KR20100008463U - 화학기상 증착 장치 및 그의 분리형 샤워 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 화학기상 증착 장치 및 그의 분리형 샤워 헤드에 관한 것이다.
본 고안의 분리형 샤워 헤드는 공정 챔버 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디; 및 상기 샤워 헤드 바디에 착탈 가능하게 결합되며, 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍을 갖는 바닥 판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 의하면, 샤워 헤드를 샤워 헤드 바디와 바닥 판이 분리 가능한 이중 구조로 구성함으로써, 샤워 헤드 세척시에 바닥 판만을 분리하여 세척하므로 세척 작업이 쉽고 효율적이며, 교체시에도 바닥 판만을 새것으로 교체할 수 있으므로 매우 경제적이다.
또한, 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 분리하거나 결합함에 있어서, 스크류 또는 결합 후크를 이용하여 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 쉽고 간편하게 분리/결합할 수 있다.
샤워 헤드 바디, 바닥 판, 착탈 구조

Description

화학기상 증착 장치 및 그의 분리형 샤워 헤드{Chemical Vapor Deposition Apparatus and Separation Type Shower Head thereof}
본 고안은 반도체 제조설비의 화학기상 증착 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 샤워 헤드 바디와 분사 구멍이 형성된 바닥 판이 분리/결합 가능한 구조로 형성된 샤워 헤드 및 화학기상 증착 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선 폭이 꾸준히 줄어드는 추세에 있다.
또한, 반도체 웨이퍼 상에 집적화되는 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다. 이와 같은 반도체 소자는 증착 공정, 포토 공정, 식각 공정, 확산 공정을 통하여 제조될 수 있으며, 이러한 공정들이 수차례에서 수십 차례 반복되어야 적어도 하나의 반도체 장치가 제조될 수 있다.
특히, 증착 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정으로 졸겔(sol-gel) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법, 전 기도금(electro-plating) 방법, 증기(evaporation) 방법, 화학기상 증착(chemical vapordeposition) 방법, 분자 빔 에피탁시(molecule beam eptaxy) 방법 등이 있다.
그 중 화학기상 증착 방법은 다른 증착 방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 스텝 커버리지(step coverage), 균일성(uniformity) 및 양산 성 등 같은 증착 특성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다.
이와 같은 화학기상 증착 방법에는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LTCVD(Low Temperature Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 있다.
예컨대, 상기 PECVD는 전기적 방전을 통해 기체 내에 화학반응을 일으켜 형성된 것을 웨이퍼 표면에 증착함으로써 유전 막을 형성하는 공정이다.
상기 PECVD 공정은 다수의 웨이퍼를 플라즈마 화학기상 증착 설비 내부에 투입한 후, 일괄적으로 PECVD 공정을 수행함으로써 다수의 웨이퍼 상에 특정 막을 형성하였으나, 최근에 반도체 장치가 고집적화되고 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 플라즈마 화학기상 증착 설비 내부에 한 장의 웨이퍼를 투입한 후 PECVD 공정을 진행하고, 한 장의 웨이퍼에 대한 PECVD 공정이 수행된 이후에는 플라즈마 화학기상 증착 설비 내부에 존재하는 잔류가스 및 반응생성물을 제거하는 세정 및 퍼지 공정을 수행하고 있다. 이러한 PECVD 공정과 같은 화학기상 증착 공정은 원료물질을 기체 상태로 반응 챔버에 유입시켜 웨이퍼 상에서 화학반응을 통하여 소정의 막질이 증착되도록 하는 공정이다.
여기서, 원료물질이 기체 상태일 경우에는 직접 반응기와 연결하여 공급하면 되지만, 원료물질이 상온에서 응축된 액체상태인 경우에는, 버블(Bubbling) 방법, 증기류 조절(Vapor Flow Controller) 방법, 액체공급(Liquid Delivery) 방법 또는 인젝션(injection) 방법을 이용하여 원료물질을 기체화한 후 상기 반응 챔버의 샤워 헤드에 공급한다. 예컨대, 상기 인젝션 방법은 상온 또는 상온에 근접하는 온도와, 상압 보다 낮은 소정의 압력을 갖는 산소 가스와 같은 활성가스의 분위기에서 상기 활성가스에 비해 상당히 높은 압력으로 액상 원료물질을 분사하여 상기 액상 원료물질을 기화시켜 상기 반응 챔버의 샤워 헤드로 공급하는 방법이다. 이때, 상기 액상 원료물질은 상기 산소 가스와 같은 활성 가스와 반응되면서 분사 압에 의해 기화된다. 이렇게 기화된 원료물질은 웨이퍼 상에서 화학반응을 통하여 소정의 막질로 증착된다.
