KR20080046914A - 반도체 제조 장치 - Google Patents

반도체 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조 장치에 의하면 내부공간을 한정하는 챔버벽; 기화된 소오스 가스가 상기 내부공간으로 투입될 수 있도록 상기 내부공간의 상부에 위치하는 샤워헤드; 및 상기 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 상기 샤워헤드 상에 위치하는 펠티에 소자;를 포함한다.
이에 따라 샤워헤드 상에 위치하는 히터를 펠티에 소자로 대체함으로써 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
샤워헤드, 온도, 히터, 펠티에 소자, 소오스 가스

Description

반도체 제조 장치{Apparatus for fabricating semiconductor}
도 1은 종래기술에 따른 챔버의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 샤워헤드 상에 위치한 히터를 도시한 평면도 및 이에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장비를 구성하는 펠티에 소자를 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
150 : 샤워헤드 120 : 펠티에 소자
170 : 반도체 웨이퍼 160 : 챔버벽
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤워헤드를 사용하는 챔버를 가지는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 챔버의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 제조공정시 웨이퍼(17)의 표면에 막을 형성시키는 화학기상증착 반도체 제조 장치(10)는 상기 반도체 제조 장치(10)는 공정을 진행할 웨이퍼(17)가 얹혀지는 서셉터(18)와, 공정진행시 챔버(16)의 내부로 증발된 소오스를 웨이퍼(17)의 상면에 골고루 분사시켜 주는 샤워헤드(15)를 포함한다.
도 2 및 도 3은 각각 샤워헤드 상에 위치한 히터를 도시한 평면도 및 이에 대한 사진이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 샤워헤드(15) 상에 공급되는 소오스(source)를 가열시키기 위해 설치되는 히터(12, 13)가 위치한다. 히터(12, 13)는 샤워헤드(15) 상에 동심원 형태의 원모양으로 배치되며, 반경이 상대적으로 작은 내부 히터(inner heater, 12)와 반경이 상대적으로 큰 외부 히터(outer heater, 13)로 구성된다.
샤워헤드(15)가 소오스의 기화온도보다 낮으면 기화된 소오스가 응축되는 문제점이 발생한다. 또한 샤워헤드(15)의 온도가 필요 이상으로 상승되면 소오스가 샤워헤드(15)를 통해 챔버(16)의 내부로 분출되기 전에 미리 반응하여 파티클을 발생시키는 문제점이 발생한다. 따라서 샤워헤드(15)의 온도는 일정하게 유지되어야 하는데 이를 위하여 종래기술은 히터(12, 13)와 별도의 냉각 라인(미도시)를 구비하고 있다. 그러나 히터(12, 13)와 별도의 냉각 라인에 의한 온도 조절은 변동폭이 커서 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하는 데 어려움이 발생한다. 특히, 챔버의 웨트 클리닝(WET CLEANING)과 같은 정기적인 유지관리 후 샤워헤드의 온도가 변하는 경우가 빈번하게 발생하는데, 히터와 냉각 라인에 의한 샤워헤드의 온도 조절은 이러한 문제점을 해결하는 데 미흡하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예인 반도체 제조 장치는 내부공간을 한정하는 챔버벽; 기화된 소오스 가스가 상기 내부공간으로 투입될 수 있도록 상기 내부공간의 상부에 위치하는 샤워헤드; 및 상기 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 상기 내부공간의 상부에 위치하는 펠티에 소자;를 포함한다.
상기 펠티에 소자는 상기 샤워헤드 상에 위치할 수 있고, 상기 샤워헤드의 중심을 기준으로 복수개가 대칭적으로 위치할 수 있다.
상기 펠티에 소자는 복수개가 일정간격으로 이격하면서 원(圓) 모양으로 배치될 수 있으며 상기 복수개의 원모양들은 동심원(同心圓)을 형성할 수 있다.
상기 펠티에 소자는 비스무트(Bi) 반도체, 텔루르(Te) 반도체등을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치는 화학기상 증착장비, 건식식각 장비일 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 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 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 또 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 직접 접촉하거나 중간에 개재되는 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
또한, "하부의(lower)" 또는 "바닥(bottom)" 및 "상부의(upper)" 또는 "정상(top)"과 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 하부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 상부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "하부의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여, "하부의" 및 "상부의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 유사하게, 도면들의 하나에서 소자가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 "아래의(below or beneath)"라고 묘사되어 있는 요소들은 상기 다른 요소들의 "위의(above)" 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "아래의"라는 용어는, 위 및 아래의 방향 모두를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 장치의 단면을 도시한 단면 도이다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 제조공정시 웨이퍼(170)의 표면에 원하는 공정(예를 들어, 화학기상증착 또는 건식식각 공정)을 진행시키는 반도체 제조 장치(100)는 내부공간을 한정하는 챔버벽(160), 기화된 소오스 가스가 상기 내부공간으로 투입될 수 있도록 상기 내부공간의 상부에 위치하는 샤워헤드(150) 및 샤워헤드(150)의 온도를 일정하게 유지하게 위하여 상기 내부공간의 상부에 위치하는 펠티에 소자(120)를 포함한다. 또한, 상기 반도체 제조 장치(100)는 웨이퍼(170)가 얹혀지는 서셉터(180)를 포함할 수 있다. 또한 챔버벽(160)의 상부에 위치하는 리드(140) 및 펠티에 소자(120)의 상부에 위치하는 세라믹 블록(110)을 포함할 수 있다.
