KR101037189B1

KR101037189B1 - 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드

Info

Publication number: KR101037189B1
Application number: KR1020080111691A
Authority: KR
Inventors: 김형준
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2011-05-26
Also published as: KR20100052829A

Abstract

플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드는 플라즈마발생부, 상기 플라즈마발생부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급부, 처리공정챔버 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스공급부 및 상기 플라즈마발생부에 의해 발생되는 플라즈마를 이동시키기 위해 상기 반응가스를 상기 처리공정챔버 내부로 분사시키는 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서, 상기 샤워헤드는, 상기 플라즈마발생부의 하측에 위치되어 상기 처리공정챔버 내부의 플라즈마 반응영역에 위치되는 메인전극과, 상기 메인전극의 상측에 위치되어 상기 플라즈마발생부에 면(面)하는 보조전극으로 이루어지며, 상기 메인전극은 실리콘 화합물로 제조되고, 상기 보조전극은 그라파이트 또는 다결정 실리콘으로 구성되며, 상기 반응가스공급부로부터 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀과 외부 표면이 실리콘 화합물로 코팅된다.

플라즈마, 화학기상증착, 샤워헤드, SiC, 실리콘 카바이드, 그라파이트, 흑연

Description

플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드{Shadow frame for plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus}

본 발명은 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내에서 서셉터에 지지된 기판에 공정가스를 분사하는 샤워헤드에 의한 파티클 생성을 억제하여 금속오염을 최소화 할 수 있는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서 웨이퍼 또는 기판에 박막을 증착하기 위한 기상화학증착(CVD) 장치에서는 고품질의 박막을 낮은 온도에서 증착하기 위하여 플라즈마를 이용하여 반응가스를 활성화시켜 웨이퍼나 기판에 박막을 증착하도록 하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 플라즈마에 노출되는 샤워헤드의 메인전극을 CVD SiC(실리콘 카바이드)로 제조하고 상기 메인전극 상부의 보조전극을 플라즈마 또는 반응가스가 분사되는 분사홀과 보조전극의 표면을 CVD SiC로 코팅하여 처리 공정 진행 중 파티클 생성이 억제되도록 하여 금속오염을 최소화할 수 있는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드는 플라즈마발생부, 상기 플라즈마발생부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급부, 처리공정챔버 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스공급부 및 상기 플라즈마발생부에 의해 발생되는 플라즈마를 이동시키기 위해 상기 반응가스를 상기 처리공정챔버 내부로 분사시키는 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서, 상기 샤워헤드는, 상기 플라즈마발생부의 하측에 위치되어 상기 처리공정챔버 내부의 플라즈마 반응영역에 위치되는 메인전극과, 상기 메인전극의 상측에 위치되어 상기 플라즈마발생부에 면(面)하는 보조전 극으로 이루어지며, 상기 메인전극은 실리콘 화합물로 제조되고, 상기 보조전극은 그라파이트 또는 다결정 실리콘으로 구성되며, 상기 반응가스공급부로부터 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀과 외부 표면이 실리콘 화합물로 코팅된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 실리콘화합물은 실리콘 카바이드이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 보조전극은 관통홀을 형성한 후 상기 관통홀에 상기 반응가스유입홀에 대응되는 형상을 가지며 실리콘화합물이 코팅된 반응가스유입물이 삽입된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 소스가스공급부의 소스가스분사홀이 상기 보조전극의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀에도 실리콘 화합물이 코팅된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 소스가스공급부의 소스가스분사홀이 상기 보조전극의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀에 대응되는 관통홀에도 상기 소스가스유입홀에 대응되는 실리콘 화합물이 코팅된 소스가스유입물이 삽입된다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 플라즈마에 노출되는 샤워헤드의 메인전극을 CVD SiC(실리콘 카바이드)로 제조하고 상기 메인전극 상부의 보조전극을 플라즈마 또는 반응가스가 분사되는 분사홀과 보조전극의 표면을 CVD SiC로 코팅하여 처리 공정 진행 중 파티클 생성이 억제되도록 하여 금속오염을 최소화할 수 있는 대면적 샤워헤드를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 플라즈마 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마발생부(10), 반응가스공급부(30), 소스가스공급부(40) 및 샤워헤드(50)를 포함하며, 이들 장치들은 지지부(20) 상에 장착된다. 플라즈마발생부(10) 및 샤워헤 드(50) 사이에는 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 챔버가 제공되고, 상기 플라즈마 챔버에서 형성된 플라즈마는 샤워헤드(50)에 형성된 다수의 반응가스분사구(63)를 통하여 샤워헤드(50) 하부로 이동되면서 이온 또는 라디칼 등의 상태로 전환되어 샤워헤드(50)의 유도관(62)의 하단에서 하부로 분사되고 소스가스공급부(40)로부터 소스가스분사구(74)를 통하여 공급되는 소스가스와 반응하여 웨이퍼나 기판 등에 박막 등이 형성된다.