도 1은 종래 화학기상 증착 장치를 보인 종단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 화학기상 증착 장치(10)는 내부에 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 공정 챔버(11)와, 상기 공정 챔버(11) 안으로 소스 가스(산소 가스 및 TEOS 가스)를 공급하는 소스 가스 공급 부(12), 상기 공정 챔버(12)와 연통되는 배기 라인(13)을 통해 상기 공정 챔버(11) 내부의 공기를 펌핑하는 배기 부(14)를 구비한다.
여기서, 상기 소스 가스 공급 부(12)는 상기 공정 챔버(11) 내에서 화학 반응되어 상기 산화 막이 형성될 복수 개의 소스 가스를 생성하여 소정의 유량으로 상기 공정 챔버(11)에 공급한다.
상기 공정 챔버(11)는 상기 공정 챔버(11) 안의 웨이퍼(W)를 지지하는 척(15)과, 상기 공정 챔버(11) 안의 상방에 형성되어 상기 웨이퍼(W)의 상면에 소스 가스를 분사하는 샤워 헤드(16)와, 상기 샤워 헤드(16)의 상부 및 상기 척(15)의 하부에 형성되어 소스 가스를 혼합하여 균일성이 높은 실리콘 산화 막을 형성하기 위해 고온의 이온 상태의 플라즈마 반응을 유도하는 플라즈마 상,하부 전극들(17)을 구비한다. 상기 플라즈마 상,하부 전극(17)은 플라즈마 반응을 유도하기 위해 외부에서 RF 전원을 인가받는다.
종래 화학기상 증착 장치에 있어서는, 증착 공정이 장시간 진행되는 동안에 샤워 헤드의 분사 구멍이 막힐 수 있는바, 정기적으로 세척 혹은 수리(repair) 작업을 수행하여 분사 구멍의 막힘을 방지한다.
그러나 종래 화학기상 증착 장치의 경우에는 분사 구멍이 형성된 바닥 판과 샤워 헤드 바디가 일체로 형성되어 있기 때문에 바닥 판은 물론 샤워 헤드 바디도 함께 세척해야 하므로 샤워 헤드 세척(수리) 작업 자체가 힘들고 세척 작업 효율 또한 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 샤워 헤드 바디와 바닥 판이 일체로 형성되어 있기 때문에 샤워 헤드의 바닥 판만 교체하지 못하고 샤워 헤드 전체를 새것으로 교체해야 하는 비경제적인 측면이 있었다.
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 샤워 헤드를 샤워 헤드 바디와 바닥 판이 분리 가능한 이중 구조로 구성함으로써, 샤워 헤드 세척시에 바닥 판만을 분리하여 세척하므로 세적 작업이 쉽고 효율적이며, 교체시에도 바닥 판만을 새것으로 교체할 수 있으므로 경제적인 측면이 있는 화학기상 증착 장치 및 그의 분리형 샤워 헤드를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 화학기상 증착 장치는 내부에 밀폐 공간을 형성하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 안으로 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 부; 상기 공정 챔버와 연통되는 배기 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부의 공기를 상기 공정 챔버 외부로 펌핑하는 배기 부; 상기 공정 챔버 안의 하방에 형성되어 웨이퍼를 지지하는 척; 상기 공정 챔버 안의 상방에 형성되어 상기 웨이퍼의 상면에 소스 가스를 분사하는 샤워 헤드; 및 상기 샤워 헤드의 상부 및 상기 척의 하부에 형성되어 고온의 이온 상태의 플라즈마 반응을 유도하는 플라즈마 상,하부 전극들;을 포함하되, 상기 샤워 헤드는 상기 공정 챔버 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디와, 상기 샤워 헤드 바디에 착탈 가능하게 결합되며 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍을 갖는 바닥 판으로 구성된다.
