KR20030047510A - heater structure of chemical vapor deposition apparatus for use in a thin film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 상부에 박막을 증착하기 위한 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 화학기상증착 장치내의 히터 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film on a wafer, and more particularly, to a heater structure in the chemical vapor deposition apparatus.
반도체를 이용한 장치가 소형화 및 경량화되는 추세에 따라 그 디자인-룰(Design- rule)이 크게 감소하면서 배선에 의한 RC 지연이 동작 속도를 결정하는 중요한 요인으로 등장하고 있다. 이에 따라 다층 배선 구조가 실용화되고 있는데, 마이크로 프로세서와 같은 고집적회로 소자의 경우 요구되어지는 금속 배선층의 수가 기존의 2∼3층에서 현재는 4∼6층으로 증가되어 가고 있으며, 향후 더 높은 고집적화로 진행될 경우에는 그 이상의 배선층이 사용될 것으로 예상되고 있다.As devices using semiconductors become smaller and lighter, design-rules are greatly reduced, and RC delay due to wiring has emerged as an important factor for determining the operation speed. As a result, a multi-layer wiring structure has been put to practical use, and in the case of a highly integrated circuit device such as a microprocessor, the number of metal wiring layers required is increasing from the existing 2-3 layers to 4-6 layers, and with higher integration in the future It is expected that more wiring layers will be used if going forward.
이러한 배선층으로는 단차 도포성(step coverage)이 우수하고 도전성이 뛰어난 텅스텐이 주로 사용되고 있으며, 이러한 텅스텐을 증착하기 위한 방법으로는 통상적으로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법이 이용되고 있다. 또한, 상기한 배선층 이외에도 여러가지 케미칼을 이용한 SiO2 막과 같이 전도성을 띠는 물질막 사이의 절연막으로서 기능하는 산화막, 디램(Dynamic Random Access Memory) 또는 Flash memory 등과 같은 메모리 소자에서 유전물질(Dielectric meterial)로서 이용되는 Si3N4, Ta2O5, BST, PZT, Al2O3 등의 고유전막등에도 이러한 CVD 방법을 이용한 CVD 박막이 적용되고 있다.As such a wiring layer, tungsten having excellent step coverage and excellent conductivity is mainly used. As a method for depositing such tungsten, a chemical vapor deposition (CVD) method is commonly used. In addition to the above wiring layer, as a dielectric material in a memory device such as an oxide film, a dynamic random access memory, or a flash memory, which functions as an insulating film between conductive material films such as SiO2 films using various chemicals. CVD thin films using such a CVD method are also applied to high dielectric films such as Si 3 N 4, Ta 2 O 5, BST, PZT, and Al 2 O 3.
도 1은 웨이퍼 상부에 박막을 증착하기 위한 종래 기술에 따른 CVD 장치의 단면구조를 나타낸다. 도면을 참조하면, 상기 CVD 장치는 박막증착이 이루어지는프로세스 챔버부(Process Chamber:10), 인렛 가스 라인부(Inlet Gas Line:11), 반응 가스가 분사되는 샤워 헤드부(Shower Head:12), 웨이퍼가 안착되는 세라믹 또는 AlN로 이루어진 히터부(Heater:13), 반응 가스가 배출되는 펌핑 라인부(Pumping Line:14), 상기 히터부를 지지하는 히터 지지부(Heater Support:15), 풀무부(Bellows:16)등으로 구성되어 있다.1 shows a cross-sectional structure of a CVD apparatus according to the prior art for depositing a thin film on a wafer. Referring to the drawings, the CVD apparatus includes a process chamber 10 in which thin film deposition is performed, an inlet gas line 11, a shower head 12 in which a reactive gas is injected, Heater 13 made of ceramic or AlN on which the wafer is seated, Pumping Line 14 from which the reactive gas is discharged, Heater Support 15 supporting the heater, Bellows : 16).