여기서, 반응가스공급부(30)를 통해서 공급된 반응가스는 플라즈마발생부(10)의 저면에 구비된 플라즈마발생전극(18)을 통과하면서 플라즈마 상태로 전환되고, 샤워헤드(50)의 하부로는 웨이퍼나 기판 등의 피처리물이 위치하여 박막형성, 세정 등과 같은 플라즈마 가공이 진행되기 위한 처리공간이 제공되며, 상기 플라즈마발생장치와 처리공간은 일반적으로 진공상태를 가지고 상기 피처리물은 히터 상에 장착될 수 있다.

그러나 상기와 같은 일반적인 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 샤워헤드(50)는 일반적으로 단순한 싱글(Pure Single) 결정의 실리콘 전극(silicon Cathode)으로 메인전극이 제조되고 상기 메인전극의 상측에 그라파이트(Graphite)로 보조전극이 제조되기 때문에, 디바이스(Device)가 고집적화 및 대형화되면서 설비에 인가되는 RF 파워가 급격하게 높아짐으로써, 웨이퍼나 기판의 박막 증착을 위한 플라즈마 처리 공정시 상기 실리콘 또는 그라파이트 전극에 열적 스트레스(Thermal Stress)가 높아지게 되어 샤워헤드(50)의 주변부에서는 소스가스가 열분해에 따른 표면반응을 하지 못하게 되어 파우더(Powder) 형태로 잔존하게 되어 파티클(Particle)이 발생하게 되는 원인이 될 수 있다.

또한, 상기와 같이 열적 스트레스로 인하여 Parts 접합부, 조립부, 체결부, SHARP EDGE 등에서 크랙(Crack)과 브로큰(Broken) 현상이 발생되어 전체적으로 설비 유지비용 및 제조원가가 상승되며 상기 구성부들의 정기적인 교체주기가 단축될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 대면적 샤워헤드를 나타낸 단면도이며, 도 4은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 대면적 샤워헤드를 나타낸 단면도이다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 대면적 샤워헤드가 적용된 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마발생부(110), 샤워헤드(150), 반응가스공급부(130) 및 소스가스공급부(140)를 포함한다.

샤워헤드(150) 및 플라즈마발생부(110)는 지지부(120) 상에 장착되며, 지지부(120)는 중앙의 빈 홀을 제공하여 플라즈마발생부(110)에 의해서 생성된 플라즈마 등을 빈 홀을 통하여 피처리물로 전달할 수 있다.

플라즈마발생부(110)는 상부 플라즈마 플레이트(112), 하부 플라즈마 플레이트(114), 스페이스 플레이트(116)를 포함한다. 상부 플라즈마 플레이트(112) 및 하부 플라즈마 플레이트(114)는 상하로 장착되며, 상부 플라즈마 플레이트(112) 및 하부 플라즈마 플레이트(114)에는 홀 또는 홈이 형성되어 반응가스공급부(130) 및 소스가스공급부(140)의 가스 유로가 형성될 수 있다.

또한, 플라즈마발생부(110)는 플라즈마발생전극(118)을 포함하며, 플라즈마발생전극(118)은 하부 플라즈마 플레이트(114)의 저면에 장착된다. 반응가스공급부(130)로부터 플라즈마발생전극(118) 위로 반응가스가 공급되고, 플라즈마발생전극(118)에는 다수의 홀(미도시)이 형성되어 플라즈마 챔버로 반응가스를 통과시킨다. 플라즈마발생부(110)는 ICP 또는 CCP의 방식에 따라 플라즈마를 발생할 수 있으며, 일 예로 플라즈마발생전극(118)에는 RF전원 등이 인가될 수 있다.

