KR20070049265A - 샤워 헤드를 포함하는 반도체 제조 공정 장치 - Google Patents

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Abstract

박막을 증착하기 위한 반도체 제조 공정 장치에서, 내부 공간을 갖는 공정 챔버, 상기 공정 챔버를 덮는 리드부, 상기 리드부와 대향하고, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 유입하기 위한 샤워 헤드, 상기 샤워 헤드 상부 및 리드부 저면이 서로 대향하도록 연결시키고 구동에 의해 상기 샤워 헤드의 위치를 변경시키는 스크류, 상기 공정 챔버의 저면에 위치하고 웨이퍼가 놓여지는 히팅 블록, 상기 샤워 헤드에 구비되고 상기 샤워 헤드 및 상기 히팅 블록 사이의 간격을 측정하기 위한 변위 센서, 상기 스크류와 연결되어 상기 스크류를 구동시키는 구동부 및 상기 변위 센서로부터 상기 샤워 헤드 및 상기 히팅 블록 사이의 간격의 측정값을 인가받고 상기 구동부에 구동 신호를 인가하는 제어부를 포함한다.

Description

샤워 헤드를 포함하는 반도체 제조 공정 장치{Apparatus for manufacturing a semiconductor device having shower head}
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 확대도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공정 챔버 12 : 히팅 블록
14 : 리드부 16 : 샤워 헤드
18 : 스크류 20 : 변위 센서
22 : 구동부 30 : 제어부
본 발명은 반도체 제조 공정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤워 헤드를 포함하는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
현재의 반도체 장치 제조 공정 개발은 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되고 있다. 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화를 이루기 위해서는 기판 전 영역에서 균일한 특성을 갖는 막을 원하는 두께로 형성하는 것이 매우 중요하다.
일반적으로 반도체 기판 상에 박막을 증착하는 기술은 크게 물리적 방식을 이용하는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 방법과 화학적 방식을 이용한 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로 분류된다. 이 중에서 반도체 장치의 제조 중에 가장 빈번하게 사용되는 물질인, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 폴리실리콘 등과 같은 물질막은 대부분 화학 기상 증착 장치를 사용하는 화학 기상 증착법에 의해 형성된다.
상기 화학 기상 증착 공정은 반도체 기판 상에 화학 반응을 통해 박막을 형성하는 방법이므로, 상기 공정이 수행되는 챔버 내에 공정 조건 예를 들어, 온도, 압력 및 가스의 농도 분포 등에 따라 형성되는 박막의 특징이 매우 달라지게 된다. 때문에, 상기 공정 조건들이 항상 균일하게 유지될 수 있도록 상기 화학 기상 증착 공정 장치를 주기적으로 예방 정비하는 것이 매우 중요하다.
특히 상기 화학 기상 증착 공정 장치에서, 박막을 형성하기 위한 반응 가스를 챔버 내부로 분사할 뿐 아니라 상기 가스들을 고온으로 가열하거나 고전위차에 노출시키는 역할을 하는 샤워 헤드가 상기 증착 공정 중에 정 위치에 위치하는 것이 매우 중요하다. 만일, 상기 샤워 헤드가 기판과 평행하게 놓여지지 않거나 또는 상기 샤워 헤드와 기판 사이의 간격이 설정된 간격과 다르게 놓여지는 경우에는 공정의 변화를 일으키게 되어 원하는 막의 두께 및 막의 특성을 수득하기가 어려워진다.
때문에, 상기 예방 정비 시에는 상기 샤워 헤드와 기판 사이의 간격이 설정된 간격으로 유지되는지 및 상기 샤워 헤드가 기판과 평행하도록 놓여있는지 여부를 확인하는 작업이 반드시 수행되어야 한다. 그러나, 진공 및 고온 상태의 챔버 내에 위치하는 샤워 헤드와 기판 사이의 간격을 정확하게 측정하는 것이 매우 어렵다. 현재에는 다음의 방법에 의해 상기 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도를 조절한다.
