KR20080018359A - 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를이용한 가스분사방법 - Google Patents

화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를이용한 가스분사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법에 관한 것으로서, 샤워헤드(130)의 몸체(131)는, 가스 공급을 위한 공급관(138)이 설치되는 상부(136)와, 하방을 향하는 분사노즐(133)이 복수개 설치되는 저면부(132)와, 저면부(132)와 상부 사이의 원주면에 형성되는 경사부(134)와, 경사부(134)에 형성되어 저면부(132)의 가장자리에 위치되는 분사노즐(133)로부터 분사되는 반응가스의 이탈을 단속할 수 있는 경사노즐(135)을 포함한다. 따라서 본 발명은, 샤워헤드 몸체의 경사부에 불활성가스가 분사되는 경사노즐을 설치하고 이 경사노즐을 통하여 샤워헤드의 가장자리에 위치되어 분사되는 반응가스의 이탈을 단속함으로써, 웨이퍼 전면에 박막의 두께를 균일하게 증착시킬 수 있게 되었으며, 이로 인하여 웨이퍼 위에 위치하는 칩 간의 특성이 고르게 되는 효과를 가지고 있다.
히터블록, 샤워헤드, 화학기상증착, CVD, 웨이퍼

Description

화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법{THE SHOWER HEAD STRUCTURE OF A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM AND METHOD USING THE SHOWER HEAD}
도 1은 종래의 CVD장비를 개략적으로 보여주는 단면도이고,
도 2는 종래의 CVD장비의 샤워헤드 레벨 조정작업을 설명하기 위한 개략도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장비를 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 보여주는 정면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 프로세스 챔버 110 : 히터블록
120 : 배기포트 130 : 샤워헤드
131 : 몸체 132 : 저면부
133 : 분사노즐 134 : 경사부
135 : 경사노즐 136 : 상부
138 : 공급관
본 발명은 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 박막이 균일하게 증착되도록 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 공정 중 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; "CVD"라고도 함) 공정은 웨이퍼 표면에 분자기체를 반응시켜서 필요한 박막을 형성시키는 공정으로서, 예컨대, 테트라에틸 오토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate:이하 "TEOS"라 함) 가스를 사용하는 CVD 공정에서는 액체상태의 TEOS를 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 이동시켜 기화시켜서 산소(O2)와 함께 프로세스 챔버로 공급하여 증착을 실시한다.
도 1은 종래의 CVD장비를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
CVD장비는 폐쇄된 공간을 형성하는 프로세스 챔버(chamber)(10)와, 프로세스 챔버(10)내의 하부에 구비되어 그 상면상에 공정대상물인 웨이퍼(W)가 복수매 안착되고 가열을 실시하는 히터블록(heater block)(20)과, 이 히터블록(20)의 중앙부에 설치되어 반응가스가 웨이퍼(W) 위에서 반응 후 부산물이 배출되는 배기포트(30)와, 프로세스 챔버(10)의 상부측에는 반응가스를 분사하는 원형의 샤워헤드(shower head)(40)가 원주 방향을 따라 복수개 구비된다.
따라서, 히터블록(20)상에 웨이퍼(W)가 안착되면, 히터블록(20)이 가열되면서 웨이퍼(W)를 가열시키고, 웨이퍼(W)가 소정온도로 가열되면, 샤워헤드(40)로부터 반응가스가 웨이퍼(W) 표면에 대해 분사되어 소정의 화학반응을 통해 박막을 형성하게 된다.
이때, 히터블록(20)의 회전으로 각 웨이퍼(W)는 각 샤워헤드(40)측으로 순차적으로 이동되어 일련의 박막을 적층 형성하게 된다. 그리고 웨이퍼(W)와 반응된 반응가스의 부산물은 배기포트(30)를 통하여 배출된다.
이러한, CVD공정에서는 형성되는 박막의 균일성(uniformity)이 매우 중요한 관리요소로서, 이에 영향을 미치는 중요 인자로 히터블록(20)과 샤워헤드(40)간의 간격(d) 균일성이 있다.
즉, 샤워헤드(40)와 히터블록(20)간의 간격(d)은 어느 개소에서도 동일해야만 웨이퍼(W)상에 증착되는 박막 두께 등의 균일성을 확보할 수 있다.
한편, CVD공정이 진행됨에 따라 샤워헤드(40)에는 반응부산물인 파우더(powder) 등이 부착되어 증착 품질을 악화시키게 되므로, 일정기간 사용후 세척하고 재장착하게 되며, 또한 그 사용수명이 다한 시점에서 교체하게 되는데, 재장착 및 새로이 교체후 히터블록(20)에 대한 그 간격(d)의 균일성을 맞추기 위해서 그 레벨(level)을 조정하는 작업을 수행하게 된다.
도 2를 참조하여 샤워헤드(40)의 레벨 조정작업을 설명하면, 교체된 샤워헤드(40)에 대응하는 히터블록(20)상에 알루미늄호일을 놓은 후, 교체된 샤워헤드(40)를 하강시켜 알루미늄호일을 압착시킨 다음, 히터블록(20)에 대한 그 높이 (또는, 알루미늄호일 두께)를 여러 개소에서 버니어캘리퍼스로 측정하면서, 모두 동일 높이가 되도록 샤워헤드(40)의 상부에 다수개 구비된 조정스크류(screw)(42)로 조정하여 맞추게 된다.
