KR20050017320A - 화학기상 증착장치의 리드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스라인을 통하여 공급되는 공정가스를 공정챔버 내부로 유입시키는 주입구를 구비하는 인젝터와, 상기 인젝터의 양측에서 공정챔버 상면을 횡단하는 리드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드에 있어서, 상기 인젝터의 주입구와 연통하는 형성되고, 상기 리드의 저면을 따라 결합하는 리드 실드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드에 관하여 개시한다.

본 발명의 화학기상 증착장치의 리드는 그 저면에 결합, 해체가 가능한 리드 실드가 포함되어 있기 때문에, 증착 공정이 완료된 후에 리드 실드를 상기 리드로부터 해체하고 다른 리드 실드를 리드와 결합하여 리드에 형성되는 부산물을 용이하게 제거할 수 있어 증착 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

화학기상 증착장치의 리드{Lid of Chemicla Vapor Deposition Device}

본 발명은 화학기상 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기상 증착 장치의 상단에 형성되는 리드(Lid)에 관한 것이다.

반도체 소자가 초고밀도화, 초집적화됨에 따라 웨이퍼 상에 반도체 소자의 원료물질을 증착하는 다양한 기술이 개발되고 있다. 현재, 소스물질과 반응물질과 같은 공정물질을 가스상으로 공급하여 화학적 반응(산화, 환원)에 의하여 박막을 증착시키는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법이 주로 사용되고 있다. 즉, 화학기상 증착법에서는 증착에 관여하는 모든 공정기체들이 공정챔버 내에 동시에 공급되며, 공정챔버 내부의 반응영역에서 공정기체들 사이의 화학 반응을 통하여 원하고자 하는 박막을 증착시키는 기술이다.

특히 화학기상증착방법 중에서도 공정챔버 내부로 공급되는 공정가스들을 고전압의 RF 전원을 사용함으로써 플라즈마 상태로 여기한 상태에서 박막 증착 공정이 수행되는 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhnanced Chemical Vapor Depositon, PECVD) 방법은 우수한 박막 특성과 박막 증착 속도의 향상 등의 이점이 있어 널리 사용되고 있다.

그러나 CVD법을 사용하는 경우 공정기체들이 웨이퍼 상뿐 아니라 공정챔버내의 다른 곳에서도 화학적 반응을 통하여 결합할 수 있기 때문에 오염원으로 작용하여 파티클이 형성되기 쉽다. 또한, 다성분게 박막을 증착하고자 하는 경우, 각각의 성분을 공정챔버에 공급하면서 이들을 반응시켜야 하기 때문에 막의 조성을 제어하는 것이 어렵게 된다.

따라서 최근에는 공정챔버 내부에 소스물질과 반응가스를 별개로 공급한 뒤 웨이퍼 상에서 반응시켜 증착시키는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 방법이 개발되었다.

상기 원자층증착 방법을 간단히 설명하면 소스물질(A 화합물)을 박막이 증착될 웨이퍼 상의 표면에 흡착시키고, 퍼지 가스에 의하여 제 1 퍼지 단계를 실시하여 흡착된 A 화합물의 단층막 만을 남긴 뒤, 이후 상기 소스가스와 다른 반응물질(B 화합물)을 상기 A 화합물이 흡착된 웨이퍼 상에 흡착시켜 A 화합물과 B 화합물의 화학적 반응에 의한 박막 형성을 유도하고 다시 제 2 퍼지 단계를 실시하여 흡착되지 않은 B 화합물을 제거하는데, 경우에 따라서는 박막의 두께가 원하는 정도가 될 때까지 위 단계를 반복하게 된다.

원자층 증착 방법에 의하는 경우, 상기 A 화합물과 B 화합물은 박막이 형성될 웨이퍼 표면 부근에서만 반응에 의하여 원하는 박막 형태로 만들 수 있어, 박막내의 불순물의 함량 감소, 두께의 균일성 등의 물성에서 우수한 박막을 형성할 수 있다.

