KR20020000445A

KR20020000445A - 씨브이디 박막제조장치

Info

Publication number: KR20020000445A
Application number: KR1020000035289A
Authority: KR
Inventors: 엄평용
Original assignee: 엄평용; 주식회사 유진테크
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-05
Also published as: KR100401042B1

Abstract

박막의 균일 특성을 개선하고, 반응 챔버내의 원하지 않는 부분의 생성물 또는 부산물의 형성을 최소화하며, 챔버의 세정 주기를 길게 하고 반도체 소자 제조공정의 제조수율을 개선할 수 있는 개선된 씨브이디 박막제조장치가 고상하게 개시된다. 그러한, 본 발명에 따른 박막제조장치는, 웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 가지는 내부 히팅소자와; 내경이 웨이퍼의 직경보다 크게 형성되며, 프로세스 진행시 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 보장하기 위해, 상기 내부 히터소자보다 보다 수직적으로 높게 형성되고 상기 내부 히팅소자와는 독립적으로 온도콘트롤 되는 외부 히팅소자를 구비한 이중 히터유닛을 포함하는 것을 특징으로 하며, 진공포트의 하부에 설치된 하부 질소가스 주입용 제1노즐과; 질소가스의 분포를 균일하게 하기 위해 질소가스의 주입이 챔버의 하부에서 상부로 되도록 하기 위해 설치된 하부 질소가스 주입용 제2노즐을 더 가지는 구성으로 되어 있다.

Description

씨브이디 박막제조장치{CVD THIN FILM MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은 CVD 박막(thin film)제조장치에 관한 것으로, 특히 CVD 박막 제조 장치의 히터 유닛과 하부 질소가스 노즐의 형성 및 하부 질소가스 콘트롤에 관한 것이다.

통상적으로, 반도체 소자를 제조하는 반도체 제조공정에서의 박막 형성방법은 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition) 법으로 대별되고, 그러한 CVD 박막을 제조하는 CVD장치는 반응을 위한 활성화 에너지를 얻는 방법에 따라 Thermal CVD, PECVD(plasma enhanced cvd)로 나뉘어진다. 또한, 분위기 압력에 따라 APCVD(atmosphere pressure cvd), SACVD(sub- atmosphere cvd,LPCVD(low pressure cvd), HPCVD(high pressure cvd)로 분류된다.

상기한 CVD 박막제조장치에 의해 웨이퍼상에 다양한 재질로써 형성된 CVD 박막은 반도체 DEVICE내에서 다양한 기능 및 역할을 한다. 먼저, 전기전도를 위한 CVD 박막으로서는 폴리실리콘, 금속 (W,CU,TIN,WSix) 배선막이 있고, 레이어(LAYER) 및 배선사이의 절연을 위한 CVD 박막으로서는 SiO2 절연막이 있으며, 배선 형성 전의 평탄화를 위한 CVD 박막으로서는 BPSG(BORON PHOSPHOUS SILICA GLASS) 등의 평탄화막이 있다. 또한, 캐패시터 형성에서의 유전율 증가를 위한 CVD 박막으로서는 Si3N4, Ta2O5, BST, PZT, AL2O3 등의 고유전막이 형성될 수 있으며, 불순물의 침투 및 외부로부터의 충격에 대한 보호를 위한 CVD 박막으로서는 SiON등의 보호막(PASSIVATION FILM)이 형성될 수 있다. 이와 같이 실리콘 웨이퍼 위에 박막을 형성시키는 CVD 박막제조장치에는 여러장의 웨이퍼를 동시에 챔버에 로딩(loading) 시킨 후 한꺼번에 공정을 진행하는 배치 타입(Batch Type)의 제조장치와, 웨이퍼 1장씩 진행하는 싱글웨이퍼 챔버 타입(Single 웨이퍼 챔버 Type)의 제조장치가 알려져 있다.

반도체 소자의 고집적화로 인해 디자인 룰의 축소(SHRINKAGE)는 나날이 가속화 되고 있는데, 현재는 포토리소그래피 공정에서 KrF 광원을 사용하여 0.20 ~ 0.15마이크론의 선 폭을 구현하고 있는 실정이다. 이러한 고집적화는 계속될 것으로 보이며 차세대 광원으로 생각되는 ArF, X-RAY, LASER 등의 기술이 실용화 될 전망이다. 이러한 고집적화로 인해 향후의 제조프로세스는 현재의 노(FURNACE) 방식으로는 디바이스의 품질(QUALITY)를 달성하기 어려울 것으로 전망된다. 현재의 노는 고온에서 장시간(4 ~ 6시간) 웨이퍼를 노출시킴으로써 향후 디바이스에서의 공정 마진을 확보하기 힘들 것으로 생각된다. 그러한 고온 장시간은 불필요한 확산과 불순물의 침입으로 디바이스 내부의 누설전류(LEAKAGE CURRENT)를 유발시켜 디바이스의 전기적 특성을 저하시킬 것임에 틀림없다.

