KR20010104572A - 화학기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 본 발명의 화학기상 증착장치는 공정 챔버 내부에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 스테이션을 적어도 2개 이상 구비한 테이블과, 각각의 스테이션 상부에 위치되고, 스테이션에 놓여진 반도체 웨이퍼에 공정가스를 분사하기 위한 샤워 헤드를 포함한다. 여기서 테이블은 각각의 스테이션의 가장자리에 링 형태의 진공 포트를 구비하고, 샤워 헤드는 가장자리에 링 형태의 에어 플로어 포트를 구비한다.

Description

화학기상 증착장치{A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼상에 박막을 형성하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 장비중에서 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위해 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 칭함)장치가 사용되고 있다.

기존의 CVD장치는 반도체 웨이퍼가 진공 장착되는 서셉터(susceptor;또는 '스테이션'이라고도 칭함)와 상기 서셉터에 400℃ 이상의 고열을 가해주는 가열부와, 상기 반도체 웨이퍼상으로 반응가스를 균일하게 분사하는 샤워 헤드로 구성되어 있다.

한편, 이와 같은 CVD 장치는 반도체 웨이퍼에 소정의 박막을 증착시키기 위한 공정 조건으로는 공정 챔버의 일정한 온도유지와 압력유지 그리고 상기 샤워 헤드를 통한 반응가스의 플로우량을 들 수 있다. 따라서, 이들 공정 조건들을 적절히 조절하면 반도체 웨이퍼 위에 증착되는 막질의 균일성을 향상시킬 수 있는 것이다.

그러나, 기존의 CVD 설비 중 멀티 스테이션 구조를 갖는 CVD 설비는 일반적으로 각 스테이션별 온도 컨트롤은 가능하나, 압력 컨트롤은 하나의 진공 포트를 이용하기 때문에 각 스테이션에서 별도의 컨트롤이 불가능하다. 일반적으로 높은 압력에서 공정 진행시 데포율은 향상되나, GAP FILL 및 파티클 관리가 어렵고, 압력이 낮을 경우 GAP FILL 및 파티클 관리능력은 향상되나 데포율이 떨어지는 상반된 특성이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 각각의 스테이션별로 압력 컨트롤이 가능한 새로운 형태의 화학기상 증착장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 공정용 화학기상 증착장치의 공정 챔버 부분을 나타내는 개략도;

도 2는 도 1에 도시된 5개의 스테이션이 구비된 테이블을 보여주는 도면;

도 3은 스테이션과 샤워 헤드의 평면도;

도 4는 샤워 헤드와 스테이션 사이에 형성되는 에어 커튼을 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 공정 챔버120 : 테이블

130 : 스테이션132 : 진공 포트

140 : 샤워 헤드142 : 분사 구멍

144 : 에어 플로어 포트190 : 에어 커튼

200 : 웨이퍼

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 화학기상 증착장치에 있어서: 공정 챔버 내부에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 스테이션을 적어도 2개 이상 구비한 테이블과; 상기 각각의 스테이션 상부에 위치되고, 스테이션에 놓여진 반도체 웨이퍼에 공정가스를 분사하기 위한 샤워 헤드를 포함하되; 상기 테이블은 각각의 스테이션의 가장자리에 링 형태의 진공 포트를 설치하고, 상기 샤워 헤드는 가장자리에 링 형태의 에어 플로어 포트를 구비한다.

이와 같은 본 발명에서 상기 에어 플로어 포트의 링 사이즈는 상기 진공 포트의 링 사이즈보다 작은 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서 상기 테이블 각각의 스테이션 압력 제어를 위한 별도의 스로틀 밸브를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 공정용 화학기상 증착장치의 공정 챔버 부분을 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 5개의 스테이션이 구비된 테이블을보여준다.

도 1에 도시된 CVD 장치의 기본 구성은 화학반응을 일으키는 공정 챔버(110), 웨이퍼의 로딩/언로딩 유니트, 전체의 프로세스를 제어하는 제어부로 이루어진다. 공정 챔버의 내부에는 가열용 히터, 테이블(120), 샤워 헤드(140) 등을 포함하여 다수의 웨이퍼가 배치된다. 이외에도 가스 컨트롤 시스템, 진공 배기 시스템 등이 함께 설치되어 있다.