여기서 상기 샤워 헤드 바디와 상기 바닥 판은 스크류(혹은 볼트)로 체결될 수도 있고, 또는 결합 후크 및 결합 홈에 의해서 체결될 수도 있다.
본 고안의 화학기상 증착 장치의 분리형 샤워 헤드는 공정 챔버 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디; 및 상기 샤워 헤드 바디에 착탈 가능하게 결합되며, 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍을 갖는 바닥 판으로 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면 샤워 헤드를 샤워 헤드 바디와 바닥 판이 분리 가능한 이중 구조로 구성함으로써, 샤워 헤드 세척시에 바닥 판만을 분리하여 세척하므로 세적 작업이 쉽고 효율적이며, 교체시에도 바닥 판만을 새것으로 교체할 수 있으므로 매우 경제적이다.
또한, 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 분리하거나 결합함에 있어서, 스크류 또는 결합 후크를 이용하여 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 쉽고 간편하게 분리/결합할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 화학기상 증착 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 고안의 화학기상 증착 장치를 보인 종단면도, 도 3은 본 고안의 샤워 헤드를 보인 분리 사시도 그리고, 도 4는 본 고안의 샤워 헤드를 보인 결합 사시 도이다.
도 2를 참조하면, 본 고안의 화학기상 증착 장치(100)는 내부에 밀폐 공간을 형성하는 공정 챔버(110); 상기 공정 챔버(110) 안으로 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 부(120); 상기 공정 챔버(110)와 연통되는 배기 라인(141)을 통해 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 상기 공정 챔버(110) 외부로 펌핑하는 배기 부(140); 상기 공정 챔버(110) 안의 하방에 형성되어 웨이퍼(W)를 지지하는 척(150); 상기 공정 챔버(110) 안의 상방에 형성되어 상기 웨이퍼(W)의 상면에 소스 가스를 분사하는 샤워 헤드(160); 및 상기 샤워 헤드(160)의 상부 및 상기 척(150)의 하부에 형성되어 고온의 이온 상태의 플라즈마 반응을 유도하는 플라즈마 상,하부 전극들(170);을 포함한다.
좀더 상세하게는, 상기 공정 챔버(110)는 소스 가스를 이용하여 웨이퍼(W)의 상면에 산화 막을 형성하기 위하여 내부에 밀폐 공간을 형성한다.
상기 소스 가스 공급 부(120)는 배관(121)을 통해서 상기 공정 챔버(110)와 연결되며, 상기 공정 챔버(110) 안으로 소스 가스를 공급한다.
상기 척(150)은 상기 공정 챔버(110) 안의 하방에 형성되어 웨이퍼(W)를 지지하고 움직이지 않게 흡착 고정하는 역할을 한다.
상기 샤워 헤드(160)는 상기 공정 챔버(110) 안의 상방에 설치되어 상기 웨이퍼(W)의 상면에 소스 가스를 분사하는 역할을 한다.
상기 플라즈마 상,하부 전극들(170)은 샤워 헤드(160)의 상부 및 상기 척(150)의 하부에 설치되어, 고온의 이온 상태의 플라즈마 반응을 유도하는 역할을 한다. 상기 플라즈마 상,하부 전극(170)은 플라즈마 반응을 유도하기 위해 외부에서 RF 전원을 인가받는다.
상기 배기 부(140)는 상기 공정 챔버(110)와 연통되는 배기 라인(141)을 통해 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 상기 공정 챔버(110) 외부로 펌핑하는 역할 을 한다.
본 고안의 샤워 헤드(160)는 분리형의 구조로서, 상기 공정 챔버(110) 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디(161)와, 상기 샤워 헤드 바디(161)에 착탈 가능하게 결합되며 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍(163b)을 갖는 바닥 판(163)으로 구성된다.
상기 샤워 헤드 바디(161)의 내측 면에는 단 턱(161a)이 형성되고 이와 상응하여 상기 바닥 판(163)의 상면에도 걸림 턱(163a)이 형성된다.
상기 단 턱(161a)과 상기 걸림 턱(163a)이 밀착됨으로써 후술하는 체결수단에 의해서 상기 샤워 헤드 바디(161)와 상기 바닥 판(163)이 좀더 안정적으로 결합될 수 있다.