본 분야에서 종래에 개시된 장치들은 박막의 제조시 박막의 균일 특성을 나쁘게 하는 문제점이 있고, 또한 박막형성 방법에 따라 반응 챔버내에 원하지 않는 부분에 반응 생성물 또는 부산물을 형성시키는 문제점이 있었다.

이러한 문제에 기인하여 챔버내의 세정 주기가 짧아지고, 진행중인 기판상에 이물질로 작용하는 등의 반도체 공정상의 수율을 저하시키는 문제가 발생되고 있다. 따라서, 그러한 문제들을 해결할 수 있는 보다 개선된 제조장치가 절실히 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점들을 해결할 수 있는 반도체소자 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 박막의 제조시 박막의 균일 특성을 개선할 수 있는 씨브이디 박막제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응 챔버내에 반응 생성물 또는 부산물이 형성되는 것을 최소화할 수 있는 씨브이디 박막제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 챔버의 세정 주기를 길게 하고 반도체소자 제조공정의 제조수율을 개선할 수 있는 개선된 씨브이디 박막제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적도 장치 구조적인 측면에서의 막특성 균일도를 향상시키기 위한 장치을 제공하고 새로운 공정 진행 방법에 따른 부가적 반응 생성물의 발생을 최소화 시키는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라, 씨브이디 박막제조장치는, 웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 가지는 내부 히팅소자와; 내경이 웨이퍼의 직경보다 크게 형성되며, 프로세스 진행시 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 보장하기 위해, 상기 내부 히터소자보다 보다 수직적으로 높게 형성되고 상기 내부 히팅소자와는 독립적으로 온도콘트롤 되는 외부 히팅소자를 구비한 이중 히터유닛을 포함하는 것을 특징으로 하며, 진공포트의 하부에 설치된 하부 질소가스 주입용 제1노즐과; 질소가스의 분포를 균일하게 하기 위해 질소가스의 주입이 챔버의 하부에서 상부로 되도록 하기 위해 설치된 하부 질소가스 주입용 제2노즐을 더 가진다

도 1은 본 발명에 따른 전체 장치의 구조도.

도 2a, 2b, 2c는 상부 챔버에 관련된 상세도

도 3a,3b, 및 3c는 하부 챔버에 관련된 상세도

도 4a 내지 도 4d는 히터 유닛에 관련된 상세도

도 5a 내지 도 5d는 반응가스 억제용 가스노즐 및 콘트롤에 관련된 상세도

이하에서, 씨브이디 박막제조장치에 대한 본 발명의 바람직한 일 실시예가 상세히 설명된다. 도면들내에서 서로 동일한 부분이나 유사한 부분들은 참조의 편의상 동일 내지 유사한 참조부호로써 부여됨을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 CVD 박막제조 장치의 전체구조를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 프로세스 챔버의 외부 구성은 리모트 플라즈마(remote plasma)유닛(10), 샤워 헤드 유닛(30,40), 챔버 리드(lid) 유닛, 챔버 바디(body)(50), 챔버 무빙(moving) 유닛 등의 5가지 부분으로 나뉜다. 챔버 리드(lid)(202)의 오픈없이 클리닝이 가능하도록 하기 위해 공지의 리모트 플라즈마 클리닝 키트(Remote plasma cleaning kit)(10)가 설치되며, 리모트 플라즈마에 의해 여기된 라디칼(Radical)가스가 가스라인을 따라 유입된다. 챔버 내부의 상부에 웨이퍼 표면에 도달하는 가스의 량을 균일하게 하기 위해 개선된 구조를 가지는 샤워 헤드 유닛(30,40)이 설치된다. 샤워헤드 구성에서, 반응가스는 외부 가스라인으로 부터 1차로 일정한 갯수의 구멍이 형성되어 있는 1차 샤워헤드 (30)의 판을 통과하고, 1차 통과된 가스는 일정한 거리의 간격을 두고 2차의 샤워헤드(40)의 판을 통과 하도록 샤워헤드가 형성된다. 두 샤워헤드 판간의 간격은 공정 균일특성이 최적이 될 수 있는 조건에서 설정되며, 이와 같은 최적의 거리를 만들기 위해서 1차 혹은 2차 둘중의 한 플레이트가 무빙유닛에 의해 이동가능 하게 된다. 여기서, 2차 샤워헤드 판에 형성된 홀의 갯수는 1차 샤워헤드판에 형성된 홀수보다 많은 홀 수를 가지는 것이 바람직하며, 홀 사이즈 또한 다르다. 샤워헤드를 구성하는 재료로서는 순수 알루미늄(pure aluminum), 니켈(Ni), 산화알루미늄(oxidized aluminum), 인코넬(inconel) 등이 될 수 있다.

