KR20030037873A

KR20030037873A - 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐

Info

Publication number: KR20030037873A
Application number: KR1020010068965A
Authority: KR
Inventors: 김양수; 고광현; 윤아성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-16

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분사노즐은 공정챔버 내부의 일측에 결합되는 몸체; 몸체의 외측단에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 유입되는 유입구; 몸체의 내측단에 형성되어 공정챔버 내부의 다수의 방향으로 반응가스를 공급하도록 된 다수의 유출구를 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐은 챔버 내부로 공급되는 반응가스를 다 방향으로 분사 공급할 수 있도록 하여 챔버 내부에서의 반응가스 균일도를 향상시켜 이후 공정효율을 보다 향상시킬 수 있도록 함으로써 반도체 제조수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐{A gas nozzle for semiconductor processing apparatus}

본 발명은 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정챔버로 공급되는 반응가스의 분사를 다양한 방향으로 분사할 수 있도록 한 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조장치중 HDP(High Density Plasma) 화학기상증착장치 는 공정챔버 내부의 상부 고주파 코일에 1.8 - 2.0MHz의 RF를 인가하고, 측부 고주파 코일에 2.0 - 2.2MHz의 RF를 인가하며 하부전극으로 13.56MHz의 RF 바이어스를 인가한다.

그리고 동시에 공정챔버 내부로 반응가스를 투입하여 RF 인가로 발생한 플라즈마 이온들이 웨이퍼의 상면에 증착되도록 함으로써 웨이퍼에 원하는 박막층이 형성되도록 하는 것이다.

이러한 플라즈마 화학기상증착장치에서 공정챔버에는 반응가스를 공정챔버 내부로 공급하기 위하여 다수의 반응가스 분사노즐이 공정챔버 내부의 측면 주변과 상부에 설치되어 있다.

종래의 반응가스 분사노즐은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형태로 구현된 몸체(10)와 이 몸체(10)의 양단에 형성된 유입구(11)와 유출구(12)를 구비한다. 따라서 반응가스는 공정챔버 내부로 직선 주사되는 형태로 되어 있고, 그 설치는 중앙에 분사노즐이 관통하여 설치되는 설치홀(21)이 형성된 플랜지(20)에 결합되어 공정챔버에 이 플랜지(20)에 의하여 결합되도록 되어 있다.

그런데, 종래의 이 반응가스 분사노즐은 전술한 바와 같이 반응가스를 공정챔버 내부로 직선 주사하도록 되어 있으므로 반응가스가 공정챔버 내부로 균일하게 분포 공급되지 못하게 되고, 이에 따라 웨이퍼 상에 증착되는 물질층의 균일도가 낮아지게 되며, 최종에는 반도체 제조수율을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반응가스 분사노즐의 구조를 개선하여 하나의 반응가스 분사노즐에서 공정챔버 내부로 분사되는 방향이 다방향으로 이루어질 수 있도록 하여 공정효율 및 반도체 제조수율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 반도체 제조장치에 설치된 반응가스 분사노즐을 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반응가스 분사노즐을 가진 반도체 제조장치를 도시한 단면도이다.

도 3a와 b는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 반응가스 분사노즐을 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 4a와 b는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 반응가스 분사노즐을 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 5a와 b는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 반응가스 분사노즐을 도시한 사시도 및 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

200...분사노즐

210...몸체

211...유입구

212...유출구

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐은 공정챔버의 일측에 결합되며 몸체; 상기 몸체의 일단에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 상기 몸체 내부로 유입되는 유입구; 상기 몸체의 타단에 형성되어 상기 유입구로 유입된 반응가스가 상기 공정챔버 내부의 다양한 방향으로 공급하도록 하는 다수의 유출구를 구비한다.

그리고 바람직하게 상기 몸체의 타단에는 서로 다른 방향으로 분기된 분기관이 형성되고, 상기 유출구는 각각의 상기 분기관에 형성된다.

또한 바람직하게 상기 몸체의 타단에는 전방과 측방으로 다수의 상기 유출구가 형성되며 내부에 상기 유입구로부터 분기되며 각각의 상기 유출구가 연통된 분기로가 형성된 유출판이 구비된다.

또한 바람직하게 상기 유출판은 표면이 반구형태로 굴곡지게 형성되고, 각각의 상기 유출구는 상기 유출판의 반구형태의 표면에 다수개가 형성되며, 상기 분기로는 상기 유출구를 향해 소정각도로 경사지게 연장 형성된다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 본 발명의 반응가스 분사노즐이 적용된 장치는 HDP(High Density Plasma) 화학기상증착장치이다.

