KR20010027042A - 반도체 소자 제조용 공정 챔버 - Google Patents

반도체 소자 제조용 공정 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조용 공정 챔버에 관한 것으로, 챔버내 덮개의 구조를 원형의 링 형태로 바꾸고 재질을 웨이퍼와 동일하게 변경하여 덮개의 유동 및 열팽창계수의 차이로 인하여 발생되는 증착 막질의 들뜸 현상을 방지하도록 구성된다.
본 발명에 따르면 증착 막질의 들뜸 현상을 방지하여 공정 챔버내에서 발생되는 파티클의 형성 원인을 제거하게 된다. 이에 따라 파티클 발생에 따른 설비 관리 주기의 단축을 방지할 수 있어 공정의 생산성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

반도체 소자 제조용 공정 챔버{A Process Chamber for Manufacturing Semiconductor Devices}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 이용되는 공정 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HSG(Hemi-Spherical Grain)를 형성하기 위한 저압화학기상증착(LPCVD : Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정시 웨이퍼 이외의 영역에 막질이 증착되는 것이 방지되도록 하기 위한 덮개를 구비하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버에 관한 것이다.
반도체, 금속, 절연체 등의 물질을 증착하는 공정은 반도체 소자를 형성하는데 있어서 필수적인 공정이 되어 왔다. 이와 같은 막질 증착 공정 기술은 크게 웨이퍼상에 물리적인 방법으로 막질을 증착하는 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법과 웨이퍼상에서의 화학 반응을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 나뉘어진다. 이 중에서 CVD 방법은 막질의 도포성이 우수하고, 저온의 공정이 가능하며, 박막 성분의 비율 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있어서 반도체 캐패시터 형성 공정 또는 배선 형성 공정 등에 사용된다. 한편 반도체 캐패시터 형성 공정에서는 반도체 소자의 미세화, 고집적화에 따라 제한된 셀 면적에서 캐패시턴스를 증가시켜야 한다. 캐패시터의 용량을 증가시키기 위해서는 유전율이 큰 유전체를 사용하거나 전하저장전극의 면적을 증가시켜야 하는데, 현재 가장 일반적으로 사용되는 캐패시턴스의 증가 방법은 전하저장전극의 표면에 HSG를 형성하는 방법이다. 이와 같은 HSG의 형성은 저온 공정이 가능한 LPCVD 설비의 공정 챔버 내에서 이루어지는데, 종래의 HSG 형성용 LPCVD 설비의 공정챔버의 구조 및 동작을 도 1 및 도 2를 통하여 알아보면 다음과 같다.
도 1은 종래의 반도체 소자 제조용 공정챔버를 설명하기 위한 구성도이다.
공정 챔버(1)의 일측벽에는 공정가스 주입구(2)가 형성되며 챔버(1) 하부와 일측벽에 각각 가스 배기구(3)가 형성된다. 상기 챔버(1)내의 상부에는 하부에 설치된 히터(5)로부터 발생되는 열을 다시 챔버 내부로 반사시키는 열 반사기(4)가 장착된다. 또한 상기 히터(5)의 상부에는 챔버(1)에 고정되고 내측부에 홈이 형성된 외곽 링(6)이 장착되고, 상기 외곽 링(6)의 홈에는 중간 링(7)의 가장자리부가 장착된다. 또한 상기 중간 링(7)은 내측부에 홈이 형성된 원판 형태를 가지며, 그 내측부의 홈에 서셉터(8)가 안착되고, 상기 서셉터(8)상에는 웨이퍼(9)가 안착되며, 상기 웨이퍼(9)의 외측부에는 덮개(10)가 장착되는데, 상기 덮개(10)를 도 2를 통해 보다 자세히 설명하기로 한다.
상기 웨이퍼(9)는 서셉터(8)상에 위치하며 덮개(10)에 의하여 둘러싸여져 있다. 이 때 상기 덮개(10)는 실리콘 또는 석영(quartz)으로 이루어지며, 중앙에 웨이퍼가 장착되도록 개구부가 형성되고, 하나 이상의 분리된 실리콘 또는 석영 판들들이 조립된 형태로 이루어진다.
이와 같이 구성된 반도체 소자의 제조용 공정 챔버에서 HSG 형성을 위한 씨이딩(seeding) 단계는 다음과 같다.
