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JP2009167520A - シャワーヘッド及びこれを備える化学気相蒸着装置 - Google Patents

シャワーヘッド及びこれを備える化学気相蒸着装置 Download PDF

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JP2009167520A
JP2009167520A JP2008222481A JP2008222481A JP2009167520A JP 2009167520 A JP2009167520 A JP 2009167520A JP 2008222481 A JP2008222481 A JP 2008222481A JP 2008222481 A JP2008222481 A JP 2008222481A JP 2009167520 A JP2009167520 A JP 2009167520A
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ショーン キム、チャンソン
Chang Hwan Choi
ホワン チョイ、チャン
Jong Pa Hong
パ ホン、ジョン
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Abstract

【課題】本発明は、シャワーヘッド及びこれを備える化学気相蒸着装置に関する。
【解決手段】本発明の一実施例によるシャワーヘッドは、反応チャンバーの内部に第1反応ガスが供給されるようにする少なくとも1つのガス管を備える第1ヘッドと、上記ガス管が貫通する所定大きさのホールを備える第2ヘッドと、上記ホールを貫通した上記ガス管と上記ホールの間に形成され上記反応チャンバーの内部に第2反応ガスが供給されるようにするガス流路を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、シャワーヘッド及びこれを備える化学気相蒸着装置に関するもので、より詳細には反応ガスの噴射構造を改善したシャワーヘッド及びこれを備える化学気相蒸着装置に関するものである。
一般的に、化学気相蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)は、反応チャンバー内に供給された反応ガスが加熱されたウェーハの上部表面で化学反応を通じ薄膜を成長させることである。このような薄膜成長法は、液状成長法に比べ成長させた結晶の品質は優れるが、結晶の成長速度が相対的に遅いという短所がある。これを克服するために、一回の成長サイクルで数枚の基板上に同時に成長を行う方法が広く採択されている。
一般的な化学気相蒸着装置は、所定大きさの内部空間を有する反応チャンバーと、その内部空間に設けれ蒸着対象物であるウェーハを搭載するサセプターと、上記サセプターと隣接するように備えられ所定の熱を加える加熱手段と、上記サセプターが搭載するウェーハに反応ガスを噴射するシャワーヘッドを含んで構成される。
本発明の目的は、ヘッド間の組立工程を単純化し、組立にかかる時間を減らして作業生産性を向上させ、製造費用を節減することができるシャワーヘッドを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、異なる反応ガスの混合時発生する過流発生を最小化し、ヘッドの下部面での寄生蒸着を抑えることができるシャワーヘッドを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、異なる反応ガスが混合される混合区間の長さを短縮し反応チャンバーの高さを低め、装置の全体体積を小型化することができる化学気相蒸着装置を提供することにある。
本発明の一実施例によるシャワーヘッドは、反応チャンバーの内部に第1反応ガスが供給されるようにする少なくとも1つのガス管を備える第1ヘッドと、上記ガス管が貫通する所定大きさのホールを備える第2ヘッドと、上記ホールを貫通した上記ガス管と上記ホールの間に形成され上記反応チャンバーの内部に第2反応ガスが供給されるようにするガス流路を含む。
また、上記ガス流路は、上記ホールの内面と上記ガス管の外面の間に形成された所定大きさの間隔を含むことを特徴とする。
また、上記ガス管の中心と上記ホールの中心が実質的に一致するようにしたことを特徴とする。
