KR100714889B1 - 화학기상 증착시스템의 리드 - Google Patents

화학기상 증착시스템의 리드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상 증착시스템의 리드에 관한 것으로, 본 발명의 화학기상 증착시스템의 리드는 일측면에 냉매와 반응가스가 유통하도록 하는 관통구를 가진 본체, 본체 일측 개구부분으로 혼합된 가스를 분사하도록 된 알루미늄 샤워헤드, 알루미늄 샤워헤드의 내측으로 설치된 세라믹 샤워헤드, 세라믹 샤워헤드 내측으로 설치된 반응가스 분사수단, 반응가스 분사수단과 세라믹 샤워헤드에 권취되어 냉매가 유통하도록 된 냉매 유통수단을 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드는 충분한 양의 냉매가 원활히 유통되도록 함으로써 반응가스가 미리 반응하여 샤워헤드에 증착되는 것을 방지할 수 있고, 또한 반응가스가 샤워헤드의 반응가스 통과홀에 누적되는 것을 차단하여 보다 짧은 시간동안 챔버의 백업(back-up)이 가능하게 하여 챔버의 사용효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

화학기상 증착시스템의 리드{The lid of chemical vapor deposition system}
도 1은 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드에 설치된 가스분사장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드에 설치된 냉매 유통수단을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드에 설치되는 냉매 유통수단 중 샤워헤드에 배치된 냉매 유통링을 도시한 평면도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100...본체
110...세라믹 샤워헤드
120...알루미늄 샤워헤드
130...제 1분사링
131...제 2분사링
140...제 1냉매 유통링
141...제 2냉매 유통링
본 발명은 화학기상 증착시스템의 챔버 리드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 리드에서 반응가스가 분사되는 가스 분사구조와 냉매 유통구조를 개선한 화학기상 증착시스템의 챔버 리드에 관한 것이다.
일반적으로 화학기상 증착시스템(chemical vapor deposition system)은 형성시키려고 하는 박막재료를 구성하는 원소로 된 1 또는 2종이상의 화합물 가스를 기판 위에 공급해, 기상 또는 기판표면에서의 화학반응에 의해서 원하는 박막이 형성되도록 하는 방법이다.
이 화학기상 증착시스템은 에피텍시얼 웨이퍼(epitaxial wafer) 성장기술의 발전에서 발단하고, 디바이스 기술의 고도화에 대응하여 현재 고집적회로(LSI)에서의 기본기술의 하나이다. 특히 실리콘 게이트 등의 디바이스에서는 화학기상 증착법에 의한 박막형성으로 그 구조가 만들어지고 있다.
이러한 화학기상 증착시스템에는 텅스텐 실리사이드 막을 증착하는 장치가 있다. 이 텅스텐 실리사이드막을 증착하는 화학기상 증착시스템은 챔버 리드(Lid)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급구조와 냉매를 유통시켜 반응가스가 사전에 서로 반응하는 것을 방지하도록 하는 냉매 공급구조가 포함되어 있다.
종래의 텅스텐 실리사이드막을 증착하는 화학기상 증착시스템의 리드는 원통형상으로 형성되되 상면에는 가스유통관과 냉매관이 관통하도록 된 다수의 관통구가 형성되고, 하측은 개방되어 있다. 이 개방된 하측으로는 알루미늄 샤워 헤드와 세라믹 샤워헤드가 각각 장착된다.
여기서 세라믹 샤워헤드는 고주파(RF) 전원에 대한 절연 역할과 더불어 공정 가스인 WF6 과 SiH4 가스의 사전 믹싱을 방지하는 역할을 한다.
그런데 종래 세라믹 헤드는 반응가스가 분사되는 미세 홀에 남아 있는 이물질로 인해 아웃 개싱(out gassing)시 장시간의 펌핑이 필요하여 백업시간이 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
그리고 냉매관은 알루미늄 샤워헤드에 원형으로 감겨진 형상으로 배치되어 있는데. 이 냉매관은 서로 믹싱된 반응가스가 챔버 내부에서 서로 반응하기 전 고온에 의하여 사전에 믹싱되는 것을 방지하기 위한 것이다.
그런데 종래의 냉매 유통구조는 냉매의 유통량이 너무 작아 반응가스의 사전 믹싱을 방지하기 위한 온도로 용이하게 냉각이 이루어지지 않아 세라믹 샤워헤드와 알루미늄 샤워헤드에 미리 반응한 반응가스의 일부가 증착되며, 고주파 전원을 제거할 때 미쳐 제거되지 않은 반응가스의 입자가 누적되어 차후에 방전의 원인이 되고, 이를 방지하기 위하여 냉매의 공급온도를 거의 0℃에 가깝게 공급하면 외부의 냉매관에 결로현상이 발생하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 아웃게싱이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 세라믹 샤워헤드의 구조와 반응가스 공급수단을 개선하며, 동시에 냉매가 보다 많이 원활하게 유통할 수 있도록 한 화학기상 증착시스템의 리드를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드는 일측면에 냉매와 가스가 유통하도록 하는 관통구를 가진 본체, 상기 본체 일측 개구부분에 혼합된 가스를 외측으로 분사하도록 된 알루미늄 샤워헤드, 상기 알루미늄 샤워헤드의 내측으로 설치된 세라믹 샤워헤드, 상기 세라믹 샤워헤드 내측으로 설치된 반응가스 분사수단, 상기 반응가스 분사수단과 상기 세라믹 샤워헤드에 권취되어 냉매가 유통하도록 된 냉매 유통수단을 구비한 것이다.