상기 히터(5)에 의하여 웨이퍼(9)가 가열되는 상태에서 가스 주입구(2)를 통하여 챔버 내부로 Si2H6가스가 분사되도록 하여 웨이퍼상에 씨이드가 형성되도록 한다.
그런데 상기와 같이 구성된 공정 챔버(1)에서 HSG 형성을 위한 씨이딩 단계가 진행될 때 공정 챔버 내부로 분사되는 공정가스가 웨이퍼(9) 표면에 증착되는 동시에 웨이퍼 이외의 영역, 즉 외곽 링(6), 중간 링(7), 서셉터(8) 등에도 증착되어 폴리머를 형성한다. 이와 같이 웨이퍼 이외의 영역에 증착되는 폴리머는 장비 내부 부품의 부식을 유발하고 히터와 상기 가스 배기구(3)에 연결된 펌프로 침투되어 장비의 수명 및 설비 관리 주기를 단축시킨다. 따라서 이를 방지하기 위하여 덮개(10)를 사용한다. 상기 덮개(10)는 도 2에서 보는 바와 같이 하나 이상의 실리콘 또는 석영 판들이 조립된 상태로 서셉터(8)상에 위치되는데, 특별한 고정 장치가 없어 덮개(10)의 고정이 완전하게 이루어지지 못한다. 따라서 공정 진행을 위한 웨이퍼의 로드(load) 또는 언로드(unload)시 챔버 내부와 외부의 압력 차이에 의해 덮개 조각들이 유동하면서 충돌이 발생하여 덮개상에 증착된 막질이 들뜨게 된다. 또한 실리콘 또는 석영(quartz) 재질의 덮개(10), 실리콘 카바이드(SiC) 재질의 서셉터(8)와 실리콘 재질의 웨이퍼(9)는 각기 다른 열팽창계수를 가지는데, 이러한 열팽창계수의 차이 역시 공정 진행시 덮개상에 증착된 막질을 들뜨게 하는 원인이 된다. 이러한 증착 막질의 들뜸 현상은 공정 챔버 내에서 파티클이 발생하는 가장 큰 근본 원인이 되고, 파티클을 제거하기 위해서는 별도의 작업 공수가 추가되므로 공정의 생산성이 저하되고 공정 비용이 커지는 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명은 덮개를 일체형으로 제작하고 덮개, 서셉터, 포커스 링 등의 웨이퍼 주변 부품들을 웨이퍼와 유사한 재질로 형성함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자 제조용 공정 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 공정 챔버는 가스 주입구 및 가스 배기구가 각각 형성된 챔버와, 상기 챔버내의 하부에 설치된 히터와, 상기 히터로부터 발생한 열을 반사시키기 위하여 상기 챔버 내부의 상부에 설치된 열 반사기와, 상기 히터 상부에 위치되고 상기 챔버에 고정되며 내측부에 홈이 형성된 원판 형태의 외곽 링과, 상기 외곽 링에 형성된 홈에 가장자리부가 안착되며 내측부에 홈이 형성된 중간 링과, 상기 중간 링에 형성된 홈에 가장자리부가 안착되며 상기 히터로부터 발생된 열이 전달되도록 구성된 서셉터와, 상기 서셉터상에 설치되며 중앙부에 웨이퍼가 장착되는 포커스 링과, 상기 포커스 링의 외측부에 설치된 제 1 덮개와, 상기 제 1 덮개의 외측부에 설치되는 제 2 덮개를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 포커스 링은 원판으로 이루어지며, 상기 제 1 덮개는 중앙에 개구부가 형성된 원형의 링 형태로 이루어지며, 상기 제 2 덮개는 하나 이상의 실리콘 판들의 조립으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제 1 덮개 및 제 2 덮개는 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 공정 챔버를 설명하기 위한 구성도.
도 2는 도1에 도시된 덮개를 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 공정 챔버를 설명하기 위한 구성도.