また、上記ガス管の下端と上記ホールの下端は実質的に同一の水平レベルに配置されることを特徴とする。
また、上記ガス管の厚さを変更させることにより上記第1反応ガスと第2反応ガスが混合される混合区間の長さを変更させることができることを特徴とする。
また、上記ガス管は、上記第1反応ガスを噴射するように少なくとも1つのガス噴射孔を備える中空部材を含むことを特徴とする。
また、上記第1ヘッド及び上記第2ヘッドの間に備えられ、上記ガス管が挿入されるように所定の内部空間を有する供給管を備える第3ヘッドと、上記供給管と上記ガス管の間に形成され上記反応チャンバーの内部に第3反応ガスを供給する供給流路をさらに含むことを特徴とする。
また、上記供給管の外面と上記ホールの間には上記ガス流路が形成され、上記供給管の内面と上記ガス管の内面の間には上記供給流路が形成されることを特徴とする。
また、上記ガス管の中心、上記ホールの中心および上記供給管の中心は実質的に一致するようにしたことを特徴とする。
また、上記ガス管の厚さ及び上記供給管の厚さを夫々変更させることにより上記第1反応ガス、上記第2反応ガスおよび上記第3反応ガスが相互混合される混合区間の長さを変更させることができるようにしたことを特徴とする。
一方、本発明による化学気相蒸着装置は、反応チャンバーと、上記反応チャンバーの内部に第1反応ガスが供給されるようにする少なくとも1つのガス管を備える第1ヘッドと、上記ガス管が貫通する所定大きさのホールを備える第2ヘッドと、上記ホールを貫通した上記ガス管と上記ホールの間に形成され上記反応チャンバーの内部に第2反応ガスが供給されるようにするガス流路を含む。
また、上記ガス流路は、上記ホールの内面と上記ガス管の外面の間に形成された所定大きさの間隔を含むことを特徴とする。
また、上記ガス管の中心と上記ホールの中心が実質的に一致するようにしたことを特徴とする。
また、上記ガス管の厚さを変更させることにより上記第1反応ガスと第2反応ガスが混合される混合区間の長さを変更させることができることを特徴とする。
また、上記ガス管は、上記第1反応ガスを噴射するように少なくとも1つのガス噴射孔を備える中空部材を含むことを特徴とする。
また、上記第1ヘッド及び上記第2ヘッドの間に備えられ、上記ガス管が挿入されるように所定の内部空間を有する供給管を備える第3ヘッドと、上記供給管と上記ガス管の間に形成され上記反応チャンバーの内部に第3反応ガスを供給する供給流路をさらに含むことを特徴とする。
また、上記供給管の外面と上記ホールの間には上記ガス流路が形成され、上記供給管の内面と上記ガス管の内面の間には上記供給流路が形成されることを特徴とする。
また、上記ガス管の中心、上記ホールの中心および上記供給管の中心は実質的に一致するようにしたことを特徴とする。
また、上記ガス管の厚さ及び上記供給管の厚さを夫々変更させることにより上記第1反応ガス、上記第2反応ガスおよび上記第3反応ガスが相互混合される混合区間の長さを変更させることができるようにしたことを特徴とする。
上記の構成の本発明によると、第1ヘッドのガス通路と第2ヘッドのホールの間に間隔を形成するように組立てられることによりヘッド間の組立工程を単純化し、組立にかかる時間を減らすことができるため、作業生産性を向上させ、製造費用を節減することができる。
また、異なる反応ガスが混合される混合区間の長さを短縮することにより第2ヘッドとサセプター間の上下間隔を減らすことができるため、反応チャンバーの全体高さを低め、装置の小型化設計を可能にすることができ、反応ガスの消耗量を減らすと共に均一なガス流動の流れを確保し、均一な品質の成長層を得ることができる。
そして、異なる反応ガスが一定距離の後に相互混合されることにより、ヘッドの下部面で過流が発生することを最小化することができるため、ヘッドの下部面での寄生蒸着を抑えることができる効果が得られる。
以下、本発明に対して添付の図面に従ってより詳細に説明する。
図1は、本発明によるシャワーヘッドを備える化学気相蒸着装置の実施例を図示した断面図で、図2は本発明によるシャワーヘッドを図示した分解斜視図で、図3は図2のB部分に対する断面図である。
本発明の実施例による装置100は、図1乃至3に図示したように、反応チャンバー110、サセプター120、加熱手段130及びシャワーヘッド200を含む。
上記反応チャンバー110は、その内部に流入された反応ガスと蒸着対象物であるウェーハ2の化学的気相反応が行われるように所定大きさの内部空間を提供し、内部面には高温雰囲気に耐えられるように断熱材が備えられることもできる。