상기 반응가스 분사수단은 상기 본체 내부에 원형 고리 형상으로 형성되어 제 1반응가스를 분사하도록 된 제 1분사링과 제 1분사링 보다 큰 외경을 가지는 제 2분사링을 구비하고, 상기 제 1분사링과 제 2분사링 사이에는 제 2반응가스를 분사하는 제 3분사링을 포함한다.
그리고 상기 냉매 공급수단은 상기 제 1분사링과 제 2분사링 그리고 제 3분사링 사이에 배치된 반응가스측 냉매 유통링과 상기 세라믹 샤워헤드에 배치된 샤워헤드측 냉매 유통링으로 마련되고, 바람직하게 상기 샤워헤드측 냉매 유통링은 서로 연통되되 상기 세라믹 샤워헤드에 다수의 원형 고리 형상으로 배치되어 설치된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드 본체(100)는 원통형상의 뚜껑체로 하면이 개구되어 있고, 상면에는 반응가스관(150)과 냉매관(160)이 관통되도록 된 다섯 개의 관통구(101)가 형성되어 있다.
그리고 리드 본체(100)의 내부 중 상측에는 반응 가스공급수단의 하나인 반응가스관(150)과 냉매 유통수단의 하나인 냉매관(160)이 각각 본체(100)를 관통하여 배치되고, 반응가스관(150)의 하부에는 다수의 반응가스 통과홀(111)이 형성된 세라믹 샤워헤드(110)가 설치되며, 세라믹 샤워헤드(110)의 하부에는 세라믹 샤워헤드(110)와 마찬가지로 다수의 반응가스 통과홀(121)이 형성된 알루미늄 샤워헤드(120)가 설치된다.
여기서 반응가스 공급수단은 반응가스관(150)과 함께 반응가스관(150)의 하단부에 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 각각 원주가 다른 세 개의 반응가스 분사링(130)(131)(132)을 구비하고 있다. 가장 직경이 작은 제 1분사링(130)과 가장 직경이 큰 제 2분사링(131)은 SiH4 가 공급되는 분사링이다.
그리고 SiH4를 공급하는 제 1분사링(130)과 제 2분사링(131)의 사이에 설치된 중간 크기의 직경을 가지는 제 3분사링(132)은 WF6 을 공급하는 분사링으로 마련된다.
이 각각의 분사링(130)(131)(132)은 표면에 가스가 분사되도록 분사홀(미도시)이 형성될 수도 있고, 또는 하부에만 분사홀을 형성시킬 수 있다.
이러한 분사링(130)(131)(132)에서 SiH4를 공급하는 제 1분사링(130)과 제 2 분사링(131)은 리드 본체(100)의 상단 외측부분에서 서로 연통되어 있다. 그러므로 SiH4 은 제 1분사링(140)과 제 2분사링(141)을 통하여 함께 공급된다.
그리고 냉매 유통수단은 냉매관(160)과 함께 냉매관(160)의 하측으로 리드 본체(100)의 내부로 연장되며 가스 분사링(130)(131)(132)이 설치된 부분과 세라믹 샤워헤드(120)의 설치부분에 여섯 개의 냉매 유통링을 포함하고 있다.
이 냉매 유통링(140)(141)(142)(143)(144)(145)은 반응가스가 공급되는 제 1분사링(130)과 제 2분사링(131) 그리고 제 3분사링(132)의 외주와 접하도록 되고, 서로 연통되어 있는 링형상으로 된 세 개의 분사링측 냉매 유통링(140)(141)(142)과 이 분사링측 냉매 유통링(140)(141)(142)의 하측에 형성되며 분사링측 냉매 유통링(140)(141)(142)과 서로 연통된 샤워헤드측 냉매 유통링(143)(144)(145)으로 구현된다.
가스 분사링측 냉매 유통링(140)(141)(142)은 제 1분사링(130)의 외측에 위치한 제 1냉매 유통링(140)과 제 2분사링(131)의 외측에 위치하는 제 2냉매 유통링(141) 그리고 제 3분사링(132)의 외측에 위치하는 제 3냉매 유통링(142)으로 구비된다.
그리고 샤워헤드측 냉매 유통링(143)(144)(145)은 도 3에 도시된 바와 같이 세라믹 샤워헤드(110)에 내설된 상태로 있게 되는데. 먼저 최외곽에 세라믹 샤워헤드(110)의 단부 내측으로 위치하며 상부의 분사링측 제 2냉매 유통링(141)과 연통된 원형 고리 형상의 제 4냉매 유통링(143)을 구비하고, 이 제 4냉매 유통링(143)의 내측으로 설치된 제 5냉매 유통링(144)과 제 6냉매 유통링(145)으로 구현된다.