다시 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110) 내부에는 테이블(120)이 설치된다. 상기 테이블(120)상에는 웨이퍼(200)가 놓여지는 5개의 스테이션(130)이 방사상으로 배치되어 있다. 상기 테이블(120)의 정 중앙에는 공정 챔버(110)의 내부 압력 컨트롤을 위한 메인 진공 홀(122)이 형성되어 있다. 한편, 공정 챔버(110) 내부의 상측에는 반응가스를 공급받아 상기 스테이션(130)상에 놓여진 웨이퍼(200) 표면으로 분사하는 샤워 헤드(140)가 지지대에 의해 설치된다. 상기 샤워 헤드(140)는 상기 스테이션(130)과 각각 대응되게 배치되어 있다. 이 샤워 헤드(140)는 하부면에 복수개의 분사구멍(142)이 형성되어 있으며, 외부의 가스 공급 시스템(미도시됨)으로부터 가스 공급관을 경유하여 공급되는 반응가스가 상기 분사구멍(142)을 통하여 방향으로 일정하게 공급되어 진다.

한편, 상기 스테이션(130)과 상기 샤워 헤드(140)는 각각의 스테이션 상의 압력을 별도 컨트롤할 수 있도록 진공 포트(132)와 에어 플로어 포트(144)를 구비되어 있다. 상기 진공 포트(132)는 웨이퍼가 놓여지는 부위의 외각에 해당되는 상기 스테이션(130)의 가장자리에 링 형태로 형성된다. 그리고, 상기 에어 플로어포트(144)는 복수의 분사구멍(142)이 형성된 부위의 외각에 해당되는 상기 샤워 헤드(140)의 가장자리에 링 형태로 형성된다. 상기 에어 플로어 포트(144)로부터 분사되는 에어는 상기 진공 포트(132)로 빨려 들어가게 된다.

예컨대, 도 3에서와 같이, 상기 스테이션(130)에 형성된 진공 포트(132)의 직경(A)은 상기 샤워 헤드(140)에 형성된 에어 플로어 포트(144)의 직경(B)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 샤워 헤드(140)의 에어 플로어 포트(144)로 에어를 공급하는 라인 또는 상기 진공 포트로 빨려 들어간 에어가 배기되는 라인상에는 각각의 스테이션 압력 제어를 위한 별도의 스로틀 밸브들이 설치될 수 있다.

도 4에서는 샤워 헤드(140)의 에어 플로어 포트(144)로부터 분사되는 에어의 흐름을 보여주고 있다. 도 4에서와 같이, 상기 샤워 헤드(140)의 에어 플로어 포트(144)로부터 분사되는 에어는 상기 스테이션(130)의 진공 포트(132)로 유입되면서 에어 커튼(190)을 형성시킨다. 이렇게 형성된 에어 커튼(190)으로 인해 상기 웨이퍼(200)가 위치되어 있는 에어 커튼의 내부 공간(도 4에 빚금친 부분;X)은 외부의 챔버 압력에 영향을 직접적으로 받지 않게 되고, 따라서 멀티 스테이션을 갖는 공정 챔버내에서 각 스테이션별로 압력을 별도 설정하여 관리할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드 및 그에 대응하는 스테이션은 화학 반응을 이용하여 반도체 웨이퍼에 박막을 증착시키는 냉벽식, 온벽식, 대기압하에서 반응을 일으키는 상압(atmospheric pressure : AP)CVD, 감압상태에서 반응을 일으키는 감압(low pressure : LP)CVD, 플라즈마(plasma)CVD 장치등 샤워헤드가사용되는 다른 종류의 CVD 장치에서도 유용하게 적용할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 각각의 스테이션 별로 압력을 별도 설정 및 관리할 수 있으므로, 저압력에서의 갭 필(GAP FILL) 및 파티클 관리 능력을 향상시키고, 고압력에서의 데포 율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 화학기상 증착장치에 있어서:

   공정 챔버 내부에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 스테이션을 적어도 2개 이상 구비한 테이블과;

   상기 각각의 스테이션 상부에 위치되고, 스테이션에 놓여진 반도체 웨이퍼에 공정가스를 분사하기 위한 샤워 헤드를 포함하되;

   상기 테이블은 각각의 스테이션의 가장자리에 링 형태의 진공 포트를 설치하고,

   상기 샤워 헤드는 가장자리에 링 형태의 에어 플로어 포트를 설치하여,

   상기 샤워 헤드의 에어 플로어 포트로부터 상기 스테이션의 진공 포트로 흐르는 에어에 의한 커튼이 형성됨으로써 각각의 스테이션별 압력 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에어 플로어 포트의 링 사이즈는 상기 진공 포트의 링 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 테이블 각각의 스테이션 압력 제어를 위한 별도의 스로틀 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.