KR100747735B1 - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 반응 공간을 갖는 챔버와, 소정의 가스를 상기 챔버 내부로 분사하고, 가스 공급구와 일체화된 배플을 갖는 샤워헤드부와, 상기 샤워헤드부 하부에 웨이퍼가 안착되는 히터블록 및 상기 히터블록 하부에 위치하고, 다수의 배기구를 포함하는 펌핑포트부를 포함하는 반도체 제조 장치를 제공한다. 이를 통해 가스 주입구와 일체화되고, 작은 사이즈의 배플을 통해 반응 가스가 샤워헤드에 균일하게 분포되고, 샤워헤드를 통해 균일하고, 빠르게 히터 위의 기판상에 분사될 수 있고, 반응 가스가 샤워헤드를 통해 기판에 도달하는 시간을 최소화 하여 반응이 일어나는 온도가 안정화되는 시간을 최소화할 수 있으며, 장비의 유지 보수 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다.
샤워헤드, 펌핑포트, 배기구, 공급구, 배플, 챔버, 웨이퍼, 히터블록

Description

반도체 제조 장치{Semiconductor manufacturing apparatus}
도 1은 종래의 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 단면 개념도.
도 2는 종래의 샤워헤드와 배플의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 장치의 개념 단면도.
도 4는 도 3의 A영역을 확대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 펌핑포트부의 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 110 : 챔버 20, 120 : 히터블록부
21, 121 : 웨이퍼 30, 130 : 샤워헤드부
42, 140 : 펌핑포트
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 공정 가스의 유입과 배출이 안 정적인 대구경화된 CVD장비에 관한 것이다.
일반적으로, 단위 웨이퍼당 생산량을 극대화하기 위해 반도체 소자의 사이즈는 점점 줄어들고, 웨이퍼의 사이즈는 점차적으로 커지고 있어, 현재 200mm 이상의 구경을 갖는 웨이퍼가 사용되고 있다.
이러한 대구경화된 웨이퍼는 하나 이상의 챔버 내에서 반도체 소자 제조에 필요한 여러 가지 공정을 거치게 된다. 이러한 공정 중에는 챔버 상부로 증착 또는 식각을 위한 반응가스가 유입되어 웨이퍼 상에 물질막을 형성하거나, 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 소정의 패턴에 따라 식각하는 공정이 포함된다.
예를 들면, 웨이퍼 상에 산화막, 질화막 등과 같은 소정의 물질막을 LPCVD, PECVD 등에 의하여 증착하는 공정, 반도체 기판과 금속배선 간의 전기적 접촉을 위하여 콘택홀을 식각하는 공정, 이 콘택홀의 패터닝을 위하여 사용된 포토레지스트 패턴을 애싱(ashing)하여 제거하는 공정, 상기 콘택홀 식각시 손상된 기판 실리콘층을 식각하여 제거하는 실리콘처리(Si treatment) 공정 등을 거치게 된다.
이렇게 챔버 상부로부터 다운스트림 방식으로 증착 또는 식각 등을 위한 반응가스가 유입되어 증착 또는 식각공정을 진행하는 경우, 반응가스가 웨이퍼 전면에 골고루 분포될 수 있도록 하기 위하여 웨이퍼 상부에 가스 분사부가 설치된다.
그러나 이러한 종래의 가스 부사부는 웨이퍼가 대구경화 되어짐에 따라 유입된 공정 가스에 의하여 공정을 진행할 경우 균일성에 많은 문제가 발생한다.
도 1은 종래의 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
도 2는 종래의 샤워헤드와 배플의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 반도체 제조 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(10)와, 챔버(10)의 하부에 배치되어 웨이퍼(21)가 안착되는 히터블럭부(20)와, 반응 가스를 챔버(10) 내부로 공급하기 위해 챔버(10) 상에 배치된 샤워헤드부(30)와, 히터블록부(20)와 샤워헤드부(30) 사이의 챔버(10) 측벽에 형성된 다수의 배기구(40)와, 상기 배기구(40)를 통해 미반응 가스가 챔버(10) 외부로 배기하기 위한 펌핑포트(42)를 포함한다. 또한, 반응 챔버(10)의 측면에는 게이트 밸브(미도시)가 형성되어 있다. 또한, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 별도의 플라즈마 발생부가 배치된다.