상기 샤워 헤드 바디(161)와 상기 바닥 판(163)은 스크류(S) 체결될 수 있는 구조로 형성되는바, 이를 위해서 상기 샤워 헤드 바디(161)와 상기 바닥 판(163)에는 스크류(S)가 체결되는 스크류 홀(H)이 형성된다.
이와 같이 구성된 본 고안의 화학기상 증착 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110) 내부에 웨이퍼(W)가 로딩되면 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 펌핑한다. 여기서, 상기 공정 챔버(110) 내부의 펌핑은 후속의 화학기상 증착 방법을 이용한 증착 공정에서보다 고진공 상태로 펌핑된다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 로딩 시 외부의 오염물질을 포함하는 공기를 상기 공정 챔버(110) 내부에서 제거시키기 위해 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 고 진공 상태로 펌핑한다.
다음, 상기 공정 챔버(110) 내부에 소정 유량의 산소 가스를 공급한다. 여기서, 산소 가스가 상기 공정 챔버(110) 내부에 공급되어 상기 공정 챔버(110)는 고진공 상태에서 후속의 증착 공정이 이루어질 수 있는 저 진공 상태를 갖는다.
이후, 산소 가스와 함께 TEOS 가스를 상기 공정 챔버(110) 내부에 소정의 유량으로 공급한다. 여기서, 산소가스와 TEOS 가스는 혼합되어 상기 웨이퍼(W)의 상부에서 유동된다. 이때, 산소 가스와 TEOS 가스는 상온에서 결합반응이 균일하게 일어나지 않기 때문에 후속에서 이루어지는 고온의 플라즈마 반응으로 결합 반응되어 실리콘 산화 막을 형성할 수 있다.
그 후, 상기 공정 챔버(110) 내부에 산소 가스와 TEOS 가스가 유동되는 상태에서 상기 공정 챔버(110)의 플라즈마 상,하부 전극(170)에 RF 전원을 인가하고 플라즈마 반응을 유도하여 상기 웨이퍼(W) 상에 소정 두께의 실리콘 산화 막을 형성한다. 여기서, 산소 가스와 TEOS 가스는 고온의 상기 플라즈마 반응에 의해 균일하게 혼합되고, 이들의 결합반응으로부터 상기 웨이퍼(W)의 표면에 상기 실리콘 산화 막을 형성할 수 있다.
그 다음, 상기 실리콘 산화 막이 소정 두께로 형성되면 상기 공정 챔버(11) 내부로 공급되는 소스 가스의 공급을 중단하고, 상기 플라즈마 상,하부 전극(170)에 공급되는 RF 전원을 차단하여 플라즈마 반응을 중지시키고, 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 펌핑하여 상기 공정 챔버(110) 내부의 소스 가스를 제거한다.
본 고안의 화학기상 증착 장치에 있어서는, 샤워 헤드(160)를 샤워 헤드 바디(161)와 바닥 판(163)이 분리 가능한 이중 구조로 구성함으로써, 샤워 헤드 세척시에 바닥 판(163)만을 분리하여 세척하므로 세적 작업이 쉽고 효율적이며, 교체시에도 바닥 판(163)만을 새것으로 교체할 수 있으므로 매우 경제적이다.
한편, 도 5는 본 고안의 샤워 헤드에 있어서, 샤워 헤드 바디와 바닥 판의 체결구조의 변형 예이다.
도 5를 참조하면, 샤워 헤드 바디(261)와 바닥 판(263)의 체결구조의 변형 예에 있어서, 샤워 헤드 바디(261)의 끝단에는 결합 후크(261a)가 형성되고, 상기 결합 후크(261a)와 상응하여 상기 바닥 판(263)의 끝단에는 결합 홈(263a)이 형성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 샤워 헤드 바디(261)와 바닥 판(263)의 체결구조의 변형 예에 있어서는, 샤워 헤드 바디(262)와 상기 바닥 판(263)을 정렬하고 서로 맞대어 누르면, 상기 결합 후크(261a)가 탄성 변형되면서 상기 결합 홈(263a) 안으로 삽입되어, 샤워 헤드 바디(261)와 상기 바닥 판(263)이 서로 용이하게 결합될 수 있다.