도 4는 도3에 도시된 덮개를 설명하기 위한 평면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명＞
1, 21: 챔버 2 : 가스 주입구
3 : 가스 배기구 4 : 열 반사기
5 : 히터 6 : 외곽 링
7 : 중간 링 8, 28 : 서셉터
9, 29 : 웨이퍼 10 : 덮개
30 : 포커스 링 40 : 제 1 덮개
50 : 제 2 덮개
본 발명은 반도체 소자 형성용 공정 챔버에서 파티클의 발생을 방지하기 위하여 덮개의 구조가 종래의 분리형 구조에서 일체형 구조로 개선된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기본적인 구성 및 작용은 도 1 및 도 2의 설명과 동일하므로 생략하고 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특징적인 부분만을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 형성을 위한 공정 챔버(21)를 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 덮개를 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명에서 포커스 링(30)은 서셉터(28)에 의해 고정되며, 공정 웨이퍼(29)를 장착할 수 있도록 중앙에 개구부가 형성된 평판 링의 형태로 형성된다. 상기 포커스 링(30)은 웨이퍼와 유사한 재질인 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어지며, 내측부에 웨이퍼(29)가 위치되고 외측부에 제 1 덮개(40)가 접촉된다. 상기 제 1 덮개(40)는 외측부가 제 2 덮개(50)와 접촉되도록 위치한다.
도4에서 도시된 바와 같이 상기 제 1 덮개(40)는 평판의 링 형태로 구성되며 실리콘으로 제작되는데, 예를 들면 12인치 실리콘 웨이퍼를 가공하여 일체형으로 제조될 수 있다. 이때 상기 제 1 덮개(40)는 내측부에 위치하는 포커스 링(30)에 의해 고정된다. 제 2 덮개(50)는 상기 제 1 덮개(40)를 둘러싸도록 형성되며, 하나 이상의 분리된 실리콘 판들의 조립으로 구성된다.
이와 같이 구성된 반도체 소자 제조용 공정 챔버는, 웨이퍼와 다른 재질로 이루어지고 하나 이상의 조각으로 구성되는 종래의 덮개 구조가 웨이퍼와 같은 재질의 원형 링 형태로 변경되어 구성된다. 이를 통하여 공정중에 각 부품들의 열팽창계수의 차이로 인한 증착 막질의 들뜸 현상과 웨이퍼의 챔버내 로드 및 언로드시 챔버 내부와 외부의 압력 차이로 인한 덮개의 유동을 방지할 수 있게 된다. 따라서 증착막질의 들뜸 현상과 덮개의 유동을 방지함으로써 공정중의 파티클 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면 반도체 소자 제조용 공정 챔버에서 실리콘 또는 석영 재질로 구성되는 덮개를 실리콘 재질로 변경하고 일체형으로 구성함으로써 공정 웨이퍼의 로드 및 언로드시 발생되는 챔버 내부와 외부의 압력 차이 및 각 부품의 열팽창계수의 차이로 인하여 발생되는 증착 막질의 들뜸 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 공정 챔버 내부의 파티클 발생을 방지하는 효과를 얻게 되며 설비 관리를 위한 작업 공수를 줄여 공정의 생산성을 향상시키는 효과를 함께 얻게 된다.

Claims (5)

  1. 반도체 소자 제조용 공정 챔버에 있어서,
    가스 주입구 및 가스 배기구가 각각 형성된 챔버와,
    상기 챔버내의 하부에 설치된 히터와,
    상기 히터로부터 발생한 열을 반사시키기 위하여 상기 챔버 내부의 상부에 설치된 열 반사기와,
    상기 히터 상부에 위치되고 상기 챔버에 고정되며 내측부에 홈이 형성된 원판 형태의 외곽 링과,
    상기 외곽 링에 형성된 홈에 가장자리부가 안착되며 내측부에 홈이 형성된 중간 링과,
    상기 중간 링에 형성된 홈에 가장자리부가 안착되며 상기 히터로부터 발생된 열이 전달되도록 구성된 서셉터와,
    상기 서셉터상에 설치되며 중앙부에 웨이퍼가 장착되는 포커스 링과,
    상기 포커스 링의 외측부에 설치된 제 1 덮개와,
    상기 제 1 덮개의 외측부에 설치되는 제 2 덮개를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포커스 링은 원판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 덮개는 중앙에 개구부가 형성된 원형의 링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 덮개는 하나 이상의 실리콘 판이 조립되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 덮개 및 제 2 덮개는 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 공정 챔버.
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