이 화학기상증착장치는 도 2에 도시된 바와 같이 상부챔버(100)와 하부챔버(110)가 결합되어 전체적인 외관 형상이 이루어지며, 챔버(100)(110) 내부에는 증착공정이 수행되는 웨이퍼(140)가 안착되는 정전척(Electrostatic chuck: 130)이 설치된다.

그리고 정전척(130)의 하부에는 정전척(130)의 배면에 흐르는 He 가스의 흡배기가 수행되는 흡배기부(150)가 구현되며, 흡배기부(150)의 하부에는 밸브 어셈블리(160)와 펌프(170)가 차례로 설치된다.

그리고 상부챔버(100)의 상단과 측단에는 RF 전원이 인가되는 고주파 코일(120)이 설치되고, 상단 중심부분에는 상부챔버(100) 내부로 증착공정 수행을 위한 반응가스가 공급되는 분사노즐(200)이 장착된다.

또한 하부챔버(110) 내부의 측면에는 전술한 분사노즐(200)과 별도로 다수의 반응가스가 공급되는 동일 구조의 다른 분사노즐(200)이 설치되며, 하부챔버(110)에는 RF 바이어스가 인가되도록 되어 있다.

여기서 상부 고주파 코일(120) 중의 상단에 위치한 코일에는 1.8 - 2.0㎒의 RF가 인가되고, 상부 측부에 위치한 고주파 코일(120)에는 2.0 - 2.2㎒의 고주파가 인가된다. 그리고 하부챔버(110)에 인가되는 RF 바이어스는 13.56㎒가 인가된다.

한편, 전술한 반응가스 분사노즐(200)은 챔버(100)(110) 내부의 다방향으로 반응가스를 분사하도록 되어 있는데, 이하에서는 세 가지의 다른 실시예에 따른 본 발명의 반응가스 분사노즐(200)을 설명하기로 한다.

첫 번째 실시예에 다른 반응가스 분사노즐(200)은 도 3a와 b에 도시된 바와 같이 챔버(100)(110) 내부에서의 설치를 위하여 챔버(100)(110)에 결합되는 플랜지(180)의 삽입홀(181)에 삽입 연결되어 챔버(100)(110)의 벽체에 설치된다.

이 반응가스 분사노즐(200)의 구성은 원통형상의 몸체(210)와 이 몸체(210)의 외측단, 즉 플랜지(180)의 설치홀(181)에 삽입된 부분에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 유입되는 유입구(211)와, 몸체(210)의 내측단 즉 챔버(100)(110)의 내부에 위치하는 부분에 형성되어 다수의 방향으로 반응가스를 공급하도록 된 다수의 유출구(212)를 구비한다.

이 유출구(212)는 몸체(210)로부터 다방향으로 분기된 분기로(214)가 각각에 형성된 네 개의 분기관(213)에 각각 형성된다. 이 각각의 분기관(213)은 하나가 전방으로 형성되고, 세 개가 각각 서로 등 간격으로 경사지게 형성되어 있다.

두 번째 실시예에 따른 반응가스 분사노즐(200)은 도 4a와 b에 도시된 바와 같이 챔버(100)(110) 내부에 설치를 위하여 챔버(100)(110)에 결합되는플랜지(180)의 설치홀(181)에 삽입 연결되어 챔버(100)(110)의 벽체에 설치된다.

이 반응가스 분사노즐(200)의 구성은 원통형상의 몸체(220)와 이 몸체(220)의 외측단, 즉 플랜지(180)의 삽입홀(181)에 삽입된 부분에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 유입되는 유입구(221)와, 이 몸체(220)의 내측단, 즉 챔버(100)(110)의 내부에 위치하는 부분에 형성되며, 전방과 측방으로 다수의 유출구(223)가 형성되고, 내부에 유입구(221)로부터 분기되며 각각의 유출구(223)로 연통되는 다수의 분기로(224)가 형성된 유출판(222)으로 마련된다.

다음으로 세 번째 실시예는 도 5a와 b에 도시된 바와 같이 챔버(100)(110) 내부에 설치를 위하여 챔버(100)(110)에 결합되는 플랜지(180)의 설치홀(181)에 삽입 연결되어 챔버(100)(110)의 벽체에 설치된다.

