KR20020003011A - 일체형 서셉터를 구비하는 화학 기상 증착 챔버 - Google Patents

Abstract

일체형 서셉터를 구비하는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 챔버에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 웨이퍼 로딩면을 구비하는 서셉터와 상기 웨이퍼 로딩면과 대향하는 분산 헤드와 상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 반대쪽과 대향하는 히터를 구비하는 CVD챔버에서, 상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 둘레는 상기 웨이퍼 로딩면과 동일한 온도로 유지되고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 CVD챔버를 제공한다. 따라서, 웨이퍼 가공 공정 동안에 웨이퍼 로딩면 뿐만 아니라 그 둘레를 동일한 온도로 유지할 수 있으므로, 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 두께로 물질막을 형성하면서 웨이퍼 로딩면 둘레에 파우더성 물질이 적층되는 것은 방지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼가 파우더성 물질에 의해 역 오염되는 것을 방지할 수 있고, 챔버내 설비의 PM주기를 길게 가져갈 수도 있으며, PM률도 낮출 수 있다.

Description

일체형 서셉터를 구비하는 화학 기상 증착 챔버{Chemical Vapor Deposition apparatus comprising a united susceptor}

본 발명은 반도체 장치의 제조에 사용되는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 함) 챔버에 관한 것으로서, 자세하게는 일체형 서셉터를 구비하는 CVD 챔버에 관한 것이다.

박막 증착 공정이나 식각 공정 등과 같은 웨이퍼 가공 공정에서 챔버 내부 설비는 공정 중에 발생되는 반응 부산물에 의해서 뿐만 아니라 챔버에 공급되는 소오스 가스에 의해서도 오염된다.

소오스 가스에 의한 오염의 경우, 소오스 가스 공급 방식보다는 챔버내에 구비된 설비의 특성에 의해 오염 정도가 달라진다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 CVD챔버, 예컨대 상압 화학 기상 증착(Atmospherical Pressure CVD, 이하 APCVD라 함) 챔버(10)는 내부에 웨이퍼 로딩면(12a)을 갖는 서셉터(12)가 구비되어 있고, 그 아래에는 웨이퍼 전면에 소오스 가스를 공급하는 분산 헤드(14)가, 그 위에는 상기 서셉터(12)를 공정에 알맞은 온도까지 가열하는 히터(16)가 각각 구비되어 있다. 또, 상기 서셉터(12)의 웨이퍼 로딩면(12a) 둘레에는 분산 헤드(14)로부터 공급되는 소오스 가스가 서셉터(12) 뒤로 플로우되는 것을 방지하기 위한 가이드 링(18)이 구비되어 있다.

도 2는 BPSG막 증착 공정이 진행되는 동안 상기 서셉터(12) 상에 로딩된 웨이퍼의 온도 분포도이다. 도 2에서 가로 축 및 세로 축은 각각 온도 측정 위치 및 그 위치에서 측정된 온도를 나타낸다. 가로축의 온도 측정 위치는 웨이퍼의 중심을0으로 하고, 위치 변화는 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리를 향하는 선택된 어느 한 방향일 때 양(+)으로, 이와 반대되는 방향일 때 음(-)으로 설정한 것이다. 또, 참조부호 W는 웨이퍼 구간을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼의 중심 및 그에 가까운 영역의 온도는 380℃∼430℃ 정도이나, 웨이퍼의 가장 자리 온도는 이 보다 50℃정도 낮다. 이러한 결과는 공정 동안에 상기 서셉터(12)의 온도가 공정에 알맞은 온도로 유지되는 반면, 상기 가이드 링(18)의 온도는 상대적으로 낮아서 가이드 링(18)과 접하는 상기 서셉터(12)의 가장자리 온도는 중심 온도보다 낮게된다. 이것은 웨이퍼의 가장자리 온도가 웨이퍼 중심 및 그에 가까운 영역의 온도보다 낮다는 것을 의미한다. 이와 같이, 웨이퍼의 온도 분포가 균일하지 않으므로, 웨이퍼 전 영역에 걸쳐 균일한 두께의 물질막을 형성하기 어렵게 된다.