챔버벽(160)의 내부로 증발된 소오스 가스를 웨이퍼(170)의 상면에 골고루 분사시켜 주는 샤워헤드(150)는 일정한 온도를 유지하여야 한다. 즉, 샤워헤드(150)가 소오스 가스의 기화온도보다 낮으면 기화된 소오스 가스가 응축되는 문제점이 발생한다. 또한 샤워헤드(150)의 온도가 필요 이상으로 상승되면 소오스 가스가 샤워헤드(150)를 통해 챔버벽(160)의 내부공간으로 분출되기 전에 미리 반응하여 파티클을 발생시키는 문제점이 발생한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장비를 구성하는 펠티에 소자를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 상기 펠티에 소자(120)은 샤워헤드(150) 상에 위치하는 것이 바람직하며, 샤워헤드(150)의 중심을 기준으로 복수개가 대칭적으로 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어 펠티에 소자(120)는 복수개가 일정간격 으로 이격하면서 원모양으로 배치될 수 있다. 또한 펠티에 소자(120)는 복수개의 원모양들로 배치되며 상기 복수개의 원모양들은 동심원을 형성할 수도 있다. 그러나 도 5에서 도시된 것과 달리 샤워헤드(150)의 중심을 기준으로 복수개가 대칭적으로 일정간격으로 이격하면서 정다각형 모양으로 배치될 수도 있다.
펠티에 소자(120)가 도입됨으로써 종래 기술과는 달리 샤워헤드 상에 위치하는 히터가 불필요하게 될 수 있다. 또한 히터와 연동되어 구비되는 냉각 라인도 불필요할 수 있다.
도 6a는 펠티에 소자(120)를 도시한 사시도이고, 도 6b는 펠티에 소자(120)의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
펠티에 소자(120)는 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용한 열전소자(熱電素子, thermoelectric element)의 일종으로서 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에 효과를 이용한 소자이다.
펠티에 효과는 이론적으로 확립되었으나 금속을 재료로 이용한 결과 열교환율이 낮아 거의 실현화되지 못했다. 전자 냉각으로서 실현화되기 시작한 것은 반도체를 재료로 이용하게 되면서부터이며 그 결과 높은 전기 전도율과 낮은 열 전도도를 가진 전자 냉각 소자의 공급이 가능하게 되었다. 압축기(컴프레서)와 냉매(CFC 등)를 가진 일반적인 냉동 사이클을 채용한 방식과 비교해서 펠티에 소자를 이용한 전자 냉각은 다음과 같은 특징을 가지고 있다. ①CFC를 냉매로 사용하지 않아 환경에 악영향을 주지 않는다. ②소형이면서 경량이다. ③모양을 자유롭게 선택할 수 있다. ④전류의 방향을 바꾸기만 하면 냉각 뿐만 아니라 가열도 가능하다. ⑤냉각 과 가열의 양기능을 가지므로 상온에서의 온도 제어가 가능하다. ⑥온도 대응성이 좋다.(바로냉각,가열됨) ⑦가동 부분이 없으므로 진동, 소음이 없다. ⑧피로, 파손되는 기계 부분이 없으므로 냉각 수단들 중에서 가장 수명이 길고 높은 신뢰성을 가진다. ⑨전기 배선뿐이므로 취급이 간단하다. ⑩냉매 가스나 부식성 액체 등이 샐 걱정이 없고 보수 관리가 용이하다.
도 6b를 참조하면, 펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자(121)는 흡열하고, 다른쪽 단자(122, 123)는 방열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트(Bi) ·텔루르(Te) 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열 ·발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류방향에 따라 흡열 ·발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 ·발열량이 조절되므로, 용량이 적은 냉동기나 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용할 수 있다. 즉, 펠티에 소자(120)를 이용하여 직류 전류에 의하여 자유로이 냉각, 가열, 온도 제어를 할 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치에 의하면 샤워헤드 상에 위치하는 히터를 펠티에 소자로 대체함으로써 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 내부공간을 한정하는 챔버벽;
    기화된 소오스 가스가 관통하여 상기 내부공간으로 투입될 수 있도록 상기 내부공간의 상부에 위치하는 샤워헤드; 및
    상기 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 상기 내부공간의 상부에위치하는 펠티에 소자;를 포함하는 반도체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 상기 샤워헤드 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 상기 샤워헤드의 중심을 기준으로 복수개가 대칭적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 복수개가 일정간격으로 이격하면서 원(圓) 모양으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 복수개의 원모양들로 배치되며 상기 복수개의 원모양들은 동심원(同心圓)을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 복수개가 일정간격으로 이격하면서 정다각형 모양으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 비스무트(Bi) 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 펠티에 소자는 텔루르(Te) 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치는 화학기상 증착장비인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치는 건식식각 장비인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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