KR20040085905A - 반도체 소자 제조를 위한 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 화학 기상 증착 장치로, 상기 장치는 공정챔버, 반도체 기판을 가열하는 히터부, 상기 히터부에 형성된 삽입홀을 통해 상하로 이동되며 상기 반도체 기판을 상기 히터부 상에 안착시키는 리프트 핀들, 상기 공정가스가 히터부에 증착되는 것을 방지하기 위해 증착링으로 둘러싸인 내부로 아르곤 가스를 공급하는 가스 공급부, 그리고 상기 아르곤 가스가 상기 히터부 내 삽입홀을 통해 상기 히터부의 상부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 삽입홀에 삽입되는 세라믹을 재질로 한 실링 플레이트를 구비한다.
본 발명에 의하면, 히터 아래의 가스 공급부로부터 공급되는 아르곤 가스가 삽입홀을 통해 히터 상부로 유출되고 이들로 인해 파티클이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 소자 제조를 위한 화학 기상 증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 반도체를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 웨이퍼의 표면에 소정의 막을 증착시키는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 증착 등의 공정이 반복 수행되어 반도체 소자로 제작된다. 이 중 증착공정은 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼 (wafer)상에는 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 복수의 막질을 형성하는 공정으로, 화학 기상 증착 공정이 주로 사용된다.
일반적인 화학 기상 증착 공정은 공정챔버와 공정챔버 내의 하부에 위치되는 히터부를 가진다. 히터부는 공정챔버 내부를 고온으로 유지할 뿐 아니라, 그 상부에 놓여진 웨이퍼를 일정온도로 가열하여 증착이 원활히 이루어지도록 한다. 히터부의 내부에는 리프트 핀들이 이동되는 통로인 삽입홀이 형성되고, 히터부의 둘레에는 히터부 측면에 공정가스가 증착되는 것을 방지하기 위해 증착링이 배치된다. 또한, 공정가스가 히터부와 증착링으로 둘러싸인 내부로 유입되어 히터부의 커넥터부에 증착됨으로써 히터부가 단락되는 것을 방지하기 위해, 히터부의 하부에서 아르곤과 같은 가스가 분사되어 히터부와 증착링사이에 충전된다.
히터부의 삽입홀에는 링 타입의 메탈로 된 부재가 삽입되어 리프트 핀 어셈블리가 자중에 의해 아래로 빠지는 것을 방지하고 아르곤 가스가 삽입홀을 통해 히터부 상부로 유출되는 것을 방지하고 있다. 그러나 일반적으로 증착 공정이 진행될 때 히터부는 약 600℃의 온도를 유지하고, 후에 세정이 이루어질 때는 400℃를 유지한다. 이 때, 예컨대 황동과 같은 메탈은 열팽창계수가 매우 크나 삽입홀의 크기는 제한되어 있어, 증착공정 진행 중 팽창이 이루어지지 못하게 되며, 이로 인해 내부적으로 열응력을 받게 되고, 장시간 사용시에는 변형이 발생되어 삽입홀을 실링하지 못하게 된다. 따라서 아르곤 가스는 삽입홀을 통해 히터부 상부로 유출되고, 이들은 후에 공정진행시 파티클로 작용하게 되며, 결국 수율 감소와 설비가동률 저하의 문제가 발생한다.
본 발명은 아르곤과 같은 가스가 리프트 핀을 통해 히터부 상부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면;
도 2는 리프트 핀 어셈블리의 구조를 자세히 보여주기 위해 도 1의 A부분을 확대한 도면;그리고
도 3은 리프트 핀 어셈블리의 분해 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 공정챔버 130 : 분사판
200 : 히터부 300 : 리프트 핀 어셈블리
310 : 리프트 핀 320 : 인서트 부재
330 : 실링 플레이트 340 : 고정 부재
350 : 결합 부재 360 : 벨로즈
400 : 가스 공급부
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 화학 기상 증착 장치는 공정챔버와 반도체 기판이 놓여지며 상기 반도체 기판을 가열하는 히터부를 가진다. 리프트 핀들은 상기 히터부에 형성된 삽입홀을 통해 상하로 이동되며 상기 히터부 상부로 이송된 상기 반도체 기판을 상기 히터부 상에 안착시킨다. 상기 증착링으로 둘러싸인 내부로 공정가스가 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 증착링과 상기 히터부 사이로 가스를 공급하는 가스 공급부가 제공된다. 상기 가스가 상기 히터부 내 삽입홀을 통해 상기 히터부의 상부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 삽입홀에는 세라믹을 재질로 한 실링 플레이트가 삽입된다.