도 3은 챔버내에 유입되는 소오스 가스의 흐름을 나타낸 단면도이다. 도 3에서 제1 내지 제3 화살표(A1, A2, A3)는 각각 분산 헤드(14)로부터 분사되는 소오스 가스, 웨이퍼 로딩면(12a) 및 가이드 링(18)을 순차적으로 거쳐 배기되는 소오스 가스 및 분산 헤드(14)의 측면을 따라 아래로 배기되는 소오스 가스를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 분산 헤드(14)를 통해 챔버 내부로 유입되는 소오스 가스는 서셉터(12)의 웨이퍼 로딩면(12a)을 향해 분사되는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 로딩면(12a)에 웨이퍼가 로딩되어 있는 경우, 소오스 가스는 웨이퍼와 먼저 접촉하게 되고, 이어서 가이드 링(18)과 접촉하게 된다.

그런데, 상기한 바와 같이, 가이드 링(18)의 온도는 상기 웨이퍼로딩면(12a)의 온도에 비해 상대적으로 낮다. 따라서, 웨이퍼와 반응되지 않은 소오스 가스는 가이드 링(18)과 접촉되면서 급속히 냉각되게 된다. 이러한 냉각 효과에 의해 소오스 가스는 가이드 링(18) 표면에 부착된다. 소오스 가스가 가이드 링(18)에 누적되면서 가이드 링(18) 표면에 파우더(powder)성 물질이 적층된다.

본 발명자는 이와 같은 파우더성 물질이 가이드 링(18) 표면에 적층되는 것이 가이드 링(18)의 재질 상의 문제인가를 확인하기 위하여 가이드 링(18)을 통상의 석영(quartz) 대신 실리콘 카바이드(SiC)로 형성하였으나, 그 표면에 파우더성 물질이 적층되는 것은 불변하였다.

이러한 결과는 가이드 링(18) 표면에 파우더성 물질이 적층되는 것이 가이드 링(18)의 재질 상의 문제가 아니라 온도와 소오스 가스의 흐름과 관련되어 있다는 것을 보여준다.

가이드 링(18) 표면에 적층되는 파우더성 물질은 웨이퍼 가공 공정에서 파티클로 작용하여 웨이퍼를 오염시키기 때문에 제거하는 것이 바람직한데, 이것은 예기치 않은 작업이어서 결과적으로 챔버내에 구비된 부품의 사전 예방 정비(Preventive Maintenance, 이하 PM이라 함) 주기를 짧게 하고, 정해진 시간(통상 24시간)중에서 PM에 소요되는 시간, 즉 PM률도 증가시킨다. 따라서, 생산성이 낮아진다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 웨이퍼 전면에 균일한 두께의 물질막을 형성할 수있게 하고 웨이퍼 가공 공정 동안에 챔버 내부 설비에 파우더성 물질이 적층되는 것을 방지할 수 있게 하는 CVD챔버를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 화학 기상 증착 챔버의 개략적 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 화학 기상 증착 챔버에 로딩된 웨이퍼의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.

도 3은 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 화학 기상 증착 챔버내의 소오스 가스 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 일체형 서셉터를 구비하는 화학 기상 증착 챔버의 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 일체형 서셉터를 구비하는 화학 기상 증착 챔버에 로딩한 웨이퍼의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

38:화학 기상 증착 챔버. 40:서셉터(susceptor).

42:분산 헤드. 44:히터.

40a:웨이퍼 로딩면. 40b:경사면.

θ:경사각.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼 로딩면을 구비하는 서셉터와 상기 웨이퍼 로딩면과 대향하는 분산 헤드와 상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 반대쪽과 대향하는 히터를 구비하는 CVD챔버에 있어서, 상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 둘레는 상기 웨이퍼 로딩면과 동일한 온도로 유지되고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 CVD챔버를 제공한다.

이때, 상기 웨이퍼 로딩면 둘레의 경사져 있는 부분은 상기 서셉터의 일부로써 상기 웨이퍼 로딩면 및 상기 서셉터의 가장자리와 연결되어 있으며, 서셉터의 웨이퍼 로딩면 둘레는 20°∼45°로 경사져 있다.