상기 샤워 헤드 바디(261)와 바닥 판(263)을 분리하고자 하는 경우에는 상기 샤워 헤드 바디(261)와 바닥 판(263)를 양쪽으로 잡아당기면, 상기 결합 후크(261a)가 탄성 변형되고 이때 상기 결합 후크(261a)가 상기 결합 홈(263a)으로부터 빠지게 됨으로써, 상기 샤워 헤드 바디(261)와 바닥 판(263)이 용이하게 분리된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면 샤워 헤드를 샤워 헤드 바디 와 바닥 판이 분리 가능한 이중 구조로 구성함으로써, 샤워 헤드 세척시에 바닥 판만을 분리하여 세척하므로 세적 작업이 쉽고 효율적이며, 교체시에도 바닥 판만을 새것으로 교체할 수 있으므로 매우 경제적이다.
또한, 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 분리하거나 결합함에 있어서, 스크류 또는 결합 후크를 이용하여 샤워 헤드 바디와 바닥 판을 쉽고 간편하게 분리/결합할 수 있다.
또한 샤워 헤드 바디의 단 턱과 상기 바닥 판의 걸림 턱이 밀착됨으로써 샤워 헤드 바디와 바닥 판이 좀더 안정적이고 견고하게 결합되는 효과가 있다.
이와 같이 본 고안의 권리는 상기 설명된 실시 예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 종래 화학기상 증착 장치를 보인 종단면도
도 2는 본 고안의 화학기상 증착 장치를 보인 종단면도
도 3은 본 고안의 샤워 헤드를 보인 분리 사시도
도 4는 본 고안의 샤워 헤드를 보인 결합 사시도
도 5는 본 고안의 샤워 헤드에 있어서, 샤워 헤드 바디와 바닥 판의 체결구조의 변형 예
* 주요부분에 대한 도면 설명
100: 화학기상 증착 장치
110: 공정 챔버
120: 소스 가스 공급 부
140: 배기 부
141: 배기 라인
W: 웨이퍼
150: 척
160: 샤워 헤드
161: 샤워 헤드 바디
161a: 단 턱
163: 바닥 판
163a: 걸림 턱
163b: 분사 구멍
170: 플라즈마 상,하부 전극
S: 스크류
H: 스크류 홀

Claims (4)

  1. 내부에 밀폐 공간을 형성하는 공정 챔버(110);
    상기 공정 챔버(110) 안으로 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 부(120);
    상기 공정 챔버(110)와 연통되는 배기 라인(141)을 통해 상기 공정 챔버(110) 내부의 공기를 상기 공정 챔버(110) 외부로 펌핑하는 배기 부(140);
    상기 공정 챔버(110) 안의 하방에 형성되어 웨이퍼(W)를 지지하는 척(150);
    상기 공정 챔버(110) 안의 상방에 형성되어 상기 웨이퍼(W)의 상면에 소스 가스를 분사하는 샤워 헤드(160); 및
    상기 샤워 헤드(160)의 상부 및 상기 척(150)의 하부에 형성되어 고온의 이온 상태의 플라즈마 반응을 유도하는 플라즈마 상,하부 전극들(170);을 포함하되,
    상기 샤워 헤드(160)는 상기 공정 챔버(110) 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디(161)와, 상기 샤워 헤드 바디(161)에 착탈 가능하게 결합되며 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍(163b)을 갖는 바닥 판(163)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 바디(161)와 상기 바닥 판(163)에는 스크류(S)가 체결되는 스크류 홀(H)이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 바디의 끝단에는 결합 후크(261a)가 형성되고, 상기 결합 후크와 상응하여 상기 바닥 판의 끝단에는 결합 홈(263a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  4. 공정 챔버 안의 상방에 형성되어 웨이퍼의 상면에 소스 가스를 분사하는 샤워 헤드에 있어서,
    상기 공정 챔버(110) 내부에 고정되는 샤워 헤드 바디(161); 및
    상기 샤워 헤드 바디(161)에 착탈 가능하게 결합되며, 소스 가스가 분사되는 다수의 분사 구멍(163b)을 갖는 바닥 판(163)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치의 샤워 헤드.
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