하부 플라즈마 플레이트(114)의 저면에 제공되는 스페이스 플레이트(116)는 하부 플라즈마 플레이트(114)와 샤워헤드(150)가 일정 간격 이상 이격되도록 하여 플라즈마 생성을 위한 챔버를 제공할 수 있다. 또한, 스페이스 플레이트(116)는 절연부재로서 플라즈마발생부(110)와 샤워헤드(150)를 전기적으로 분리하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 이를 위해서 스페이스 플레이트(116)는 그 자체가 절연 재질을 가지는 것이 좋다. 또한, 스페이스 플레이트(116)는 소스가스급부(140)의 소스가스가 공급되기 위한 유로가 형성된다.

소스가스공급부(140)는 샤워헤드(150)의 하부에 구비되는 샤워링(150)을 통하여 소스가스를 공급하여 반응가스공급부(130)로부터 공급되어 샤워헤드(150)를 통하여 분사되는 반응가스 이온과 함께 피처리물 상에 박막 등을 형성할 수 있다.

여기서, 소스가스공급부(140)는 상기 샤워헤드(150)의 하부에 구비되는 샤워링(150) 대신에 샤워헤드(150) 내부의 소스가스공급관(미도시)과 소스가스분사홀(미도시)을 형성하여 상기 소스가스를 분사되도록 하여도 좋다.

샤워헤드(150)는 스페이스 플레이트(116)의 하측에 위치되어 처리공정챔버(미도시) 내부의 플라즈마 반응영역에 위치되는 메인전극(160)과, 메인전극(160)의 상측에 위치되어 스페이스 플레이트(116)에 면(面)하는 보조전극(170)을 포함하며, 보조전극(170)에는 반응가스공급부(130)로부터 분사된 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀(171)이 형성되고 메인전극(160)에는 반응가스유입홀(170)에 연장되어 처리공정챔버(미도시)에 반응가스를 분사시키는 반응가스분사구(161)가 형성된다.

메인전극(160)은 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물로 제조되며, 상기 실리콘 화합물은 99.999% 또는 그 이상의 고순도를 가지는 단결정 또는 다결정 실리콘을 포함한다.

따라서 상기 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물에 의해 제조되는 메인전극(160)은, 고내식성, 고강도의 물성치를 가져 그 수명이 수배 이상 향상되어 비용을 절감할 수 있으며, 타재질에 비해 식각 정도가 느려 내구성이 높아 구조적으로도 수명이 길어지는 효과가 있다.

또한, 상기 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물에 의해 제조되는 메인전극(160)은, 종래의 실리콘 재질의 전극에서와 같은, 식각이 진행되는 도중 또는 열 변형에 의해 에지(Edge)나 노치(Notch)부에서부터 크랙(Crack)이 발생하여 부품이 파손되거나 불안정(Brittle)하여 제조형상에 대단히 제약이 많아 타재질과 조립형상을 유지하기 위한 접합 레이어가 필요하게 되는 문제점이 발생하지 않아, 즉, 형상 소결시 조립 상태가 아닌 SiC 그 자체 재질로만 충분히 제작되기 때문에 별도의 결합제를 사용하여 접착하지 않아도 부품 변형으로 인한 또는 스트레스로 인한 파 괴를 개선시킬 수 있다.

또한, 상기 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물에 의해 제조되는 메인전극(160)은, 전기적 특성을 조절하기가 용이하며 열전도율 또한 우수하여 공정 진행시 플라즈마를 제한하는 특성 또한 매우 양호하게 된다. 또한, 열적 저항이 작아 RF 전극이 인가되는 플라즈마발생전극(118)과의 사이에 발생되는 플라즈마 덴시티(Density)를 향상시킬 수 있으며 챔버의 다른 부품(Wall, Liner, Ring 등)에도 교호 효과를 나타내어 플라즈마 패턴을 매우 좋아지게 할 수 있다.

보조전극(170)은 그라파이트 또는 다결정 실리콘으로 구성되며, 반응가스공급부(130)로부터 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀(171)과 보조전극(170)의 외부 표면은 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물로 코팅된다.

따라서 상기 반응가스유입홀(171)과 보조전극(170)의 외부 표면이 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물에 의해 코팅되는 보조전극(170)은, 상기 메인전극(160)과 동일 유사한 효과를 가지게 된다.