종래의 샤워헤드부(30)는 반응 가스가 주입되는 가스 공급구(31)와, 반응 가스 공급구(31)에 체결된 사워헤드(33)와, 반응 가스를 균일하게 사워헤드(33)에 분사하기 위해 샤워헤드(33) 내에 이와 동일한 크기를 갖고 조립식으로 내장된 배플(32)을 포함한다.
이러한, 종래의 샤워헤드부(30)의 배플(32)은 샤워헤드(33)와 같은 크기로 형성되어 있기 때문에 장비의 정기적 및 비정기적인 보수가 필요할 경우 비용과 시간의 소모가 많은 단점이 있다. 즉, 공정중 아킹(Arcing)이 발생할 경우에는 샤워헤드(33) 뿐만 아니라 샤워헤드(33)에 조립식으로 내장된 배플(32)도 함께 영향을 받아 손상을 입게 된다. 이로 인해 샤워헤드(33)와 배플(32)을 함께 교체하여야 한다. 또한, 샤워헤드(33)에서 배플(32)을 분리한 후, 재조립할 경우, 조립자의 숙련도에 따라 그 조립 상태가 달라지는 문제가 발생한다. 이로 인해 샤워헤드부(30) 내부의 배플(32)과 샤워헤드(33)에 가스 오염 및 플라즈마 아크의 발생으로 부품 각각의 불량에 의한 부품 정비에 따른 로스 타임(Loss time)이 길어져 장비 가동율이 떨어지며, 생산성이 저하되는 문제가 된다. 또한, 보수 유지에 따른 비용이 많이 들어가는 문제점이 있다.
또한, 종래의 반도체 제조 장치를 이용한 박막 제조 공정에 있어서도 문제가 발생한다.
즉, 반응 가스는 샤워헤드부(30)의 가스 공급구(31)를 통해 유입된 후, 배플(32)에 의해 샤워헤드(33) 내부공간의 전영역으로 균일하게 공급되고, 이후, 샤워헤드(33)를 통해 균일하게 챔버(10) 내부로 분사된다. 이때, 일차로 박막 형성 온도에서 안정이 된 기판에 다시 저온의 반응 가스가 유입되어 시간차에 의해 약간의 온도가 떨어지는 현상이 발생한다. 즉, 저온의 반응 가스가 배플(32) 및 샤워헤드(33)를 거쳐 나오는데 시간차가 발생하게 된다. 이를 통해 챔버(10) 내부의 온도가 순간적으로 떨어지게 된다. 따라서, 증착을 위해 약간의 시간이 지난 후 안정된 온도하에서 박막을 증착한다. 이로써 박막 증착시간이 길어지게 된다.
또한, 종래의 반도체 제조 장치는 샤워헤드부(30)와 히터블록부(20) 사이의 챔버 측벽영역에 배기구(40)와 펌핑포트(42)가 배치되어 있고, 이를 통해 챔버(10) 내에 잔류하는 반응가스와, 반응 부산물을 제거하게 된다. 하지만, 대구경의 경우 측면을 통해 반응 가스가 제거되면 히터 블록부(20)의 가장자리에서 미반응 가스의 완전한 제거가 느려지게 되어 미반응된 반응 가스의 제거가 균일하게 되지 않게 된다. 이로써, 미반응된 가스들이 다시 웨이퍼(21) 상에서 반응하게 되어 웨이퍼(21) 상에 균일한 두께의 양질의 막질을 형성하기 어려운 문제가 발생하였다. 또한, 균일한 반응 가스의 분포를 확보하기 어려운 문제가 발생하였다. 즉, 챔버(10) 내부로 들어가는 반응 가스의 양의 증감에 따른 반응 가스의 분포 조절이 용이하지 않는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 대구경 장비의 샤워헤드 내부에 반응 가스가 들어가는 입구에 배플의 크기를 최적화하여 샤워헤드 내부공간 전영역에 빠르게, 균일하게 반응 가스가 분산되도록 할 수 있고, 샤워헤드를 통해 분산된 가스가 웨이퍼에 도달하는 시간을 최소할 수 있으며, 반응 가스의 제거 경로를 조절하여 잔류하는 반응 가스 및 부산물의 제거를 용이하게 하고, 반응 가스를 균일하게 분포시킬 수 있어 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 가스가 공급되는 상기 가스 공급구를 포함하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급구 아래에 소정 거리 이격되고, 상기 가스 공급구의 직경 이상의 크기로 상기 가스 공급구에 인접한 위치에서 일체화된 배플 및 상기 배플 하부에 가스를 균일하게 분사하는 샤워헤드를 포함하는 가스 분사 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 가스 공급구의 크기를 1로 하였을 경우 상기 배플의 크기는 1.0 내지 5.0인 것이 바람직하다. 이때, 상기 배플은 상기 가스 공급구와 용접 또는 나사를 통해 일체화되는 것이 효과적이다. 상기의 배플은 원형 평판 형상, 상부가 원추 또는 반원 형상으로 돌출된 평판 형상, 상부 표면의 적어도 일부에 요철이 형성된 평판 형상 일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스를 흡입하는 배기구가 형성된 배기구부와, 상기 배기구 주위에 배기 가스를 유도하는 배기 가스 유도관 및 상기 배기 가스 유도관의 일부에 연장된 배기 펌프를 포함하는 가스 배기 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 배기구부는 가장자리 영역에 곡면 또는 경사면이 형성된 플레이트로 그 곡면 또는 경사면 영역에 다수의 배기구가 형성되는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치에 있어서, 챔버와, 가스 공급구를 통하여 유입된 소정의 가스를 상기 챔버 내부로 분사하고, 상기 가스 공급구 아래에 소정 거리 이격되고, 상기 가스 공급구의 직경 이상의 크기로 상기 가스 공급구에 인접한 위치에서 일체화된 배플이 내장된 샤워헤드부와, 상기 샤워헤드부 하부에 웨이퍼가 안착되는 히터블록부 및 상기 히터블록부 하부에 위치하고, 다수의 배기구를 포함하는 펌핑포트부를 포함하는 반도체 제조 장치를 제공한다.
이때, 상기 샤워헤드부는, 가스가 공급되는 상기 가스 공급구를 포함하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급구와 용접 일체화된 배플 및 상기 배플 하부에 가스를 상기 챔버 내부에 균일하게 분사하는 샤워헤드를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가스 공급구의 크기를 1로 하였을 경우, 상기 배플의 크기는 1.0 내지 5.0이고, 상기 배플과 상기 가스 공급구와의 이격 간격은 3 내지 15mm인 것이 바람직하다.
상기의 가장자리 영역에 곡면 또는 경사면이 형성된 플레이트로 그 곡면 또는 경사면 영역에 가스를 흡입하는 다수의 배기구가 형성된 배기구부와, 상기 배기구 주위에 배기 가스를 유도하는 배기 가스 유도관 및 상기 배기 가스 유도관의 일부에 연장된 배기 펌프를 포함하는 것이 효과적이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 장치의 개념 단면도이다.
도 4는 도 3의 A영역을 확대한 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 배플을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 펌핑포트부의 개념도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는 반응 공간을 갖고, 하부에 소정의 곡면을 갖는 챔버(110)와, 가스를 챔버(110) 내부로 분사하고, 가스 공급구(131)와 일체화된 배플(132)을 갖는 샤워헤드부(130)와, 샤워헤드부(130) 하부에 웨이퍼(121)가 안착되는 히터블록부(120)과, 챔버(110)의 하부 곡면 에 형성된 다수의 배기구(142)를 포함하는 펌핑포트부(140)를 포함한다. 이뿐만 아니라 도시되지 않은 챔버(110)의 개폐를 제어하는 게이트 밸브를 더 포함하고, 게이트 밸브를 통해 웨이퍼(121)가 히터블록부(120)로 로딩되거나 챔버(110) 외부로 언로딩된다. 또한 게이트 밸브를 통해 챔버(110) 내부의 기압을 유지할 수 있다. 또한 챔버(110) 내부의 압력을 일정하게 유지하기 위한 별도의 압력제어부(미도시)와, 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 별도의 플라즈마 생성부(미도시)를 선택적으로 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 챔버(110)는 상부가 개방되어 있고, 챔버(110)의 상부를 덮는 챔버리드(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 그리고 상기 챔버 리드의 소정공간에 샤워헤드부(130)가 형성될 수도 있다. 물론 챔버(110)는 일체형으로 형성될 수도 있고, 상부 챔버와 하부 챔버로 분리되어 형성될 수도 있다.
히터블록부(120) 내에는 웨이퍼(121)의 로딩 언로딩을 위한 별도의 리프트핀(미도시)이 형성될 수도 있고, 히터블록부(120)의 하부에는 히터블록부(120)를 회전시키기 위한 구동축(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 히터블록부(120)의 온도를 측정하기 위한 별도의 센서가 배치될 수도 있다. 물론 히트블록 자체가 상하 운동을 할 수도 있다. 히터블록부(120)의 형상은 웨이퍼(121)와 동일한 형상으로 형성하는 것이 바람직며, 웨이퍼(121)보다 더 큰 형상으로 형성하는 것이 효과적이다. 또한, 히터블록부(120) 상에는 한장의 웨이퍼(121)가 안착될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 샤워헤드부(130)는 가스가 공급되는 가스 공급구(131)를 포함하는 가스 공급부와, 가스 공급구(131)와 용접 일체화되어 가스 공급구(131) 끝단에 배치된 배플(132)과, 상기 배플(132)의 하부에 가스를 챔버(110) 내부에 균일하게 분사하는 샤워헤드(133)를 포함한다.
배플(132)의 크기는 가스 공급구(131)의 크기에 최적화되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 반응 가스가 샤워헤드(133)의 내부 공간 전영역으로 균일하게 반응 가스가 분산되고, 반응 가스가 샤워헤드(133)를 통하여 기판에 도달하는 시간을 최소화하여 반응이 일어나는 온도가 안정화되는 시간을 최소화할 수 있도록 배플(132)의 크기를 최적화하는 것이 바람직하다. 가스 공급구(131)를 통해 공급되는 반응 가스가 적어도 한번은 배플(132)에 부딪히게 되어 가스 공급구(131)를 통해 직진하는 반응 가스가 샤워헤드(133)의 전영역으로 균일하게 공급될 수 있다. 이를 위해 배플의 사이즈를 작게 하는 것이 효과적이다. 즉, 가스 공급구(131)의 지름(T1)을 1로 하였을 경우, 배플(132)의 크기(T2)를 1.0 내지 5.0인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 배플(132)의 크기(T2)를 1.5 내지 3.0인 것이 효과적이다. 또한, 가스 공급구(131) 하단에서 배플(132) 간의 거리(H1)도 3 내지 15mm인 것이 효과적이다.
상기 범위는 가스 공급구의 직경, 유량, 배플의 크기에 따라 다양하게 변화수 있다.
배플(132)의 형상은 원형, 타원형 및 다각형 형상 등이 가능하다. 물론 배플(132)의 형상은 상술한 형태에 한정되는 것이 아니라 가스 공급구(131)로 부터 공급되는 가스를 샤워헤드(133)에 균일하게 분사시킬 수 있는 모든 형태가 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이 배플(132)의 형상을 평판 형상인 것이 바람직하다. 즉, 원형 평판 형상인 것이 바람직하다. 물론 도 5에 도시된 바와 같이 평판의 표면에 다양한 패턴이 형성되거나, 평판의 상부면이 원추 또는 곡면 형상으로 형성하여 가스의 균일한 분포가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 원추 형상의 상부면을 갖도록 할 수 있다. 즉, 삿갓모양의 평판으로 제작할 수도 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이 곡면 형상의 상부면을 갖도록 할 수 있다. 또한, 배플(132)의 표면에 소정의 패턴이 형성될 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이 상부 전면에 불규칙한 요철이 형성될 수 있다. 도 5d에 도시된 바와 같이 배플(132)의 양 가장자리에 불규칙한 요철이 형성될 수도 있다. 도 5e 에 도시된 바와 같이 상부 전면에 균일한 패턴의 요철이 형성될 수도 있다.
상술한 형상과 패턴은 가스 공급구(131)로 부터 가스를 받는 표면 영역의 적어도 일부에 형성되는 것이 바람직하다. 가스를 받는 표면의 형상은 도 6a에 도시된 바와 같이 하나의 나선형일 수 있고, 도 6b와 같이 다수의 나선형일 수도 있으며, 도 6c와 같이 다수의 불규칙한 패턴일 수도 있다.
상술한 바와 같이 배플(132)의 사이즈를 줄이고, 가스를 받는 표면을 변화시켜 샤워헤드(133) 상면에 균일하게 가스를 분사할 수 있다.
또한, 배플(132)은 가스 공급구(131)와 일체화되어 있다. 즉, 도면에서 보이는 바와 같이 배플(132)과 가스 공급구(131)간의 간격을 이격시키기 위해 별도의 연장 막대인 결합부재를 이용하여 가스 공급구(131)와 배플(132)을 용접을 통해 일체화한다. 물론 이에 한정되지 않고, 나사/볼트결합을 통해 이 둘을 일체화할 수 있다. 이때, 배플(132)과 가스 공급구(131) 간을 연결하기 위한 결합부재는 배플 (132)에 의한 가스 분사를 방해하지 않는 한도 내에서 다양하게 변화할 수 있다. 즉, 배플(132)과 가스 공급구(131)는 하나의 결합부재에 의해 결합될 수도 있고, 다수개의 결합부재에 의해 결합될 수도 있다. 이를 통해 샤워헤드부(130)의 분리시 배플(132)의 분리를 생략할 수 있어, 장비 유지 보수 비용을 절감할 수 있고, 정기적인 장비 유지 보수시 배플(132) 및 샤워헤드(133) 교체 등에 대한 시간을 절감할 수 있게 된다.
본 발명에서는 챔버(110)의 하부(즉, 히터블록부 하부)에 펌핑포트부(140)가 형성되어 챔버(110) 내부의 반응되지 않고 잔류하는 가스를 균일하게 챔버(110) 외부로 방출할 수 있다. 펌핑포트부(140)는 챔버(110) 하부에 형성되어 미반응 가스를 흡입하는 배기구(142)와, 배기구(142)가 형성된 챔버(110)의 외주면에 위치한 배기 가스 유도관(143)과, 배기 가스 유도관(143)의 일부에 형성되어 가스를 외부로 배기하는 펌프(144)를 포함한다.
박막 공정후의 미반응 가스 및 반응 부산물은 대구경의 웨이퍼(121) 위에 잔류하게 되지만, 본 발명에 따를 펌핑포트부(140)에 의해 히터블록부(120)의 가장자리와 챔버(110) 내벽 사이의 작은 공간을 통하여 히터블록부(120) 하부로 이러한 미반응 가스 및 반응 부산물이 제거된다. 여기서, 챔버(110) 하부에 소정의 곡면을 형성하고, 곡면에 배기구(142)를 형성하여 하부 배기시 발생하는 와류 현상을 방지할 수 있다. 즉, 챔버(110) 하부의 형상을 측벽과 바닥면이 수직한 형상이 아닌 소정의 각도를 갖는 경사면 또는 곡면으로 연결되도록 형성하고, 곡면 영역에 이를 관통하는 배기구(142)를 형성한다. 배기구(142)는 상술한 설명에 한정되지 않고, 히터 블록(120) 하부의 모든 영역에 형성될 수도 있고, 배기구(142)의 배치는 일정한 간격으로 균일하게 배치될 수도 있고, 배기구(142)의 크기 또한 일정한 크기를 유지할 수 있다. 물론, 다양한 크기를 갖는 배기구(142)가 다양한 간격을 갖고 배치될 수도 있다. 바람직하게는 배기구의 지름은 2 내지 15mm인 것이 바람직하고, 배기구 간의 평균 간격은 1 내지 20mm인 것이 바람직하다. 이를 통해 효과적인 배기를 할 수 있게 된다.
본 발명의 배기구(142)는 별도의 플레이트 형태로 제작되어 챔버(110) 하부에 배치될 수도 있고, 챔버(110)와 일체화되어 제작될 수도 있다. 이를 통해 배기 가스의 불균일한 제거와, 배기 가스의 와류에 의한 웨이퍼 상의 박막의 균일성 저하를 방지할 수 있다.
상술한 본 발명의 반도체 제조 장치는 단일의 챔버 형태로 배치되어 반도체 제조 공정에 사용될 수 있고, 다수의 챔버가 배치타입으로 연결될 수도 있다. 즉, 본 발명의 반도체 제조 장치는 웨이퍼가 위치하는 로드락부와 로드락부로부터 웨이퍼를 챔버 내부로 이송하는 이송부를 더 포함할 수도 있다. 이들 챔버간은 게이트 밸브에 의해 서로 연결되고, 내부 환경이 보호된다.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 반도체 제조 장치의 동작을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
게이트 밸브를 개방한 다음, 이송부를 통해 로드락부에 위치한 웨이퍼(121)를 소정의 반응 공간을 갖는 본 발명의 챔버(110) 내부의 히터블록부(120)에 안착한다. 게이트 밸브를 닫은 다음, 챔버(110) 내부의 압력을 증착 압력으로 조절하 고, 히터블록부(120)를 가열하여 증착온도까지 상승시킨다. 이때, 공정진행을 위한 온도까지 안정화되기 위해서는 어느 정도 안정화 시간이 필요하게 된다.
이후, 외부의 증착용 가스를 샤워헤드부(130)를 통해 챔버(110) 내부로 고르게 분사한다. 이때, 증착용 가스는 가스 공급구(131)를 통해 주입되고, 가스 공급구(131)에 의해 유도된 가스는 이와 일체화된 배플(132)에 의해 샤워헤드(133) 상부에 균일하게 퍼지게 된다. 본 발명에서는 배플(132)의 크기를 최적화하고, 가스 공급구(131)와 일체화하여 가스의 퍼짐과, 증착 가스가 샤워헤드부(130)를 통과하여 기판에 도달하는데 걸리는 시간을 최소화할 수 있다. 이로써, 증착용 가스 주입시 챔버(110) 내부의 순간적인 온도 변화를 최소화할 수 있다. 예를 들어 샤워헤드부(130) 내의 배플(132)의 크기를 가스 공급구 지름의 1.2 내지 2.0 배 크기로 작게 제작하였을 경우, 가스 공급구(131)를 통해 직진하던 가스는 모두 배플(132)에 부딪히게 되어 수평으로 퍼지게 된다. 또한, 배플(132)의 사이즈가 작기 때문에 이에 부딪혀 나오는 가스의 도달 시간이 적게 걸리게 되며, 이에 따라 가스 주입에 의한 챔버(110) 내의 미세한 온도 변화 시간이 줄어들게 된다. 이로써, 박막 증착을 위한 안정화 시간이 줄어들 수 있다.
배플(132)을 통해 샤워헤드(133) 상에 균일하게 퍼진 증착용 가스는 샤워헤드(133)를 통해 챔버(110) 내부에 균일하게 분사된다. 이때 주입되는 증착용 가스의 주입량과 주입 속도에 따라 가스가 기판까지 도달하게 되는 시간과, 미세한 온도 변화 시간이 다양해 질 수 있고, 챔버(110) 내부로의 분사 속도도 변화될 수 있으며, 사워헤드(133)를 통한 가스 분사의 균일도를 제어할 수도 있다. 상기의 증 착용 가스로는 웨이퍼(121) 상에 형성된 막에 따라 매우 다양한 가스가 사용될 수 있다.
다음으로 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(121) 상에 박막을 증착한다. 박막 증착 공정이 완료된 다음, 챔버(110) 내부의 미반응 증착용 가스와, 반응 부산물을 히터블록부(120) 하부에 위치한 펌핑포트부(140)를 통해 제거한다. 즉, 반응공정시와 반응공정후, 대구경의 웨이퍼(121)의 경우에는 웨이퍼(121) 상부에 반응 부산물들이 잔류하게 되고, 히터블록부(120) 상부에는 미반응 가스들이 잔류하게 된다. 따라서, 반응 공정이 끝난 후에 이러한 반응 부산물과 미반응 가스를 균일하고 완벽하게 제거하여야 한다. 따라서, 본 발명에서는 부산물과 미반응 가스를 챔버(110)의 하부 영역 즉, 웨이퍼(121)가 위치한 히터블록부(120)의 하부 영역 방향으로 빨아들여 이들을 균일하게 제거할 수 있다. 위쪽에 위치한 가스를 측벽이나 상부가 아닌 하부방향으로 배기하므로 더욱 효과적으로 이를 제거할 수 있다. 이때, 히터블록부(120)와 챔버(110)의 내측 사이에는 소정의 공간이 형성되어 있고, 이 공간을 통해 반응 부산물 및 미반응 가스가 히터블록부(120) 하부의 펌핑 포트부(140)로 배기 된다. 한편 본 발명에서는, 히터블록부(120) 하부에서 배기할 경우 발생할 수 있는 가스의 와류 현상을 방지하기 위해, 원형의 형태를 띠고 내부에 약간의 경사를 갖고 다수의 배기구(142)가 형성된 플레이트를 챔버(110) 하부에 배치시킨다. 즉, 양 가장자리 영역으로 소정의 곡면이 있고, 곡면 영역에 다수의 배기구(142)를 형성하여 배기되는 가스의 와류 현상을 방지할 수 있다.
상술한 펌핑 포트부(140)를 통해 미반응 증착가스의 불균일한 배기에 의한 박막의 불균일성을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 미반응된 증착 가스와, 반응 부산물을 제거한 다음, 게이트 밸브를 개방한 다음, 이송부를 통해 히터 블록 상의 웨이퍼를 챔버 외부로 언로딩하고, 로드락부에 안착한다.
상술한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 이용한 박막 공정은 챔버 내부의 온도 손실을 최소화하고, 반응 가스의 온도 구배를 기판 전체 균일화하여 반응 가스의 한쪽으로 쏠림으로 인해 발생되는 문제를 해결하여 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가스 공급구 일체형의 작은 배플을 통해 장비의 정기적 및 비정기적 보수가 필요할 경우의 비용 및 시간을 절약할 수 있고, 미숙련자도 쉽게 유지보수 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 세정은 다음과 같다.
일반적으로 챔버내에서 박막 증착 공정이 진행될 경우, 챔버 내부와 샤워헤드의 표면에도 박막이 다소 증착될 수 있다.
샤워헤드에 증착된 박막은 후속 공정이 계속 진행될 경우, 박막의 열팽창계수의 차이로 인해 증착된 박막에 열 응력이 발생하게 된다. 이에 의해 박막의 일부가 박리되어 연속공정이 진행될 경우 박막에 이물이 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 챔버의 상부에 위치한 원격 플라즈마 장치인 플라즈마 생성부를 통해 클리닝 소스를 반응 가스 공급관, 배플 및 샤워헤드를 통해 챔버 내부로 주입하여 식각을 실시한다. 이를 통해 챔버 내벽과 샤워헤드 표면에 잔류하는 박막을 제 거할 수 있다. 이때, 클리링 소스용 가스로는 NF3 를 사용하고, 이를 사용한 NF3 플라즈마 식각을 실시한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 가스 주입구와 일체화되고, 작은 사이즈의 배플을 통해 반응 가스가 샤워헤드에 균일하게 분포되고, 샤워헤드를 통해 균일하고, 빠르게 히터 위의 기판상에 분사될 수 있다.
또한, 반응 가스가 샤워헤드를 통해 기판에 도달하는 시간을 최소화하여 반응이 일어나는 온도가 안정화되는 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 장비의 유지 보수 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 기판의 하부로 반응 가스의 제거 경로를 변경하여 반응 부산물의 제거를 용이하게 하고, 반응가스를 균일하게 분포시켜 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 챔버의 가스 배기 시스템에 있어서,
    상기 챔버 하부에 마련되고 곡면 또는 경사면을 갖는 플레이트와, 상기 플레이트의 곡면 또는 경사면에 마련된 다수의 배기구를 구비하는 배기구부와,
    상기 배기구 외주면에 마련된 배기 가스 유도관 및
    상기 배기 가스 유도관의 일부에서 연장된 배기 펌프를 포함하는 가스 배기 시스템.
  6. 반도체 제조 장치에 있어서,
    챔버와,
    가스 공급구를 통하여 유입된 소정의 가스를 상기 챔버 내부로 분사하고, 상기 가스 공급구 아래에 이격 배치되고, 상기 가스 공급구의 직경보다 큰 직경을 갖고 상기 가스 공급구에 인접한 위치에서 일체화된 배플이 내장된 샤워헤드부와,
    상기 샤워헤드부 하부에 웨이퍼가 안착되는 히터블록부 및
    상기 챔버 하부에 마련되고 곡면 또는 경사면을 갖는 플레이트와, 상기 플레이트의 곡면 또는 경사면에 마련된 다수의 배기구를 구비하는 배기구부 그리고, 상기 배기구 외주면에 마련된 배기 가스 유도관 및 상기 배기 가스 유도관의 일부에서 연장된 배기 펌프를 구비하는 펌핑 포트부를 포함하는 반도체 제조 장치.
  7. 반도체 제조 장치에 있어서,
    측면과 바닥면이 만나는 하부영역에 곡면 또는 경사면을 갖는 챔버와,
    가스 공급구를 통하여 유입된 소정의 가스를 상기 챔버 내부로 분사하고, 상기 가스 공급구 아래에 이격 배치되고, 상기 가스 공급구의 직경보다 큰 직경을 갖고 상기 가스 공급구에 인접한 위치에서 일체화된 배플이 내장된 샤워헤드부와,
    상기 샤워헤드부 하부에 웨이퍼가 안착되는 히터블록부 및
    상기 챔버의 곡면 또는 경사면에 마련된 다수의 배기구를 구비하는 배기구부와, 상기 배기구가 마련된 상기 챔버의 외주면에 마련된 배기 가스 유도관 및 상기 배기 가스 유도관의 일부에서 연장된 배기 펌프를 구비하는 펌핑포트부를 포함하는 반도체 제조 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 샤워헤드부는,
    가스가 공급되는 상기 가스 공급구를 포함하는 가스 공급부;
    상기 가스 공급구 아래에 이격 배치되고, 상기 가스 공급구의 직경보다 큰 직경을 갖는 상기 배플;
    상기 가스 공급부와 상기 배플 간을 결합하여 일체화시키는 연장 막대를 구비하는 결합 부재; 및
    상기 배플의 직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 배플 하부에 마련된 샤워헤드를 포함하는 반도체 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가스 공급구의 크기를 1로 하였을 경우, 상기 배플의 크기는 1.0 내지 5.0이고, 상기 배플과 상기 가스 공급구와의 이격 간격은 3 내지 15mm인 반도체 제조 장치.
  10. 삭제
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