KR100675271B1 - 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 웨이퍼 가공장치는 내부로 반응가스가 공급되는 챔버, 챔버 내부에 설치되되 웨이퍼가 안착되는 서셉터, 서셉터로 반응열을 제공하도록 서셉터 하측에 설치된 히터블럭, 서셉터에 설치되되 서셉터와 웨이퍼 사이에 공간부가 형성되도록 하여 웨이퍼로 히터블럭의 온도가 균일하게 공급되도록 하는 써멀 캡을 구비한 것으로, 이러한 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치는 서셉터와 웨이퍼 사이를 소정의 공간부로 이격시켜 히터블럭으로부터 가열된 온도가 서셉터를 거쳐 웨이퍼 전체면으로 가능한 한 보다 균일하게 공급되도록 함으로써, 웨이퍼 표면에서의 반응막의 두께가 보다 균일하게 증착될 수 있도록 하고, 이후 평탄화 공정 등에서 웨이퍼에 대한 언더 폴리싱 정도를 최소화 할 수 있으므로 웨이퍼의 가공효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Description

반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치{A wafer processing apparatus for semiconductor production apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 서셉터를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 써멀 캡을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 다른 실시예에 따른 써멀 캡을 도시한 사시도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100...챔버

110...분산헤드

120...가스공급관

130...서셉터

140...히터블럭

200...써멀 캡

240...공간부

본 발명은 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼가 안착된 서셉터에 히터에 의하여 제공된 열이 보다 균일하게 제공될 수 있도록 한 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치의 서셉터에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치에는 화학기상증착장치가 있는데. 이 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하 CVD) 장치는 반응가스와 웨이퍼 표면을 서로 화학 반응시켜 폴리실리콘막, 산화실리콘막, 질화실리콘막 등을 웨이퍼 표면에 증착시키기 위한 것이다.

한편, 반도체 제조공정중 화학기상증착 공정을 거치게 되면 평탄화 공정(planarization process)을 거치게 된다. 이 평탄화 공정에는 화학적. 기계적 연마(chemical-mechanical polishing: 이하 "CMP" 라고 한다.) 공정이 있다.

이 CMP 공정은 웨이퍼 표면을 전체적으로 연마하여 평탄화 시키는 공정으로, 여기에서의 연마방법으로는 웨이퍼의 가장자리부분 부터 연마를 시작하거나, 또는 웨이퍼의 중심부분부터 연마를 시작하는 방법이 있다.

그런데 화학기상증착 공정에서 웨이퍼에 표면에 반응막의 두께가 전체적으로 고르지 못하면, CMP 공정의 수행시 웨이퍼의 표면이 효과적으로 평탄화 되지 못하고, 평탄도의 측정후 계속해서 언더 폴리싱(under polishing)하는 공정을 거치게 되므로 평탄화 공정작업효율이 떨어지게 된다.

이러한 원인을 발생시키는 화학기상증착 공정에서의 반응막을 불균일하게 만드는 원인중의 하나로 증착 반응효율을 향상시키기 위해 웨이퍼를 가열하는 방법이 있는데. 이때 가열된 열이 웨이퍼의 중심부분과 끝부분에 균일하게 가해지지 않으면 반응막이 불균일하게 증착되는 경우가 있다.

그 이유는 반응챔버 내에서 히터가 존재하는 바닥의 중앙영역이 반응챔버 내의 다른 영역에 비하여 온도가 높다. 따라서 히터를 중심으로 했을 때, 바깥쪽으로 열 기울기가 형성되고, 히터로부터 반응챔버 내의 가장자리 영역으로 열이 발산된다.

이 열 기울기는 서셉터에서도 발생한다. 즉, 서셉터는 히터로부터 직접 열을 공급받기 때문에 서셉터의 전영역이 히터와 열 평형상태에 있을 것 같지만, 서셉터의 가장자리 부분이 반응챔버의 중심영역 이외의 다른 영역에 많이 노출되기 때문에 서셉터의 중심부분보다 열손실이 심하여 서셉터의 중심부분보다 가장자리부분의 온도가 상대적으로 낮다.

