KR20010027089A - 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착용 반응챔버의 히터블록의 구조 개선을 통해, 웨이퍼 에지 부분에서의 박막 증착을 억제하므로써 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 균일성을 도모할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 화학기상증착용 반응챔버 내에 설치되는 히터블록에 있어서, 히터블록의 직경을 웨이퍼 직경을 벗어난 외측 영역으로 확장하는 한편, 웨이퍼 외측으로 확장된 영역 내에 웨이퍼 가장자리를 냉각시키기 위한 냉매덕트 및 히터가 추가적으로 구비되도록 한 것이다.

Description

반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록{heater block for film deposition in fabrication of semiconductor}

본 발명은 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학기상증착(CVD) 공정용 챔버 내에 설치되는 히터블록의 구조 개선을 통해 웨이퍼 에지부의 박막 증착을 억제할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 화학기상증착(CVD;Chemical Vapour Deposition)공정은 특정의 반응기체들을 반응 용기속에 계속 투입하면서 적절한 조건을 유지시켜 주므로써 고체상의 물질을 웨이퍼 표면에 증착시키는 공정을 일컫는다.

도 1을 참조하여 종래의 화학기상증착용 반응챔버(1)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

종래의 반응챔버(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 내측의 중앙부에 웨이퍼(5)가 안착되는 히터블록(3)이 위치하도록 설치되고, 상기 챔버 내측의 상부 벽면에는 히터블록(3)과 대향하도록 샤워헤드(2)가 설치된다.

이 때, 상기 히터블록(3) 내에는 히터(4)가 내장되고, 상기 히터(4)에는 외부로부터 히터(4)에 전원을 공급하는 전원선(8)이 연결된다.

또한, 상기 샤워헤드(2) 하부면 상에는 복수개의 노즐공(9)이 형성된다.

한편, 상기 챔버 상부 중앙에는 샤워헤드(2) 내부에 연통하여 상기 샤워헤드(2) 내측으로 약액(6)을 공급하는 약액공급구(7)가 설치된다.

이와 같이 구성된 종래 화학기상증착용 반응챔버(1)의 작용은 다음과 같다.

먼저, 반응챔버(1) 내에 들어와 히터블록(3) 상면에 웨이퍼(5)가 안착되면, 히터블록(3)에 내장된 히터(4)에 전원이 인가되고, 이에 따라 히터(4)로부터 발생하는 열에 의해 웨이퍼(5)가 가열된다.

이 때, 상기 반응챔버(1) 내의 압력 조건은 450 Torr∼1 mTorr 이내로 설정되며, 히터블록(3)의 온도는 통상 200∼600℃ 이내로 설정된다.

이에 따라, 웨이퍼(5)가 가열되어 소정의 온도에 도달하면, 공급라인을 통해 공급되는 약액(6)(예: WF₆가스)이 약액공급구(7)를 통해 샤워헤드(2) 내로 유입된 후, 샤워헤드(2) 저면의 노즐공(9)을 통해 분사되어 웨이퍼(5) 표면에 도포된다.

이와 같이 웨이퍼(5) 표면에 도포된 약액(6)은 열분해되는데, 이에 따라 휘발성가스(예; F, H, Cl)는 휘발되고, 잔류물(W, Si, Mo, Cu)은 웨이퍼(5) 표면에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

한편, 종래에는 웨이퍼(5) 에지 부분에는 박막이 형성될 경우, 전체적인 박막의 들뜸현상이 일어나고, 후공정에 악영향을 끼치므로 박막이 형성되지 않아야 한다.

이에 따라, 종래에는 웨이퍼(5) 에지 부분을 가리기 위해 새도우 링(shadow ring) 또는 클램프(clamp)를 사용하거나, 에지부에 불활성가스를 흘리므로써, 에지부에 막이 형성되는 현상을 방지하였다.

그러나, 이와 같은 종래에는 새도우 링이나 클램프를 사용할 경우에는 웨이퍼에 이물이 발생하게 될 우려가 많았으며, 불활성가스를 에지부에 흘릴경우에는 웨이퍼 중앙 부분으로 증착이 집중되어 박막의 균일성을 유지하기가 곤란한 문제점이 있었다.