도면에서, 상부의 챔버 구성은 일정한 형태의 홀을 가지는 두개의 샤워헤드(30,40) 플레이트를 포함한 챔버 리드(lid) 형태로 되어 있다. 샤워헤드 홀을 통하여 반응 가스가 반응 챔버 내부로 유입되어, 하부 웨이퍼 표면에 도달하는 가스의 균일도가 향상된다. 하부 챔버의 구성은 챔버 상단으로부터 일정한 용량을 가지는 원통 수직형으로 되어 있고, 챔버 바닥의 중앙에서 히터가 위치할 부분에는 일정한 형태의 경사진 형태의 홀이 형성되고, 원통 챔버 한쪽으로는 웨이퍼를 로딩/언로딩(Loading/Unloading)시키는 슬릿(Slit)이 형성된다. 챔버 측면으로 챔버 내부의 진공을 유지 시키기 위한 진공 가이드가 설치되며, 상기 슬릿이 형성된 부분의 반대편에 진공 포트가 형성된다. 또한, 챔버 내부 진공을 유지시키기 위하여 내부 진공 플레이트와 외부 진공 플레이트가 각기 설치된다. 내부 진공 플레이트에는 질소가스 슬릿이 설치되며, 하부 질소가스의 압력 및 유량 조절을 위해 슬릿의 사이즈는 다르게 형성되며, 플레이트의 방향은 좌우로 바뀌어 질 수 있다.

히터유닛(90) 하단으로의 반응가스의 유입을 억제 하기 위한 하부 질소가스 노즐(110)이 설치되고, 하부 질소가스의 유로 조절을 위한 내부 진공 플레이트 부에 질소가스 슬릿이 형성되며, 가스의 유로를 방사형으로 형성하기 위한 비대칭(nonsymetrical)형상의 진공 가이드가 설치된다.

히터유닛(90)의 구성에 대하여 설명한다. 히터는 씨브이디 박막의 형성을 위해 필요한 써멀 액티베이션 에너지(thermal activation energy)를 제공하는 열원으로서 외부에서 공급된 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 히팅소자를 포함한다. 상기 히팅소자를 감싸며 발생된 열을 상부로 전달시키는 히터블록은 알루미늄 나이트라이드(AlN),산화알루미늄(Al₂O₃₎등의 세라믹 재질이다. 내부의 온도를 제어하기 위해 온도를 측정할 수 있는 써멀 커플(thermal couple)은 상기 히터내부의 일정 부위에 설치된다. 상기 써멀 커플에 의해 일정 히터 표면온도의 균일도를 최적의 조건으로 형성시킬 수 있도록 내부와 외부 히터부가 2개의 존으로 형성되며, 내부와 외부 각각은 독립적으로 제어된다. 상기 히터의 외곽부의 온도 보상을 하기 위하여 내부와 외부의 히팅소자는 서로 단차를 가진다. 여기서, 외부의 히팅소자의온도가 내부의 경우에 비해 일반적으로 높게 제어되며, 그 설치위치도 약간 상부에 있다. 히터 상부에 웨이퍼가 놓이는 표면을 서셉터(Susceptor)라 할 경우에, 그 서셉터의 구성은, 웨이퍼가 직접 안착되는 서셉터 가이드와 웨이퍼를 움직이게 하는 리프트 핀(100)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 서셉터의 표면은 일정한 패턴으로 요철형상을 가진다. 이는 이송된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해서이다. 또한, 히터 업/다운 유닛이 설치되어 있다. 히터의 상세한 구성은 도 4a 내지 도 4d에서 상세히 설명될 것이다.

하부 질소가스 노즐(110)의 구성에 대하여 설명한다. 먼저, 노즐의 필요성에 대하여 설명한다. CVD 박막의 형성을 위해서 반응가스가 유입되고 화학적 반응이 챔버 내부에서 수행됨에 따라, 원하지 않는 부분에서도 반응 생성물과 부산물이 형성된다. 따라서, 반응가스가 척 히터 하단으로 유입되는 것을 방지하는 것이 필요하다. 히터 외곽부에서 하부 질소가스의 분포를 균일하게 하기 위해, 질소가스 노즐의 주입구 방향을 측면과 하부로 나누어 2단으로 구성한 하부 질소가스 노즐이 형성된다. 하부 질소가스의 분포를 공정에 이용되는 반응가스 및 챔버내 압력에 따라 각 주입구로부터 나오는 질소가스량을 컨트롤 할 수 있도록 하기 위해 챔버 월(wall)에는 질소가스 콘트롤 밸브가 설치된다. 이것에 대한 설명은 도 5a 및 5b를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.