바람직하게는 상기 실링 플레이트는 원형의 링 타입으로 형성되고, 상기 삽입홀 내에 강제 끼워 맞춤이 되도록 상기 삽입홀보다 큰 직경을 가지며, 상기 실링플레이트의 바깥쪽 가장자리는 안쪽 가장자리에 비해 좁은 폭을 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 화학 기상 증착 장치는 공정챔버(process chamber)(100), 베이스(base)(170), 차단판(isolate plate)(180), 증착링(deposition ring)(190), 히터부(heater part)(200), 리프트 핀 조립체(lift pin assembly)(300), 그리고 가스 공급부(gas supply part)(400)를 가진다. 공정챔버(100)는 웨이퍼(W) 상에 예컨대 텅스텐 규화물(WSix)과 같은 소정막의 증착이 이루어지는 부분으로 몸체(120)와 몸체(120)의 개방된 상부면을 개폐하는 덮개(140)를 가진다. 몸체(120)의 하부에는 증착 후 잔류물을 배기하고, 공정챔버(100) 내부를 일정압력으로 유지하기 위해 진공펌프(vacuum pump)와 연결된 배기라인(150)이 결합된다. 덮개(140)에는 공정가스가 유입되는 공정가스 유입구(142)가 형성되고, 덮개(140)의 아래에는 복수의 분사홀들(132)이 형성된 분사판(130)이 설치된다. 분사판(130)은 덮개(140)와의 사이에 가스유입공간(134)이 형성되도록 덮개(140)로부터 소정거리 이격되도록 결합될 수있다. 즉, 유입구(142)를 통해 가스유입공간(134)으로 유입된 공정가스는 분사판(130)을 통해 아래로 균일하게 분사될 수 있다.
공정챔버(100) 내의 하부에는 베이스(170)가 배치되며, 베이스(170)의 상부에는 히터부(200)가 설치된다. 히터부(200)는 공정진행 중 공정챔버(100) 내부를 고온으로 유지하기 위한 부분이며, 웨이퍼(W)는 히터부(200)의 상부에 놓여진다. 도시되지는 않았으나 웨이퍼(W)는 클램프 등과 같은 기계적 수단에 의해 히터부(200)에 고정될 수 있다. 히터부(200)는 알루미늄 질화물(ALN)을 재질로 하여 만들어질 수 있다. 히터부(200)와 베이스(170) 사이에는 차단판(180)이 위치되고, 차단판(180)의 상부 및 하부에는 각각 오링(182)이 설치될 수 있다. 차단판은 히터부(200)의 열이 베이스(170)를 통해 전달되는 것을 최소화하기 위해 히터부(200)와 베이스(170)가 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것이다. 히터부(200)의 바깥쪽에는 히터부(200)를 감싸도록 배치되는 증착링(190)이 설치된다. 증착링(190)은 공정가스가 히터부(200)의 측면에 증착되는 것을 방지하고, 후에 세정이 용이하게 하기 위한 것이다.
히터부(200)에는 후술하는 리프트 핀(310)의 이동통로인 인서트 부재(320)가 삽입되는 삽입홀들(220)이 형성된다. 삽입홀(220)은 웨이퍼(W)의 가장자리부에 균등한 간격으로 복수개 형성될 수 있으며, 바람직하게는 3개의 삽입홀들(220)이 정삼각형으로 배치되도록 형성된다. 각각의 삽입홀(220)은 상부(222)와 하부(224)로 이루어지며 하부(222)는 상부(224)에 비해 넓은 단면적을 가진다.
