KR100780234B1 - Process chamber in chemical vaper deposition - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45565—Shower nozzles
Abstract
Description
도 1은 기존의 프로세스 챔버 내부의 개략도,1 is a schematic diagram inside an existing process chamber,
도 2는 기존의 샤워헤드의 저면도,2 is a bottom view of a conventional shower head,
도 3은 본 발명의 일실시예로서의 프로세스 챔버 내부의 개략도,3 is a schematic diagram of a process chamber interior as an embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에서의 샤워헤드의 단면도,4 is a cross-sectional view of the showerhead in FIG.
도 5는 본 발명의 일실시예로서의 샤워헤드의 사시도이다.5 is a perspective view of a showerhead as an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 프로세스 챔버 21 : 챔버리드20: process chamber 21: chamber lead
22 : 샤워헤드 24 : 서셉터22: showerhead 24: susceptor
30 : 코일 40 : 메인쿨러 30: coil 40: main cooler
43 : 쿨링라인 50 : 가스유량조절기43: cooling line 50: gas flow controller
51 : 헬륨공급관 53 : 헬륨공급구51: helium supply pipe 53: helium supply port
60 : 헬륨배출구60 helium outlet
본 발명은 화학적기상증착공정에서의 프로세스 챔버에 관한 것으로서, 상세하게는 프로세스 챔버의 생산성을 향상시키기 위하여 프로세스 챔버내의 샤워헤드 내부에 쿨링라인, 코일, 헬륨공급구등이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a process chamber in a chemical vapor deposition process, and in particular, in order to improve the productivity of the process chamber, a cooling line, a coil, a helium supply hole, etc. are further installed inside the shower head in the process chamber. Relates to a process chamber.
종래의 화학적기상증착공정에서는 카셋트가 로드락(Loadlock) 챔버에 로딩된 후에 로드락챔버 밸브가 열리면 트랜스퍼 챔버(Transfer Chamber)내의 로봇이 카셋트 내의 웨이퍼를 파지하고, 프로세스 챔버(process chamber)내의 밸브가 열리면 로봇이 웨이퍼를 프로세스 챔버로 운반한다. 그 후 프로세스 챔버내의 서셉터(susceptor)위에 웨이퍼가 놓이면 공정조건에 적합하게 온도와 압력을 유지한 상태에서 화학적기상증착공정이 진행된다.In the conventional chemical vapor deposition process, when the load lock chamber valve is opened after the cassette is loaded in the load lock chamber, the robot in the transfer chamber grips the wafer in the cassette, and the valve in the process chamber is When opened, the robot transports the wafer into the process chamber. Subsequently, when the wafer is placed on a susceptor in the process chamber, the chemical vapor deposition process proceeds while maintaining the temperature and pressure appropriate to the process conditions.
도 1은 기존 화학적기상증착공정에서의 프로세스 챔버의 개략도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 RF 전원을 챔버 리드(chamber lid)(11)에 인가함으로써 챔버 내부에 플라즈마가 형성되며, 공정가스공급구(16)로 공급되는 공정가스는 샤워 헤드(shower head)(12)를 통하여 프로세스 챔버내부에 분사되어 증착공정이 진행된다. 한편 서셉터(susceptor)(14)의 하부에는 석영창(Window Quartz)(17)이 있으며, 상기 석영창(17)의 하부에는 U자 형태의 램프 모듈(lamp module)(18)이 있어 서셉터(13)로 열을 전달하여, 서셉터(14)위에 놓이는 웨이퍼(13)의 증착공정이 원활히 이루어지기 위한 열에너지를 전달한다.1 is a schematic diagram of a process chamber in a conventional chemical vapor deposition process. As shown in FIG. 1, a plasma is formed inside the chamber by applying RF power to the
도 2는 기존 프로세스 챔버내부의 샤워헤드의 저면도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 프로세스 챔버 상부에 설치된 샤워 헤드(12)에는 일정한 간격으로 구멍(19)이 있으며, 상기 구멍(19)을 통하여 공정 가스가 웨이퍼의 상면에 균일하게 분사되어 진다. 이 때 공정가스로는 TEOS, O2, N2, He등 사용하며, 챔버 클리닝시에는 NF3 및 N2, He 등을 사용한다. 2 is a bottom view of the showerhead in the existing process chamber. As shown in FIG. 2, the