그런데, 이와 같이 샤워헤드(40)의 레벨 조정 작업 후에도, 박막의 균일성을 이루기는 어려웠다. 이유인 즉, 각 웨이퍼(W)를 향하여 분사되는 반응가스 중 샤워헤드(40)의 가장자리에서 분사되는 반응가스가 웨이퍼(W)의 가장자리 표면에 증착되지 못하고 옆으로 튕겨져 나가는 손실이 이어짐으로써, 웨이퍼(W)의 중앙부와 가장자리의 박막 균일성이 떨어지는 문제점이 발생되어 웨이퍼 위에 위치하는 칩(chip)간의 특성 불균일로 신뢰성 저하를 가져왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 샤워헤드의 원주면에 경사부를 형성시키고, 그 경사부에는 불활성가스가 분사되는 경사노즐을 설치함으로써, 경사노즐을 통하여 샤워헤드의 가장자리에 위치되어 분사되는 반응가스의 이탈을 단속하게 되어 웨이퍼 전면에 박막의 두께를 균일하게 증착시킬 수 있는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조에 있어서, 샤워헤드의 몸체는, 가스 공급을 위한 공급관이 설치되는 상부와, 하방을 향하는 분사노즐이 복수개 설치되는 저면부와, 저면부와 상부 사이의 원주면에 형성되는 경사부와, 경사부에 형성되어 저면부의 가장자리에 위치되는 분사노즐로부터 분사되는 반응가스의 이탈을 단속할 수 있는 경사노즐을 포함하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은, 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 이용한 샤워헤드의 가스 분사방법에 있어서, 샤워헤드 몸체의 원주면 경사부에 설치되어 불활성가스를 분사하는 경사노즐을 통하여 샤워헤드의 가장자리에 위치되어 분사되는 반응가스의 이탈을 단속함으로써, 웨이퍼의 가장자리에도 반응가스가 충분히 도포되어 웨이퍼에 박막이 균일하게 증착되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 가스 분사방법을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장비를 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 보여주는 정면도이다.
도 3에 도시된 화학기상증착장비는, 폐쇄된 공간을 형성하는 프로세스 챔버(chamber)(100)와, 프로세스 챔버(100)의 내부에 구비되어 그 상면상에 공정대상물인 웨이퍼(W)가 복수매 안착되고 가열을 실시하는 히터블록(heater block)(110)과, 이 히터블록(110)의 중앙부에 설치되어 반응가스가 웨이퍼(W) 위에서 반응 후 부산물이 배출되는 배기포트(120)와, 프로세스 챔버(100)의 상부측에는 반응가스를 분사하는 원형의 샤워헤드(shower head)(130)가 원주 방향을 따라 복수개 구비된 다.
여기서 본 발명의 특징에 따른 각 샤워헤드(130)는 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 샤워헤드(130)의 원판 형태의 몸체(131)는, 저면부(132)와 측부의 경사진 경사부(135)와 반응가스와 불활성가스가 공급되도록 공급관(138)이 연결되는 상부(136)로 이루어진다.
저면부(132)는 편평한 원판 형태를 가지며 바람직하게는 웨이퍼(W)와 동일하거나 보다 큰 직경을 가지고 형성되고, 그 저면부(132)상에는 하방을 향하는 분사노즐(133)이 복수개 설치된다.
그리고 저면부(132)와 상부(136)의 사이에서 일정 각도를 가지는 경사부(134)를 형성한다. 경사부(134)는 저면부(132)의 원주단에서부터 둔각의 각도를 이루어 상부(136)측으로 갈수록 직경이 확대되는 형상을 가지며, 바람직하게 이 경사부(134)에는 원주 방향을 따라 복수개의 경사노즐(135)이 형성되어 저면부(132)의 가장자리에 위치되는 분사노즐(133)로부터 분사되는 반응가스의 이탈을 단속할 수 있게 되고, 더욱 바람직하게 경사노즐(135)은 경사부(134)의 경사 방향과 동일한 분사 방향을 가지도록 설치되며, 또한 경사노즐(135)에서는 비활성가스 종류가 분사된다.
그리고 상부(136)의 공급관(138)은 도시되지는 않았지만 내부에 두 개의 라인이 내장되어 그 중 하나에서는 분사노즐(133)과 연결되어 반응가스가 공급되고, 다른 하나는 경사노즐(135)이 연결되어 비활성가스가 공급되는 구성을 가진다.
이와 같이 구성된 본 발명에서 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 이용한 가스분사방법을 설명하면 다음과 같다.
다시 도 3을 참고하면, 히터블록(110)상에 복수개의 웨이퍼(W)가 안착되면, 히터블록(110)은 웨이퍼(W)를 가열시키고, 웨이퍼(W)가 소정온도로 가열되면, 샤워헤드(130)의 상부(136) 공급관(138)으로 하여 반응가스가 공급되고, 이 반응가스는 저면부(132)에 설치된 분사노즐(133)을 통하여 반응가스가 웨이퍼(W) 표면에 대해 분사되어 소정의 화학반응을 통해 박막을 형성하게 된다.
이 때, 샤워헤드(130)의 경사부(134)에 설치된 경사노즐(135)에서는 공급관(138)으로 공급된 비활성가스가 경사방향으로 분사되며, 이 경사방향으로 분사되는 비활성가스는 저면부(132)의 가장자리에 위치된 분사노즐(133)에서 분사되는 반응가스가 외부로 이탈되는 것을 단속하여 웨이퍼(W)의 가장자리면에 충분히 도포될 수 있도록 함으로써 웨이퍼(W)에 박막이 균일하게 증착되도록 하는 것이다.
즉, 반응가스가 반응되는 웨이퍼(W)의 중심 표면과 같이 가장자리면도 반응가스의 단속을 통하여 웨이퍼(W)에 박막이 균일하게 증착될 수 있도록 하는 것이다.
한편, 웨이퍼(W)와 반응된 반응가스의 부산물은 배기포트(120)를 통하여 배출된다.
이처럼, 종래에 샤워헤드의 가장자리에 위치된 노즐에서 분사되는 반응가스가 외부로 이탈되어 웨이퍼에 충분히 도포되지 못하였던 문제점을 해결하고자 샤워헤드(130)의 외주면을 경사부(134)로 형성시키고, 이 경사부(134)에 반응가스의 이탈을 단속할 수 있는 경사노즐(135)을 형성시킴으로써, 반응가스는 웨이퍼(W)에 균 일 도포될 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼(W) 위에 위치하는 칩 들간의 특성이 고르게 되어 제품 특성의 신뢰성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조 및 이 샤워헤드를 이용한 가스분사방법은, 샤워헤드 몸체의 경사부에 불활성가스가 분사되는 경사노즐을 설치하고 이 경사노즐을 통하여 샤워헤드의 가장자리에 위치되어 분사되는 반응가스의 이탈을 단속함으로써, 웨이퍼 전면에 박막의 두께를 균일하게 증착시킬 수 있게 되었으며, 이로 인하여 웨이퍼 위에 위치하는 칩 간의 특성이 고르게 되는 효과를 가지고 있다.