상기와 같은 CVD 장치에 있어서, 웨이퍼 상부에 증착되는 CVD 박막의 두께 균일도를 좌우하는 가장 큰 요인중의 하나는 웨이퍼가 안착되는 히터면의 온도 균일도이다. 그러나, 상기한 종래의 CVD 장치에 있어서는, 열소자의 배열상태 또는 기타 외부의 영향등으로 인하여 히터부(13)의 온도가 전체적으로 동일하지 않은 경우가 발생한다. 이처럼 히터부(13)의 온도가 전체적으로 동일하지 않을 경우, 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 높은 영역에는 CVD 박막이 두껍게 형성되고, 상대적으로 온도가 낮은 영역에는 CVD 박막이 얇게 형성되어 CVD 증착막의 전체적인 두께 균일도가 저하되는 문제점이 있다.In the CVD apparatus as described above, one of the biggest factors that influence the thickness uniformity of the CVD thin film deposited on the wafer is the temperature uniformity of the heater surface on which the wafer is seated. However, in the above-described conventional CVD apparatus, the temperature of the heater 13 is not the same as a whole due to the arrangement of the thermal elements or other external influences. As such, when the temperature of the heater 13 is not the same as a whole, a thick CVD thin film is formed in a region where the temperature is relatively high compared to other regions, and a thin CVD thin film is formed in a region where the temperature is relatively low, so that the entire CVD deposition film is formed. There is a problem that the thickness uniformity is lowered.
따라서 본 발명의 목적은, 웨이퍼가 안착되는 히터의 웨이퍼 안착면의 온도를 전체적으로 균일하게 유지시킬 수 있는 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of keeping the temperature of a wafer seating surface of a heater on which a wafer is seated uniformly as a whole.
본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 상부에 균일한 두께의 박막을 형성시킬 수 있는 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of forming a thin film of uniform thickness on a wafer.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 프로세스 챔버부, 인렛 가스 라인부, 샤워헤드부, 히터부, 펌핑 라인부, 히터 지지부, 풀무부등으로 구현되는 화학기상증착 장치에 있어서: 상기 히터부의 웨이퍼 안착면의 온도를 전체적으로 동일하게 유지시키기 위한 반사 단열판부를 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치를 제공한다.In the present invention to achieve the above object, in the chemical vapor deposition apparatus implemented in the process chamber portion, inlet gas line portion, shower head portion, heater portion, pumping line portion, heater support portion, bellows portion, etc .: wafer of the heater portion Provided is a chemical vapor deposition apparatus comprising a reflective insulating plate for maintaining the temperature of the seating surface as a whole.
도 1은 종래 기술에 따른 CVD 장치의 단면구조도이다.1 is a cross-sectional view of a CVD apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치의 단면구조도이다.2 is a cross-sectional structure diagram of a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 온도가 불균형한 히터부(104)를 나타내며, 도 3b는 상기 히터부(104)의 온도를 보상하기 위한 반사 단열판부(108)를 나타낸다.3A illustrates a heater portion 104 having an unbalanced temperature, and FIG. 3B illustrates a reflective insulation plate portion 108 for compensating for the temperature of the heater portion 104.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 반사 단열판부의 구조를 나타낸다.4 and 5 show the structure of the reflective insulating plate according to the present invention.
도 6 내지 도 8는 본 발명에 따른 반사 단열판부의 설치예들을 나타낸다.6 to 8 show examples of installation of the reflective insulating plate according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 프로세스 챔버부101: 인렛 가스 라인부100: process chamber portion 101: inlet gas line portion
102: 샤워 헤드부103: 히터부102: shower head portion 103: heater portion
104: 펌핑 라인부105: 히터 지지부104: pumping line portion 105: heater support portion
106: 풀무부107: 반사 단열판부106: bellows portion 107: reflective insulating plate portion
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시된 도면들을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치의 단면구조를 나타낸다.2 shows a cross-sectional structure of a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 상기 CVD 장치는 프로세스 챔버부(100), 인렛 가스 라인부(101), 샤워 헤드부(102), 히터부(103), 펌핑 라인부(104), 히터 지지부(105), 풀무부(106) 및 반사 단열판부(107)으로 구성되어 있다.Referring to the drawings, the CVD apparatus includes a process chamber part 100, an inlet gas line part 101, a shower head part 102, a heater part 103, a pumping line part 104, a heater support part 105, It consists of the bellows part 106 and the reflective insulating board part 107.