즉, 원자층 증착 방법은 증착시키고자 하는 A 화합물과 B 화합물을 시분할을 통하여 독립적으로 공정챔버 내부로 공급한다는 점에서 특징이 있으나, 화학 반응에 의하여 박막을 증착시킨다는 점에서는 CVD 방법과 동일한 원리를 이용하고 있는 것이다.

이와 같이 증착시키고자 하는 성분이 포함된 화합물 사이의 화학 반응에 의하여 박막 증착 공정을 수행하기 위한 장치를 개략적으로 설명한다. 도 1은 종래 화학기상 증착 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 화학기상 증착장치의 리드를 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이 화학기상 증착장치는 실질적인 증착공정이 이루어지는 반응실(10)과 상기 반응실 상부에 위치하여 공정가스를 상기 반응실 내부로 유입시키는 리드(20)로 구성되어지는 공정챔버를 포함한다. 상기 반응실(10) 내부에는 웨이퍼가 안착되는 서셉터가 형성되며, 상기 리드(20)를 통하여 공급된 공정가스는 리드 저면에 형성된 분배판(미도시)을 통하여 웨이퍼 상으로 증착된다.

상기 리드(20)의 상면으로는 제 1 공정가스 및 퍼지 가스를 공정챔버 내부의 반응실로 유입시키는 제 1 유입관(40a)과 제 2 공정가스 및 퍼지 가스를 반응실로 유입시키는 제 2 유입관(40b)이 설치된다. 또한, 리드의 상면 중앙에는 상기 제 1, 제 2 유입관(40a, 40b)을 통하여 공급되는 제 1 공정가스, 제 2 공정가스 및 퍼지 가스를 반응실 상면으로 균일하게 분사하기 위한 인젝터(50)가 형성된다. 인젝터(50)에는 제 1, 2 유입관(40a, 40b)으로부터 유입된 공정가스를 반응실 상면으로 공급할 수 있도록 제 1, 제 2 주입구(52a, 52b)가 형성되어 있다. 상기 리드의 저면(22)은 공급된 반응가스들의 증착의 효율성을 고려하여 돔 형상으로 되어 있는 것이 일반적이다.

또한, 상기 반응실(10)의 외측벽으로는 각각 제 1, 2 공정가스를 공정챔버 내부로 공급하기 위한 제 1 가스 라인(30a)과 제 2 가스 라인(30b)이 설치된다. 상기 제 1, 제 2 가스 라인(30a, 30b)의 일단은 각각 접속수단(미도시)을 통하여 상기 제 1, 제 2 유입관(40a, 40b)과 연결되며, 타단은 외부의 가스 공급원(미도시)와 연결된다. 이를 통하여 상기 제 1, 제 2 가스 라인(30a, 30b)는 가스 공급원으로부터 공급된 공정가스를 리드(20)의 상면에 형성된 인젝터(50)를 경유하여 반응실 내부로 유입될 수 있도록 한다. 이와 같이 인젝터(50)를 경유한 각각의 공정가스는 제 1 및 제 2 주입구(52a, 52b)를 통하여 분사되고, 그 하부에 설치된 분배판에 형성된 다수의 분배홀을 경유하여 실질적인 증착이 수행되는 반응실 내부의 서셉터상에 안치된 웨이퍼상면으로 분배된다.

그러나 종래 박막 증착 과정에서 인젝터(50)를 통하여 분사된 제 1 및 제 2 공정가스 중의 일부는 인젝터 하부의 반응실로 분사되지 않고, 리드 저면(22)에 흡착된다. 리드 저면(22)에 흡착된 공정가스들은 화학 반응을 통하여 부산물(by-product)을 형성하고, 일정 시간 경과 후 리드의 저면(22)에서 탈착되어, 파티클(particle)을 형성하여 오염원으로 기능하게 된다.