그리고 제 4냉매 유통링(143)의 내측 중심부분을 가로지르며 동시에 제 6냉매 유통링(145)의 중심부분을 가로지르는 연결 냉매관(146)이 설치된다.
한편, 세라믹 샤워헤드(110)는 종래의 세라믹 샤워헤드(110)의 미세 홀보다 큰 직경을 가지도록 구현되어 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템 리드의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드는 반응가스중의 SiH4의 공급은 제 1분사링(130)과 제 2분사링(131)을 통하여 세라믹 샤워헤드(110) 위로 공급되고, WF6은 제 2분사링(132)을 통하여 세라믹 샤워헤드(110) 위로 공급된다.
그리고 세라믹 샤워헤드(110)로 공급된 반응가스들은 세라믹 샤워헤드(110)의 통과홀(111)을 거치면서 알루미늄 샤워헤드(120)를 거치는데. 이 알루미늄 샤워헤드(120)를 거치면서 서로 혼합된 후 화학기상 증착시스템의 챔버 내부로 공급되어 웨이퍼에 대한 텅스텐 실리사이드 막의 증착이 수행된다.
한편, 냉매는 냉매관(160)을 통과하면서, 제 1냉매 유통링(140)과 제 2냉매 유통링(141) 그리고 제 3냉매 유통링(142)을 거치면서 반응가스 분사링(130)(131)(132)에 흐르는 반응가스를 냉각시키고, 제 4냉매 유통링(143)과 제 5냉매 유통링(144) 그리고 제 6냉매 유통링(145)이 세라믹 샤워헤드(110)를 흐르면서 세라믹 샤워헤드(110)를 냉각시켜 반응가스가 사전에 미리 믹싱되어 반응하는 것을 차단한다.
이때 세라믹 샤워헤드(110)에 설치된 냉매 유통링(143)(144)(145)으로의 냉매 공급은 연결 냉매관(146)이 통과하면서 냉매의 공급이 이루어지도록 한다.
이러한 본 발명의 화학기상 증착시스템의 리드는 충분한 양의 냉매가 지속적으로 각각의 냉매 유통링(140)(141)(142)(143)(144)(145)을 통하여 공급되어 적절한 온도유지가 가능하게 함으로써 세라믹 샤워헤드(110)에서 상승한 온도에 의해 반응가스가 사전에 서로 반응하여 증착되는 것을 방지한다.
그리고 이 세라믹 샤워헤드(110)는 종래의 반응가스 통과홀보다 큰 직경을 가지고, 그 자체의 두께가 얇기 때문에 통과홀(111)에 반응가스가 잔존하게 되는 것을 차단할 수 있기 때문에 아웃게싱(out-gassing) 시간이 종래에 비하여 짧기 때문에 보다 빠른 시간 내에 백업이 이루어질 수 있게 된다.
전술한 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드에서 냉매순환구조와 반응가스의 순환구조를 다수의 링으로써 구현하였다. 따라서 본 실시예와 달리 분사링과 유통링구조를 일부 변형하여 실시할 수 있을 것이나 기본적으로 본 발명에서와 같이 링구조가 적용된 것이라면 이는 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 화학기상 증착시스템의 리드는 충분한 양의 냉매가 원활히 유통되도록 함으로써 반응가스가 미리 반응하여 샤워헤드에 증착되는 것을 방지할 수 있고, 또한 반응가스가 샤워헤드의 반응가스 통과홀에 누적되는 것 을 차단하여 보다 짧은 시간동안 챔버의 백업(back-up)이 가능하게 하여 챔버의 사용효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 일측면에 냉매와 반응가스가 유통하도록 하는 관통구를 가진 본체,
    상기 본체 일측 개구부분으로 혼합된 가스를 분사하도록 된 알루미늄 샤워헤드,
    상기 알루미늄 샤워헤드의 내측으로 설치된 세라믹 샤워헤드,
    상기 세라믹 샤워헤드 내측으로 설치된 반응가스 분사수단,
    상기 반응가스 분사수단과 상기 세라믹 샤워헤드에 권취되어 냉매가 유통하도록 된 냉매 유통수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화학기상 증착시스템의 리드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반응가스 분사수단은 상기 본체 내부에 원형 고리 형상으로 형성되어 제 1반응가스를 분사하도록 된 제 1분사링과 상기 제 1분사링보다 큰 외경을 가지는 제 2분사링을 구비하고, 상기 제 1분사링과 제 2분사링 사이에는 제 2반응가스를 분사하는 제 3분사링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착시스템의 리드.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 냉매 유통수단은 상기 제 1분사링과 제 2분사링 그리고 제 3분사링 사이에 배치된 반응가스측 냉매 유통링과 상기 세라믹 샤워헤드에 배치된 샤워헤드측 냉매 유통링으로 마련된 것을 특징으로 하는 화학기상 증착시스템의 리드.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 샤워헤드측 냉매 유통링은 서로 연통되되 상기 세라믹 샤워헤드에 다수의 원형 고리 형상으로 배치되어 설치된 것을 특징으로 하는 화학기상 증착시스템의 리드.
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