프로세스 챔버에서 웨이퍼의 증착을 진행하게 되면, 웨이퍼의 증착매수가 증가할 수록 프로세스 챔버내부(10)는 부산물에 의해 점점 오염이 된다. 따라서 이를 제거하기 위하여 프로세스 챔버(10)의 클리닝을 실시하게 된다. 이러한 클리닝은 공정조건 설정에 따라 달라질 수 있으나, 대체로 몇 장의 웨이퍼의 증착을 진행한 후에 프로세스 챔버내에서 RF와 NF3 등의 가스를 이용하여 실시하게 된다.As the deposition of the wafer proceeds in the process chamber, as the number of wafers increases, the inside of the
그러나 프로세스 진행 후 RF와 NF3를 가지고 프로세스 챔버 내부(10)를 클리닝하여도, 프로세스 진행 후 남은 부산물 등이 샤위 헤드(12)에 부착되어서 클리닝시 원활한 클리닝이 되지 않아서 다음 웨이퍼의 공정 진행시 웨이퍼의 손상을 발생 시킨다. 즉, 샤워헤드에 부착된 부산물이 다음 웨이퍼의 증착공정 진행시에 서셉터(13)위에 놓인 웨이퍼(14) 위에 떨어져서 증착되어지는 필름내부에 파티클(infilm particle)을 유발하게 된다. 아울러 이러한 현상을 방지하기 위해서는 상기 샤워헤드(12)에 적재된 부산물을 완전히 제거하기 위해서는 RF 클리닝 시간이 많이 소요되어 프로세스 챔버의 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.However, even if the
또한 과도한 RF와 챔버내부의 열로 인하여 샤워헤드(12)의 작은 변형이 발생하게 되고, 이러한 샤워헤드(12)의 작은 변형은 샤워헤드(12)의 전체에 걸쳐서 균일한 공정가스의 분사를 방해하게 되어서 웨이퍼의 불량을 초래하게 되는 문제점이 있다.In addition, excessive deformation of RF and heat in the chamber causes small deformation of the
본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 샤워헤드를 변형하여 프로세서 챔버 내부의 RF 클리닝시 효과적으로 샤워헤드의 클리닝을 실시하여 부산물로 인한 웨이퍼의 손상을 방지하고, 불필요한 RF 클리닝 시간을 감소시키며, 아울러 프로세스 진행시에도 웨이퍼의 오염을 최소화시켜서 생산성을 향상시킨 화학기상증착공정의 프로세스 챔버를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the showerhead is modified to effectively clean the showerhead during RF cleaning inside the processor chamber, thereby preventing damage to the wafer due to by-products and reducing unnecessary RF cleaning time. In addition, the object of the present invention is to provide a process chamber for chemical vapor deposition which improves productivity by minimizing contamination of wafers during process progress.
본 발명에 의한 화학기상증착공정의 프로세스 챔버는 RF전원을 챔버리드에 인가함으로서 샤워헤드를 통하여 공급되는 공정가스와 상호 반응하여 프로세스챔버내부를 플라즈마상태로 조성하여 증착시키는 화학기상증착공정의 프로세스 챔버에 있어서, 상기 샤워헤드의 내부에는 고온으로 인한 샤워헤드의 변형을 방지하기 위한 쿨링라인, RF의 활성화를 위한 코일이 설치되어 있으며, 상기 샤워헤드의 원주둘레 표면에는 헬륨공급구가 있으며, 상기 헬륨공급구는 상기 샤워헤드내부의 헬륨공급관과 연결되어져 있으며, 상기 프로세스챔버의 하부 측면벽에는 헬륨배출구가 설치되어 있다.The process chamber of the chemical vapor deposition process according to the present invention reacts with the process gas supplied through the shower head by applying RF power to the chamber lid to form and deposit the inside of the process chamber in a plasma state. In the shower head, a cooling line for preventing deformation of the shower head due to the high temperature, a coil for activating the RF is installed, the helium supply port is located on the circumferential surface of the shower head, the helium The supply port is connected to the helium supply pipe inside the shower head, and the helium discharge port is provided on the lower side wall of the process chamber.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면 상기 쿨링라인의 냉매로는 순수(Deionized water)가 사용된다.According to another preferred feature of the invention, deionized water is used as the refrigerant of the cooling line.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 헬륨 공급관에 헬륨을 공급하는 헬륨외부 공급관에는 헬륨가스유량측정기가 설치되어진다.According to still another preferred feature of the present invention, a helium gas flow meter is provided in the helium external supply pipe for supplying helium to the helium supply pipe.