상기한 도 1의 구성설명 중에서, 본 발명에서는 히터 외부에서의 열손실 보상을 위한 히터의 구성 및 반응가스의 하부 흐름을 막으며, 상부에서 반응가스의 균일한 압력을 유지하기 위한 하부 질소가스 노즐의 형성 및 하부 질소가스 컨트롤을 위한 구성에 특징이 있다.

도 2a, 2b, 2c에서, 도 2a는 완성된 상부 챔버의 모양을 3차원의 투시형태로 도시한 것으로 육면체의 챔버 바디(50)의 탑(Top) 부분에 일정한 크기의 가스 샤워 헤드와 가스라인(201)이 부착된 챔버 리드(202)와 케틀(Kettle)형의 챔버 내부의 형태가 도시되고, 그 하부에 히터가 놓일 홀 부분(203)이 나타나 있다. 도 2b는 상부 챔버 상부 평면도로서 케틀형의 챔버 내부 월(52)과, 일정한 형태의 홀을 가진 1,2차 샤워헤드(30,40), 그리고 외부로 부터 유입되는 가스라인(201)이 도시되어 있다. 샤워헤드(30,40)에 형성되어 있는 홀의 갯수와 홀의 지름 및 홀의 배열 형태는 공정 균일특성을 개선 시킬 수 있는 형태의 홀 사이즈와 개수로 구성하되 증착 하고자 하는 CVD 박막의 특성에 따라 1차 및 2차 샤워헤드의 형태를 다르게 한다. 챔버 리드(202)를 통과하여 샤워 헤드 상단에 연결된 가스라인(201)은 챔버 내부에 가스를 공급하는 역할을 한다. 도 2c는 챔버 상부에 위치한 챔버 리드(202)단면을 도시한 것이다. 두 샤워헤드 간의 간격은 공정 균일 특성이 최적이 될 수 있는 조건에서 최적 거리로 형성시키며, 이와 같은 최적의 거리를 만들기 위해서 1차 혹은 2차 둘 중의 한 플레이트가 이동되게 한다. 여기서, 상기 샤워헤드의 재질은 니켈 이되, 증착시키고자 하는 CVD 막질, 또는 리모트 플라즈마 클리닝 가스의 종류에 따라 적당한 타의 재료로도 구현할 수 있다. 상기한 도면들에서 보여지는 바와 같은 원통형의 챔버 월과 샤워헤드를 이용할 경우 웨이퍼 표면에 도달 할 때까지의 챔버 내에 유입된 반응 가스들의 흐름은 직진 혹은 케틀 커버 월(Kettle Cover wall)형태의 방사형으로 되어, 웨이퍼 표면에서의 균일도를 크게 개선시킨다. 따라서, 증착되는 박막은 균일한 특성을 가지며, 박막의 스토이치오메트릭(Stoichiometeric)측면이 우수하게 된다.

도 3a,3b, 및 3c는 하부 챔버의 3차원도, 평면도 그리고 단면도를 도시한 것으로서, 도 3a에서 챔버 상단에 진공 실링(Sealing)을 유지 시켜 주기 위한 오-링(O-RING)이 들어갈 홈(300)이 형성되어 있는 것이 보여진다. 챔버 상단으로부터 일정한 용량을 가지는 케틀형 챔버 월(52)이 형성되고, 챔버 바닥(304)의 중앙 부분은 일정 높이에서 바닥까지는 일정한 각을 가지는 테이퍼 형태로 경사지게 형성된 탭핑 챔버 월(303)이 형성된다. 열원이 되는 히터가 위치할 부분에 일정한 형태의 경사진 홀(305)이 형성되고, 원통 챔버 한쪽으로는 웨이퍼를 로딩/언로딩 시킬 수 있는 슬롯 밸브를 설치하기 위한 슬롯(301)이 형성된다. 상기 슬롯(301)의 반대편에는 진공 가이트와 연계시켜 챔버 내부의 일정 압력을 유지하기 위한 진공 포트(302)가 마련된다. 도 3b는 챔버 리드로부터 아래로 본 평면도를 도시한 것으로, 일정 압력(pressure)을 유지하기 위해 펌프와 연결되는 진공 포트(302)의 위치가 나타난다. 또한, 진공 포트(302)의 맞은 편에 웨이퍼 인/아웃을 위한 슬롯 밸브(301-1)의 위치가 보여지며, 샤워 헤드를 통해 균일하게 나온 가스 및 부산물 등의 유로를 위한 진공 가이드(302-1)가 나타나 있다. 챔버 하부 바닥에 경사진 홀(305)에는 히터가 놓여지며, 진공 가이드(302-1)는 웨이퍼가 놓이는 히터부의 위치와 방사형의 유로를 형성시키며 챔버 내부의 균일한 압력을 유지시켜 균일 특성개선을 위해 설치된다. 도 3c는 상기 챔버의 하부 단면을 도시한 것으로서, 웨이퍼를 로딩/언로딩 하는 로드/언로드 부(301-2), 챔버 내부의 전체적 압력을 안정적으로 유지하며 진공 포트로의 유로를 위한 진공 가이드 라인(302-1), 히터의 상하 이동 및 챔버 외부와의 격리를 위한 벨로우즈 부(120-1), 진공 포트(302)가 나타난다.