먼저, 리드부를 오픈시켜 챔버를 개방한 이 후에 기판이 놓여지기 위한 히터 블록 상부면에 열적 안정성이 높은 측정용 더미 부재를 올려놓는다. 상기 측정용 더미 부재의 예로는 쿠킹 호일을 들 수 있다. 이 후, 상기 샤워 헤드의 위치를 조절하여 고정한 후에 상기 챔버가 닫히도록 상기 리드부를 하강한다. 이 때, 상기 샤워 헤드에 의해 상기 쿠킹 호일이 눌리게 되도록 한다. 이 후, 상기 쿠킹 호일의 눌려진 부위의 깊이를 버니어캘리퍼스 등을 이용하여 측정함으로서 상기 히터 블록 과 샤워 헤드 간의 갭을 측정한다. 이 후, 상기 갭의 측정 값을 근거로 하여 상기 샤워 헤드와 연결된 스크류를 수작업에 의해 움직여 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도를 조절한다.
그러나, 상기한 방법에 의하면 작업자에 따라 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도가 달라질 수 있으며, 비록 동일 작업자가 상기 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도를 조절하였다 할지라도 그 정확도가 떨어질 수 밖에 없다.
또한, 상기 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도를 조절하 는데 요구되는 시간이 매우 증가되므로 반도체 제조 장치의 가동율이 감소되며 이로 인해 반도체 장치의 생산성이 감소되는 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 샤워 헤드와 기판 사이의 간격 및 샤워 헤드의 평편도를 정확하고 빠르게 조절할 수 있는 반도체 제조 공정 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 공정 장치는 내부 공간을 갖는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버를 덮는 리드부와, 상기 리드부와 대향하고, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 유입하기 위한 샤워 헤드와, 상기 샤워 헤드 상부 및 리드부 저면이 서로 대향하도록 연결시키고 구동에 의해 상기 샤워 헤드의 위치를 변경시키는 스크류와, 상기 공정 챔버의 저면에 위치하고 웨이퍼가 놓여지는 히터 블록와, 상기 샤워 헤드에 구비되고 상기 샤워 헤드 및 히팅 블록 사이의 간격을 측정하기 위한 변위 센서와, 상기 스크류와 연결되어 상기 스크류를 구동시키는 구동부 및 상기 변위 센서로부터 상기 샤워 헤드 및 히팅 블록 사이의 간격의 측정값을 인가받고 상기 구동부에 구동 신호를 인가하는 제어부를 포함한다.
상기 변위 센서는 초음파 센서, 레이저 센서 또는 광센서를 포함한다. 또한, 하나의 샤워 헤드에는 적어도 2개의 변위 센서가 구비되는 것이 바람직하다
상기 구동부는 구동 모터, 상기 구동 모터의 구동력이 전달되는 기어 및 상 기 구동 모터 및 기어에 의해 구동되고 상기 스크류를 미세 구동시키는 벨트로 구성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다. 도 1은 화학 기상 증착 장치의 리드부가 열려있는 형상을 도시한 것이며, 도 2는 화학 기상 증착 장치의 리드부가 닫혀있는 형상을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 박막을 증착하기 위한 공정이 진행될 수 있도록 내부 공간을 갖는 공정 챔버(10)가 구비된다. 상기 공정 챔버(10)는 상부가 개방된 원통형을 갖는 것이 바람직하다.
상기 공정 챔버(10)의 저면에는 기판이 놓여지기 위한 히팅 블록(12)이 구비된다. 상기 히팅 블록(12)은 상기 기판을 설정된 공정 온도로 상승시키는 역할을 한다.
상기 공정 챔버(10) 상에는 상기 공정 챔버(10) 내부 공간을 개폐할 수 있도록 구성된 리드부(14)가 구비된다. 상기 리드부(14)는 상하 구동에 의해 상기 공정 챔버(10) 내부 공간을 개폐한다.
