KR20070002218A - 화학기상증착장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 화학기상증착(CVD)장치에 관한 것으로서, 상부에 반응가스가 공급되는 가스유입공을 갖는 반응챔버를 형성하는 반응기와; 상기 반응챔버 내에서 작업물을 지지하는 지지대와; 상기 가스유입공으로부터 반응가스를 상기 작업물에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공이 형성된 노즐유닛을 갖는 샤워헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 증착막이 균일하게 형성될 수 있는 화학기상증착장치가 제공된다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 챔버 내의 반응가스흐름을 나타낸 종단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 화학기상증착(CVD)장치 20 : 작업물
30 : 반응기 31 : 반응챔버
33 : 가스유입공 35 : 배출부
40 : 샤워헤드
50 : 노즐유닛 51 : 노즐공
53 : 유입단 55 : 유출단
60 : 가스분배부 61 : 가스분배공
70 : 지지대
80 : 플라즈마층
본 발명은, 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증착막이 균일하게 형성될 수 있는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)장치는 반도체 등의 제조공정에 이용되며 반응가스를 반응챔버 내로 공급하여 기상화학반응을 통해 작업물에 얇은 증착막을 형성한다. 화학기상증착장치에는 일반적으로 상부에 반응가스가 공급되는 가스유입공을 갖는 반응챔버를 형성하는 반응기와, 반응챔버 내에서 작업물을 지지하는 지지대와, 가스유입부와 지지대 사이에서 반응가스를 안내 및 분배하여 작업물로 분사하는 샤워헤드를 가지고 있다. 샤워헤드를 통해 작업물에 분사된 반응가스는 플라즈마와 반응에 의해 작업물의 표면에 증착막을 형성시킨다.
한국 실용공개공보 실2000-0010029호(2000.06.15)에는 반도체 증착장비용 샤워헤드를 개시하고 있다. 이 종래기술에서는 반응가스를 반도체웨이퍼에 균일하게 공급할 수 있도록 하기 위하여 샤워헤드 몸체의 중앙에서 가장자리로 갈수록 분사노즐의 직경을 협소하게 형성하여 중앙과 가장자리의 반응가스 유동량을 다르게 하고 있다. 또한, 샤워헤드의 몸체는 중앙에서 가장자리로 갈수록 그 두께를 얇게 하여 반응가스의 유동길이를 다르게 하고 있다.
그런데, 이러한 종래기술에서는 중앙에서 가장자리로 갈수록 노즐의 유출단에서 작업물까지의 거리가 멀어지도록 샤워헤드의 몸체두께를 얇게 하고 있으므로 노즐의 유출단에서 반도체웨이퍼까지의 이격거리가 균등하지 않다. 이에, 종래기술은 반응가스 유출단의 중앙이 돌출되어 있어 플라즈마층이 균일하지 못하며, 샤워헤드몸체로부터 반도체웨이퍼까지의 거리를 최소화하지 못하므로 증착속도 및 증착막의 품질을 향상시키는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 증착막이 균일하게 형성될 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 화학기상증착(CVD)장치에 있어서, 상부에 반응가스가 공급되는 가스유입공을 갖는 반응챔버를 형성하는 반응기와; 상기 반응챔버 내에서 작업물을 지지하는 지지대와; 상기 가스유입공으로부터 반응가스를 상기 작업물에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공이 형성된 노즐유닛을 갖는 샤워헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 노즐공들은, 유출단이 상기 지지대로부터의 이격거리가 균등하고, 유입단이 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 상기 지지대로부터의 이격거리가 길어지는 것을 포함한다.
또한, 상기 유출단들의 평면에 대해 상기 유입단들은 0.5°에서 10° 각도범위 내에서 배치되는 것을 포함한다.
