KR20030090186A - 반도체 제조용 화학기상증착장치 - Google Patents

반도체 제조용 화학기상증착장치 Download PDF

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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상에 박막이 증착되도록 반응가스를 분배시켜주는 샤워헤드의 분해조립 용이 및 그 분해조립시에 얼라인이 용이하도록 한 반도체 제조용 화학기상증착장치에 관한 것으로, 이와 같은 본 발명은 프로세스 챔버 내부로 반응가스를 공급 및 분배시켜주는 가스분배유닛이 구비되는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서, 상기 가스분배유닛은 외부로부터 반응가스를 공급받는 가스유입부 및 가스유입부와 일체로 형성되어 반응가스를 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배시켜주는 가스배출부로 구성된 샤워헤드와, 샤워헤드를 둘러싸주는 헤드커버와, 헤드커버에 장착되며 가스유입부가 끼워질 수 있도록 중공 원통형상으로 형성된 샤워헤드 어댑터와, 샤워헤드가 샤워헤드 어댑터에 고정될 수 있도록 샤워헤드 어댑터를 관통한 가스유입부에 결합되는 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프를 포함한다.
이상과 같이, 본 발명 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛은 암나사가 형성된 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프를 이용하여 수나사가 형성된 샤워헤드를 헤드커버 및 샤워헤드 어댑터에 결합시키기 때문에 그 분해 및 조립시에 얼라인이 매우 용이하여 빠르고 쉽게 분해조립을 완료할 수 있게 된다.

Description

반도체 제조용 화학기상증착장치{Chemical Vapor Deposition apparatus used to manufacture semiconductor device}
본 발명은 반도체 제조용 화학기상증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼(Wafer) 상에 박막이 증착되도록 반응가스를 분배시켜주는 샤워헤드(Shower head)의 분해조립 용이 및 그 분해조립시에 얼라인(Align)이 용이하도록 한 반도체 제조용 화학기상증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조공정은 웨이퍼 상에 산화막, 금속막 등 다양한 재질의 박막을 순차적으로 적층하는 박막증착 공정을 필수적으로 포함한다.
이와 같은 박막증착 공정은 통상 그 박막증착 방법에 따라 물리기상증착방법과 화학기상증착방법으로 크게 나누어지며, 최근에는 열이나 플라즈마(Plasma) 등을 이용하여 반응가스를 분해함으로써 분해된 반응가스가 웨이퍼 상에 증착되어 산화막, 텅스텐 실리사이드(Tungsten silicide)막 및 티타늄 실리사이드(titanium silicide)막 등 다양한 박막을 형성하도록 하는 화학기상증착방법이 주로 이용되고 있다.
이때, 이러한 화학기상증착방법으로 박막증착 공정을 진행함에 있어서 웨이퍼 상에 균일한 두께의 박막을 증착하기 위해서는 화학기상증착 반응이 발생되는 프로세스 챔버(Process chamber) 내에 박막증착을 위한 반응가스를 균일하게 분배 및 공급시켜주어야 한다.
이에, 화학기상증착방법으로 박막증착 공정을 수행하는 대부분의 화학기상증착장치에는 프로세스 챔버 내에 반응가스를 균일하게 분배시켜주는 가스분배유닛(Unit)이 구비되고 있는 실정이다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 종래 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(100)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이 종래 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(100)은 크게 외부로부터 반응가스가 주입되면 이 반응가스를 균일하게 분배시켜주는 샤워헤드(110)와, 이러한 샤워헤드(110)를 둘러싸주는 헤드커버(Head cover,150)와, 이 헤드커버(150)에 장착되어 샤워헤드(110)가 헤드커버(150)에 결합될 수 있도록 하는 샤워헤드 어댑터(Shower head adapter,130)와, 샤워헤드(110)에 끼워져서 샤워헤드(110)가 샤워헤드 어댑터(130)에 결합될 수 있도록 중간 매개체 역할을 하는 샤워헤드 클램프(Shower head clamp,160) 및 이와 같은 샤워헤드 클램프(160)와 샤워헤드 어댑터(130)를 직접 결합시켜주는 결합부재(180)로 구성된다.
이때, 샤워헤드(110)는 원통형상의 가스유입부(112)와 원반 형상의 가스배출부(114)가 일체로 결합된 형상으로, 그 일측단부인 가스유입부(112)에는 가스주입구(113)가 형성되고, 그 타측단부인 가스배출부(114)에는 가스배출구(117)가 형성되며, 그 내부에는 외부로부터 가스주입구(113)를 통해 공급된 반응가스가 가스배출구(117)를 통해 프로세스 챔버(미도시) 내부로 균일하게 분배될 수 있도록 하는 가스공급라인(Line,116)이 형성되게 된다.
여기에서, 샤워헤드(110)의 가스유입부(112)가 형성된 부분을 샤워헤드(110)의 '상측 방향'이라 하고, 샤워헤드(110)의 가스배출부(114)가 형성된 부분을 샤워헤드(110)의 '하측 방향'이라 하면, 샤워헤드(110)의 가스유입부(112) 상측 외주면에는 샤워헤드 클램프(160)가 끼워질 수 있도록 결합홈(115)이 형성되게 된다.
한편, 이와 같은 결합홈(115)에 끼워지는 샤워헤드 클램프(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 '⊂'자형 홈이 형성되어 일측이 개구된 원판 형상으로, '⊂'자형 홈 주변에는 샤워헤드 클램프(160)와 샤워헤드 어댑터(130)를 직접 결합시켜주는 결합부재(180)가 끼워질 수 있도록 다수개의 관통공(165)이 형성되게 된다. 그리고, 이상와 같이 결합되는 샤워헤드 클램프(160)와 샤워헤드 어댑터(130) 사이에는 원형 링(Ring) 형상의 클램프 와셔(Clamp washer,170)가 끼워지게 된다.
이상에서, 미설명 부호 135는 결합부재(180)가 끼워질 수 있도록 샤워헤드 어댑터(130)에 형성된 결합공(135)을 도시한 것이고, 미설명 부호 175는 결합부재(180)가 끼워질 수 있도록 클램프 와셔(170)에 형성된 관통공(175)을 도시한 것이다.
이하, 이상과 같이 구성된 종래 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(100)에 대한 조립순서를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업자는 헤드커버(150)에 샤워헤드 어댑터(130)를 결합하게 되며, 샤워헤드 어댑터(130)의 결합이 완료되면, 중공 형상인 샤워헤드 어댑터(130)의 내부로 샤워헤드(110)의 가스유입부(112)를 끼워넣게 된다. 이때, 샤워헤드(110)의 가스유입부(112)는 샤워헤드 어댑터(130)를 관통하여 상측으로 노출되게 된다.
이후, 작업자는 샤워헤드 어댑터(130)를 관통하여 상측으로 노출된 샤워헤드(110)의 가스유입부(112)에 클램프 와셔(170)를 끼우게 되고, 클램프 와셔(170)를 끼운 후에는 샤워헤드 클램프(160)를 끼우게 된다. 이때, 샤워헤드 클램프(160)는 샤워헤드(110)의 가스유입부(112)에 형성된 결합홈(115)에 끼워지게 된다.
이후, 클램프 와셔(170)와 샤워헤드 클램프(160)의 결합이 완료되면, 작업자는 다수개의 결합부재(180)를 이용하여 샤워헤드 클램프(160)와 샤워헤드 어댑터(130)를 순차적으로 결합하게 되며, 이와 같은 결합으로 샤워헤드(110)는 샤워헤드 어댑터(130)와 헤드커버(150)에 고정되게 된다.
그러나, 이와 같은 방법으로 샤워헤드 어댑터(130)에 샤워헤드(110)를 결합시킬 경우 샤워헤드(110)의 하중이 일측방향으로 몰리지 않도록 정확하게 얼라인을 하면서 샤워헤드(110)를 분해 및 조립해야하기 때문에 그 분해조립이 매우 어려울 뿐만 아니라 그 시간도 장시간이 소요되게 되는 문제점이 발생된다.
또한, 이와 같은 방법으로 샤워헤드(110)를 결합시킴에 있어서, 샤워헤드(110)의 하중이 일측방향으로 편중될 경우 결합부재(180) 또는 이 결합부재(180)가 결합되는 샤워헤드 어댑터(130)는 그 하중을 이겨내지 못하고 종종 브로큰(Brocken)되게 되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 샤워헤드의 분해조립이 용이할 뿐만 아니라 그 분해조립으로 인해 샤워헤드 어댑터 등 각 부분이 브로큰되는 현상을 미연에 방지할 수 있는 반도체 제조용 화학기상증착장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛을 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 샤워헤드 클램프와 클램프 와셔를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛을 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 샤워헤드 클램프와 클램프 와셔를 도시한 사시도.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 프로세스 챔버 내부로 반응가스를 공급 및 분배시켜주는 가스분배유닛이 구비되는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서, 상기 가스분배유닛은 외부로부터 반응가스를 공급받는 가스유입부 및 가스유입부와 일체로 형성되어 반응가스를 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배시켜주는 가스배출부로 구성된 샤워헤드와, 샤워헤드를 둘러싸주는 헤드커버와, 헤드커버에 장착되며 가스유입부가 끼워질 수 있도록 중공 원통형상으로 형성된 샤워헤드 어댑터와, 샤워헤드가 샤워헤드 어댑터에 고정될 수 있도록 샤워헤드 어댑터를관통한 가스유입부에 결합되는 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프를 포함한 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 가스유입부의 외주면에는 수나사가 형성되며, 상기 샤워헤드 클램프의 내주면에는 수나사에 결합되는 암나사가 형성되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게 상기 샤워헤드 클램프는 적어도 2개이상 결합될 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드 클램프와 상기 샤워헤드 어댑터 사이에는 클램프 와셔가 끼워진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예인 반도체 제조용 화학기상증착장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예인 반도체 제조용 화학기상증착장치는 전체적으로 보아 선행공정을 종료한 웨이퍼가 대기할 수 있도록 구성된 웨이퍼 대기챔버와, 웨이퍼 상에 화학기상증착 방법으로 박막이 증착 및 형성되는 프로세스 챔버와, 웨이퍼 대기챔버에서 대기하는 웨이퍼를 공정진행에 따라 프로세스 챔버로 이송시켜주는 로봇블레이드(Robot blade)가 설치되는 로드락 챔버(Load-lock chamber) 및 화학기상증착장치의 동작을 전반적으로 제어해주는 중앙제어유닛으로 구성된다.
여기에서, 프로세스 챔버에는 박막증착을 위한 반응가스를 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배 및 공급시켜주는 가스분배유닛과, 이러한 반응가스가 원활하게 화학반응될 수 있도록 소정 온도로 히팅시켜주는 히팅유닛(Heating unit)과, 프로세스 챔버 내부의 압력을 적절하게 조절해주는 압력조절유닛 등 다수의 유닛이 구비되게 된다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 핵심부분인 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(200)을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예인 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(200)은 전체적으로 보아 외부로부터 반응가스가 주입되면 이 반응가스를 균일하게 분배시켜주는 샤워헤드(210)와, 이러한 샤워헤드(210)를 둘러싸주는 헤드커버(250)와, 이 헤드커버(250)에 장착되어 샤워헤드(210)가 헤드커버(250)에 고정 및 지지될 수 있도록 하는 샤워헤드 어댑터(230)와, 샤워헤드 어댑터(230)에 샤워헤드(210)를 단단하게 결합시켜주는 샤워헤드 클램프(260)로 구성된다.
여기에서, 샤워헤드(210)는 원통형상의 가스유입부(212)와 원반 형상의 가스배출부(214)가 일체로 결합된 형상으로, 그 일측단부인 가스유입부(212)에는 가스주입구(213)가 형성되고, 그 타측단부인 가스배출부(214)에는 가스배출구(217)가 형성되며, 그 내부에는 외부로부터 가스주입구(213)를 통해 공급된 반응가스가 가스배출구(217)를 통해 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배될 수 있도록 하는 가스공급라인(216)이 형성되게 된다.
이때, 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)가 형성된 부분을 샤워헤드(210)의 '상측 방향'이라 하고, 샤워헤드(210)의 가스배출부(214)가 형성된 부분을 샤워헤드(210)의 '하측 방향'이라 하면, 샤워헤드(210)의 가스유입부(212) 상측 외주면에는 샤워헤드 클램프(260)가 끼워져 결합될 수 있도록 수나사(215)가 형성되게 된다.
한편, 샤워헤드(210)를 둘러싸주는 헤드커버(250)는 샤워헤드(210)를 둘러쌀 수 있도록 플레이트(Plate) 형상으로 형성되며, 이러한 헤드커버(250)에 장착되는 샤워헤드 어댑터(230)는 샤워헤드(210)가 끼워질 수 있도록 중공의 원통형상으로 형성된다. 이에 샤워헤드(210)의 가스배출부(214)는 샤워헤드 어댑터(230)에 결합될 때 샤워헤드 어댑터(230)의 내부를 관통하도록 끼워지게 된다.
또한, 샤워헤드 클램프(260)는 샤워헤드 어댑터(230)에 샤워헤드(210)를 단단하게 결합시켜주는 역할을 하는 바, 샤워헤드 어댑터(230)를 관통하여 외부로 노출된 샤워헤드(210)의 가스배출부(214)에 결합되게 되며, 가스배출부(214)의 외주면에 형성된 수나사(215)에 끼워져 결합될 수 있도록 원형 링 형상으로 형성된다. 이때, 샤워헤드 클램프(260)의 내주면에는 가스배출부(214)의 외주면에 형성된 수나사(215)에 결합될 수 있도록 암나사(263)가 형성되게 되며, 샤워헤드 클램프(260)의 외주면에는 샤워헤드 클램프(260)를 회전시킬 경우 미끄러지는 것을 방지하는 미끄럼 방지홈(261)이 다수개 형성되게 된다.
여기에서, 이와 같이 구성 및 결합되는 샤워헤드 클램프(260)는 가스배출부(214)의 외주면에 1개만 결합될 경우 적은 힘이나 충격 등에 의해 용이하게 풀어지므로 이를 방지하기 위해서는 적어도 2개이상이 결합됨이 바람직하다.
그리고, 이상과 같이 결합되는 샤워헤드(210)와 샤워헤드 클램프(260)는 결합되면서 헤드커버(250)와 샤워헤드(210)가 결합될 수 있도록 중간 매개체 역할을 하는 샤워헤드 어댑터(230)에 단단하게 지지 및 고정되는 바, 보다 단단한 결합을위해서는 샤워헤드 클램프(260)와 샤워헤드 어댑터(230)의 사이에 원형 링 형상의 클램프 와셔(270)가 더 결합됨이 바람직하다.
이상에서, 미설명부호 262는 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)에 끼워지는 제1샤워헤드 클램프(262)를 도시한 것이고, 미설명부호 264는 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)에 끼워지는 제2샤워헤드 클램프(264)를 도시한 것이다.
이하, 이상과 같이 구성된 본 발명 반도체 제조용 화학기상증착장치 중 본 발명의 핵심부분인 가스분배유닛(200)의 결합방법 및 그 작용효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업자는 헤드커버(250)에 샤워헤드 어댑터(230)를 결합하게 되며, 샤워헤드 어댑터(230)의 결합이 완료되면, 중공 형상인 샤워헤드 어댑터(230)의 내부로 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)를 끼워넣게 된다. 이때, 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)는 샤워헤드 어댑터(230)를 관통하여 상측으로 노출되게 된다.
이후, 작업자는 샤워헤드 어댑터(230)를 관통하여 상측으로 노출된 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)에 클램프 와셔(270)를 끼우게 되고, 클램프 와셔(270)를 끼운 후에는 샤워헤드 클램프(260)를 끼우게 된다. 이때, 샤워헤드 클램프(260)는 적어도 2개이상 샤워헤드(210)의 가스유입부(212) 외주면에 끼워지게 되며, 이 외주면에 끼워져서는 이 외주면에 형성된 수나사(215)에 결합되게 된다.
이후, 작업자는 적어도 2개이상의 샤워헤드 클램프(260)를 샤워헤드(210)의 가스유입부(212)에서 순차적으로 조이게 되면 가스분배유닛(200)의 조립은 완료되게 된다.
이상과 같이, 본 발명 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛(200)은 암나사(263)가 형성된 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프(260)를 이용하여 수나사(215)가 형성된 샤워헤드(210)를 헤드커버(250) 및 샤워헤드 어댑터(230)에 결합시키기 때문에 그 분해 및 조립시에 얼라인이 매우 용이하여 빠르고 쉽게 분해조립을 완료할 수 있게 된다.
또한, 이상과 같은 방법으로 샤워헤드(210)와 샤워헤드 클램프(260)를 결합시킬 경우 샤워헤드(210)의 하중이 샤워헤드 클램프(260)의 각 부분에 균일하게 영향을 미치기 때문에 종래 샤워헤드(110)의 하중이 일측방향으로 편중되어 샤워헤드 어댑터(130)가 브로큰되게 되는 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 반도체 제조용 화학기상증착장치의 가스분배유닛은 암나사가 형성된 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프를 이용하여 수나사가 형성된 샤워헤드를 헤드커버 및 샤워헤드 어댑터에 결합시키기 때문에 그 분해 및 조립시에 얼라인이 매우 용이하여 빠르고 쉽게 분해조립을 완료할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 이상과 같은 방법으로 샤워헤드와 샤워헤드 클램프를 결합시킬 경우 샤워헤드의 하중이 샤워헤드 클램프의 각 부분에 균일하게 영향을 미치기 때문에 종래 샤워헤드의 하중이 일측방향으로 편중되어 샤워헤드 어댑터가 브로큰되게 되는 문제를 미연에 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 프로세스 챔버 내부로 반응가스를 공급 및 분배시켜주는 가스분배유닛이 구비되는 반도체 제조용 화학기상증착장치에 있어서,
    상기 가스분배유닛은
    외부로부터 상기 반응가스를 공급받는 가스유입부 및 상기 가스유입부와 일체로 결합되며 상기 반응가스를 상기 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배시켜주는 가스배출부로 구성된 샤워헤드와;
    상기 샤워헤드를 둘러싸주는 헤드커버와;
    상기 헤드커버에 장착되며, 상기 가스유입부가 끼워질 수 있도록 중공 원통형상으로 형성된 샤워헤드 어댑터와;
    상기 샤워헤드가 상기 샤워헤드 어댑터에 고정될 수 있도록 상기 샤워헤드 어댑터를 관통한 상기 가스유입부에 결합되는 원형 링 형상의 샤워헤드 클램프를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스유입부의 외주면에는 수나사가 형성되며, 상기 샤워헤드 클램프의 내주면에는 상기 수나사에 결합되는 암나사가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 샤워헤드 클램프는 적어도 2개이상 결합된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 샤워헤드 클램프와 상기 샤워헤드 어댑터 사이에는 클램프 와셔가 끼워진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 화학기상증착장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100686725B1 (ko) * 2005-09-28 2007-02-26 삼성전자주식회사 화학기상증착장치
CN106024618A (zh) * 2008-01-10 2016-10-12 应用材料公司 加热的喷头组件
WO2022005878A1 (en) * 2020-07-01 2022-01-06 Lam Research Corporation Tool and method for chandelier showerhead installation

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