KR20230105107A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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박병선
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노지훈
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Abstract

화학 기상 증착 장치는 챔버, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드, 캐리어 링 및 히터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 챔버는 반도체 기판을 수용할 수 있다. 상기 상부 샤워헤드는 상기 챔버 내부의 상부 영역에 배치되어 상기 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 하부 샤워헤드는 상기 상부 샤워헤드의 하부에 배치되어 상기 반도체 기판의 하부면에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 캐리어 링은 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 배치되어 상기 반도체 기판을 지지할 수 있다. 상기 히터 어레이는 상기 상부 샤워헤드와 상기 캐리어 링 사이에 배치될 수 있다. 상기 히터 어레이는 상기 막을 국부적으로 가열하여, 상기 반도체 기판의 비등방적 휨과 대응하는 비등방적 두께를 상기 막에 부여할 수 있다. 따라서, 비등방적 두께들을 갖는 막이 반도체 기판의 비등방적 휨을 보상할 수 있다.

Description

화학 기상 증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 기판의 하부면에 막을 증착하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판의 상부면에 구조물을 형성하게 되면, 반도체 기판에 휨이 발생될 수 있다. 이러한 반도체 기판의 휨을 보정하기 위해서, 화학 기상 증착 장치를 이용해서 반도체 기판의 하부면에 막을 증착할 수 있다. 이러한 화학 기상 증착 장치는 반도체 기판을 지지하는 캐리어 링을 포함할 수 있다. 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 분사하는 하부 샤워헤드가 캐리어 링의 하부에 배치될 수 있다. 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 분사하는 상부 샤워헤드가 캐리어 링의 상부에 배치될 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 반도체 기판의 상부면에 형성된 구조물이 비등방적인 패턴을 가질 수 있다. 이로 인하여, 반도체 기판이 비등방적인 휨을 가질 수 있다. 반도체 기판의 하부면에 형성된 평탄한 막으로는 반도체 기판의 비등방적인 휨을 보상할 수 없다.
본 발명은 반도체 기판의 비등방적 휨을 보상할 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 화학 기상 증착 장치는 챔버, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드, 캐리어 링 및 히터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 챔버는 반도체 기판을 수용할 수 있다. 상기 상부 샤워헤드는 상기 챔버 내부의 상부 영역에 배치되어 상기 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 하부 샤워헤드는 상기 상부 샤워헤드의 하부에 배치되어 상기 반도체 기판의 하부면에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 캐리어 링은 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 배치되어 상기 반도체 기판을 지지할 수 있다. 상기 히터 어레이는 상기 상부 샤워헤드와 상기 캐리어 링 사이에 배치될 수 있다. 상기 히터 어레이는 상기 막을 국부적으로 가열하여, 상기 반도체 기판의 비등방적 휨과 대응하는 비등방적 두께를 상기 막에 부여할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 화학 기상 증착 장치는 챔버, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드, 캐리어 링, 제 1 히터 및 제 2 히터들을 포함할 수 있다. 상기 챔버는 반도체 기판을 수용할 수 있다. 상기 상부 샤워헤드는 상기 챔버 내부의 상부 영역에 배치되어 상기 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 하부 샤워헤드는 상기 상부 샤워헤드의 하부에 배치되어 상기 반도체 기판의 하부면에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 공급할 수 있다. 상기 캐리어 링은 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 배치되어 상기 반도체 기판을 지지할 수 있다. 상기 제 1 히터는 상기 상부 샤워헤드의 하부면 중앙부에 배치될 수 있다. 상기 제 1 히터는 독립적으로 작동되어 상기 막의 중앙부로 열을 선택적으로 인가할 수 있다. 상기 제 2 히터들은 상기 상부 샤워헤드의 하부면 가장자리에 동일한 간격을 두고 배치될 수 있다. 상기 제 2 히터들은 독립적으로 작동되어 상기 막의 가장자리를 국부적으로 가열할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 히터 어레이가 반도체 기판의 하부면에 증착된 막을 국부적으로 가열할 수 있다. 따라서, 이러한 국부적인 열에 의해서 막은 반도체 기판의 비등방적 휨과 대응하는 비등방적 두께들을 가질 수가 있다. 결과적으로, 이러한 비등방적 두께들을 갖는 막이 반도체 기판의 비등방적 휨을 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반도체 기판(S)(semiconductor substrate)의 하부면에 플라즈마(plasma)를 이용해서 막(L)을 형성하는 장치일 수 있다. 즉, 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 가스로부터 발생된 플라즈마를 이용해서 막(L)을 반도체 기판(S)의 하부면에 형성할 수 있다. 반도체 기판(S)의 상부면에는 복수개의 구조물, 특히 스택 구조물들이 형성될 수 있다. 스택 구조물에 의해서 반도체 기판에 비등방적인 휨이 발생될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 챔버(chamber)(110), 상부 샤워헤드(upper showerhead)(120), 하부 샤워헤드(lower showerhead)(130), 캐리어 링(carrier ring)(150) 및 히터 어레이(heater array)(140)를 포함할 수 있다.
챔버(110)는 반도체 기판(S)을 수용할 수 있다. 따라서, 챔버(110)는 반도체 기판(S)을 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 챔버(110)의 내부 공간은 특정 형상으로 국한되지 않을 수 있다.