요컨대, 웨이퍼 에지(≒3mm)는 공정 제어가 어려운 위치로써 종래의 기술장치로서는 웨이퍼(5) 표면에 증착되는 박막의 균일성을 유지하기가 곤란하였다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화학기상증착용 반응챔버의 히터블록 구조 개선을 통해, 웨이퍼 에지 부분에서의 박막 증착을 억제하므로써 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 균일성을 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술장치의 구성을 나타낸 종단면도

도 2는 본 발명에 따른 기술장치의 구성을 나타낸 종단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1:반응챔버 2:샤워헤드

3:히터블록 4,4a:히터

5:웨이퍼 6:약액

7:약액공급구 8:전원선

9:노즐공 10:냉매덕트

11:요입홈 12:단열재

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 웨이퍼의 에지 부분만을 국부적으로 냉각시킬 수 있도록, 히터블록의 직경을 웨이퍼 직경을 벗어난 외측 영역으로 확장하는 한편, 웨이퍼 외측으로 확장된 영역 내에 웨이퍼 가장자리를 냉각시키기 위한 냉각수단인 냉매 유동덕트 및 가열수단인 히터가 추가적으로 구비되도록 하므로써, 웨이퍼 에지 부분의 박막 증착을 억제하여 웨이퍼 표면에 증착되는 박막이 전체적으로 균일한 두께를 가질 수 있도록 한 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록이 제공된다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 기술장치의 구성을 나타낸 종단면도로서, 본 발명은 화학기상증착용 반응챔버(1) 내에 설치되는 히터블록(3)에 있어서, 히터블록(3)의 직경을 웨이퍼(5) 직경을 벗어난 외측 영역으로 확장하는 한편, 웨이퍼(5) 외측으로 확장된 영역 내에 웨이퍼(5) 가장자리를 냉각시키기 위한 냉각수단인 냉매덕트(10) 및 히터블록(3) 가장자리를 가열하기 위한 히터(4a)가 추가적으로 구비되도록 한 것이다.

이 때, 상기 냉매덕트(10)는 웨이퍼(5) 에지 영역을 바로 벗어난 위치의 히터블록(3) 내부에 형성되며, 상기 냉매덕트(10) 외측에는 웨이퍼(5)에 비해 온도를 높여 웨이퍼 에지부의 약액 농도를 낮추므로써, 결국 웨이퍼 에지부에 대한 박막 증착력을 줄이기 위한 히터(4a)가 추가적으로 구비된다.

한편, 상기 히터블록(3)의 냉매덕트(10) 양측에는 냉매덕트(10)를 흐르는 냉각수 등의 냉매에 의해 히터블록(3)의 다른 부위의 온도가 저하되는 현상을 방지하기 위해 단열재(12)가 설치된다

상기에서 냉매덕트(10) 내부로는 냉각기(Chiller)(도시는 생략함)를 통과하여 공정에 알맞은 온도로 조절된 냉각수나 프레온 가스등의 냉매를 유동시키게 된다.

또한, 상기 냉매덕트(10)가 위치하는 영역의 히터블록(3) 상면에는 웨이퍼(5) 에지부 외측으로의 반응가스 유도 및 잔류물 배출을 위한 요입홈(11)이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

반응챔버(1) 내에 들어와 히터블록(3) 상면에 웨이퍼(5)가 안착되고 난 후, 소정의 압력조건에서 히터블록(3)에 내장된 히터(4)(4a)에 전원이 인가되고, 이에 따라 히터(4)로부터 발생하는 열에 의해 웨이퍼(5)가 가열된다.

그 후, 웨이퍼(5)가 가열되어 소정의 온도에 도달하면, 공급라인을 통해 공급되는 약액(6)(예: WF₆가스)이 약액공급구(7)를 통해 샤워헤드(2)측으로 유입된 후, 샤워헤드(2)의 노즐공(9)을 통해 분사되어 웨이퍼(5) 표면에 도포된다.