이와 같이, 본 발명의 CVD챔버는 종래의 가이드 링 역할을 겸하는 일체화된 서셉터를 구비한다. 따라서, 웨이퍼 가공 공정 동안에 웨이퍼 로딩면 뿐만 아니라 그 둘레를 동일한 온도로 유지할 수 있으므로, 웨이퍼 로딩면 둘레에 파우더성 물질이 적층되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼가 파우더성 물질에 의해 역 오염되는 것을 방지할 수 있고, 챔버내 설비의 PM주기를 길게 가져갈 수 있고, PM률도 낮아진다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 일체형 서셉터를 구비하는 CVD챔버를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해과장되게 도시된 것이다. 또한, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 4를 참조하면, CVD 챔버(38)내에 서셉터(40)가 구비되어 있다. 상기 서셉터(40)는 일체형 서셉터이다. 즉, 그 자체에 종래의 가이드 링 역할을 하는 수단이 구비되어 있다. 상기 서셉터(40) 아래에 소오스 가스를 분사 시키는 분산 헤드(42)가 구비되어 있다. 상기 서셉터(40)의 상기 분산 헤드(42)와 대향하는 면에 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 로딩면(40a)이 형성되어 있다. 상기 서셉터(40)의 상기 웨이퍼 로딩면(40a) 둘레에 서셉터(40)의 가장자리와 연결되는 경사면(40b)이 형성되어 있다. 상기 경사면(40b)의 경사각(θ)은 상기 웨이퍼 로딩면(40a)에 대해 20°∼45°정도이다. 상기 경사면(40b)이 종래의 가이드 링 역할을 하는 수단이다. 즉, 상기 서셉터(40)의 웨이퍼 로딩면(40a) 바깥쪽으로 분사되는 소오스 가스는 상기 경사면(40b)에 의해 웨이퍼 로딩면(40a) 뒤쪽으로 플로우 되는 것이 방지된다. 상기 경사면(40b)은 도면에서 보듯이 서셉터(40)의 가장자리 뿐만 아니라 상기 웨이퍼 로딩면(40a)과도 연결되어 있다. 이와 같이, 상기 경사면(40b)은 서셉터와 분리되어 있는 것이 아니라 서셉터(40)와 일체가 되어 있다. 이러한 이유에서 본 발명의 서셉터를 일체형 서셉터라 칭하는 것이다.

계속하면, 상기 서셉터(40) 위에 히터(44)가 구비되어 있다. 상기 히터(44)는 상기 서셉터(40)의 웨이퍼 로딩면의 반대쪽에 있는 면을 통해 서셉터(40)를 가열하는 역할을 한다. 상기 서셉터(40)는 일체형이므로, 서셉터(40)의 전 영역은 동일한 온도로 가열된다. 즉, 웨이퍼 로딩면(40a)만 아니라 상기 경사면(40b)도 동일한 온도로 가열된다.

따라서, 상기 서셉터(40)의 웨이퍼 로딩면(40a) 상에 로딩되는 웨이퍼의 온도 분포는 도 5에 도시한 시뮬레이션 결과에서 보듯이 웨이퍼의 전 영역에 걸쳐 균일함을 알 수 있다. 도 5에 도시한 결과는 웨이퍼 뒷면으로부터 1mm정도 이격된 위치에서 측정한 온도 분포이므로, 웨이퍼의 온도 분포로 간주해도 무방하다.

도 5에서 가로 축은 온도 측정 위치를, 세로 축은 위치에 따른 온도를 나타낸다. 온도 측정 위치는 웨이퍼 중심에서 0으로 하고, 위치 변화는 웨이퍼 중심에서 가장 자리를 향하는 선택된 어느 한 방향을 따르는 경우 양(+)으로, 웨이퍼 중심에서 선택된 방향과 반대 방향을 따르는 경우 음(-)으로 하였다. 도면에서 참조부호 W1은 웨이퍼 구간을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 웨이퍼의 온도 분포는 영역 구분없이 380℃∼430℃내에서 균일하다. 웨이퍼를 벗어난 영역에서 온도 분포는 급락하는 것으로 나타나는데, 이 것은 웨이퍼 로딩면(44a) 둘레의 경사면(44b)이 웨이퍼 로딩면(44a)이 속하는 평면으로부터 이격되어 있기 때문이다. 따라서, 상기 경사면(44b)의 표면에서 측정한 온도 분포는 상기 웨이퍼의 온도 분포와 동일한 분포를 나타낼 것이다.