상부 샤워헤드(120)는 챔버(110)의 내부 공간 중 상부 영역에 배치되어, 비반응 가스(non-reaction gas)를 반도체 기판(S)의 상부면으로 분사할 수 있다. 예를 들어서, 상부 샤워헤드(120)는 챔버(110)의 상부면 아래에 배치될 수 있다. 상부 샤워헤드(120)는 복수개의 상부 분사공(upper injection hole)(122)들을 포함할 수 있다. 비반응 가스가 상부 분사공(122)들을 통해서 반도체 기판(S)의 상부면으로 분사되어, 에어 커튼으로 작용할 수 있다. 상부 샤워헤드(120)는 플라즈마 형성을 위한 상부 전극(upper electrode)으로 기능할 수 있다.
하부 샤워헤드(130)는 챔버(110)의 내부 공간 중 하부 영역에 배치될 수 있다. 하부 샤워헤드(130)는 플라즈마 형성을 위한 하부 전극(lower electrode)으로 기능할 수 있다. 하부 샤워헤드(130)는 샤워헤드와 페디스탈(pedestal)이 결합된 기능을 가질 수 있다.
하부 샤워헤드(130)는 반응 가스(reaction gas)를 반도체 기판(S)의 하부면으로 분사할 수 있다. 따라서, 하부 샤워헤드(130)는 반응 가스를 분사하는 복수개의 하부 분사공(lower injection hole)(132)들을 가질 수 있다.
캐리어 링(150)은 상부 샤워헤드(120)와 하부 샤워헤드(160) 사이에 배치될 수 있다. 캐리어 링(150)은 반도체 기판(S)을 지지할 수 있다. 캐리어 링(150) 상에 안치된 반도체 기판(S)의 하부면 가장자리를 제외한 나머지 부분이 하부 샤워헤드(130)를 향해서 노출될 수 있다.
히터 어레이(140)는 상부 샤워헤드(120)와 캐리어 링(150) 사이에 배치될 수 있다. 히터 어레이(140)는 캐리어 링(150)에 지지된 반도체 기판(S)으로 국부적인 열을 인가하여 반도체 기판(S)의 비등방적(anisotropic) 휨과 대응하는 비등방적 두께를 반도체 기판(S)의 하부면에 형성된 막(L)에 부여할 수 있다.
본 실시예에서, 히터 어레이(140)는 상부 샤워헤드(120)의 하부면에 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 상부 분사공(122)들 중에서 일부가 히터 어레이(140)로 막힐 수 있다.
반도체 기판(S)으로 국부적인 열을 인가하기 위해서, 히터 어레이(140)는 독립적으로 작동되는 복수개의 히터들을 포함할 수 있다. 히터들은 복사열을 발생시킬 수 있는 할로겐 램프(halogen lamp)를 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 히터들은 제 1 히터(142) 및 복수개의 제 2 히터(144)들을 포함할 수 있다. 제 1 히터(142)와 제 2 히터(144)들은 독립적으로 작동될 수 있다.
제 1 히터(142)는 상부 샤워헤드(120)의 하부면 중앙부에 배치될 수 있다. 제 1 히터(142)는 막(L)의 중앙부를 가열할 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 히터(142)는 대략 직사각형, 구체적으로는 정사각형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 2 히터(144)들은 제 1 히터(142)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 즉, 제 2 히터(144)들은 상부 샤워헤드(120)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제 2 히터(144)들은 독립적으로 작동될 수 있다. 따라서, 제 2 히터(144)들은 막(L)의 가장자리를 국부적으로 가열할 수 있다. 즉, 제 2 히터(144)들 중 작동된 제 2 히터(144)의 하부에 위치하는 막(L)의 가장자리 중 어느 한 영역이 작동된 제 2 히터(144)에 의해 가열될 수 있다.
본 실시예에서, 제 2 히터(144)들은 동일한 간격을 두고 배열될 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 다른 실시예로서, 제 2 히터(144)들 사이의 간격들은 서로 다를 수도 있다. 본 실시예에서, 제 2 히터(144)들은 동일한 간격을 두고 배열된 4개일 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 제 2 히터(144)들이 4개로 이루어진 경우, 제 2 히터(144)들은 상부 샤워헤드(120)의 지름선들 중에서 직교하는 2개의 지름선들 상에 위치할 수 있다. 또한, 제 2 히터(144)들은 대략 직사각형, 구체적으로는 정사각형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 제 2 히터(144)들의 형상은 제 1 히터(142)의 형상과 동일하거나 다를 수 있다.
이와 같이, 제 1 히터(142)와 제 2 히터(144)들이 서로 독립적으로 작동되므로, 막(L)의 여러 영역들은 열이 인가되는 영역과 열이 인가되지 않은 영역으로 구분될 수 있다. 따라서, 열이 인가되는 영역의 두께는 열이 인가되지 않은 영역의 두께와 다를 수 있다. 이러한 열의 국부적이면서 선택적인 인가에 의해서 막(L)에 비등방적 두께가 부여될 수 있다. 제 1 히터(142)와 제 2 히터(144)들 중에서 작동되는 히터들의 선택은 반도체 기판(S)의 비등방적 휨의 형상에 따라 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 히터 어레이(140a)는 제 1 히터(142a) 및 복수개의 제 2 히터(144a)들을 포함할 수 있다.
제 1 히터(142a)는 상부 샤워헤드(120)의 하부면 중앙부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 히터(142a)는 대략 원형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 2 히터(144a)들은 상부 샤워헤드(120)의 하부면 가장자리에 배치될 수 있다. 제 2 히터(144a)들은 대략 원형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 제 2 히터(144a)들의 형상은 제 1 히터(142a)의 형상과 동일하거나 다를 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 히터 어레이(140b)는 제 1 히터(142b) 및 복수개의 제 2 히터(144b)들을 포함할 수 있다.
제 1 히터(142b)는 상부 샤워헤드(120)의 하부면 중앙부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 히터(142b)는 대략 원형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 2 히터(144b)들은 상부 샤워헤드(120)의 하부면 가장자리에 배치될 수 있다. 제 2 히터(144b)들은 대략 1/4 링 형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
상기된 본 실시예들에 따르면, 히터 어레이가 반도체 기판의 하부면에 증착된 막을 국부적으로 가열할 수 있다. 따라서, 이러한 국부적인 열에 의해서 막은 반도체 기판의 비등방적 휨과 대응하는 비등방적 두께들을 가질 수가 있다. 결과적으로, 이러한 비등방적 두께들을 갖는 막이 반도체 기판의 비등방적 휨을 보상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 챔버 120 ; 상부 샤워헤드
122 ; 상부 분사공 130 ; 하부 샤워헤드
132 ; 하부 분사공 140 ; 히터 어레이
142 ; 제 1 히터 144 ; 제 2 히터
150 ; 캐리어 링