그리고, 상기 샤워헤드는, 상기 노즐유닛과 상기 가스유입공 사이에 상기 반응가스를 분배하는 다수의 가스분배공을 갖는 적어도 하나의 가스분배부가 배치되어 있는 것을 포함한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예인 화학기상증착장치에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 화학기상증착장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응가스가 공급되는 가스유입공(33)을 갖는 반응챔버(31)를 형성하는 반응기(30)와; 반응챔버(31) 내에서 작업물(20)을 지지하는 지지대(70)와; 가스유입공(33)으로부터 반응가스를 작업물(20)에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공(51)이 형성된 노즐유닛(50)을 갖는 샤워헤드(40)를 포함하고 있다.
화학기상증착장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자부품제조공정 중 하나에 채용되며 반응챔버(31) 내로 반응가스를 공급하여 기상화학반응을 통해 작업물(20)에 얇은 증착막을 형성시킨다. 화학기상증착장치(10)는 반응챔버(31) 내에 플라즈마와 증착가스가 반응하도록 하여 작업물(20)에 얇은 증착막을 형성시키는 것과 같은 공지의 다양한 종류를 선택적으로 채택할 수 있음은 물론이다. 화학기상증착장치(10)는 작업물(20)의 크기에 대응하여 마련될 수 있다.
작업물(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(31) 내에 수용되며, 원형의 실리콘으로 마련되어 다수의 반도체(미도시)를 제조할 수 있는 반도체웨이퍼와 같이 공지된 것을 선택적으로 포함할 수 있음은 물론이다. 작업물(20)은 필요에 따라 크기가 다양하게 마련될 수 있다. 따라서, 작업물(20)의 크기에 따라 후술할 노즐공(51)의 길이 증가각도 및 노즐유닛(50)의 유출단(55)으로부터 작업물(20) 사이의 이격거리가 변화될 수 있다.
반응기(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 반응가스가 공급되는 가스유입공(33)을 갖는 반응챔버(31)와, 하부에 반응가스가 배출되는 배출부(35)와, 반 응가스를 작업물(20)에 안내 및 분배하는 샤워헤드(40)와, 반응챔버(31) 내에서 작업물(20)을 지지하는 지지대(70)를 포함하고 있다.
반응챔버(31)는 공정 중에 진공 및 온도유지 등을 위해 외부와 차단한다.
가스유입공(33)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(31)의 상부에 마련되어 반응챔버(31) 내로 반응가스를 공급한다. 가스유입공(33)은 적어도 하나로 마련되어 있다.
배출부(35)는 반응챔버(31) 내로부터 가스를 배출한다.
샤워헤드(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스유입공(33)과 작업물(20) 사이에 마련되어 가스유입공(33)으로부터 반응가스를 작업물(20)에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공(51)이 형성된 노즐유닛(50)을 포함한다. 또한, 샤워헤드(40)에는 노즐유닛(50)과 가스유입공(33) 사이에 반응가스를 분배하는 다수의 가스분배공(61)을 갖는 적어도 하나의 가스분배부(60)가 배치될 수 있다.
노즐유닛(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스유입공(33)과 작업물(20) 사이에 마련되어 가스유입공(33)으로부터 반응가스를 작업물(20)에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공(51)이 형성되어 있다.
노즐공(51)들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐유닛(50)에 마련되며 가스유입공(33)으로부터 반응가스를 작업물(20)에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어진다. 노즐공(51)들은 노즐유닛(50)을 관통하 여 형성되어 있다. 노즐공(51)들은 유출단(55)이 지지대(70)로부터의 이격거리가 균일하고, 유입단(53)이 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 지지대(70)로부터의 이격거리가 길어진다. 노즐공(51)의 유출단(55)들의 평면에 대해 유입단(53)들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 0.5°에서 10° 각도(θ)범위 내에서 배치될 수 있다. 이러한 각도(θ)는 작업물(20)의 크기, 증착가스의 흐름속도 등에 따라 변동될 수 있음은 물론이다.