도 2는 리프트 핀 어셈블리의 구조를 자세히 보여주기 위해 도 1의 A부분을확대한 도면이고, 도 3은 도 2의 리프트 핀 어셈블리의 분해 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 리프트 핀 어셈블리(300)는 리프트 핀들(lift pins)(310), 인서트 부재(insert member)(320), 실링 플레이트(sealing plate)(330), 고정 부재(fixed member)(340), 결합 부재(coupling member)(350), 그리고 벨로즈(bellows)(360)를 가진다.
리프트 핀 어셈블리들(300)은 히터부(200)에 형성된 삽입홀들(220)과 대응되는 위치에 각각 형성되며, 모두 동일한 구조를 가진다. 인서트 부재(320)는 원통형의 형상을 가지며, 중앙에 홀(322)이 형성된다. 인서트 부재(320)는 삽입홀의 상부(222) 및 하부(224)에 삽입된다. 리프트 핀들(310)은 이송아암(도시되지 않음)에 의해 공정챔버(100) 내 히터부(200) 상부로 이송된 웨이퍼(W)를 히터부(200) 상에 안착시키기 위한 것으로, 인서트 부재(320)의 홀(322) 내에 삽입된다. 인서트 부재(320)의 하부 둘레에는 결합 부재(350)가 배치된다. 결합 부재(350)는 석영(quartz)을 재질로 이루어지며 삽입홀의 하부(224)에 삽입된다. 결합 부재(350)는 삽입홀의 하부(224)에 비해 적은 단면적을 가진다. 리프트 핀 어셈블리(300)는 결합 부재(350)가 삽입홀(220)에 삽입된 상태에서 자중에 의해 삽입홀(220)로부터 빠지는 것을 방지하기 위해 고정 부재(340)를 가질 수 있다. 고정 부재(340)는 탄성을 가지는 메탈(metal)을 재질로 하여 이루어지며, 중앙에 인서트 부재(320)가 삽입되는 홀(322)을 가진다. 고정 부재(340)는 탄성을 가진 날개부(344)를 가진다. 날개부(344)가 안쪽으로 눌러진 상태에서 고정 부재(340)는 삽입홀(220)에 삽입되고, 삽입홀(220) 내에서 날개부(344)가 탄성에 의해 바깥쪽으로팽창됨으로써, 고정 부재(340)는 삽입홀(220) 내에 유지될 수 있다.
결합 부재(350)의 저면에는 리프트 핀(310)을 수직방향으로 운동 가능하게 하는 벨로즈(360)가 연결되며, 비록 도시되지는 않았으나 벨로즈(360)를 작동시키는 작동부가 벨로즈(360) 아래에 배치될 수 있다.
공정 진행 중에 공정챔버(100) 내부의 공정가스들이 히터부(200)의 커넥터부에 증착되면 히터부(200)가 단락되는 문제가 발생된다. 공정가스들이 증착링(190)과 히터부(200) 사이의 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위해 베이스(180)에는 상기 공간 내부를 충전하는 아르곤 가스(Ar)를 공급하는 가스 공급부(400)가 배치된다. 가스 공급부(400)는 베이스(180)의 상부면 중앙에 형성되는 공급구(420)와 베이스 내부에 형성된 아르곤 가스의 이동통로인 가스공급로(440)를 가진다. 아르곤 가스 대신 질소가스(N2) 또는 헬륨가스(He)가 사용될 수 있다.
히터부(200) 내의 삽입홀(220)에는 탄성을 가진 고정 부재(340)가 삽입되어 있으나, 고정 부재(340)는 열팽창률이 큰 메탈을 재질로 하여 이루어지므로, 히터부(200)가 공정진행온도인 약 600℃의 온도와 세정온도인 400℃의 온도로 반복 변환되면, 고정 부재(340)는 장시간 사용시 열응력에 의해 변형된다. 이로 인해 삽입홀(220)과 고정 부재(340) 사이에 틈이 발생되고, 그 틈을 통해 아르곤 가스가 히터부(200)의 상부로 유출된다.