도 4a 내지 도 4d는 히터 유닛의 상세를 보인 것이다. 도 4a는 히터 유닛의 단면도로서, 내부 히팅소자(401)는 웨이퍼 크기 보다 약간 작은 정도의 직경(Diameter)를 가진다. 히터 블록(405)의 외부는 챔버 월(303)과 가깝게 있기 때문에 열 손실이 크다. 그러므로 이를 보상하여 웨이퍼 표면의 온도를 균일하게 유지 시켜주기 위해서 내부 히팅소자(401)와 함께 열원을 제공하는 외부 히팅소자(402)가 마련된다. 상기 외부 히팅소자(402)는 히터 외곽부의 온도를 독립적으로 제어 하며, 그 재질은 몰리브덴(Mo) 혹은 세라믹(ceramic)이다. 상기 히팅소자를 감싸고 히팅소자에서 발생된 열을 상부 서셉터(400)로 열을 전달시킬 수 있는 전체 히터블록(405)은 알루미늄 나이트라이드(Aluminum Nitride)등의 세라믹 재질로 이루어진다. 웨이퍼를 히터 상부에 로딩/언로딩 시키는 리프트 핀 홀(406)이 도면에서 보여지며, 리프트 핀(Lift Pin)의 재질은 산화알루미나 등의 세라믹 재질로 형성된다. 내부의 온도를 제어할 수 있도록 온도를 측정하는 써멀 커플(thermal couple)(403,404)이 내부의 중앙과 외부의 에지에 설치된다.

도 4b는 내부 히팅소자(401)의 히터를 평면으로 도시한 것으로, 내부 히터의 최대 외경은 웨이퍼의 직경(409)보다 약간 작게 되어 있다. 도 4c는 외부 히팅소자(402)의 히터를 평면으로 도시한 것으로, 최소의 내경에 웨이퍼의 직경(409)보다 크게 되어있다. 외부 히터의 특징은 균일성을 확보하는 조건에서 내부히터의 외부와 외부히터의 내부 직경 사이의 거리를 최적화시켜 내부 히터에 의한 외부 히터의 온도 영향을 최소화하는 것이 바람직하다. 챔버 월(303)의 가까운 부분부터 발생되는 히터 열손실은 상기한 외부 히팅소자(402)의 설치에 의해 보상되므로, 프로세스 진행시 웨이퍼 표면의 온도 균일성이 최적으로 보장되는 것이다. 도 4d는 히터의 평면도 및 중심 축에서 본 히팅소자의 단면을 도시한 것이다. 단면을 참조시 외부 히터의 열 손실을 최소화하기 위하여 외부 히터의 히팅소자를 내부 히터의 히팅 소자보다 약간 높게 설치된 것이 나타난다. 그럼에 의해 같은 온도에서 실제 외부 히터 상부와 그 부분에서 웨이퍼가 받는 온도를 상승시키는 효과가 있다. 히터의 온도 범위는 약 300℃에서 850℃ 까지로 제어된다.

본 실시예에서는 히터의 외곽부의 열손실로 인한 외부 히터의 열효율을 향상시키고, 히터의 외곽부의 열보상을 위한 내부와 외부 히터의 온도 편차를 감소시켜 내부 써멀 커플의 온도 센싱의 오류를 방지하고 있다. 실제 웨이퍼 상의 온도 분포는 챔버 월을 통한 열손실로 외곽부의 온도가 다른 부분에 비해 낮게 나타난다. 이를 해결하기 위하여 본 장치에 따른 히터는 내부와 외부 히터 두 부분으로 구성되고 독립적으로 콘트롤 되어진다.

도 5a 내지 5c는 하부 질소가스 노즐 및 챔버하부에 균일한 하부 질소가스 분포를 위한 하부 질소가스 콘트롤 밸브의 확대도 및 콘트롤 서클 플레이트의 중심축에서 자른 평면도를 도시하고 있다.