상기 리드부(14)에 대향하면서 상기 리드부(14)와 연결되고, 상기 공정 챔버(10) 내부로 공정 가스를 유입하기 위한 샤워 헤드(16)가 구비된다. 이하에서는, 상기 샤워 헤드(16)에서 리드부(14)와 대향하는 면을 상부면이라 하고 상기 기판과 대향하는 면을 하부면이라 하면서 설명한다.
구체적으로, 상기 샤워 헤드(16)는 헤드 커버, 다공성 플레이트, 실링 부재 및 가스 공급 라인으로 구성된다. 상기 헤드 커버는 전체적으로 실린더 형상을 갖는다. 헤드 커버는 알루미늄 스틸로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 다공성 플레이트는 상기 헤드 커버의 하부를 덮는 형상을 갖는다. 또한, 상기 다공성 플레이트는 기판과 서로 대향하도록 위치하고 상기 플레이트에 형성되어 있는 홀들을 통해 상기 챔버(10) 내에 공정 가스들이 유입된다. 상기 다공성 플레이트는 나사공을 관통하는 체결부에 의해 상기 헤드 커버에 고정된다. 상기 다공성 플레이트는 헤드 커버와 같은 금속 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 다공성 플레이트 및 상기 헤드 커버에 의해 한정되는 공간 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인이 삽입된다. 가스 공급 라인은 파이프 형상을 갖는다. 상기 가스 공급 라인은 공정 가스를 제공하기 위한 가스 저장부에 연결되어 상기 샤워 헤드(16) 내부 공간으로 공정 가스를 공급한다.
상기 샤워 헤드(16) 상부면 및 리드부(14) 저면이 서로 일정 간격 이격되면서 서로 대향하게 위치하도록 연결시키는 스크류(18)가 구비된다. 상기 샤워 헤드(16)와 리드부(14)가 안정적으로 연결되기 위해서 상기 스크류(18)는 적어도 3개 이상 구비되는 것이 바람직하다. 상기 각각의 스크류(18)를 구동함에 따라, 상기 샤워 헤드(16)의 높낮이 및 평편도를 변경시킬 수 있다.
즉, 상기 스크류(18)를 구동시켜 상기 샤워 헤드(16) 상부면과 리드부(14) 저면간의 갭(gap)을 감소시키면 히팅 블록(12)의 상부면과 상기 샤워 헤드(16)의 저면 간의 간격이 증가하게 된다. 반대로, 상기 스크류(18)를 구동시켜 상기 샤워 헤드(16) 상부면과 리드부(14) 저면의 갭을 증가시키면 히팅 블록(12)의 상부면과 상기 샤워 헤드(16)의 저면 간의 간격(d)은 감소하게 된다.
또한, 상기 각각의 스크류(18)를 구동시킴으로서 상기 샤워 헤드(16)의 저면이 상기 기판 상부면과 전 영역에서 동일한 간격을 유지하도록 할 수 있다.
상기 샤워 헤드(16) 상부면 및 상기 히팅 블록(12) 사이의 간격을 측정하기 위한 변위 센서(20)가 구비된다. 상기 변위 센서(20)는 상기 샤워 헤드(16) 가장자리 부위에 구비되는 것이 바람직하다. 증착 공정이 통상적으로 500℃이상의 고온으로 수행되므로, 상기 변위 센서(20)는 500℃ 이상의 고온에서도 사용 가능한 것으로 장착되어야 한다.