따라서 웨이퍼에 가열되어지는 온도는 웨이퍼의 중심부분과 가장자리 부분이 서로 다르게되어 웨이퍼에 반응막이 균일하게 증착되지 못하는 문제점이 발생되게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서셉터와 웨이퍼 사이에 소정의 완충 공기층이 형성되도록 하는 써멀 캡을 구비시켜, 서셉터에서 웨이퍼로 가해지는 온도의 불균일을 최소화시킬 수 있도록 한 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 가공장치는 내부로 반응가스가 공급되는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되되 웨이퍼가 안착되는 서셉터, 상기 서셉터로 반응열을 제공하도록 상기 서셉터 하측에 설치된 히터, 상기 서셉터에 설치되되 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 사이에 공간부가 형성되도록 하여 상기 웨이퍼로 상기 히터의 온도가 균일하게 공급되도록 하는 써멀 캡을 구비한다.

그리고 상기 써멀 캡은 원판형상으로 형성되어 상기 서셉터 위로 일부 삽입 설치되되 상기 공간부의 진공을 위한 관이 연결되도록 된 연결구가 형성되거나, 상기 써멀 캡은 원판형상으로 형성되어 상기 서셉터 위로 일부 삽입 설치되되 상기 공간부로 질소를 공급하는 관이 연결되도록 된 연결구가 형성된다.

그리고 다르게 상기 써멀 캡은 중심부분이 원형으로 개구된 개구홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치에 대한 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치가 적용된 장치는 화학기상증착장치이다. 이 화학기상증착(CVD) 장치는 생성압력, 여기에너지, 장치의 방식 등에 따라 여러 가지 종류로 구분되는데 그 중에서 반응챔버내의 생성압력의 차이에 따라 저압 화학기상증착(Low Pressure CVD ) 또는 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD )으로 크게 분류된다. 본 발명에 따른 이하의 실시예는 특히 상압 화학기상증착장치(APCVD: Atmospheric Dressure Chemical Vapor Deposition)를 일례로 하여 설명하고 있다.

이 제시된 실시예의 상압 화학기상증착장치는 통상적으로 전원공급장치, 반응가스 믹싱장치 그리고 냉각장치들이 포함되어 있는데, 이러한 장치들은 공지된 것이기 때문에 제시된 도면에서는 생략되어 있고, 본 발명의 기술적 요지인 써멀 캡(thermal cap)을 중점으로 설명하기로 한다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 외관을 형성하는 챔버(100)를 구비하고, 챔버(100)의 상측으로 반응가스가 공급되는 가스공급관(120)이 챔버(100)의 상부면을 관통하여 설치된다.

그리고 가스공급관(120)의 하측으로 반응가스를 분배하도록 된 다수의 분배홀이 형성된 분배판(110)이 설치되고, 분배판(110)의 하부에는 웨이퍼(150)가 안착되는 서셉터(130)가 설치된다.

또한, 서셉터(130)의 하부에는 서셉터(130)를 소정 온도로 가열시키기 위한 히터블럭(140)이 설치되어 있고, 서셉터(140)의 상부에는 서셉터(140)의 상부에 착탈되며 서셉터(140)와의 사이에 소정의 공간부를 형성하도록 소정간격 이격되어 설치되는 써멀 캡(200)이 장착된다.

그리고 웨이퍼(150)는 이 써멀 캡(200) 위에 안착되도록 되어 있다. 여기서의 이 써멀 캡(200)은 석영재질로 제작되는 것이 바람직하다.

이 써멀 캡(200)은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 원판 형상으로 형성되며 상부면은 막혀있고, 하부면은 개구 되어있다. 그리고 내주면에는 상측으로 내향 단차지게 형성된 단차턱(210)이 형성되어 있다. 이 단차턱(210)은 서셉터(200)의 상부에 써멀 캡(200)이 씌워졌을 때 서셉터(130)의 내측 상부면과 서셉터(200) 표면 사이를 소정간격 이격시키도록 하기 위한 것이다.

그리고 써멀 캡(200)의 측면 일부가 개구된 개구홀(230)이 형성되어 있는데. 이 개구홀(230)로는 서셉터(130)와 써멀 캡(200) 사이의 공간부(240)가 진공을 형성하도록 진공흡입용 벨로우즈간(160)이 설치되도록 하기 위한 것이며, 진공 흡입 외에 질소를 공급하도록 할 수 있다. 그리고 이 벨로우즈간(160)은 써멀 캡(200)의 개구홀(230)에 나선결합, 또는 후크 결합 등으로 착탈 가능하게 설치된다.