이와 같은 파티클의 형성을 방지하기 위하여 리드 저면(22)에 증착된 부산물들이 파티클로 형성되기 전에 세정(cleaning)을 실시해야 하는 데, 현재까지는 완벽한 세정을 기대할 수 없다. 따라서 증착 공정 후에 사포 등을 이용하여 리드 저면(22)에 흡착된 부산물을 제거하고 있다. 이는 결국 화학기상 증착 장치의 유지를 위한 시간을 증가시킬 뿐 아니라, 리드 저면(22)의 조도를 떨어뜨리게 되어 화학기상 증착 장치의 생산성을 크게 감소시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 리드 저면에 증착된 부산물을 신속, 용이하게 제거함으로써, 증착공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 화학기상 증착장치의 리드를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 위하여, 본 발명은 가스 유입관을 통하여 공급되는 공정가스를 공정챔버 내부로 유입시키는 주입구를 구비하는 인젝터와, 상기 인젝터의 측면에서 증착장치의 상단을 횡단하는 리드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드에 있어서, 상기 인젝터의 주입구와 연통하는 중앙홀이 형성되고, 상기 리드의 저면을 따라 결합하는 리드 실드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드를 제공한다.

본 발명의 화학기상 증착장치의 상기 리드의 저면은 돔 형상이고, 상기 리드 실드는 상기 리드와 나사 결합 방식에 의하여 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 리드 실드는 알루미늄 재질이고, 리드 실드의 두께는 5 ~ 20 ㎜인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부하는 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 화학기상 증착 장치의 리드를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 리드 실드를 개략적으로 표시한 사시도이다. 본 발명의 리드(Lid, 200)의 중앙부에는 인젝터(500)가 설치되어 외부로부터 유입된 공정가스를 실질적인 증착 공정이 수행되는 리드(200)의 하부로 분사한다. 상기 인젝터(500)에는 각각 다른 경로를 통하여 공급되는 제 1 공정가스와 제 2 공정가스를 상기 인젝터(500) 하부에 설치되어 있는 웨이퍼 상면으로 분사하기 위하여 제 1 주입구(520a)와 제 2 주입구(520b)가 형성되어 있다. 리드(200)의 저면(220)은 유입된 공정가스가 균일하게 분산될 수 있도록 돔 형상을 하고 있는 것이 바람직하다.

상기 제 1 주입구(520a)와 제 2 주입구(520b)는 각각 외부의 가스 공급원으로부터 공급된 제 1 공정가스와 제 2 공정가스를 증착장치 내부로 유입시키는 제 1 유입관 및 제 2 유입관(도 1 참조)과 연결되어 있으므로, 각각의 공정가스는 증착 공정이 일어나기 전에 반응하지 않게 된다.

상기와 같이, 인젝터(500)의 제 1, 2 주입구(520a, 520b)를 통하여 유입된 공정가스는 리드(200) 하부로 분사되어, 증착 장치를 가로질러 설치되는 분배판(미도시)에 다수 형성된 분배홀을 통하여 웨이퍼 상면으로 분산된다.

그러나 일부 공정가스는 리드 저면(220)에 흡착되어 화학반응을 일으켜 부산물(by-product)을 형성한다. 형성된 부산물은 리드 저면(220)으로부터 탈착되어 파티클을 형성하여 증착장치의 내부를 오염시키게 된다. 따라서 본 발명에서는 증착장치 내부에서 파티클의 발생을 억제하기 위하여 리드 저면을 따라 리드 실드(Lid Shield, 300)가 결합되어 있다. 상기 리드 실드(300)의 중앙부분에는 중앙홀(320)이 형성되어 상기 인젝터(500)의 제 1, 2 주입구(520a, 520b)를 통하여 유입된 반응가스들이 관통할 수 있도록 되어 있다.

따라서 외부로부터 유입된 공정가스는 리드 실드(300)에 형성된 중앙홀(320)을 통하여 그 하부의 분배판으로 분사되고, 일부 공정가스는 리드 저면(220)을 따라 결합된 리드 실드(300)의 저면에 흡착된다. 이와 같이 흡착된 공정가스들은 화학반응을 통하여 부산물을 형성하고, 리드 실드(300)에서 탈착되어 파티클의 발생하게 되는 데, 파티클이 발생하기 전에 상기 리드 실드(300)를 리드(200)로부터 해체하여 습식 세정을 실시하고, 여분으로 준비된 다른 리드 실드를 리드 저면(220)과 결합시킨다. 따라서 종래 사포 등을 이용하여 리드 저면(220)에 흡착된 부산물을 제거하는 과정을 생략한 채, 리드 저면에 결합된 리드 실드만을 교체함으로써, 신속하고 용이하게 리드에 증착되어 형성되는 파티클을 완전히 제거할 수 있게 된다.

