KR20070093704A - 반도체 제조장치용 샤워헤드 - Google Patents

Abstract

서로 다른 크기의 가스분출구들을 갖는 반도체 제조장치용 샤워헤드를 제공한다. 상기 샤워헤드는 케이스 및 분사 판을 구비한다. 상기 케이스에는 가스유입구 및 상기 가스유입구에 연결된 가스이동통로가 배치된다. 상기 분사 판은 상기 케이스에 부착된다. 상기 분사 판은 서로 다른 크기의 상기 가스분출구들을 구비한다. 상기 가스분출구들은 상기 가스이동통로에 연결된다. 상기 가스분출구들은 상기 가스유입구에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 큰 것일 수 있다.

Description

반도체 제조장치용 샤워헤드{Shower head for semiconductor manufacturing apparatus}

도 1은 종래의 반도체 제조장치용 샤워헤드의 가스분출구들을 보여주는 평면도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 적용에 적합한 반도체 제조장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4는 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 가스분출구들을 보여주는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21, 51 : 샤워헤드 23, 53 : 가스분출구

52 : 케이스 24, 54 : 분사 판

55 : 가스유입구 57 : 가스이동통로

62 : 스테이지 64 : 기판

71 : 챔버 73 : 가스배관

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 공정 가스를 챔버 내부로 분사하는 역할을 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드에 관한 것이다.

반도체소자의 제조공정은 복수의 박막 증착 공정을 포함한다. 웨이퍼의 표면에 형성되는 박막은 전면적으로 균일한 두께를 가져야한다. 상기 웨이퍼는 150 mm, 200 mm, 300 mm, 등의 직경을 갖도록 형성된 것이 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 웨이퍼는 양산성을 고려하여 점점 대구경화하고 있다. 이에 따라, 상기 웨이퍼의 표면에 균일한 두께를 갖는 박막을 증착하는 것이 점점 어려워지고 있다.

상기 박막 증착 공정에는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposion) 방법, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition) 방법, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법, 등이 사용된다.

상기 원자층 증착 방법은 챔버 내에 웨이퍼를 안착하고, 상기 웨이퍼의 표면에 반응 가스 및 퍼지 가스를 번갈아가며 반복적으로 공급하여 수행한다. 상기 원자층 증착 방법을 이용하여 상기 웨이퍼의 표면에 균일한 두께의 박막을 얻으려면, 상기 웨이퍼에 공급되는 반응 가스를 웨이퍼 상의 각 부분으로 두루 균일하게 분사시켜 주어야 한다. 원자층 증착 장치는 공정 가스의 균일한 분사를 위한 샤워헤드 를 구비한다.

도 1은 종래의 반도체 제조장치용 샤워헤드의 가스분출구들을 보여주는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 샤워헤드(21)는 가스분출구들(23)을 갖는 분사 판(24)을 구비한다. 상기 가스분출구들(23)은 동일한 구경을 가지며 상기 분사 판(24)에 균일한 간격으로 배치된다. 도시된 바와 같이 상기 가스분출구들(23)은 상기 분사 판(24)에 바둑판 모양으로 배치될 수 있다. 상기 가스분출구들(23)은 상기 샤워헤드(21) 내부의 가스이동통로를 경유하여 가스유입구(도시하지 않음)에 연결된다. 상기 가스유입구에 공급된 공정 가스는 상기 가스분출구들(23)을 통하여 웨이퍼 상에 분사된다.

한편, 상기 웨이퍼 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 형성하려면, 상기 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐서 공정 가스를 고르게 분사하는 것이 유리하다. 이에 따라, 상기 분사 판(24)은 상기 웨이퍼 보다 크거나 같은 크기를 구비하고 원반형태를 갖는 것이 널리 적용된다.

