KR20050040155A

KR20050040155A - 화학기상증착장치

Info

Publication number: KR20050040155A
Application number: KR1020030075206A
Authority: KR
Inventors: 표대일; 정기범
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-03

Abstract

본 발명은 샤워헤드가 구비된 화학기상증착장치에 관한 것이며, 기체주입관이 연결된 샤워헤드의 상부 몸체와 다수 개의 노즐이 형성된 샤워헤드의 하부 몸체가 체결 및 분리되도록 나사체결되어, 하부 몸체의 교체시에 하부 몸체를 상부 몸체에서 분리하여 교체함으로써, 샤워헤드의 보존관리에 용이하다는 장점이 있다.

Description

화학기상증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus}

본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것으로, 특히, 샤워헤드의 내구성을 향상시키며 보존관리가 용이하게 구성된 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.

반도체 소자 제조공정에 있어서, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)막은 일반적으로 평판전극의 샤워헤드(showerhead) 방식으로 증착된다. 이때 플라즈마 형성시에 전극에서 아크(arc)가 발생하며 또한 전극에 증착된 필름이 누적되면 열팽창율의 차이로 미세입자가 박리되어 반도체 장치에 불량을 유발하게 된다.

도면에서, 도 1은 종래의 기술에 따른 평판전극 샤워헤드방식의 화학기상증착장치의 개략도이며, 도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드의 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외부와 차단되는 반응공간은 반응기에 의해 제공된다. 여기서, 반응기는 그 하부인 챔버(10)와 상부인 챔버루프(chamber roof; 20)로 구성되며, 반응기의 내부와 외부의 효과적인 차단을 위해 챔버루프(20)와 챔버(10)의 결합부위에는 오링(30)이 설치된다.

그리고 챔버(10)의 측벽에는 슬롯밸브(slot valve, 60)가 설치되며, 로드락부(미도시)를 통해 챔버(10)내로 웨이퍼(50)를 이송시키기 위해서는 슬롯밸브(60)를 열어야 한다. 챔버(10)의 내부에는 서셉터(Susceptor, 40)가 설치되며, 이런 서셉터(40)에 웨이퍼(50)가 안착된다. 서셉터(40)는 서셉터 이송수단(45)에 의해 상하로 이동시킬 수 있다. 서셉터(40) 내부에는 안착되는 웨이퍼(50)를 가열시키기 위한 히터(미도시)가 장착된다.

반응기 내에 기체를 주입하기 위한 기체주입관(80a)은 샤워헤드(showerhead, 70)에 연결된다. 그리고 웨이퍼(50)와 대응하는 샤워헤드(70)의 저면에는 복수의 노즐(70a)이 형성되며, 기체주입관(80a)에 의해 샤워헤드(70)로 공급된 기체는 노즐(70a)을 통하여 웨이퍼(50)의 상면에 균일하게 분사된다. 분사된 기체는 기체 배기관(80b)을 통하여 배기된다.

그리고 샤워헤드(70)는 플라즈마 전극의 역할도 동시에 수행할 수 있도록 RF 전력공급원에 연결되고, 서셉터(40)는 접지된다. 샤워헤드(70)는 플라즈마 전극의 역할을 수행해야 하므로 도전체 예컨대, 알루미늄으로 이루어져 있다. 여기서, 플라즈마에 의한 아크(arc) 발생 및 표면보호를 위해 샤워헤드(70)의 외측면에는 양극화(anodizing) 또는 에칭(etching)처리 한다.

하지만, 도 2에 보이듯이 샤워헤드(70)는 그 측면(70S)과 저면(70L)이 직각을 유지하면서 저면(70L)의 원주를 따라 날카로운 모서리가 형성된다.

RF인가시에 접지가 불량하거나 리플렉트 파워 로스(Reflect Power Loss) 발생시에는 샤워헤드의 모서리에서 박리가 시작되며, 박리된 샤워헤드의 모서리에는 RF소스가 집중되어 아크가 발생한다.

이와 같이 아크가 발생하면, 균일성(uniformity), 스트레스, RI조건 등의 재현성을 유지할 수 없어 정상적인 작업 및 플라즈마 조건을 제공하지 못하게 되며, 소자에 결함입자들이 발생하게 된다는 단점이 있다.

또한, 고온의 챔버 내에서 샤워헤드를 장시간 사용하다 보면, RF사용에 따라 샤워헤드로 가스가 주입되어 샤워헤드의 저면 모양이 변형된다. 이와 같이 샤워헤드의 저면이 변형되면 샤워헤드를 교체하여야 한다.