이하 예시도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this description is intended to be easily carried out by those skilled in the art, but the scope of the invention is not limited thereto.
도 3은 본 발명에 의한 프로세스 챔버의 개략도, 도 4는 도 3에서의 샤워헤드의 단면도, 도 5는 본 발명의 일실시예로서의 샤워헤드의 사시도이다. 도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 프로세스 챔버는 샤워헤드의 내부에 쿨링라인(43), 코일(30), 헬륨공급관(51) 및 샤워헤드의 표면에 헬륨공급구(53)를 추가로 포함하고 있으며, 프로세스 챔버의 하부 측면벽에는 헬륨배출구(60)가 설치되어 있다.3 is a schematic view of a process chamber according to the present invention, FIG. 4 is a sectional view of the showerhead in FIG. 3, and FIG. 5 is a perspective view of the showerhead as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the process chamber according to the present invention further includes a
쿨링라인(43)은 샤워헤드(22)가 과도한 RF 및 램프모듈(26)로부터 전달되는 챔버내부의 열로 인하여 변형되는 것을 방지하기 위한 것이다. 샤워헤드(22)가 열로 인하여 변형되면, 샤워헤드(22)를 통하여 분사되는 공정가스의 균일한 분사가 어렵게 되고, 이는 곧바로 서셉터(24) 위에 놓인 웨이퍼의 균일한 증착에도 나쁜 영향을 미치게 되어서, 결과적으로 웨이퍼의 불량을 유발시키는 원인이 된다.The
이를 방지하기 위하여 샤워헤드(22)의 내부에 샤워헤드(22)를 냉각시키기 위한 쿨링라인(43)을 설치하되, 상기 쿨링라인(43)은 직경이 1Cm정도로서 쿨링라인(43)의 내부에는 냉매가 흘러서 샤워헤드(22)로부터 열을 빼앗아 샤워헤드(22)의 과열에 따른 변형을 방지한다. In order to prevent this, a
따라서 샤워헤드(22)에 설치되어지는 쿨링라인(43)은 샤워헤드(22)의 과열정도에 따라서 적당한 갯수로 설치되어져야 한다. 도 4 및 도 5에서는 쿨링라인(43)이 샤워헤드(22)의 내부에 3개 설치된 것을 도시한 것이다. 이러한 쿨링라인의 배열은 당업자에게 자명한 범위내에서 변형이 가능하다. 쿨링라인(43)에 사용되는 냉매로서는 특별한 제한은 없지만, 순수(DI)를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, the
샤워헤드(22) 내부에 설치된 쿨링라인(43)은 프로세스 챔버(20) 외부의 쿨링 서플라이 라인(41)과 쿨링 리턴 라인(42)에 의해 외부의 메인 쿨러(40)와 연결되어지며, 필요에 따라서는 냉매인 순수의 순환을 위해 펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 메인 쿨러(40)는 순수의 냉각을 위해 사용되는 것으로서, 공정에 지장이 없는 한도내에서 일반적으로 상용화된 쿨러를 사용하면 된다.The
메인쿨러(40)에서 냉각된 순수는 쿨링 서플라이 라인(41)을 통하여 프로세스 챔버 내의 샤워헤드(22)에 설치된 쿨링라인(43)으로 공급되어져서 샤워헤드(22)의 과열을 방지하게 되고, 샤워헤드(22)에서 데워진 순수는 쿨링 리턴라인(42)을 통하여 회수되어져서 메인쿨러(40)에서 다시 냉각되어진다.The pure water cooled in the
한편 코일(30)은 샤워헤드의 내부에 설치되어서 프로세스 챔버(20)의 클리닝시에 전원이 공급되어서 RF 형성을 보다 활성화하여 샤워헤드(22) 주위의 부산물을 완전히 클리닝하는 것을 도와주는 역할을 하게 된다.On the other hand, the
또한 상기 샤워헤드(22)의 원주를 따라서 샤워헤드(22)의 내부에는 헬륨공급관(51)이 설치되어 있으며, 상기 헬륨공급관(51)을 따라서 샤워헤드(22)의 하부표면으로 수많은 헬륨공급구(53)가 형성되어 있다. 외부에서 헬륨공급관(51)에 공급된 헬륨은 헬륨공급구(53)를 통하여 프로세스 챔버(20)내부로 공급되어지고, 프로세스 챔버(20) 내부로 공급된 헬륨은 프로세스 챔버의 하부 측면벽을 따라 형성된 헬륨배출구(He exhaust port)(60)를 통하여 외부로 배출되면서, 서셉터(24)위에 놓인 웨이퍼(미도시)의 주위를 따라서 프로세스 챔버(20)내에 헬륨커텐을 형성하게 된다. In addition, a