실링 플레이트(330)는 이를 방지하기 위한 것으로 열팽창률이 적고, 열응력에 의해 변형이 적은 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹(ceramic)을 재질로 하여 만들어진다. 실링 플레이트(330)는 인서트 부재(320)가 삽입되는 홀(332)을 가지는 원형의 링 형상을 가진다. 실링 플레이트(330)는 삽입홀(220)의 하부보다 조금 큰 직경을 가지며, 강제끼워맞춤에 의해 삽입홀 내에 삽입될 수 있다.
실링 플레이트(330)가 열팽창됨에 따라 히터부(200)를 가압하는 경우 히터부(200)가 파손되는 것을 방지하기 위해 히터부(200)와 접촉되는 실링 플레이트(330)의 바깥쪽 가장자리는 얇은 두께를 가진다. 바람직하게는 실링 플레이트는 안쪽 가장자리(334)로부터 바깥쪽으로 일정위치까지는 동일한 두께를 가지고, 바깥쪽 가장자리(336)는 외측면으로 갈수록 점진적으로 두께가 얇아지며, 외측면 끝부분(338)은 뭉툭한 형상을 가지도록 한다.
리프트 핀 어셈블리(300)가 삽입홀(220)에 삽입되는 구조는 다음과 같다. 아래에서부터 결합 부재(350), 고정 부재(340), 그리고 실링플레이트(330)가 순차적으로 삽입홀의 하부(224)에 삽입되고, 인서트 부재(320)는 이들의 중앙홀들(352, 342, 332)을 관통하면서 삽입홀의 상부(222)에까지 삽입된다. 리프트 핀(310)은 벨로즈(360)에 의해 인서트 부재(320) 내의 홀(322)을 통해 상하로 이동된다. 이 때, 실링플레이트(330)는 고온의 열에도 열변형이 적은 세라믹으로 이루어지고, 삽입홀(220)보다 큰 직경을 가지므로, 장시간 사용 후에도 베이스(170)로부터 공급되는 아르곤과 같은 가스가 삽입홀들(220)을 통해 유출되지 않는다.
본 발명에 의하면, 히터내의 삽입홀에는 열변형이 적은 세라믹으로 이루어진 실링 플레이트가 삽입되므로 히터 아래의 가스 공급부로부터 공급되는 아르곤가스가 삽입홀을 통해 히터 상부로 유출되고, 이들 아르곤 가스가 파티클로 작용하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 히터와 접촉되는 실링플레이트의 바깥쪽 가장자리는 두께가 얇아 히터가 고온으로 가열될 때, 실링플레이트 또는 히터의 열팽창에 의해 히터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 소자를 제조하기 위한 화학 기상 증착 장치에 있어서,
    공정챔버와;
    반도체 기판이 놓여지는, 그리고 상기 반도체 기판을 가열하는 히터부와;
    상기 히터부에 형성된 삽입홀을 통해 상하로 이동되며, 상기 히터부 상부로 이송된 상기 반도체 기판을 상기 히터부 상에 안착시키는 리프트 핀들과;
    상기 히터부에 상기 공정가스가 증착되는 것을 방지하기 위해 상기 증착링과 상기 히터부 사이로 가스를 공급하는 가스 공급부와; 그리고
    상기 가스 공급부로부터 공급된 가스가 상기 히터부 내 삽입홀을 통해 상기 히터부의 상부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 삽입홀에 삽입되는 실링 플레이트를 구비하되,
    상기 실링 플레이트는 세라믹을 재질로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실링 플레이트는 원형의 링 타입으로 형성되고, 상기 삽입홀 내에 강제 끼워 맞춤이 되도록 상기 삽입홀보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실링플레이트의 바깥쪽 가장자리는 안쪽 가장자리에 비해 좁은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111739837A (zh) * 2020-07-27 2020-10-02 盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司 一种半导体设备的铝制加热器盖板的陶瓷提升销及其制备方法

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