Claims (5)

  1. 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조에 있어서,
    상기 샤워헤드의 몸체는,
    가스 공급을 위한 공급관이 설치되는 상부와,
    하방을 향하는 분사노즐이 복수개 설치되는 저면부와,
    상기 저면부와 상기 상부 사이의 원주면에 형성되는 경사부와,
    상기 경사부에 형성되어 상기 저면부의 가장자리에 위치되는 상기 분사노즐로부터 분사되는 반응가스의 이탈을 단속할 수 있는 경사노즐,
    을 포함하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사부의 각도는,
    상기 저면부로부터 상기 상부로 갈수록 각도가 확대되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사노즐은 상기 경사부의 경사 방향과 동일한 방향에서 분사되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사노즐에서는 비활성가스가 분사되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조.
  5. 화학기상증착장비의 샤워헤드 구조를 이용한 샤워헤드의 가스 분사방법에 있어서,
    상기 샤워헤드 몸체의 원주면 경사부에 설치되어 불활성가스를 분사하는 경사노즐을 통하여 상기 샤워헤드의 가장자리에 위치되어 분사되는 반응가스의 이탈을 단속함으로써, 웨이퍼의 가장자리에도 반응가스가 충분히 도포되어 상기 웨이퍼에 박막이 균일하게 증착되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 샤워헤드 가스 분사방법.
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