JP7048360B2 - 半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置 - Google Patents

半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置(Directed to a detachable gas injector used for semiconductor equipment)に関し、より詳しくは、化学気相成長(CVD)システムに応用されるガス階層伝送分布メカニズムを有する着脱可能なガス噴射装置に関する。
現在よくある半導体プロセスでは、ガス分散出力メカニズムを有する化学気相成長(CVD)システム設備において、ガス噴射装置は一般的に凹溝穴を有する複数の連結板部材により連通管路が形成され、且つ管路の孔径によってガスの流動分布及びその均等度の調整を図っている。
しかしながら、前述した従来の技術では、連結板部材は通常金属溶接による固定方式が採用され、取り外してプロセス中で残留した沈殿物等の洗浄を行うことができない。また、プロセスの条件の違いに基づいて一部の部材のみを交換するといった柔軟な対応ができず、ガスの伝送及び流動分布を調整できなかった。このため、現在従来のガス噴射装置は、連結板部材及び連通管路の複雑さにより全体的なコストが高騰するのみならず、後続の清掃にも時間と労力がかかった。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、プロセス反応ガスが階層的に独立して導流されて伝送されるのみならず、弾力的に着脱可能にすることで構成部材の清掃及び交換が可能になる半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置を見出した。
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、半導体プロセスの化学気相成長(CVD)システムに応用される着脱可能なガス噴射装置を提供することを目的とする。
つまり、プロセス反応ガスが階層的に独立して導流されて伝送されることにより、その流場での分布の均等度が制御されてプロセス反応区画に噴射され、ウェハー上に形成される薄膜成長の品質及び歩留まりが向上する。
上述した課題を解決し、目的を達成するための本発明に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の特徴は、トップカバー部材と、中空部材と、トップハウジングと、ガス出力ユニットとを備える。トップカバー部材は凸部と、第一反応ガスを入力するために用いられる第一吸気通路と、第二反応ガスを入力するために用いられる第二吸気通路と、第三反応ガスを入力するために用いられる第三吸気通路とを含み、凸部はトップカバー部材の下底面に設置され、且つ第三吸気通路は凸部内に延設される。中空部材は凸部に被装され、且つ中空部材の上面はトップカバー部材の下底面に連結され、中空部材の内側壁と凸部の外側壁との間に第一伝達経路が形成されると共に第一吸気通路に連通される。トップハウジングは中心穴を有し、中空部材を収容するために用いられ、且つトップカバー部材の上蓋壁はトップハウジングの上面に設置され、中空部材の外側壁と中心穴の内側壁との間に第二伝達経路が形成されると共に第二吸気通路に連通される。ガス出力ユニットは中空部材の底面に連結され、ガス出力ユニットは第一仕切板及び第二仕切板を具備し、第二反応ガスを垂直出力させるために用いられる第一ガス出力層と、第一反応ガスを垂直出力させるために用いられる第二ガス出力層と、第三反応ガスを垂直出力させるために用いられる第三ガス出力層とが形成される。
本発明によれば、プロセス反応ガスが階層的に独立して導流されて伝送されることによりその流場での分布の均等度が制御され、プロセス反応区画に噴射され、ウェハー上に形成される薄膜成長の品質及び歩留まりが向上する。
本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の組立構成を示す一部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置を示す分解図である。 本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の気体流を示す概略図である。 本発明の他の実施形態による第一仕切板を示す概略図である。 本発明の他の実施形態による第一仕切板を示す概略図である。 本発明の他の実施形態によるフローガイドカバーを示す概略図である。 本発明の他の実施形態によるボルト部材を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の組立構成を示す一部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置を示す分解図である。 本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の気体流を示す概略図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置について具体的に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