또한, 상기 소스가스공급부(140)의 소스가스분사홀(미도시)이 샤워헤드(150) 보조전극(170)의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀(미도시)에도 실리콘 화합물이 코팅되는 것이 바람직하다.

또한, 보조전극(170)은 상기 메인전극(160)과 같이 CVD SiC 등과 같은 실리콘 화합물에 의해 전극이 전체 제조되는 것이 아니라 그라파이트 또는 다결정 실리콘으로 제조된 후 상기 플라즈마에 직접 접촉하게 되는 외부 표면과 반응가스유입홀(171)에만 CVD SiC가 코팅됨으로써, 제조 비용을 절감할 수 있다.

따라서 상기와 같이 전술한 바에 의하면, 플라즈마에 노출되는 샤워헤드의 메인전극을 CVD SiC(실리콘 카바이드)로 제조하고 상기 메인전극 상부의 보조전극을 플라즈마 또는 반응가스가 분사되는 분사홀과 보조전극의 표면을 CVD SiC로 코팅하여 처리 공정 진행 중 파티클 생성이 억제되도록 하여 금속오염을 최소화할 수 있는 대면적 샤워헤드를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 제1 실시예는, 상기 보조전극의 CVD SiC 코팅이 외부 표면과 상기 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀에 직접 이루어 지도록 하고 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2 실시예는 상기 반응가스유입홀에 CVD SiC 코팅이 직접 이루어지지 않고 보조전극에 관통홀(172)을 형성한 후 상기 관통홀(172)에 상기 반응가스유입홀에 대응되는 형상을 가지며 CVD SiC가 코팅된 반응가스유입물(173)이 삽입되도록 하여, 상기 반응가스유입홀에 따른 보조전극의 CVD SiC 코팅 작업을 간단히 함과 동시에 상기 반응가스유입물(173)만을 분리하여 용이한 세정 작업과 부품 교환을 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 소스가스공급부(140)의 소스가스분사홀(미도시)이 샤워헤드(150) 보조전극(170)의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀(미도시)에 대응되는 관통홀에도 상기 소스가스유입홀에 대응되는 CVD SiC가 코팅된 소스가스유입물이 삽입되는 것이 바람직하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 대면적 샤워헤드를 나타낸 단면도이다.

도 4은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서 대면적 샤워헤드를 나타낸 단면도이다.

*도면 부호 설명*

110 : 플라즈마발생부 130 : 반응가스공급부

140 : 소스가스공급부 150 : 샤워헤드

160 : 메인전극 170 : 보조전극

Claims

플라즈마발생부, 상기 플라즈마발생부로 반응가스를 공급하는 반응가스공급부, 처리공정챔버 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스공급부 및 상기 플라즈마발생부에 의해 발생되는 플라즈마를 이동시키기 위해 상기 반응가스를 상기 처리공정챔버 내부로 분사시키는 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 화학기상증착 장치에 있어서,

상기 샤워헤드는,

상기 플라즈마발생부의 하측에 위치되어 상기 처리공정챔버 내부의 플라즈마 반응영역에 위치되는 메인전극과, 상기 메인전극의 상측에 위치되어 상기 플라즈마발생부에 면(面)하는 보조전극으로 이루어지며,

상기 메인전극은 실리콘 화합물로 제조되고,

상기 보조전극은 그라파이트 또는 다결정 실리콘으로 구성되며, 상기 보조전극에 형성된 관통홀에는 상기 반응가스공급부로부터 반응가스가 유입되는 반응가스유입홀에 대응되는 형상을 가지는 반응가스유입물이 삽입되며, 상기 반응가스유입물과 상기 보조전극의 외부 표면은 실리콘 화합물로 코팅되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드.
제1항에 있어서,

상기 실리콘화합물은 실리콘 카바이드인 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드.
삭제
제1항에 있어서,

상기 소스가스공급부의 소스가스분사홀이 상기 보조전극의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀에도 실리콘 화합물이 코팅되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드.
제4항에 있어서,

상기 소스가스공급부의 소스가스분사홀이 상기 보조전극의 내부에 형성되는 경우 상기 소스가스분사홀에 대응되는 관통홀에도 상기 소스가스유입홀에 대응되는 실리콘 화합물이 코팅된 소스가스유입물이 삽입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치용 대면적 샤워헤드.