このような反応チャンバー110には、上記ウェーハ2との化学的気相反応が終了された廃ガスを外部に排出するための排気口119を備える。
上記サセプター120は、上記ウェーハ2が搭載されたポケットを上部面に少なくとも1つ以上陥没して形成し上記反応チャンバー110の内部に配置されるウェーハの支持構造物である。
このような上記サセプター120は、グラファイト(graphite)を素材にし円盤形態で備えられ、下部面の真ん中には不図示の駆動モータと連結される回転軸を備えることにより上記ウェーハ2が搭載されたサセプター120は、上記駆動モータの回転動力により一方向に大略5乃至50rpmの均一な速度で一定に回転されることができる。
上記加熱手段130は、上記ウェーハ2が搭載されるサセプター120の下部面の辺りに配置され上記サセプター120に熱を提供し、上記ウェーハ2を過熱する。
このような加熱手段130は電気ヒーター、高周波誘導、赤外線放射、レーザー等のうち、いずれかで備えられることができる。
そして、上記反応チャンバー110には、上記サセプター120の外部面か上記加熱手段130に近接するように配置され上記反応チャンバー110の内部雰囲気温度を随時測定し、測定値に基づき加熱温度を調節することができるように温度センサー(不図示)を備えることが好ましい。
一方、上記シャワーヘッド200は、上記サセプター120に搭載されたウェーハ2上に少なくとも1種類以上の反応ガスを噴射し上記反応ガスがウェーハ2に均一に接触することができるように反応チャンバー110の上部に設けられる構造物で、このようなシャワーヘッド200は第1ヘッド210と、第2ヘッド220を含む。
上記第1ヘッド210は、第1反応ガスG1が供給される第1供給ライン201と連結され上記第1供給ライン201を通じ第1反応ガスG1が内部空間を埋める構造物である。
このような第1ヘッド210の下部面には、一定長さを有するガス管215が少なくとも1つ備えられ、上記ガス管215を通じ第1反応ガスG1が反応チャンバー110の内部に噴射されるようにする。
図1乃至図5では、第1ヘッド210がガス管215を複数備えた場合に関して図示している。
上記第2ヘッド220には、上記ガス管215が挿入されることができるように所定大きさのホール225が設けられる。
図1乃至図3に図示された実施例では、上記第1ヘッド210と第2ヘッド220が上記反応チャンバー110の上部に設けられたものに関して示し、これらの間は、スペーサー203により上下間隔を維持しながら所定大きさの内部空間を形成する。
上記スペーサー203により形成された内部空間は、第2供給ライン202と連通され、上記第2供給ライン202を通じ第2反応ガスG2が反応チャンバー110の内部に供給される。
そして、図1乃至図3に図示されたように、上記第1ヘッド210と第2ヘッド220は上記ガス管215が上記ホール225を貫通するように配置されるが、上記ガス管215の外面と上記ホール225の間には所定の間隔が形成される。
即ち、上記ガス管215と上記ホール225の間には所定の間隔が形成され、この間隔は上記第2供給ライン202を通じ供給される第2反応ガスG2が反応チャンバー110の内部に供給されることができるようにするガス流路Pを形成する。
従って、上記第1ヘッド210の第1供給ライン201を通じ供給される第1反応ガスG1はガス管215を通じ反応チャンバー110の内部に供給され、上記第2供給ライン202を通じ供給される第2反応ガスG2は上記ガス流路Pを通じ反応チャンバー110に供給され、上記ガス管215及び上記ホール225の下方の空間で混合される。
ここで、ガス管215またはホール225の下とサセプター120の間に設けられた空間は、上記ガス管215を通じ供給される第1反応ガスG1と上記ガス流路Pを通じ供給される第2反応ガスG2が相互混合される混合区間である。
従って、上記第1ヘッド210の内部に供給された第1反応ガスG1は、ガス管215を通じ反応チャンバー110の内部に噴射され、上記第1ヘッド210と第2ヘッド220の間の空間を通じ供給された第2反応ガスG2は上記ガス管215と上記ホール225の間に形成されるガス流路Pを通じ反応チャンバー110の内部に供給され、反応チャンバー110の内部に供給される第1反応ガスG1と第2反応ガスG2は混合区間で相互混合される。