図1Aは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置100の組立構成を示す一部の断面図である。図1Bは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置100を示す分解図である。図1Cは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置100の気体流を示す概略図である。
本発明の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置100は、トップカバー部材110と、中空部材120と、トップハウジング130と、ガス出力ユニット140とを備える。トップカバー部材110は凸部112と、第一反応ガス150Aを入力するために用いられる第一吸気通路114Aと、第二反応ガス150Bを入力するために用いられる第二吸気通路114Bと、第三反応ガス150Cを入力するために用いられる第三吸気通路114Cとを含み、凸部112はトップカバー部材110の下底面に設置され、第三吸気通路114Cは凸部112内に延設される。
中空部材120は凸部112に被装され、且つ中空部材120の上面はトップカバー部材110の下底面に連結され、中空部材120の内側壁と凸部112の外側壁との間に第一伝達経路160Aが形成されると共に第一吸気通路114Aに連通される。トップハウジング130は中心穴132を有し、中空部材120の収容に用いられ、且つトップカバー部材110の上蓋壁はトップハウジング130の上面に設置され、中空部材120の外側壁と中心穴132の内側壁との間に第二伝達経路160Bが形成されると共に第二吸気通路114Bに連通される。
ガス出力ユニット140は中空部材120の底面に連結され、ガス出力ユニット140は第一仕切板141及び第二仕切板142を具備し、第二反応ガス150Bを垂直出力させるために用いられる第一ガス出力層143Aと、第一反応ガス150Aを垂直出力させるために用いられる第二ガス出力層143Bと、第三反応ガス150Cを垂直出力させるために用いられる第三ガス出力層143Cとが形成される。
本実施形態では、トップカバー部材110、中空部材120、トップハウジング130、及びガス出力ユニット140が相互に装設されてロックされるため、使用者は必要に応じて取り外して分解及び交換または洗浄を行った後、再度装設させる。また、本発明はこれに限られず、上述の部材には係合、螺接、或いは他の適切な密封連結固定方式が採用されてもよい。
また、第一伝達経路160A及び第二伝達経路160Bは第一フローガイドプレート162A及び第二フローガイドプレート162Bをそれぞれ備え、且つ第一フローガイドプレート162A及び第二フローガイドプレート162Bは複数の第一フローガイド穴164A及び第二フローガイド穴164Bをそれぞれ有し、第一伝達経路160A及び第二伝達経路160Bの横断面中に均一に分布するように配置される。
第一反応ガス150A及び第二反応ガス150Bが第一吸気通路114A及び第二吸気通路114Bから第一伝達経路160A及び第二伝達経路160Bに伝送されて導入されると、第一フローガイドプレート162A及び第二フローガイドプレート162Bの第一フローガイド穴164A及び第二フローガイド穴164Bにより均一に拡散されて第一吸気通路114A及び第二吸気通路114Bに分布するように伝送される。
さらに、本発明のある実施形態では、トップハウジング130は、冷却液136を中心穴132の周囲に伝送させて循環させるために用いられる冷却ユニット134を備え、トップカバー部材110、中空部材120、トップハウジング130及びその周辺の温度が有効的に調節される。これにより有効的な温度調節メカニズムが提供される。
図1Cを参照する。ガス出力ユニット140は第一仕切板141が中空部材120の底面に連結され、且つ中空部材120の底面はトップハウジング130の底面に突出され、第一ガス出力層143Aは第一仕切板141の上面とトップハウジング130の底面との間に形成される。
一方は、第二仕切板142はトップカバー部材110の凸部112に連結され、且つ凸部112の底面は中空部材120の底面に突出され、第二ガス出力層143Bは第二仕切板142の上面と第一仕切板141の底面との間に形成される。
図1Dは本発明の他の実施形態による第一仕切板141を示す概略図である。第一仕切板141は複数のフローガイドブロック141Aを有し、第一仕切板の中心領域に等間隔で周設され、複数のフローガイド通路141Cが形成され、第二反応ガス150Bが均一に伝送されて噴射される。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。図1Eは本発明の他の実施形態による第一仕切板141を示す概略図である。