이를 위하여 상기 리드 실드(300)는 리드 저면(220)과 손쉽게 해체가 가능한 방법으로 결합되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 리드 저면 중 소정의 위치에 삽입홈을 형성하고, 그에 대응되는 리드 실드(300)의 위치에 삽입부를 형성하여 끼워 맞출 수 있다. 또한, 리드 저면에 형성되는 상기 삽입홈의 내면에 나사산을 형성하고, 리드 실드(300)의 상기 삽입부는 상기 나사산에 대응되는 나사 형상으로 함으로써, 리드 저면과 리드 실드를 결합할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서의 상기 리드 실드(300)는 증착 공정이 완료된 후에 리드의 저면(220)으로부터 해체된 뒤, 별도의 리드 실드가 리드 저면(220)에 결합되어야 하기 때문에, 리드 실드(300)는 상기 리드(200)와 동일한 재질로 형성하여 결합과 해체 과정에서 리드 실드(300)와 리드(200)의 접촉에 따른 파티클의 발생을 최소화하는 것이 바람직하다. 통상적으로 리드(200)가 알루미늄으로 제조된다는 점을 감안한다면, 본 발명의 리드 실드(300)는 알루미늄으로 제조하는 것이 바람직하다 할 것이다.

또한, 본 발명에서 리드의 저면(220)을 따라 결합되는 리드 실드(300)의 두께는 반응가스가 리드로 흡착되는 것을 방지할 수 있는 목적을 달성할 수 있으면 문제되지 않지만, 리드 하부에 형성되는 분배판과 리드 중앙부에 형성되는 인젝터(500) 사이의 간격이 지나치게 증가하는 것을 방지하기 위하여 5 ~ 15 ㎜인 것이 바람직하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였으나, 다양한 변형과 변경이 가능하며, 그와 같은 변형과 변경은 본 발명의 정신을 훼소하지 않는 한 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

본 발명의 화학기상증착 장치의 리드 저면에는 리드와 동일한 재질로 형성된 리드 실드가 형성됨으로써, 화학기상증착 장치로 공급되는 반응가스들이 리드 저면에 흡착되어 파티클이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 리드 실드는 증착 공정 직후에 리드로부터 해체하고 여분의 리드를 결합하기만 하면 바로 증착공정을 실시할 수 있기 때문에 증착공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 세정 주기의 단축으로 야기되는 생산성의 하락을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 사시도;

도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 화학기상 증착장치의 리드의 단면도;

도 3은 본 발명의 화학기상 증착장치의 리드의 단면도;

도 4는 본 발명의 리드 실드를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 반응실 20, 200 : 리드

22, 220 : 리드 저면 30a, 30b : 제 1, 2 가스 라인

40a, 40b : 제 1, 2 유입관 50, 500 : 인젝터

52a, 520 : 제 1 주입구 52b, 520b : 제 2 주입구

300 : 리드 실드 320 : 중앙홀

Claims (5)

1. 가스 유입관을 통하여 공급되는 공정가스를 공정챔버 내부로 유입시키는 주입구를 구비하는 인젝터와, 상기 인젝터의 양측에서 증착장치의 상단을 횡단하는 리드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드에 있어서,

   상기 인젝터의 주입구와 연통하는 중앙홀이 형성되고, 상기 리드의 저면을 따라 결합하는 리드 실드를 포함하는 화학기상 증착장치의 리드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 리드의 저면은 돔 형상인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치의 리드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 리드 실드는 상기 리드와 나사 결합 방식에 의하여 결합하는 화학기상 증착장치의 리드.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 리드 실드는 상기 리드와 동일 재질인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치의 리드.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 리드 실드의 두께는 5 ~ 15 ㎜인 화학기상 증착 장치의 리드.