また、上記第1ヘッド210と第2ヘッド220の組立時、上記第1ヘッド210のガス管215が第2ヘッド220のホール225につかえることなく簡単に挿入され配置されることにより、従来のような高い精密度を求めず、溶接作業が不必要であるため、作業者の作業負担を減らし組立工程を単純化して組立時間を短縮することができる。
ここで、上記第1ヘッド210に備えられるガス管215は上記第2ヘッド220に備えられるホール225の形成数と同じ数で備えられることが好ましい。
そして、上記ガス管215の中心と上記ホール225の中心を相互一致させることにより、上記間隔Wを通じた第2反応ガスG2の噴射がより均一に行われることができる。
また、上記ガス管215の下部端と上記ホール225の下部端は、上記第2ヘッド220の下部面と実質的に同一の位置に配置されるようにすることで、ガス流路Pを通じて噴射される第2反応ガスG2と上記ガス管215を通じて噴射される第1反応ガスG1間の混合がより円滑に行われることができる。
一方、図3に図示されたように、上記ガス管215で噴射される第1反応ガスG1と上記ガス流路Pで噴射される第2反応ガスG2間の混合区間の長さMLは、上記ホール225に配置されたガス管215の厚さTを変化させることにより下部に長く延長するか、短く変更することができる。
即ち、上記ガス流路Pの間隔Wを一定に維持した状態で上記ガス管215の厚さTを厚くすると、上記ガス管を通じた第1反応ガスG1の噴射面積が狭くなると共に噴射角度が小さくなりガス噴射速度が速くなるため、上記ガス流路Pを通じて噴射される第2反応ガスG2との混合区間の長さがさらに長くなる。
即ち、第1反応ガスG1と第2反応ガスG2が十分混合されるのに必要な区間がさらに長くなる。
反対に、上記ガス流路Pの間隔Wを一定に維持した状態で上記ガス管215の厚さTを薄くすると、上記ガス管215を通じた第1反応ガスG1の噴射面積が広くなると共に噴射角度が大きくなりガス噴射速度が遅くなるため、上記ガス流路Pを通じて噴射される第2反応ガスG2との混合区間の長さがさらに短くなる。
即ち、第1反応ガスG1と第2反応ガスG2が十分混合されるのに必要な区間がさらに短くなる。
従って、ガス管215の厚さを薄くすることにより、上記第2ヘッド220とサセプター120間の上下間隔を減らし上記反応チャンバー110の全体高さを低め、装置の小型化設計を可能にすることができる一方、反応ガスの消耗量を減らすと共に均一なガス流動の流れを確保して均一な品質の成長層を得ることができる。
そして、上記第1反応ガスG1と第2反応ガスG2が一定距離の後に相互混合されることにより、ガス管215の下部端か、第2ヘッド220の下部面で寄生蒸着が発生することを防ぐことができる。
また、図1及び図3に図示されたように、上記ガス管215の下端と上記ホール225の下端は、実質的に同一の水平レベルをなすように配置され、これにより上記ガス管215を通じ供給される第1反応ガスG1と上記ホール225のガス流路Pを通じ供給される第2反応ガスG2の混合効率がより向上されることができる。このような事項は後述する図4に図示された実施例の場合も同様である。
一方、図4は本発明によるシャワーヘッドの他の実施例を図示した断面図で、図4に図示されたように、本発明の他の実施例によるシャワーヘッド200aは、上記第1ヘッド210と上記第2ヘッド220の間に第3反応ガスG3を供給する第3ヘッド230を含む。
上記第3ヘッド230は、上記第1ヘッド210に備えられたガス管215と対応する領域に供給管235を備え、このような供給管235は上記第3ヘッド230に貫通して形成された貫通ホール231に挿入され固定されるか、上記貫通ホール231と連通されるように第3ヘッド230の下部面に溶接方式で固定設置される。
上記第1ヘッド210のガス管215は、上記第3ヘッド230の供給管235に挿入配置され、上記供給管235に挿入して配置されるガス管215の外部面と上記供給管235の内部面との間には、上記第1ヘッド210と第3ヘッド230の間に供給された第3反応ガスが反応チャンバー110の内部に供給されることができるように所定大きさの間隔W1、即ち、供給流路Sが設けられる。また、上記第3ヘッド230の供給管235は上記第2ヘッド220のホール225に挿入して配置され、上記ホール225に挿入して配置される供給管235の外部面と上記ホール225の内部面の間には、上記第3ヘッド230と第2ヘッド220の間に供給された第2反応ガスG2が噴射される一定サイズの間隔W2、即ち、ガス流路Pが設けられる。