여기서, 상기 반사 단열판부(107)는 종래의 CVD 장치와 구별되는 본 발명의 핵심구성으로서, 상기 히터부(103)의 온도를 전체적으로 균일하게 유지시키는 기능을 한다. 즉, 웨이퍼가 안착되는 상기 히터부(103)의 웨이퍼 안착면의 온도가 열소자의 배열상태 또는 기타 외부의 영향등으로 인하여 부분적으로 높거나 낮은 부분이 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 반사 단열판부(107)를 이용하여 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 높거나 낮은 영역의 온도를 보상해 줌으로써, 히터부(103)의 온도를 전체적으로 균일하게 유지시킨다.Here, the reflective insulating plate 107 is a core configuration of the present invention, which is distinguished from the conventional CVD apparatus, and functions to maintain the temperature of the heater unit 103 as a whole. That is, the temperature of the wafer seating surface of the heater unit 103 on which the wafer is seated may be partially high or low due to the arrangement of the thermal elements or other external influences. In this case, the temperature of the heater 103 is maintained uniformly by compensating for the temperature of the region having a higher or lower temperature than the other region by using the reflective insulating plate 107.
하기에서는 상기 반사 단열판부를 이용한 히터부의 온도 조절 방법 및 그 구조에 대하여 설명하고자 한다.Hereinafter, a method and a structure of a temperature control unit of the heater unit using the reflective insulating plate unit will be described.
먼저, 도 3a는 온도가 불균형한 히터부(103)를 나타내고, 도 3b는 상기와 같이 온도가 부분적으로 다른 히터부(103)의 온도를 보상하기 위한 반사 단열판부(107)의 구조를 나타낸다.First, FIG. 3A illustrates a heater unit 103 having an unbalanced temperature, and FIG. 3B illustrates a structure of the reflective insulating plate unit 107 for compensating the temperature of the heater unit 103 having a partially different temperature as described above.
도 3a를 참조하면, 히터부(103)의 전체 영역중 참조부호 “A”로 나타낸 것과 같이 상대적으로 온도가 높거나 낮은 영역이 존재한다고 가정하자. 예를 들어, 상기 “A”영역이 히터부(103)의 다른 영역에 비해 온도가 상대적으로 높을 경우, 상기 “A”영역에 형성되는 CVD 증착막의 두께는 히터부(103)의 다른 영역에 형성되는 CVD 증착막에 비해 두꺼워지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 3A, it is assumed that a region having a relatively high temperature or a low temperature as indicated by reference numeral “A” exists in the entire region of the heater unit 103. For example, when the temperature of the “A” region is relatively higher than other regions of the heater unit 103, the thickness of the CVD deposition film formed in the “A” region is formed in the other region of the heater unit 103. There is a problem of becoming thicker than the CVD deposited film.
따라서, 본 발명에서는 상기한 “A”영역의 온도를 낮추기 위하여, 도 3b에서와 같이 참조부호 “A-1”영역이 개방되어 있는 구조의 반사 단열판부(107)를 히터부(103)에 적용한다. 이때, 상기 반사 단열판부(107)는 세라믹 또는 반사율이 크고 단열성이 좋은 금속(Inconel) 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 히터부(103)의 하부면 또는 하부면 및 측면을 감싸도록 형성한다. 그리고, 소정 개수의 고정핀(108)을 이용하여 상기 히터부(103)에 연결한다.Therefore, in the present invention, in order to lower the temperature of the “A” region, the reflective insulating plate portion 107 having a structure in which the “A-1” region is opened as shown in FIG. 3B is applied to the heater portion 103. do. In this case, the reflective insulating plate 107 is preferably formed of a ceramic or a metal having a high reflectance and good thermal insulation, and is formed to surround the lower surface or the lower surface and the side surface of the heater unit 103. Then, it connects to the heater unit 103 using a predetermined number of fixing pins 108.
상기 “A-1”영역에는 히터의 열손실을 방지하기 위한 반사 단열판부(107)가 형성되어 있지 않으므로 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 높은 “A”영역의 온도가 저하되어 히터부(103)의 전체 영역의 온도가 동일해지는 결과를 얻게 된다.Since the reflective insulating plate 107 is not formed in the “A-1” area to prevent heat loss of the heater, the temperature of the “A” area, which is relatively high in temperature, is lowered than that of other areas, and thus the heater part 103 is reduced. The result is that the temperature of the entire region of is the same.
한편, 상기한 예와는 반대로 히터부(103)의 특정 영역이 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 낮을 경우가 발생하기도 한다. 이러한 경우에는, 상기 온도가낮은 영역에 대해서만 반사 단열판을 적용하여 온도를 높임으로써, 히터부의 전체 영역의 온도를 균일하게 조절한다.On the other hand, in contrast to the above example, a particular region of the heater unit 103 may have a relatively low temperature than other regions. In such a case, the temperature of the entire region of the heater portion is uniformly adjusted by applying a reflective insulating plate only to a region where the temperature is low to increase the temperature.