도 5a에서, 하부 질소가스 노즐의 단면도와 평면도가 보여진다. 두개의 하부 질소가스 노즐과 웨이퍼의 인/아웃시 리프트 핀을 지지하는 리프트 플레이트와 하부 질소가스 노즐이 도시된다. 반응물의 형성은 웨이퍼 위에서만 일어나는 것이 원하는 바로서 이상적이지만, 이외의 곳에서도 반응은 일어나며 또한 원하지 않는 부산물 등이 생성된다. 이는 공정상의 파티클(Particle)로 작용하게 된다. 이러한 이유로 반응가스가 히터의 하부로 내려 오는 것을 막을 목적으로 하부 질소가스 노즐이 설치된다. 하부 질소가스 노즐은 두개로 구성되며, 상부의 노즐이 하부의 노즐보다 많은 수의 홀을 가진다. 히터와 내부 플레이트 사이로 반응가스가 하부로 내려오는 것을 방지하기 위해 히터의 외곽부로 하부 질소가스 노즐의 홀을 형성하였다.

종래의 장치 하부는 구조상 비대칭한 형상으로 진공 포트와 하부 질소가스 주입구 방향이 같은 쪽에 있고, 진공 포트 자체가 슬롯 밸브 반대 방향 측면에 구성되어 있어 하부 질소가스 분포는 하부 질소가스 주입구 반대방향에 높은 상태로 불균일하게 구성된다. 하부의 하부 질소가스의 분포는 반응가스 종류에 따라, 프로세스 스텝별 압력에 따라 그리고 장치 구조의 형상에 따라 달라진다. 하부 질소가스의 불균일성은 상부 반응에도 영향을 주어, 공정 균일성 확보를 어렵게 하였다.

그러한 문제를 해결하기 위해 하부 질소가스 주입구(노즐)를 진공 포트 바로 아래 쪽에 위치해 있는 것에 더하여, 하부 질소가스 주입 방향을 밑에서 위로 향하게 하는 것을 추가하여 두 방향으로 구성한다. 각 주입구로 흘러 들어오는 량의 비를 조절하기 위해 하부 질소가스 콘트롤 밸브가 형성된다. 각 주입구 별로 나오는 질소가스량의 비는 반응가스의 종류, 프로세스 압력, 프로세스 스텝에 따라 공정의 균일성을 확보하는 차원에서 다르게 하며, 하부 질소가스 노즐의 형상과 하부 질소가스주입 방향 및 진공 가이드 라인 형상의 변화 및 내부 플레이트의 질소가스 슬릿 홀 사이즈의 변화에 따라 다르게 가져간다. 그러한 조절을 하부 질소가스 콘트롤 밸브를 이용하여 조절하는 것이다.

도 5b는 주입구로 들어오는 하부 질소가스의 량을 조절하는 하부 질소가스 콘트롤 밸브를 확대한 것이다. 하부 질소가스 주입구는 측면 주입구와 하부 주입구로 두 개가 형성되고, 두개의 주입구를 통해 흐르는 량의 비를 조절하거나 주입의 방향을 전환시키는 것을 가능하게 하는 콘트롤 서어클 플레이트가 보인다. 상기 콘트롤 서어클 플레이트는 그 중심을 축으로 하여 A에서 B를 거쳐 C까지 회전가능하게 된다. 도면에서 보여지는 바와 같이 A지점에 콘트롤 서어클 플레이트가 위치하면 하부 방향으로 질소가스가 흘러 진공 포트쪽에 많이 분포되며, B지점에 위치하면 양쪽 방향에 하부 질소가스가 50:50으로 분포되고, C지점에 위치하면 측면 방향으로 하부 질소가스가 흘러 진공 포트 반대 방향인 슬롯 밸브쪽으로 많이 분포된다. A~B의 범위에서 콘트롤 서어클 플레이트가 놓여지게 하여 각 방향으로 주입되는 량의 비를 제어하는 것이 좋다. 이는 프로세스 스텝에 따른 가스의 종류 및 압력의 변화, 공정의 변화에 따라 최적의 균일한 분포를 가능하게 한다. 또한, 반응가스의 종류별, 공정 프로세스 스텝별, 프로세스 압력별 분위기에 따라 공정균일성을 확보할 수 있게 해준다.

도 5c는 하부 질소가스 콘트롤 밸브의 평면도로서, 하부 질소가스 콘트롤 밸브를 상기 콘트롤 서어클 플레이트의 중심축을 따라 자른 것이다. 각기 보여지는 A,B,C는 도 5b에서 나타낸 A,B,C에 대응되어 일치한다. 콘트롤 서어클 플레이트는원판으로 형성되어 있고, 회전 가능토록 하기 위해 외부의 모터와 연결하기 위한 연결 나사가 설치된다. 상기 연결나사는 서어클 플레이트 내부에 고정되어 있으며, 회전 동력을 얻기 위해서는 적절한 모터가 선택되어야 한다. 한 방향만으로 주입을 위해 A와 C에 콘트롤 서어클 플레이트가 왔을 때 실링(sealing)이 가능하도록 콘트롤 서어클 플레이트의 외곽부에 앞뒷면으로 오-링이 삽입된다. 따라서, 상기한 구성에 의해 하부 질소가스의 불균일한 분포가 해결된다.