그러므로, 노즐공(51)들을 통과하는 반응가스의 유동길이가 다르므로 반응가스가 노즐공(51)들을 통과하며 발생하는 압력차도 다르다. 이에, 노즐유닛(50)의 중심축선에 있는 유동길이가 짧은 노즐공(51)과 외측에 있는 유동길이가 긴 노즐공(51)을 통과하는 반응가스의 양이 서로 달라진다. 반응가스는 작업물(20)의 중심축선에서부터 반경방향의 외측으로 가면서 작업물(20) 표면에 차등적으로 분사될 수 있다. 이에, 반응가스는 작업물(20) 표면 전체에 걸쳐 균일한 흐름이 유지되어 작업물 표면의 증착막이 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 노즐공(51)의 유출단(55)들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(70)로부터의 이격거리가 균등하므로 유출단(55)들과 작업물(20)을 근접시켜 상호간의 이격거리를 최소한으로 할 수 있다. 이에, 작업물(20)에 증착막이 신속하게 형성될 수 있다. 그리고, 노즐공(51)의 유출단(55)과 작업물(20) 사이에 플라스마층이 균일하게 형성될 수 있다.
가스분배부(60a,60b)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나로 마련되며, 반응가스를 공급하는 가스유입공(31)과 노즐유닛(40) 사이에 반응가스를 분배하는 다수의 가스분배공(61)을 포함하고 있다. 적어도 하나의 가스분배부(60)에는 가스 분배공(61)이 교호적으로 배치되어 반응가스의 분배를 효과적으로 할 수 있다. 가스분배공(61)의 단면적과 배열은 반응가스량, 작업물(20)의 크기 등에 따라 다양하게 채용할 수 있음은 물론이다.
지지대(70)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 구동을 하여 높이를 조절할 수 있으며, 높이 조절을 통해 작업물(20)를 공정위치에서 지지할 수 있다. 지지대(70)는 필요에 따라 열원을 공급하는 히터(미도시)가 마련될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 화학기상증착장치(10)의 작동과정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응가스가 가스유입공(33)을 통하여 공급되면, 가스분배부(60)에 형성된 다수의 가스분배공(61)을 통하여 판면 전체적으로 균일하게 분배된다. 반응가스는 노즐유닛(50)에서 유동길이가 짧은 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 순차적으로 노즐공(51)을 관통하여 작업물(20)에 차등공급된다. 배출부(35)는 가스를 반응챔버(31)로부터 배출시킨다. 지지대(70)는 작업물(20)의 크기 등에 따라 유출단(55)들로부터 작업물(20)의 이격거리를 최소화 하며 노즐유닛(51)의 유출단(55)들로부터 작업물(20)까지의 이격거리를 최소화시킬 수 있다.
이에, 본 발명에 따르면, 노즐유닛(50)의 노즐공(51)들은 노즐유닛(50)의 중심축선에서 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 형성되어 있다. 따라서, 반응가스는 작업물(20)에 순차적으로 공급되어 유동이 안정적이며 균일하므로 균일한 증착막이 작업물(20)에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 노즐 유닛(50)의 유출단(55)들은 지지대(70)로부터의 이격거리가 균등하여 작업물(20)이 유출단(55)들에 최대한 근접될 수 있으므로 작업물(20)의 표면에 증착막이 신속하게 형성되며 플라즈마층의 밀도도 균일하게 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 증착막이 균일하게 형성될 수 있는 화학기상증착장치가 제공된다.
Claims (4)
- 화학기상증착(CVD)장치에 있어서,상부에 반응가스가 공급되는 가스유입공을 갖는 반응챔버를 형성하는 반응기와;상기 반응챔버 내에서 작업물을 지지하는 지지대와;상기 가스유입공으로부터 반응가스를 상기 대상물에 분사하며, 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 유동길이가 길어지도록 마련된 다수의 노즐공이 형성된 노즐유닛을 갖는 샤워헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 노즐공들은, 유출단이 상기 지지대로부터의 이격거리가 균등하고, 유입단이 중심축선으로부터 반경방향의 외측으로 갈수록 상기 지지대로부터의 이격거리가 길어지는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제2항에 있어서,상기 유출단들의 평면에 대해 상기 유입단들은 0.5°에서 10° 각도범위 내에서 배치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 샤워헤드는,상기 노즐유닛과 상기 가스유입공 사이에 상기 반응가스를 분배하는 다수의 가스분배공을 갖는 적어도 하나의 가스분배부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
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