이처럼, 본 발명에서는 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 높은 부분의 온도를 보상하기 위한 구조의 반사 단열판부를 히터부(103)에 적용함으로써, 히터부(103) 전체의 온도가 동일해지도록 한다. 그리고, 히터부(103) 전체 영역의 온도가 동일해짐에 따라 웨이퍼 상부에 증착되는 CVD 박막의 두께 균일도가 향상되어 성능이 우수한 반도체 소자를 제조할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the temperature of the entire heater portion 103 is equalized by applying the reflective insulation plate portion having the structure for compensating the temperature of the portion having a relatively higher temperature than other regions to the heater portion 103. As the temperature of the entire region of the heater unit 103 becomes the same, the uniformity of the thickness of the CVD thin film deposited on the wafer is improved, so that a semiconductor device having excellent performance can be manufactured.
도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 반사 단열판부의 구조(형태)가 도시되어 있다.4 and 5 show the structure (form) of the reflective insulating plate portion according to the present invention.
먼저, 도 4는 본 발명에 따른 반사 단열판부 구조의 제1실시예로서, 히터부(200)의 하부면만을 감싸는 구조의 반사 단열판부(201)가 도시되어 있다.First, Figure 4 is a first embodiment of the structure of the reflective insulating plate according to the present invention, the reflective insulating plate 201 of the structure surrounding only the lower surface of the heater 200 is shown.
도 5는 본 발명에 따른 반사 단열판 구조의 제2실시예로서, 히터부(300)의 하부면 및 측면을 감싸는 구조의 반사 단열판부(301)가 도시되어 있다.5 is a second embodiment of the reflective insulating plate structure according to the present invention, the reflective insulating plate portion 301 of the structure surrounding the lower surface and the side of the heater 300 is shown.
한편, 도 6 내지 도 8에는 본 발명에 따른 반사 단열판부의 설치예들이 도시되어 있다.6 to 8 show installation examples of the reflective insulating plate according to the present invention.
먼저, 도 6는 본 발명에 따른 반사 단열판부 설치의 제1실시예로서, 히터 지지부(402) 상부에 히터부(400)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 히터부(400)와 반사 단열판부(401)는 고정핀(403)에 의해 서로 연결되어 있다.First, FIG. 6 is a first embodiment of the reflective insulating plate mounting according to the present invention, the heater 400 is formed on the heater support 402. The heater 400 and the reflective insulating plate 401 are connected to each other by a fixing pin 403.
도 7은 본 발명에 따른 반사 단열판부 설치의 제2실시예로서, 히터 지지부(502) 상부에 히터부(500)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1실시예에서와는 달리 반사 단열판부(501)는 고정핀(503)에 의해 상기 히터 지지부(502)에 연결되어 있다.7 is a second embodiment of the reflective insulating plate mounting according to the present invention, the heater 500 is formed on the heater support 502. Unlike the first embodiment, the reflective insulating plate 501 is connected to the heater support 502 by a fixing pin 503.
도 8은 본 발명에 따른 반사 단열판부 설치의 제3실시예를 나타낸다. 도면을 참조하면, 히터 지지부(602) 상부에 히터부(600)가 형성되어 있다. 그리고, 반사 단열판부(601)는 상기 히터 지지부(602) 상부에 형성되어 있으며, 상기 반사 단열판부(601)는 고정핀(603)을 통해 상기 히터 지지부(602)에 고정된다.Figure 8 shows a third embodiment of the installation of the reflective insulating plate according to the present invention. Referring to the drawings, the heater 600 is formed on the heater support 602. In addition, the reflective insulation board 601 is formed on the heater support 602, and the reflective insulation board 601 is fixed to the heater support 602 through a fixing pin 603.
본 발명은 예시된 도면들을 위주로 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains various changes and modifications without departing from the scope of the present invention as claimed in the following claims. Of course, it will be understood that other equivalent embodiments are possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 CVD 장치 내 히터의 하부면 또는 하부면 및 측면에 반사 단열판을 형성하여 히터의 온도를 전체적으로 균일하게 유지시킴으로써, 웨이퍼 상부에 균일한 두께의 CVD 박막을 증착시킬 수 있게 된다.As described above, in the present invention, by forming a reflective insulating plate on the bottom or bottom and side surfaces of the heater in the CVD apparatus to maintain the temperature of the heater as a whole, it is possible to deposit a CVD thin film of uniform thickness on the wafer. do.
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