한편, 상기한 바와 같이 웨이퍼(5) 표면에 도포된 약액(6)은 열분해되는데, 이에 따라 휘발성가스(예; F, H, Cl)는 휘발되고, 잔류물(W, Si, Mo, Cu)은 웨이퍼(5) 표면에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

이 때, 본 발명에서는 웨이퍼 에지를 곧바로 벗어난 영역의 히터블록(3) 내부에 형서된 냉매덕트(10)를 통해 냉각수 또는 프레온 가스등의 차가운 유체가 흐르고 있으므로 인해, 웨이퍼(5) 에지 부분의 온도만을 선택적을 낮출 수 있게 되며, 이에 따라 결국 웨이퍼(5) 에지부의 약액농도를 낮출 수 있게 된다.

상기에서 냉각액은 유입구를 통해 냉매덕트(10)로 유입된 후에 유출구를 통해 빠져나가게 된다.

한편, 상기 기존의 히터블록(3)과는 달리 냉매덕트(10) 외측에 추가적으로 설치된 히터(4a)에 의해서 히터블록(3) 에지부의 온도가 웨이퍼(5)에 비해 높아지게 되므로 인해, 웨이퍼(5) 에지부 외측으로 분사되는 약액(6)은 저압측인 히터블록(3)의 에지부 쪽으로 유도된다.

이에 따라, 웨이퍼(5) 에지부의 약액 농도가 한층 더 낮아지므로써 웨이퍼(5) 에지부에 대한 박막 증착력 또한 더욱 줄어들게 된다.

이와 더불어, 본 발명에서는 상기 히터블록(3)의 냉매덕트(10) 양측에 단열재(12)가 설치되어 있어, 상기 단열재(12)의 단열 작용으로 인해 냉매의 웨이퍼(5) 에지부 냉각작용에도 불구하고 히터블록(3)의 다른 부위의 온도가 저하되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 화학기상증착 진행시, 상기 냉매덕트(10)가 위치하는 영역의 히터블록(3) 상면에는 요입홈(11)이 형성되어 있어, 반응가스가 상기 웨이퍼(5) 에지부로 유입되지 않고 요입홈(11) 쪽으로 유도되므로 인해 웨이퍼(5) 에지부의 약액 농도를 낮출 수 있게 된다.

이 때, 상기 히터블록(3) 상면의 요입홈(11)은 약액 도포시, 잔류물 배출을 위한 기능도 함께 수행하게 된다.

따라서, 본 발명은 종래와는 달리, 웨이퍼(5) 에지 부분을 가리는 새도우 링 또는 클램프를 사용하거나, 에지부에 불활성 가스를 흘리지 않더라도 웨이퍼(5) 에지부에 박막이 형성되는 현상을 방지하므로써, 박막의 균일한 증착이 가능하도록 작용하게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 화학기상증착용 반응챔버의 히터블록의 구조 개선을 통해, 웨이퍼 에지 부분에서의 박막 증착을 억제하므로써 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 균일성을 도모할 수 있는 효과를 가져오게 되며, 나아가 반도체소자 제조 공정의 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 화학기상증착용 반응챔버 내에 설치되며 내부에 히터가 내장되는 히터블록에 있어서;

   상기 히터블록의 직경을 웨이퍼 직경을 벗어난 그 외측 영역으로 확장하는 한편,

   웨이퍼 외측으로 확장된 영역 내에 웨이퍼 가장자리를 냉각시키기 위한 냉각수단인 냉매덕트 및 히터블록 가장자리를 가열하기 위한 수단인 히터가 추가적으로 구비되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매덕트는 웨이퍼 에지 영역을 바로 벗어난 위치의 히터블록 내부에 형성되며,

   상기 냉매덕트 외측에는 웨이퍼에 비해 온도를 높여 웨이퍼 에지부 약액 농도를 낮추므로써 에지부에 대한 박막 증착력을 낮추기 위한 히터가 추가적으로 구비됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 히터블록의 냉매덕트 양측에,

   냉매덕트를 흐르는 냉각수 등의 냉매에 의해 히터블록의 다른 부위의 온도가 저하되는 현상을 방지하기 위해 단열재가 설치됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉매덕트 내부로는 냉각수나 프레온 가스등의 냉매를 유동시키게 됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매덕트가 위치하는 영역의 히터블록 상면에,

   웨이퍼 에지부 외측으로의 반응가스 유도 및 잔류물 배출을 위한 요입홈이 형성됨을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 박막 증착 공정용 히터블록.