하지만, 최근에는 반도체 소자의 대량생산을 위해 한 반응기 내부에 다수 개의 샤워헤드가 위치하는데, 이런 샤워헤드를 교체하기 위해서는 챔버루프의 저면과 샤워헤드를 연결 고정하는 지지대들을 해체하고, 샤워헤드 전체를 교체하여야 한다. 따라서 이와 같은 교체작업 때문에 많은 시간과 인력이 소요된다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, RF소스가 샤워헤드의 모서리부에 집중되는 것을 방지하여 소자에 결함입자들이 발생하는 것을 방지하며, 또한 샤워헤드의 교체시에 용이하게 교체작업이 이루어질 수 있게 구성된 화학기상증착장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부에 기체주입관이 연결되고 저면에는 다수 개의 노즐이 형성된 샤워헤드를 포함하는 화학기상증착장치에 있어서, 상기 샤워헤드는 상기 기체주입관이 연결된 상부 몸체와 상기 다수 개의 노즐이 형성된 하부 몸체로 구분되며, 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체는 체결수단에 의해 체결 및 분리되어 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체를 결합시키는 결합수단이 나사체결되어 체결 및 분리된다.

또한, 본 발명의 상기 샤워헤드의 하부 몸체에는 상기 노즐이 형성된 저면과 그 측면이 만나는 모서리가 라운딩 가공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 샤워헤드의 분해사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 상세도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버루프(20)의 안쪽에는 다수 개의 샤워헤드(170)가 지지대(25)에 의해 고정된다.

이런 샤워헤드(170)는 지지대(25)에 고정되는 상부 몸체(171)와, 상부 몸체(171)에 체결되어 서셉터(도 1의 40)와 마주하는 하부 몸체(173)로 구분된다. 상부 몸체(171)는 기체주입관(80a)이 연결된 원형의 상판(171H)과, 상판(171H)의 원주를 따라 상판(171H)에 수직하게 위치하며 하단 외측면에 수나사(172) 가공된 링형의 제1 측벽(171S)으로 구성된다. 그리고 하부 몸체(173)는 상부 몸체(171)의 수나사(172)에 체결되도록 내주면에 암나사(174)가 형성된 링형의 제2 측벽(173S)과, 제2 측벽(173S)의 하단을 폐쇄하며 다수 개의 노즐(170a)이 형성된 하판(173L)으로 구성된다.

그리고 하부 몸체(173)의 하판(173L)과 제2 측벽(173S)이 연결되는 모서리는 라운딩 가공되어 날카로운 모서리가 제거된다.

이와 같이 구성된 샤워헤드(170)는 챔버루프(20)에 설치되는데, 상부 몸체(171)의 상판(171H)에는 챔버루프(20)를 관통한 기체주입관(80a)이 연결되고, 챔버루프(20)에 고정된 지지대(25)가 기체주입관(80a)의 둘레로 연장되어 상판(171H)의 상면에 고정된다.

이런 상부 몸체(171)에는 하부 몸체(173)가 체결되는데, 상부 몸체(171)의 제1 측벽(171S)의 수나사(172)에 하부 몸체(173)의 제2 측벽(173S)의 암나사(174)가 나사체결되어 고정된다.

이와 같이 조립된 샤워헤드(170)를 사용함에 있어서, 하부 몸체(173)의 하판(173L)과 제2 측벽(173S)이 연결되는 부분은 라운딩 가공되어 RF인가시에 RF소스가 집중되지 않는다. 따라서 아크발생을 방지할 수 있다.

또한, 샤워헤드(170)를 장시간 사용하여 하부 몸체(173)의 하판(173L)이 변형될 경우에 작업자는 하부 몸체(173)를 돌려 상부 몸체(171)에서 해체하고, 새로운 하부 몸체를 상부 몸체(171)에 나사체결함으로써 변형된 하부 몸체를 교체한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착장치는 샤워헤드의 저면 둘레가 라운드 가공되어 아크발생을 방지함으로써 소자에 발생할 수 있는 결함입자를 감소할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 화학기상증착장치는 노즐이 형성된 하부 몸체와 기체주입관이 연결된 상부 몸체가 나사체결되어 상호 분리될 수 있어 샤워헤드의 하부 몸체가 변형되었을 때에 변형된 샤워헤드의 하부 몸체만을 용이하게 교체함으로써, 샤워헤드의 보존관리가 용이하다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 화학기상증착장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 기술에 따른 평판전극 샤워헤드방식의 화학기상증착장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드의 정면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 샤워헤드의 분해사시도이며,

도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 상세도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 챔버 20 : 챔버루프

40 : 서셉터 70, 170 : 샤워헤드

170a : 노즐 171 : 상부 몸체

172 : 수나사 173 : 하부 몸체

174 : 암나사

Claims

상부에 기체주입관이 연결되고 저면에는 다수 개의 노즐이 형성된 샤워헤드를 포함하는 화학기상증착장치에 있어서,

상기 샤워헤드는 상기 기체주입관이 연결된 상부 몸체와 상기 다수 개의 노즐이 형성된 하부 몸체로 구분되며, 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체는 체결수단에 의해 체결 및 분리되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체를 결합시키는 결합수단이 나사체결인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 샤워헤드의 하부 몸체에는 상기 노즐이 형성된 저면과 그 측면이 만나는 모서리가 라운딩 가공된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.