이 반응가스 분사노즐(200)의 구성은 원통형상의 몸체(230)와 이 몸체(230)의 외측단, 즉 플랜지(180)의 삽입홀(181)에 삽입된 부분에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 유입되는 유입구(231)와, 이 몸체(230)의 내측단, 즉 챔버(100)(110)의 내부에 위치하는 부분에 형성된 유출판(232)으로 마련된다.

이 유출판(232)은 표면이 반구형태로 굴곡지게 형성되고, 각각의 유출구(233)가 유출판(232)의 반구형태의 표면에 다수개가 형성되며, 유출판(232)의 내부에는 다수의 분기로(234)가 형성된다. 그리고 분기로(234)는 유출구(233)를 향해 소정각도로 경사지게 연장 형성되어 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 반응가스 분사노즐(200)이 설치된 화학기상증착장치는 챔버(100)(110) 내부의 정전척(130) 상에 공정수행을 위한 웨이퍼(140)가 안착된 후 챔버(100)(110)로 RF 전원을 인가하고, 분사노즐(200)을 통하여 반응가스가 공급되면, 방전에 의하여 생성된 전자와 반응가스가 충돌하여 플라즈마를 생성하고, 이때 이온화된 반응가스들이 큰 에너지를 얻어 웨이퍼(140) 표면에 증착되어 증착된 이온 상호간의 반응에 의해 박막이 형성된다.

한편, 이때 반응가스를 공급하는 분사노즐(200)은 첫 번째 실시예의 경우는 각각의 분기관(213)에 형성된 유출구(212)를 통하여 반응가스가 챔버(100)(110) 내부로 직선방향 및 그 주변 방향으로 분사되어 챔버(100)(110) 내부에 균일하게 공급되게 된다.

두 번째 실시예의 경우는 다수의 직선방향으로 개구된 유출구(223)와 유출판(222)의 측부로 형성된 유출구(223)를 통하여 균일하게 반응가스가 챔버(100)(110) 내부로 공급되도록 한다.

세 번째 실시예의 경우는 반구형상의 유출판(232) 표면에 형성된 다수의 유출구(233)를 통하여 유출판(232)의 표면에서 반구 방향으로 반응가스가 공급되도록 한다.

이와 같이 본 발명의 모든 반응가스 분사노즐(200)은 종래에 하나의 유출구에서 직선 주사 형태로 반응가스를 분사하는 분사노즐에 비하여 챔버(100)(110) 내부로 공급되는 반응가스의 공급방향이 다수의 다양한 방향으로 이루어지도록 함으로써 챔버(100)(110) 내부에 보다 균일한 반응가스의 공급이 이루어지도록 하고,이에 따라 공정 진행 중 웨이퍼(140)에 박막이 보다 균일하게 증착되도록 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐은 다수의 다양한 방향으로 반응가스의 분사가 가능하도록 한 것으로 전술한 세 가지의 실시예외에 유출구의 위치 및 분사노즐의 형상을 일부 변형하여 적용할 수 있지만 기본적으로 다수의 다양한 방향으로 반응가스의 공급이 이루어지도록 한 것이라면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐은 챔버 내부로 공급되는 반응가스를 다 방향으로 분사 공급할 수 있도록 하여 챔버 내부에서의 반응가스 균일도를 향상시켜 이후 공정효율을 보다 향상시킬 수 있도록 함으로써 반도체 제조수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

공정챔버의 일측에 결합되며 몸체;

상기 몸체의 일단에 형성되어 외부로부터 공급되는 반응가스가 상기 몸체 내부로 유입되는 유입구;

상기 몸체의 타단에 형성되어 상기 유입구로 유입된 반응가스가 상기 공정챔버 내부의 다양한 방향으로 공급하도록 하는 다수의 유출구를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐.
제 1항에 있어서, 상기 몸체의 타단에는 서로 다른 방향으로 분기된 분기관이 형성되고, 상기 유출구는 각각의 상기 분기관에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 반응가스 분사노즐.
제 1항에 있어서, 상기 몸체의 타단에는 전방과 측방으로 다수의 상기 유출구가 형성되며 내부에 상기 유입구로부터 분기되며 각각의 상기 유출구가 연통된 분기로가 형성된 유출판이 구비된 것을 특징으로 하는 반응가스 분사노즐.
제 3항에 있어서, 상기 유출판은 표면이 반구형태로 굴곡지게 형성되고, 각각의 상기 유출구는 상기 유출판의 반구형태의 표면에 다수개가 형성되며, 상기 분기로는 상기 유출구를 향해 소정각도로 경사지게 연장 형성된 것을 특징으로 하는반응가스 분사노즐.