이와 같이, 상기 일체형 서셉터(40)를 사용하는 경우, 웨이퍼의 온도 분포는 전 영역에 걸쳐 균일해지므로, 웨이퍼 전 영역에 걸쳐 균일한 두께의 물질막을 형성할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하고 웨이퍼 로딩면(40a) 상에 웨이퍼가 로딩되어 있다 하면, 분산 헤드(42)로부터 분사되는 소오스 가스는 먼저 웨이퍼 로딩면(40a)을 향하므로, 그 위에 로딩된 웨이퍼와 반응하게 된다. 웨이퍼와 미처 반응하지 못한 소오스 가스는 웨이퍼 바깥으로 배기되거나 분산 헤드(42)이 측면을 따라 뒤로 배기된다. 이 과정에서, 소오스 가스와 상기 경사면(40b)은 반응하게 되는데, 상기 경사면(40b)은 상기 일체화된 서셉터(40)의 일부분이어서 그 온도는 상기 웨이퍼 로딩면(40a)과 동일하다. 예컨대, 상기 경사면(40b)의 온도는 400℃이다. 따라서, 상기 경사면(40b) 상에 상기 웨이퍼 로딩면(40a)과 마찬가지로 물질막, 예컨대 BPSG막이 형성되기는 하지만, 종래 기술의 문제점으로 지적된 웨이퍼 로딩면과 그 둘레에 있는 부재 사이의 온도차에 기인한 소오스 가스의 냉각으로 웨이퍼 로딩면 둘레에 파우더성 물질이 적층되는 것은 방지할 수 있다.

본 발명자는 상기 웨이퍼 로딩면(40a) 둘레의 경사면(40b)에 증착되는 비 파우더성 물질막이 물질막 형성 공정에 어떠한 영향을 미칠 것을 염려하였으나, 상기 서셉터(40)의 세정 주기까지 상기 경사면(40b) 상에 증착된 물질막으로 인한 영향은 나타나지 않았다.

이것은 상기 서셉터(40)의 세정 주기까지 상기 경사면(40b) 상에 파우더성 물질이 적층되지 않았음을 의미한다. 또, 이것은 PM률이 낮아짐을 의미한다.

구체적으로, 종래의 CVD챔버에서 가이드 링의 세정 주기는 일반적으로 서셉터의 세정 주기에 비해 훨씬 짧은데, 상기 '서셉터(40)의 세정 주기까지 상기 경사면(40b) 상에 증착된 물질막으로 인한 영향은 나타나지 않았다'는 결과는 본 발명에 의한 서셉터(40)를 이용하는 경우, 종래의 가이드 링의 세정 주기를 서셉터의 세정 주기 만큼 길게 가져가는 것과 동일한 효과가 있음을 말한다. 이에 따라 PM시에 가이드 링의 PM빈도가 낮아지므로, CVD챔버의 PM률은 낮아지게 된다. 다시 말하면, CVD챔버의 웨이퍼 가공에 사용할 수 시간이 증가되므로, CVD챔버의 이용 효율이 높아진다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 경제적 비용을 고려하여 종래의 서셉터를 그대로 사용하되, 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 서셉터와 동일한 온도에 견딜 수 있는 재질로 형성된 가이드 링을 사용하면서 그 표면을 경사지게 할 수 있을 것이다. 예측컨대, 서셉터와 동일한 재질로 만든 가이드 링을 구비하되, 가이드 링의 표면을 경사지게 할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 CVD챔버는 종래의 가이드 링 역할을 겸하는 일체화된 서셉터를 구비한다. 따라서, 웨이퍼 가공 공정 동안에 웨이퍼 로딩면 뿐만 아니라 그 둘레를 동일한 온도로 유지할 수 있으므로, 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 두께로 물질막을 형성하면서 웨이퍼 로딩면 둘레에 파우더성 물질이 적층되는 것은 방지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼가 파우더성 물질에 의해 역 오염되는 것을 방지할 수 있고, 챔버내 설비의 PM주기를 길게 가져갈 수도 있으며, PM률도 낮출 수 있다.

Claims (3)

1. 웨이퍼 로딩면을 구비하는 서셉터와 상기 웨이퍼 로딩면과 대향하는 분산 헤드와 상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 반대쪽과 대향하는 히터를 구비하는 CVD챔버에 있어서,

   상기 서셉터의 상기 웨이퍼 로딩면 둘레는 상기 웨이퍼 로딩면과 동일한 온도로 유지되고 경사져 있는 것을 특징으로 하는 CVD챔버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 로딩면 둘레의 경사져 있는 부분은 상기 서셉터의 일부로써 상기 웨이퍼 로딩면 및 상기 서셉터의 가장자리와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD챔버.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 서셉터의 웨이퍼 로딩면 둘레는 20°∼45°로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 CVD챔버.