헬륨공급구(53)를 통하여 프로세스 챔버(20)내부에 헬륨을 공급하는 것은 프로세스 챔버 내부에 헬륨 커텐을 형성하여서, RF 클리닝시에 챔버 내부의 부산물이 날려서 샤워헤드(22)로 가는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 또한 상기 헬륨 커텐(22)은 화학기상증착공정 진행시에도 사용되어서 프로세스 챔버 내부의 부산물이 날려 서셉터(24) 위에 놓인 웨이퍼에 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다. The supply of helium into the
따라서 헬륨은 프로세스 챔버내부에 헬륨 커텐을 형성할 수 있을 정도의 속도로 분사되어지면 되는데, 이를 정확하게 조절하기 위하여 샤워헤드 내부의 헬륨공급관(51)에 연결되는 헬륨외부 공급관(54)에는 샤워헤드(22)로 공급되어지는 헬륨의 유량을 조절하기 위한 가스유량조절기(50)가 설치되어질 수 있다. 또한 필요에 따라서는 상기 헬륨외부 공급관(54)은 2개가 설치되어져서 샤워헤드(22)의 양 측면에서 헬륨공급관(51)에 연결되어 질 수 있다. 이 경우 가스유량조절기(50)는 각각의 헬륨외부 공급관(54)에 설치되어지므로, 전체적으로 2개가 설치되어 진다.Therefore, helium may be injected at a speed enough to form a helium curtain in the process chamber. In order to accurately control the helium, an external
본 발명에 의한 프로세스 챔버를 이용한 화학기상증착공정을 살펴보면, 종래 에 사용되어지는 증착공정과 동일하게, RF 전원을 챔버 리드(chamber lid)(21)에 인가함으로써 챔버 내부에 플라즈마가 형성되며, 공정가스공급구(29)로 공급되는 공정가스는 샤워 헤드(shower head)(22)를 통하여 프로세스 챔버내부에 분사되어 증착공정이 진행된다. Looking at the chemical vapor deposition process using the process chamber according to the present invention, the plasma is formed inside the chamber by applying RF power to the chamber lid (21), the same as the deposition process used in the prior art, the process The process gas supplied to the
다만, 본 발명에 의한 프로세스 챔버에서는 쿨링라인(43)에 의해 샤워헤드(22)의 과열이 방지되어서 샤워헤드(22)의 변형으로 인한 공정가스의 불균일적인 분사를 방지한다. 또한 커텐용 헬륨가스가 헬륨공급구(53)로부터 프로세스 챔버(20)의 내부로 공급되어서 헬륨커텐을 형성하여서, 챔버내부의 부산물이 날려서 서셉터(24) 위에 놓인 웨이퍼에 영향을 주는 것을 방지한다.However, in the process chamber according to the present invention, the overheating of the
위와 같은 과정을 반복하면서 몇장의 웨이퍼의 공정이 진행된 후에는 프로세스 챔버(24)를 클리닝하게 되는데, 이때에도 쿨링라인(43)에 의해 샤워헤드(22)의 변형이 방지되며, 아울러 헬륨커텐에 의해 챔버내부의 부산물이 샤워헤드(22)로 가는 것이 방지되어서 원활한 샤워헤드(22)의 클리닝이 가능하게 된다.After repeating the above process, the
본 발명에 의하여 화학기상증착공정 진행시 샤워헤드의 변형을 방지하고 아울러 부산물이 웨이퍼에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 공정진행후 챔버 클리닝시 남은 부산물이 샤워헤드에 부착되는 것을 방지하여, 다음 웨이퍼의 프로 세스 진행시 웨이퍼의 손상을 방지하고, 아울러 불필요한 RF 클리닝 시간을 줄임으로서 생산성이 향상되는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to prevent deformation of the showerhead during chemical vapor deposition process and to prevent the byproducts from affecting the wafer, and to prevent the remaining byproducts from adhering to the showerhead during the chamber cleaning after the process is carried out. Productivity is improved by preventing damage to the wafer during the wafer process and reducing unnecessary RF cleaning time.
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |