KR20040058819A

KR20040058819A - 파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조 설비용 샤워헤드

Info

Publication number: KR20040058819A
Application number: KR1020020085332A
Authority: KR
Inventors: 김경태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-05

Abstract

본 발명은 파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조설비용 샤워헤드에 관한 것으로서, 그 내측 중앙부에 기판을 지지하는 기판지지대가 마련된 처리챔버와; 상기 처리챔버의 상측에 설치되어 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드를 구비하며 플루오르계 가스를 공급하여 상기 처리챔버 내부 및 샤워헤드를 세정하는 반도체 제조설비에 있어서; 상기 샤워헤드는 세정가스인 플루오르계가스와 반응하여 반응부산물을 생성하는 것을 방지하도록 니켈 합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 계열 소재로 제작되거나, 또는 상기 샤워헤드 표면이 상술한 재질로 코팅된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 샤워헤드에 의함에 따라 플루오르계의 세정가스와 반응하여 반응 부산물이 생성되는 방지하는 이점이 있고, 결과적으로 기판에 치명적 결함으로 작용하는 파티클 요소를 일부 해소시킴으로써 전체 수율을 향상시키는 이점이 있다.

Description

파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조 설비용 샤워헤드{SHOWER HEAD WITH REDUCING PARTICLE OUTBREAK RATING FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT}

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 재질로 된 샤워헤드의 재질을 개선하여 세정가스 예컨대, 플루오르(FLUORINE : 불소)계 가스와 반응하여 반응 부산물이 발생하는 것을 방지하는 파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조설비용 샤워헤드에 관한 것이다.

집적회로는 한 개의 칩 상에 수 백 만개의 트랜지스터, 커패시터 및 저항을 포함할 수 있는 복잡한 소자로 점차 발전되어 왔다. 더욱 정밀한 제조로 프로세스를 요구하는 보다 빠른 회로와 보다 큰 집적도가 칩 설계의 발전으로 끊임없이 요구된다. 화학기상증착(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION : CVD)은 자주 사용되는 제조 프로세스의 한가지이다.

보통 화학기상증착은 기판 또는 반도체 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 데 사용된다. 화학기상증착은 프로세스가스를 진공챔버에 도입함으로써 이루어진다. 상기 프로세스가스는 챔버 상부 근처에 배치된 샤워헤드를 통하여 안내된다, 상기 프로세스가스는 가열된 기판지지대 상에 배치된 기판의 표면상에 재료의 층을 형성하도록 반응하는 것으로서, 반응하는 동안 생성된 휘발성 부산물이 배출시스템을 통하여 챔버로부터 펌핑된다.

고온 유에스지 또는 고온 실리콘 옥사이드(High Temperature Undoped Silicate Glass : HT-USG)는 화학증착 프로세스를 사용하여 기판에 자주 형성되는 재료의 한 가이지다. 대체로 고온 실리콘 옥사이드를 형성하는 데 사용할 수 있는 프로세스가스로는 실란(SiH₄) 및 테오스(Teraethoxy - Silane : TEOS), 산소(Oxyzen : O₂), 오존(Ozone : O₃)를 포함한다.

실란과 테오스등이 혼합하기 때문에 일부 방황하는 실란과 테오스가 샤워헤드에 응축되고 증착된다.

보통 테오스는 챔버의 냉각된 영역에서 보다 빠르게 응축되며, 실란은 냉각된 영역에서 보다 빠르게 파우더(powder)를 생성하는데 특히 샤워헤드에서 문제가 된다.

일반적으로 샤워헤드는 기판지지대와 챔버리드사이에 배치된다. 프로세스가 진행되는 동안, 기판지지대는 약 300내지 약 550℃ 사이의 온도로 가열될 수 있다. 보통 샤워헤드는 기판지지대에 의하여 가열되는 반면 상기 리드에 의하여 냉각된다. 샤워헤드가 리드와 물리적으로 접촉하기 때문에 샤워헤드로부터 열을 전도시키는 상기 리드의 냉각효과는 샤워헤드를 상기 리드의 온도부근의 온도로 유지시킨다. 결과적으로 샤워헤드의 낮은 온도가 샤워헤드 상에 원치 않는 고온 실리콘 옥사이드가 증착되는 것을 촉진한다. 이러한 샤워헤드 상에 형성된 고온 실리콘 옥사이드는 잠재적인 미립자 오염원으로 보통 플루오르(fluorine)에 기초한 세정 프로세스를 행한다.

그러나, 종래에는 상술한 바와 같이 샤워헤드상에 원치 않은 막이 증착되는 것을 방지하기 위하여 플루오르계의 세정가스에 의해 세정을 실시하게 되는 데 이때, 상기 샤워헤드는 알루미늄으로 제작되어 세정가스인 플루오르계 가스와 반응하여 새로운 반응 부산물을 생성한다는 문제점이 있다.

상기 반응 부산물은 새로운 파티클 요소로 작용하여 기판 표면에 떨어져 치명적인 결함을 유발하는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본발명의 목적은 샤워헤드의 재질을 개선하거나 그 표면에 별도의 막을 코팅하여 상기 플루오르계의 세정가스와 반응하여 반응 부산물을 생성하는 것을 방지하도록 하는 파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조설비용 샤워헤드를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 제조설비의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 반도체 제조설비의 구성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 처리챔버 3 : 가스소스

5 : 챔버리드 7 : 기판지지대

W : 기판 9,9′: 샤워헤드

31 : 코팅 막

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 그 내측 중앙부에 기판을 지지하는 기판지지대가 마련된 처리챔버와 ; 상기 처리챔버의 상측에 설치되어 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드를 구비하며 플루오르계 가스를 통해 상기 처리챔버 내부 및 샤워헤드를 세정하는 반도체 제조설비에 있어서; 상기 샤워헤드는 세정가스인 플루오르계 가스와 반응하여 반응부산물을 생성하는 것을 방지하도록 니켈 합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 계열 소재로 제작된 것을 특징으로 한다.

또한, 그 내측 중앙부에 기판을 지지하는 기판지지대가 마련된 처리챔버와; 상기 처리챔버의 상측에 설치되어 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드를 구비하며 플루오르계 가스를 통해 상기 처리챔버 내부 및 샤워헤드를 세정하는 반도체 제조설비에 있어서; 상기 샤워헤드는 세정가스인 플루오르계가스와 반응하여 반응부산물을 생성하는 것을 방지하도록 그 표면에 니켈 합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 소재로 된 코팅막이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 파티클 발생율을 줄이는 샤워헤드가 적용된 반도체 제조설비(예컨대, 화학기상증착설비)에대해서 설명한다.

상기 도면에 도시된 바와 소정의 처리공간을 형성하는 처리챔버(1)와, 상기 처리챔버(1)의 상측에 설치되며 그 대략 중앙부에 가스소스(3)와 연결되는 가스연결구(5a)가 마련된 챔버리드(5)로 구성된다.

상기 처리챔버(1) 내부의 중앙에는 소정의 온도로 가열되며 그 상면에 기판(W)을 지지하는 기판지지대(7)가 배치되며, 상기 챔버리드(5)의 저면에는 상기 기판지지대(7)의 상면에 안착된 기판(W) 상으로 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드(9)가 설치된다.

상기 기판지지대(7)는 스템(11)에 연결되며, 상기 스템(11)은 기판지지대(7)와 시스템의 다른 요소사이에서 전기도선, 진공 및 가스공급라인을 위한 도관을 제공한다. 스템(11)은 상기 기판지지대(7)를 승강시스템(13)에 연결하고, 승강시스템(13)은 기판지지대(7)를 상하로 승·하강시킨다.

한편, 상기 승강시스템(13) 및 상기 처리챔버(1)의 하벽 사이에는 벨로우즈(15)가 설치되며, 상기 벨로우즈(15)는 처리챔버(1)의 내부와 처리챔버(1)의 외부 대기사이에 진공 밀봉을 제공하며, 동시에 상기 기판지지대(7)의 운동을 용이하게 한다.

상기 기판지지대(7)의 상부 가장자리에는 섀도우링(17)이 설치되어 기판(W)의 가장자리와, 기판지지대(7)에서의 증착을 방지하여 기판(W)이 상기 기판지지대(7)에 고착되지 않게 한다.

상기 샤워헤드(9)는 상기 챔버리드(5)의 내측부에 결합되고, 그 사이에 충만공간부(9a)를 형성한다. 상기 충만공간부(9a)에는 통공(19a)이 형성된 블로커플레이트(19)가 배치될 수도 있으며, 상기 가스소스(3)로부터 공급되어 상기 처리챔버(1)의 내부로 도입되는 가스(예를 들어 프로세스 가스 또는 기타 세정가스)들은 첫 번째, 상기 블로커플레이트(19)에 의하여 분산되고, 이 가스들이 샤워헤드(9) 뒤에 있는 충만공간부(9a)를 채운다.

이러한 가스들은 샤워헤드(9)를 통과하여 처리챔버(1)내로 유입된다.

상술한 바와 같이 가스를 유동시키는 샤워헤드(9)는 샤워헤드(9)를 통하여 처리챔버(1)내로 유입되는 가스의 균일 유동을 제공하도록 구성되며, 이러한 가스 유동의 균일성은 기판(W)상에 증착되는 막을 균일하게 한다.

본 발명의 핵심 부분으로서, 상기 샤워헤드(9)는 부식환경을 감안하여 니켈합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃)계열의 소재로 제작한다.

상기와 같이 니켈합금 또는 알루미늄옥사이드계열로 제작함은 세정가스로서 특히 플루오르(FLUORINE : 불소)계 가스를 사용했을 때 종래에 샤워헤드를 알루미늄 소재로 제작하여 반응 부산물이 생성되었던 것을 해소시키도록 하기 위함이다.

다음은 상술한 바와 같이 구성된 반도체 제조 설비의 동작원리에 대해서 설명한다.

먼저, 기판지지대(7)의 상면에 기판(W)을 올려놓은 상태에서 가스소스(3)로부터 가스가 공급되어 샤워헤드(9)의 충만공간부(9a)로 공급된다.

이때, 상기 충만공간부(9a)의 사이에 내장된 블로커플레이트(9)의 통공(9a)을 통해 가스가 1차 분배되어 균일하게 된 후 다시 샤워헤드(9)의 통공(미도시)을 통해 처리챔버(1) 내부로 분사됨으로써 기판지지대(7)의 상면에 안착된 기판(W)의 상면으로 고르게 분사되어 소정의 막을 형성한다.

그런데, 상술한 바와 같은 과정에 의해 상기 기판(W)에 소정의 막을 형성하는 동안 상기 처리챔버(1) 및 샤워헤드(9)의 표면에서도 소정의 막이 증착되어 응축된다.

이를 방지하기 위하여 소정의 공정주기에 의해 예컨대, 기판(W) 1매를 처리한 후에 상기 샤워헤드(9) 내부로 세정가스 예컨대 플루오르계의 가스를 공급하여 상술한 동일한 원리에 의해 처리챔버(1)의 내부로 분사함으로써 샤워헤드(9)의 표면 또는 처리챔버(1)의 내벽에 원치 않는 막이 형성되는 것을 해소시킨다.

그런데, 이때, 상기 샤워헤드(9)는 그 재질이 종래에 알루미늄 재질로 된 것과는 달리 니켈합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃)계열의 소재로 제작되어 플루오르계의 가스와 반응하여 반응 부산물을 생성시키는 것이 해소된다.

따라서, 세정과정에 의한 2차 반응부산물이 생성되는 것을 억제하여 기판(W) 상에 치명적인 파티클 요소로 작용하는 점을 해소시켜 전체 수율을 향상시킨다.

도 2는 파티클 발생률을 줄이기 위한 다른 실시예의 샤워헤드(9′) 구조로서, 샤워헤드(9′)의 전체 재질을 니켈합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃)계열의 소재로 제작하지 않고 그 표면을 상기 니켈합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃)계열의 소재로 한 코팅 처리하여 막(31)을 형성하는 것에 의할 수 도 있다.

상기 도 2에서는 도 1과 동일 한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며, 그에 대한 자세한 설명은 생략하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 샤워헤드를 니켈합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃)계열의 소재로 제작하거나, 그 표면을 상술한 재질로 코팅처리함에 따라 플루오르계의 세정가스와 반응하여 반응 부산물이 생성되는 방지하는 이점이 있다.

또한, 상술한 바와 같이 반응 부산물 생성을 방지함에 따라 기판에 치명적 결함으로 작용하는 파티클 요소를 일부 해소시킴으로써 전체 수율을 향상시키는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

그 내측 중앙부에 기판을 지지하는 기판지지대가 마련된 처리챔버와;

상기 처리챔버의 상측에 설치되어 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드를 구비하며 플루오르계 가스를 공급하여 상기 처리챔버 내부 및 샤워헤드를 세정하는 반도체 제조설비에 있어서;

상기 샤워헤드는 세정가스인 플루오르계가스와 반응하여 반응부산물을 생성하는 것을 방지하도록 니켈 합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 계열 소재로 제작된 것을 특징으로 하는 파티클 발생률을 줄이는 반도체 제조설비용 샤워헤드.
그 내측 중앙부에 기판을 지지하는 기판지지대가 마련된 처리챔버와;

상기 처리챔버의 상측에 설치되어 프로세스가스를 분배하는 샤워헤드를 구비하며 플루오르계 가스를 공급하여 상기 처리챔버 내부 및 샤워헤드를 세정하는 반도체 제조설비에 있어서;

상기 샤워헤드는 세정가스인 플루오르계가스와 반응하여 반응부산물을 생성하는 것을 방지하도록 그 표면에 니켈 합금(NICKEL ALLOYS) 또는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 소재로 된 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 파티클 발생율을 줄이는 반도체 제조설비용 샤워헤드.