ここで、上記第1ヘッド210に備えられるガス管215は、上記第2ヘッド220に備えられるホール225の形成数及び上記第3ヘッド230の供給管235の形成数と相互実質的に同一数で備えられることが好ましい。
そして、上記ガス管215の中心と上記ホール225の中心及び上記供給管235の中心を実質的に一致させることにより、上記ガス流路P及び供給流路Sを通じた第2反応ガスG2と第3反応ガスG3の噴射がより均一に行われることができる。
また、上記ガス管215の下部端と上記ホール225の下部端及び上記供給管235の下部端は、上記第2ヘッド220の下部面と実質的に同一の位置に配置させることにより、上記ガス流路P及び供給流路Sを通じて噴射される第2、3反応ガスと上記ガス管215を通じて噴射される第1反応ガスG1間の混合がより円滑に行われることができるようにする。
そして、上記ガス管215から噴射される第1反応ガスG1と上記ガス流路P及び供給流路Sを通じて噴射される第2、3反応ガス間の混合区間の長さは、上記ホール225に配置された供給管235の厚さと上記供給管235に挿入して配置されたガス管215の厚さを変化させることにより、下部に長く延長するか、短く変更することができる。
上記第1ヘッド210に備えられるガス管215は、図5(a)に図示したように、一定長さの中空円筒部材からなることができるが、上記中空円筒部材は、1つ以上のガス噴射孔216、216a、216bを含むことが好ましい。図5(c)ではガス噴射孔216bが複数備えられた場合に関して図示している。
図5(a)、(b)及び(c)に図示された円筒部材に関する事項は、必ずガス管215にのみ限られるものではなく、供給管235に対しても実質的に同一に適用される。従って、供給管235に関する具体的な説明はガス管215に関する説明に代える。
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、当業界において通常の知識を有する者であれば、上記の特許請求範囲に記載の本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。
なお、反応チャンバー110は、第1ヘッド210と、第2ヘッド220と、サセプター120と、サセプター120を回転させる回転軸と、加熱手段130とを備えてもよい。また、第1供給ライン201を通じ供給された第1反応ガスG1および第2供給ライン202を通じ供給された第2反応ガスG2は、ともにサセプター120に向けて噴射されてもよい。この場合、第1反応ガスG1を噴出するガス管215および第2反応ガスG2を噴出するガス流路Pの噴出口は、サセプター120の方向に向けられていることが好ましい。また、ガス管215の噴出口とガス流路Pの噴出口とは交互に並べられていてもよい。
本発明によるシャワーヘッドを備える化学気相蒸着装置の実施例を図示した断面図である。 本発明によるシャワーヘッドの実施例を図示した分解斜視図である。 図2のB部分に対する断面図である。 本発明によるシャワーヘッドの他の実施例を図示した断面図である。 (a)、(b)、(c)は本発明によるシャワーヘッドに採用されるガス通路を図示した斜視図である。
符号の説明
110 反応チャンバー
120 サセプター
130 加熱手段
200 シャワーヘッド
210 第1ヘッド
215 ガス管
220 第2ヘッド
225 ホール
230 第3ヘッド
235 供給管
P ガス流路
ML 混合区間の長さ
S 供給流路

Claims (20)

  1. 反応チャンバーの内部に第1反応ガスが供給されるようにする少なくとも1つのガス管を備える第1ヘッドと、
    前記ガス管が貫通する所定大きさのホールを備える第2ヘッドと、
    前記ホールを貫通した前記ガス管と前記ホールの間に形成され前記反応チャンバーの内部に第2反応ガスが供給されるようにするガス流路を含むシャワーヘッド。