상기 변위 센서(20)는 초음파 센서, 레이저 센서 또는 광센서를 포함한다. 상기 변위 센서(20)는 각각의 스크류(18)와 인접한 부위의 샤워 헤드 가장자리에 각각 1개씩 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 샤워 헤드(16)에 3개의 스크류(18)가 구비되는 경우 상기 변위 센서(20)는 상기 스크류(18)와 인접한 부위의 가장자리에 각 1개씩 3개가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 스크류(18)와 각각 연결되어 상기 각 스크류(18)를 독립적으로 구동시키는 구동부(22)를 구비한다. 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 구동부(22)는 상기 스크류(18)를 구동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동 모터(24)와, 상기 구동 모터(24)의 구동력이 전달되는 기어(26) 및 상기 구동 모터(24) 및 기어(26)에 의해 구동되고 상기 스크류(18)를 미세 이동시키는 벨트(28)를 포함한다. 상기와 같이, 구동부(22)를 통해 상기 스크류(18)를 미세하게 구동시킴으로서 상기에서 설명한 것과 같이 샤워 헤드(16)와 히팅 블록 사이의 간격 및 상기 샤워 헤드(16)의 평편도를 조절할 수 있다.
상기 변위 센서(20)로부터 상기 샤워 헤드(16)와 상기 히팅 블록(12) 사이의 간격을 측정한 측정값을 인가받고 상기 구동부(22)에 구동 신호를 인가하는 제어부(30)를 구비한다. 상기 제어부(30)는 상기 각 변위 센서(20)에서 인가된 측정값이 설정된 범위 이내인지를 확인한 후 상기 측정값이 설정된 범위를 벗어나면 상기 구동부(22)에 구동 신호를 인가한다. 이 후, 상기 측정값이 설정된 범위 이내가 되면 상기 구동 신호를 인가하지 않는다.
설명한 것과 같이, 상기 변위 센서(20), 제어부(30) 및 구동부(22)를 통해 상기 샤워 헤드(16)와 상기 히팅 블록(12) 간의 간격을 설정된 범위 이내로 자동으로 조절할 수 있다. 또한, 상기 샤워 헤드(16)의 평편도가 자동으로 조절할 수 있다. 또한, 상기 샤워 헤드(16)와 히팅 블록(12) 간의 간격과 샤워 헤드(16)의 평편도에 대한 측정이 작업자에 의해 수작업으로 이루어지지 않고 변위 센서(20)를 통해 이루어지므로 보다 정확한 측정이 가능하다.
이로 인해, 상기 히팅 블록(12) 상에 놓여지는 기판과 샤워 헤드(16) 사이의 간격을 균일하게 유지할 수 있다.
더구나, 상기 측정에 소요되는 시간이 매우 감소되어 상기 화학 기상 증착 장치의 예방 정비 시간이 감소되고 이로 인해 상기 화학 기상 증착 장치의 가동율을 늘릴 수 있어 반도체 장치의 생산성이 높아지게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 공정 장치에서 샤워 헤드의 높낮이 및 평편도를 정확하게 조절할 수 있어서 상기 샤워 헤드와 기판 간의 간격이 맞지 않거나 또는 샤워 헤드가 평평하지 않아서 발생하는 공정 불량들이 감소되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 상기 샤워 헤드와 기판 간의 간격을 조절하는데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있어 반도체 장치의 생산성을 높힐 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 내부 공간을 갖는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버를 덮는 리드부;
    상기 리드부와 대향하고, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 유입하기 위한 샤워 헤드;
    상기 샤워 헤드 상부 및 리드부 저면이 서로 대향하도록 연결시키고 구동에 의해 상기 샤워 헤드의 위치를 변경시키는 스크류;
    상기 공정 챔버의 저면에 위치하고 웨이퍼가 놓여지는 히터 블록;
    상기 샤워 헤드에 구비되고 상기 샤워 헤드 및 상기 히팅 블록 사이의 간격을 측정하기 위한 변위 센서;
    상기 스크류와 연결되어 상기 스크류를 구동시키는 구동부; 및
    상기 변위 센서로부터 상기 샤워 헤드 및 상기 히팅 블록 사이의 간격의 측정값을 인가받고 상기 구동부에 구동 신호를 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변위 센서는 초음파 센서, 레이저 센서 또는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 하나의 샤워 헤드에는 적어도 2개의 변위 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 구동 모터, 상기 구동 모터의 구동력이 전달되는 기어 및 상기 구동 모터 및 기어에 의해 구동되고 상기 스크류를 미세 구동시키는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정 장치.
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