원하는 CVD 박막의 제조시에 1가지 종류의 반응가스를 이용할 경우에는 통상적으로 상부의 샤워헤드를 통해서 반응가스를 유입시킨다. 이에 대한 프로세스 구현의 실시 예는 다음과 같이 두가지로 나뉘어 질 수 있다. 먼저, 첫째는 실란(SiH₄)가스 혹은 Si₂H₆가스를 유입 시켜 챔버내의 반응 온도를 450℃ 내지 650℃의 온도 범위에서 반응 시키는 경우이다. 그러면 LPCVD 공정에 의한 아몰퍼스 실리콘(a-Silicon) 혹은 폴리 실리콘(Polycrystalline Silicon)막(film)을 증착시킬 수 있다. 둘째는, SiH₄가스 혹은 Si₂H₆가스를 유입 시켜 챔버 내의 반응 온도를 450℃ 내지 650℃의 온도 범위에서 하고, 압력을 10E-5 토르(Torr)이하로 제어하면 선택적인 반구형 실리콘 그레인(Selective Hemispherical Silicon Grain)을 형성할 수 있다.

2가지 종류 이상의 반응 가스를 이용하여 CVD 박막을 형성시킬 경우 1차 반응 가스를 먼저 유입시키거나 혹은 2가지 종류 가스를 동시에 유입시키는 공정을 이용하여 박막을 형성시킬 수 있는데, 이에 대한 프로세스 구현의 실시 예는 다음과 같이 7가지 경우로 나뉘어 질 수 있다. 첫째는 질화막(Si₃N₄) 박막 증착시 NH₃가스와 SiH₂Cl₂가스를 이용하여 질화막을 형성시킬 경우이다. 이 경우에는 N₂O가스를 먼저 챔버내로 유입 시킨 후, 연속적으로 2종류 가스를 유입시켜 500℃ 에서 800℃ 온도범위와 300 토르 이하의 압력범위에서 질화막을 형성한다. 둘째로, 질화막 증착시 NH₃가스와 SiH₄가스를 이용하여 질화막을 형성시킬 경우 N₂O가스를 먼저 유입 시킨 다음 2 종류 가스를 동시에 유입시키고, 500℃ 에서 800℃온도범위와 300 토르 Torr 이하의 압력범위에서 질화막을 형성하는 경우이다. 셋째로는 질화막의 증착시 NH₃가스와 SiCl₄를 이용하여 형성시킬 경우 N₂O가스를 먼저 유입 시킨 다음, 2종류 가스 NH₃gas와 SiCl₄를 동시에 유입시키고, 500℃ 에서 800℃온도범위와 300 토르 이하의 압력범위에서 질화막을 형성하는 것이다. 넷째로, 질화막의 형성시 NH₃가스와 SiCl₆를 이용하여 형성할 경우 N₂O가스를 먼저 유입 시킨 다음 연속적으로 2 종류 가스 NH₃gas와 SiCl₆를 동시에 유입시키고, 500℃ 에서 800℃온도범위와 300 토르이하의 압력범위에서 형성하는 경우이다. 다섯째로, 산화막(SiO2)의 증착시 N₂O가스와 SiH₄를 이용하여 산화막을 형성시킬 경우, N₂O가스를 먼저 유입 시킨 다음 연속적으로 2 종류가스 O₂Gas와 SiH₄를 동시에 유입시키고, 300℃ 에서 800℃온도범위와 300 토르 이하의 압력범위에서 산화막을 형성하는 경우이다. 여섯째로, 산화막의 증착시 N₂O가스와 SiH₂Cl₂를 이용하여 형성시킬 경우 N₂O가스를먼저 유입 시킨 다음 연속적으로 2 종류 Gas 즉, N₂O가스와 SiH₂Cl₂를 동시에 유입시키고, 300℃에서 800℃온도범위와 300 토르 이하의 압력범위에서 산화막을 형성한다. 일곱째로, N₂O가스와 SiH₄를 이용하여 산화막을 형성시킬 경우 N₂O가스를 먼저 유입 시킨 다음 연속적으로 2 종류 가스 즉, N₂O가스와 SiH₄를 동시에 유입시키고, 300℃ 에서 800℃온도범위와 300 토르 이하의 압력범위에서 산화막을 형성한다.