  2. 前記ガス流路は、前記ホールの内面と前記ガス管の外面の間に形成された所定大きさの間隔を含むことを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  3. 前記ガス管の中心と前記ホールの中心が実質的に一致するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  4. 前記ガス管の下端と前記ホールの下端は、実質的に同一の水平レベルに配置されることを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  5. 前記ガス管の厚さを変更させることにより、前記第1反応ガスと第2反応ガスが混合される混合区間の長さを変更させることができることを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  6. 前記ガス管は、前記第1反応ガスを噴射するように少なくとも1つのガス噴射孔を備える中空部材を含むことを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  7. 前記第1ヘッド及び前記第2ヘッドの間に備えられ、前記ガス管が挿入されるように所定の内部空間を有する供給管を備える第3ヘッドと、
    前記供給管と前記ガス管の間に形成され前記反応チャンバーの内部に第3反応ガスを供給する供給流路をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のシャワーヘッド。
  8. 前記供給管の外面と前記ホールの間には前記ガス流路が形成され、前記供給管の内面と前記ガス管の内面の間には前記供給流路が形成されることを特徴とする請求項7に記載のシャワーヘッド。
  9. 前記ガス管の中心、前記ホールの中心および前記供給管の中心は実質的に一致するようにしたことを特徴とする請求項7に記載のシャワーヘッド。
  10. 前記ガス管の厚さ及び前記供給管の厚さを夫々変更させることにより前記第1反応ガス、前記第2反応ガスおよび前記第3反応ガスが相互混合される混合区間の長さを変更させることができるようにしたことを特徴とする請求項7に記載のシャワーヘッド。
  11. 反応チャンバーと、
    前記反応チャンバーの内部に第1反応ガスが供給されるようにする少なくとも1つのガス管を備える第1ヘッドと、
    前記ガス管が貫通する所定大きさのホールを備える第2ヘッドと、
    前記ホールを貫通した前記ガス管と前記ホールの間に形成され前記反応チャンバーの内部に第2反応ガスが供給されるようにするガス流路を含む化学気相蒸着装置。
  12. 前記ガス流路は、前記ホールの内面と前記ガス管の外面の間に形成された所定大きさの間隔を含むことを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
  13. 前記ガス管の中心と前記ホールの中心が実質的に一致するようにしたことを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
  14. 前記ガス管の厚さを変更させることにより、前記第1反応ガスと第2反応ガスが混合される混合区間の長さを変更させることができることを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
  15. 前記ガス管は、前記第1反応ガスを噴射するように少なくとも1つのガス噴射孔を備える中空部材を含むことを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
  16. 前記第1ヘッド及び前記第2ヘッドの間に備えられ、前記ガス管が挿入されるように所定の内部空間を有する供給管を備える第3ヘッドと、
    前記供給管と前記ガス管の間に形成され前記反応チャンバーの内部に第3反応ガスを供給する供給流路をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
  17. 前記供給管の外面と前記ホールの間には前記ガス流路が形成され、前記供給管の内面と前記ガス管の内面の間には前記供給流路が形成されることを特徴とする請求項16に記載の化学気相蒸着装置。
  18. 前記ガス管の中心、前記ホールの中心および前記供給管の中心は実質的に一致するようにしたことを特徴とする請求項16に記載の化学気相蒸着装置。
  19. 前記ガス管の厚さ及び前記供給管の厚さを夫々変更させることにより前記第1反応ガス、前記第2反応ガスおよび前記第3反応ガスが相互混合される混合区間の長さを変更させることができるようにしたことを特徴とする請求項16に記載の化学気相蒸着装置。
  20. 前記ガス管の下端と前記ホールの下端は、実質的に同一の水平レベルに配置されることを特徴とする請求項11に記載の化学気相蒸着装置。
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