재는 상기 유출구로부터 나오는 가스가 상기 제 1공간 내 영역에 균등하게 분산되도록 팬 형상의 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 장치는 상기 가스 공급부의 온도를 조절하는 온도 조절부재를 더 포함하되,상기 온도조절부재는 상기 챔버의 상부벽 내에 또는 가스 공급부보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 공정 챔버와;상기 공정 챔버 내에 배치되며 기판을 지지하는 기판 지지대와;저면에 분사홀들이 형성되고 가스가 유입되는 공간을 제공하는 분사부재를 가지는 가스 공급부와;상기 공간 내에 설치되며, 상기 공간 내에서 공정가스가 확산되는 영역을 제한하며, 탈착 가능한 차단부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 39항에 있어서,상기 차단부재는 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
- 제 40항에 있어서,상기 차단부재는 상기 분사부재와 일정거리 이격되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장치.
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