그런데 상기 웨이퍼 상에 분사되는 공정 가스의 압력은 상기 가스유입구 및 상기 가스분출구들(23) 사이의 거리에 따라 서로 다르게 된다. 일반적으로 상기 가스유입구에서 멀리 떨어진 가스분출구들(23)은 상대적으로 낮은 압력을 보인다. 이 경우에, 상기 공정 가스의 분사량은 상기 가스분출구들(23)의 위치에 따라 서로 다르게 된다. 예를 들어, 상기 가스유입구에서 멀리 떨어진 가스분출구들(23)은 상기 가스유입구에서 가까운 가스분출구들(23)보다 작은 양의 공정 가스가 분사된다. 그 결과, 상기 웨이퍼의 표면에는 서로 다른 두께를 갖는 박막이 형성된다.

예를 들어, 상기 가스유입구는 상기 분사 판(24)의 중심에서 가까운 곳에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 분사 판(24)의 중심에서 가까운 가스분출구들(23)을 통하여 상대적으로 많은 양의 공정 가스가 분사된다. 결과적으로, 상기 웨이퍼의 가장자리에 형성된 박막은 상기 웨이퍼의 중심보다 얇은 두께를 갖는다. 상기 서로 다른 두께를 갖는 박막은 수율저하의 원인을 제공할 수 있다.

최근 300mm 웨이퍼와 같은 대구경 웨이퍼의 양산적용 확대에 따라 상기 분사 판(24)의 크기 또한 대형화하고 있다. 그리고 상기 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐서 공정 가스를 고르게 공급하는 것은 점점 어려워지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐서 공정 가스를 고르게 공급할 수 있는 반도체 제조장치용 샤워헤드를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 다른 크기의 가스분출구들을 갖는 반도체 제조장치용 샤워헤드를 제공한다. 상기 샤워헤드는 케이스 및 분사 판을 구비한다. 상기 케이스에는 가스유입구 및 상기 가스유입구에 연결된 가스이동통로가 배치된다. 상기 분사 판은 상기 케이스에 부착된다. 상기 분사 판은 서로 다른 크기의 상기 가스분출구들을 구비한다. 상기 가스분출구들은 상기 가스이동통로에 연결된다.

본 발명의 몇몇 실시 예에 있어서, 상기 가스분출구들은 상기 가스유입구에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 큰 것일 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 상기 가스유입구는 상기 분사 판의 중심에서 가까운 곳에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 가스분출구들은 상기 분사 판의 중심에서 가장자리로 갈수록 상대적으로 큰 것일 수 있다.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 가스분출구들은 동일한 간격으로 배치될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 적용에 적합한 반도체 제조장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드를 설명하기 위한 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 가스분출구들을 보여주는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 적용에 적합한 반도체 제조장치는 샤워헤드(51), 스테이지(62), 및 챔버(71)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 제조장치는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 장치일 수 있다.

상기 스테이지(62)는 상기 챔버(71) 내에 배치될 수 있다. 상기 스테이지(62) 상에 기판(64)이 안착될 수 있다. 상기 기판(64)은 300 mm 실리콘웨이퍼와 같은 반도체기판일 수 있다. 상기 샤워헤드(51)는 상기 챔버(71) 내의 상기 스테이지(62) 상부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 기판(64)의 표면은 상기 샤워헤드(51)와 마주보도록 안착될 수 있다. 상기 샤워헤드(51)는 상기 챔버(71)의 외부에 배치된 가스배관(73)과 연결될 수 있다. 상기 샤워헤드(51)에는 다른 가스배관들이 추가로 연결될 수도 있으나 간략한 설명을 위하여 생략하기로 한다. 또한, 상기 챔버(71)에는 공정에 적합한 온도를 제공하는 가열유닛, 공정에 적합한 압력을 제공하는 진공 및 배기유닛이 부설될 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 샤워헤드(51)는 케이스(52) 및 분사 판(54)을 구비한다.

상기 케이스(52)에는 가스유입구(55) 및 가스이동통로(57)가 배치된다. 상기 가스유입구(55)는 상기 가스배관(73)에 연결될 수 있다. 상기 가스이동통로(57)는 상기 가스유입구(55)에 연결될 수 있다. 상기 케이스(52)에는 다른 가스유입구들(도시하지 않음) 및 다른 가스이동통로들(도시하지 않음)이 추가로 제공될 수 있다.