Claims (10)

  1. 반도체 기판을 수용하는 챔버;
    상기 챔버 내부의 상부 영역에 배치되어 상기 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 공급하는 상부 샤워헤드;
    상기 상부 샤워헤드의 하부에 배치되어 상기 반도체 기판의 하부면에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 공급하는 하부 샤워헤드;
    상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 배치되어 상기 반도체 기판을 지지하는 캐리어 링; 및
    상기 상부 샤워헤드와 상기 캐리어 링 사이에 배치되고, 상기 막을 국부적으로 가열하여 상기 반도체 기판의 비등방적 휨과 대응하는 비등방적 두께를 상기 막에 부여하는 히터 어레이를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 어레이는 독립적으로 작동하는 복수개의 히터들을 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 히터들은
    상기 상부 샤워헤드의 중앙부에 배치된 제 1 히터; 및
    상기 상부 샤워헤드의 가장자리에 배치된 제 2 히터들을 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 히터는 직사각형 또는 원형의 형상을 갖는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 히터들은 동일한 간격을 두고 배열된 화학 기상 증착 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 히터들은 직사각형, 원형 또는 1/4 링 형상을 갖는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 히터들은 할로겐 램프를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 어레이는 상기 상부 샤워헤드의 하부면에 배치된 화학 기상 증착 장치.
  9. 반도체 기판을 수용하는 챔버;
    상기 챔버 내부의 상부 영역에 배치되어 상기 반도체 기판의 상부면으로 비반응 가스를 공급하는 상부 샤워헤드;
    상기 상부 샤워헤드의 하부에 배치되어 상기 반도체 기판의 하부면에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 상기 반도체 기판의 하부면으로 반응 가스를 공급하는 하부 샤워헤드;
    상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 배치되어 상기 반도체 기판을 지지하는 캐리어 링;
    상기 상부 샤워헤드의 하부면 중앙부에 배치되고, 독립적으로 작동하여 상기 막의 중앙부를 선택적으로 가열하는 제 1 히터; 및
    상기 상부 샤워헤드의 하부면 가장자리에 동일한 간격을 두고 배치되고, 독립적으로 작동하여 상기 막의 가장자리를 국부적으로 가열하는 제 2 히터들을 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 히터는 직사각형 또는 원형의 형상을 갖고, 상기 제 2 히터들은 직사각형, 원형 또는 1/4 링 형상을 갖는 화학 기상 증착 장치.
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KR1020220000260A KR20230105107A (ko) 2022-01-03 2022-01-03 화학 기상 증착 장치

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