한편, 이 써멀 캡(200)은 설비의 조건에 따라 그 크기는 다양하게 구현할 수 있을 것이다. 그리고 서셉터(200)와의 착탈구조 또한 제시된 것과 다르게 나선 결합 등으로 구현 가능하다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 서셉터와 써멀 캡의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 가공장치는 챔버(100) 내부에서 공정이 수행됨에 따라 챔버(100) 내부로 인가된 고주파 전원으로 반응가스가 믹싱된 후 화학반응을 하여 웨이퍼(150)에 대한 화학기상증착이 이루어진다.

이때 서셉터(130)는 히터블럭(140)으로부터 가열된 온도로 가열되게 되고, 써멀 캡(200)은 서셉터(130)의 표면온도로 그 중간의 공간부(240)가 가열되게 되다. 그리고 웨이퍼(150)에는 이 써멀 캡(200)을 거친 가열온도가 제공되게 된다.

이때 서셉터(130)로부터 공간부(240)에 전달된 온도는 중간 공간부(240)가 전체적으로 균일하게 가열되기 때문에 최종적으로 써멀 캡(200)의 온도 편차, 즉 중심부와 가장자리 부분의 온도 차이를 최소로 할 수 있게 되고, 이로 인해 웨이퍼(150)에 가해지는 온도 또한 중심부와 가장자리가 거의 균일하게 제공됨으로써 증착된 반응막의 두께 차가 최소활 수 있도록 한다.

이로 인해 이후 CMP 공정으로 진행시 웨이퍼(150)에 형성된 반응막의 증착 균일도가 향상되어 있기 때문에 언더 폴리싱 단계를 최소화하여 웨이퍼 가공효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예에 따른 써멀 캡(200)은 반응막의 균일도를 향상시키기 위하여 적용되어 질 수 있는 것이지만, 반면에 웨이퍼 중심부분의 반응막을 낮게 할 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 써멀 캠(200)의 중심부분을 원형으로 개방하여 개구홀(230)을 가진 써멀 캡(200)이 적용될 수 있을 것이고, 가장자리 부분을 낮게 할 때에는 써멀 캡(200)을 사용하지 않으면 된다. 이것은 해당설비의 조건과 공정 결과를 확인하여 적용될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 써멀 캡(200)은 그 설치 사용시 서셉터(130) 위로 써멀 캡(200)을 끼우면 써멀 캡(200)의 내측 단차턱(210)이 서셉터(130)의 상단 가장자리 부분에 안착됨으로써 그 설치가 이루어진다. 따라서 설비의 적용과 공정에 따라 써멀 캡(200)의 적용을 위한 착탈이 용이하게 이루어질 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치의 써멀 캡은 공정과 설비에 따라 다양한 형태와 구성으로 제작되어 제공될 수 있고, 그 재질 또한 제시된 실시예와 달리 적용될 수 있을 것이다. 그러나 기본적으로 서셉터 상면과 웨이퍼 사이를 소정간격 이격시키도록 한 것이라면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

전술한 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치는 서셉터와 웨이퍼 사이를 소정의 공간부로 이격시켜 히터블럭으로부터 가열된 온도가 서셉터를 거쳐 웨이퍼 전체면으로 가능한 한 보다 균일하게 공급되도록 함으로써, 웨이퍼 표면에서의 반응막의 두께가 보다 균일하게 증착될 수 있도록 하고, 이후 평탄화 공정 등에서 웨이퍼에 대한 언더 폴리싱 정도를 최소화 할 수 있으므로 웨이퍼의 가공효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 내부로 반응가스가 공급되는 챔버,

   상기 챔버 내부에 설치되되 웨이퍼가 안착되는 서셉터,

   상기 서셉터로 반응열을 제공하도록 상기 서셉터 하측에 설치된 히터블럭,

   상기 서셉터에 설치되되 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 사이에 공간부가 형성되도록 하여 상기 웨이퍼로 상기 히터블럭의 온도가 균일하게 공급되도록 하는 써멀 캡을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 써멀 캡은 원판형상으로 형성되어 상기 서셉터 위로 일부 삽입 설치되되 상기 공간부가 진공을 형성하도록 하는 관이 연결되도록 된 연통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 써멀 캡은 원판형상으로 형성되어 상기 서셉터 위로 일부 삽입 설치되되 상기 공간부로 질소를 공급하는 관이 연결되도록 된 연통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 써멀 캡은 중심부분이 원형으로 개구된 개구홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 웨이퍼 가공장치.

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