상기 분사 판(54)은 상기 케이스(52)의 일면에 부착될 수 있다. 상기 분사 판(54)은 서로 다른 크기의 가스분출구들(53)을 구비한다. 상기 가스분출구들(53)은 상기 분사 판(54)을 관통하여 상기 가스이동통로(57)에 연결될 수 있다. 상기 분사 판(54)은 상기 기판(64) 보다 크거나 같은 크기일 수 있다. 상기 분사 판(54)은 원반형태를 갖는 것일 수 있다.

상기 가스분출구들(53)은 상기 가스유입구(55)에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 크게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스분출구들(53)은 상기 분사 판(54) 내에 동일한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스분출구들(53)은 상기 분사 판(54) 내에 격자무늬의 교차점들에 배치될 수 있다. 결과적으로, 상기 가스유입구(55)에서 멀어 질수록 상기 가스분출구들(53)에 의하여 개방되는 상기 가스이동통로(57)의 면적은 상대적으로 커질 수 있다.

상기 가스유입구(55)는 상기 분사 판(54)의 중심에서 가까운 곳에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 가스분출구들(53)은 상기 분사 판(54)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상대적으로 크게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분사 판(54)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상기 가스분출구들(53)에 의하여 개방되는 상기 가스이동통로(57)의 면적은 상대적으로 커질 수 있다.

이제 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 다시 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 샤워헤드의 동작을 설명하기로 한다.

도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 상기 가스배관(73)으로부터 공급된 공정 가스는 상기 가스유입구(55) 및 상기 가스이동통로(57)를 경유하여 상기 가스분출구(53)에서 상기 챔버(71) 내부로 분사될 수 있다.

한편, 상기 기판(64) 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 형성하려면, 상기 기판(64)의 표면 전체에 걸쳐서 공정 가스를 균등하게 공급하는 것이 유리하다. 그런데 상기 가스분출구들(53)에 공급되는 공정 가스의 압력은 상기 가스유입구(55) 및 상기 가스분출구들(53) 사이의 거리에 따라 서로 다르게 된다. 일반적으로 상기 가스유입구(55)에서 멀리 떨어진 가스분출구들(53)은 상대적으로 낮은 압력을 보인다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스분출구들(53)은 상기 가스유입구(55)에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스유입구(55)는 상기 분사 판(54)의 중심에서 가까운 곳에 배치될 수 있으며, 상기 가스분출구들(53)은 상기 분사 판(54)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 가스유입구(55)에서 멀리 떨어진 가스분출구들(53)이 상대적으로 낮은 압력을 보일지라도, 상기 공정 가스는 상기 분사 판(54) 전면에 걸쳐서 고르게 분사될 수 있다. 상기 분사 판(54)의 하부에 상기 기판(64)이 안착될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(64)의 표면에 상기 공정 가스가 균등하게 분사되도록 조절할 수 있다. 그 결과, 상기 기판(64)의 표면에 균일한 두께를 갖는 박막을 증착할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 서로 다른 크기의 가스분출구들을 갖는 분사 판이 제공된다. 상기 가스분출구들은 가스유입구에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 크게 형성된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 가스분출구들을 통하여 공급되는 공정 가스는 상기 분사 판 전면에 걸쳐서 고르게 분사될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐서 공정 가스를 고르게 공급할 수 있는 반도체 제조장치용 샤워헤드를 구현할 수 있다.

Claims (5)

1. 가스유입구 및 상기 가스유입구에 연결된 가스이동통로를 갖는 케이스; 및

   서로 다른 크기의 가스분출구들을 구비하고 상기 케이스에 부착된 분사 판을 포함하되, 상기 가스분출구들은 상기 가스이동통로에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스분출구들은 상기 가스유입구에서 멀리 떨어진 것일수록 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스유입구는 상기 분사 판의 중심에서 가까운 곳에 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 가스분출구들은 상기 분사 판의 중심에서 가장자리로 갈수록 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스분출구들은 동일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 샤워헤드.

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