3가지 종류 이상의 반응 가스를 유입시켜 CVD 박막을 형성시킬 경우 1가지 혹은 두가지 가스를 먼저 유입시킨 후 나머지 가스를 유입시켜 형성시킨다. 이를 이용하면 종래의 장치에서 문제되는 프로세스 인듀스드 파티클(Induced particle )이 감소되고, 프로세스 가스의 흐름이 개선되는 공정특성을 가지게 되어 프로세스 균일성(Uniformity)을 대폭적으로 개선한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 따라 설명되고 예를들어 한정되었지만 사안에 따라 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 있어 여러 가지 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

상기한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 원통형의 챔버 월과 샤워헤드를 이용할 경우 챔버 내에 유입된 반응 가스의 흐름을 균일하게 되어 박막의 균일 특성 및 증착박막의 특성이 개선되고, 또한, 웨이퍼 내에서 패턴이 없는 플레너 대비 패턴 밀도에 따라 증착된 두께 차이가 다른 웨이퍼 로딩 효과(Loading Effect)가 개선되는 효과가 있다.

둘째, 히터의 설계를 이중으로 함으로써 챔버 월로부터 손실되는 열을 보상시켜 주어 웨이퍼 표면의 온도 균일도를 향상시킴에 의해 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 특성과 증착박막의 균일성을 개선하는 효과가 있다.

셋째, 외부 히터의 열 손실을 최소화하기 위하여 외부 히터의 히팅소자를 내부 히터의 히팅소자보다 높게 설치 하여 실제 외곽부의 히터와 웨이퍼가 받는 온도를 높이는 효과가 있다. 그럼에 의해 회부 히터의 열보상을 위한 내부와 외부간의 온도 차를 감소시켜 내부 써멀 커플의 온도 제어를 안정적으로 행할 수 있게 된다.

넷째, 하부 질소가스의 유입에 의해 히터 하단부로의 반응성 가스의 유입을 억제하여 챔버내에서 움직이는 부분들에 대한 반응물의 생성을 최소화하여, 부산물의 발생을 막아 챔버의 세정 주기를 크게 연장시키는 효과를 갖는다.

다섯째, 하부 질소가스의 주입 방향을 변화시켜 진공 포트와 질소가스 주입 방향이 같은 쪽에 있음에 따라 발생된 하부 질소가스의 불균일한 분포 문제를 해결하는 효과가 있다.

여섯째, 하부 질소가스를 콘트롤 하는 콘트롤 밸브를 설치하여 각 주입구에서 나오는 량을 용이하게 조절할 수 있도록 함에 의해 반응가스의 종류, 공정 프로세스 스텝, 프로세스 압력, 공정별 분위기에 따른 공정 균일성의 확보가 최적으로 보장되게 하는 효과가 있다.

Claims

웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 가지는 내부 히팅소자와;

내경이 웨이퍼의 직경보다 크게 형성되며, 프로세스 진행시 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 보장하기 위해, 상기 내부 히터소자보다 보다 수직적으로 높게 형성되고 상기 내부 히팅소자와는 독립적으로 온도콘트롤 되는 외부 히팅소자를 구비한 이중 히터유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.
제1항에 있어서, 상기 외부 히팅소자의 히터를 수용하는 재질은 몰리브덴 또는 세라믹중의 하나로 형성됨을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.
제1항에 있어서, 상기 장치의 진공포트의 하부에 설치된 하부 질소가스 주입용 제1노즐과;

질소가스의 분포를 균일하게 하기 위해 질소가스의 주입이 챔버의 하부에서 상부로 되도록 하기 위해 설치된 하부 질소가스 주입용 제2노즐을 더 가짐을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.
제3항에 있어서, 상기 제1노즐에 형성된 홀의 수는 상기 제2노즐에 형성된 홀의 수보다 많음을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.
제3항에 있어서, 상기 제1,2노즐에는 각 방향에서 주입되는 가스의 량을 조절하기 위한 콘트롤 밸브가 설치됨을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.
원통 수직형의 챔버내에 반응가스를 1차적으로 통과시키는 플레이트를 가지는 1차 샤워헤드와, 상기 1차 샤워헤드에서 제공되는 반응가스를 일정한 간격을 두고 2차로 통과시키는 플레이트를 가지는 2차 샤워헤드로 이루어진 무빙가능한 샤워헤드부와;

웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 가지는 내부 히팅소자와, 내경이 웨이퍼의 직경보다 크게 형성되며, 프로세스 진행시 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 보장하기 위해, 상기 내부 히터소자보다 보다 수직적으로 높게 형성되고 상기 내부 히팅소자와는 독립적으로 온도콘트롤 되는 외부 히팅소자를 구비한 이중 히터유닛과;

진공포트의 하부에 설치된 하부 질소가스 주입용 제1노즐과, 질소가스의 분포를 균일하게 하기 위해 질소가스의 주입이 챔버의 하부에서 상부로 되도록 하기 위해 설치된 하부 질소가스 주입용 제2노즐로 이루어진 주입노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨브이디 박막제조장치.