第一仕切板141は実際のプロセスの需要に応じて複数のフローガイド仕切板141Bを有する設計とし、第一仕切板141の中心領域に等間隔で周設され、複数のフローガイド通路141Cが形成され、これにより第二反応ガス150Bが均一に伝送されて噴射されてもよい。また、上述では第一仕切板141を例に説明するが、第二仕切板142も第一仕切板141と相似する特徴を有してもよく、ここではその再述は省く。
図1B及び図1Cに示すように、ガス出力ユニット140は前記第三吸気通路114Cに連結される出力口が設けられるフローガイドカバー144を更に備え、且つフローガイドカバー144の上面は第二仕切板142の底面に連結、第三反応ガス150Cを導流させるために使用される。更に詳しくは、フローガイドカバー144はヒートスプレッダ170に嵌設され、且つ第三ガス出力層143Cは第二仕切板142の底面とヒートスプレッダ170の上面との間に形成される。
本実施形態では、ガス出力ユニット140中の第一仕切板141、第二仕切板142、及びフローガイドカバー144は相互に装設されてロックされる。これにより、使用者は実需に応じて取り外して分解及び交換または洗浄を行った後、再度装設させることができる。また、本発明はこれに限られず、上述の部材には係合、螺接、或いは他の適切な密封連結固定方式が採用されてもよい。
図1Fは本発明の他の実施形態によるフローガイドカバー144を示す概略図である。フローガイドカバー144は複数のフローガイド溝144Aを有し、第三反応ガス150Cが第三ガス出力層143Cに均等に伝送され、反応室中に有効的に均等に伝送されて噴射される。
図1Gは本発明の他の実施形態によるボルト部材145を示す概略図である。ガス出力ユニット140は第三吸気通路114Cに連結される出力口が設けられるボルト部材145を更に備え、且つボルト部材145は第三吸気通路114Cを真空にするためのスルーホール145Aを有し、通路内に残留するガスが他の通路に漏れ出す事態が防止される。こうして、使用者は置換して配置されるボルト部材145及びフローガイドカバー144により異なる種類の反応ガスの入力量を決定させる。
図2Aは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の組立構成を示す一部の断面図である。図2Bは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置を示す分解図である。図2Cは本発明の一実施形態に係る半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置の気体流を示す概略図である。
本発明の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置100は、トップカバー部材110と、第一中空部材120Aと、第二中空部材120Bと、トップハウジング130と、ガス出力ユニット140とを備える。トップカバー部材110は凸部112と、第一反応ガス150Aを入力するために用いられる第一吸気通路114Aと、第二反応ガス150Bを入力するために用いられる第二吸気通路114Bと、第三反応ガス150Cを入力するために用いられる第三吸気通路114Cとを含み、凸部112はトップカバー部材110の下底面に設置され、且つ第三吸気通路114Cは凸部112内に延設される。
第一中空部材120Aは凸部112に被装され、且つ第一中空部材120Aの上面はトップカバー部材110の下底面に連結され、第一中空部材120Aの内側壁と凸部112の外側壁との間に第一伝達経路160Aが形成されると共に第一吸気通路114Aに連通される。第二中空部材120Bは第一中空部材120Aに被装され、且つ第二中空部材120Bの上面はトップカバー部材110の下底面に連結され、第二中空部材120Bの内側壁と第一中空部材120Aの外側壁との間に第二伝達経路160Bが形成されると共に第二吸気通路114Bに連通される。
トップハウジング130は中心穴132を有し、第二中空部材120Bの収容に用いられ、且つトップカバー部材110の上蓋壁はトップハウジング130の上面に設置される。ガス出力ユニット140は第一中空部材120A及び第二中空部材120Bの底面に連結され、ガス出力ユニット140は第一仕切板141及び第二仕切板142を具備し、第二反応ガス150Bを垂直出力させるために用いられる第一ガス出力層143Aと、第一反応ガス150Aを垂直出力させるために用いられる第二ガス出力層143Bと、第三反応ガス150Cを垂直出力させるために用いられる第三ガス出力層143Cとが形成される。
更に詳しくは、本実施形態では、ガス出力ユニット140中の第一仕切板141は第一中空部材120Aの底面に連結され、且つ第一中空部材120Aの底面はトップハウジング130の底面に突出され、第二中空部材120Bの底面はトップハウジング130の底面と共面である。このため、第一ガス出力層143Aが第一仕切板141の上面と第二中空部材120Bの底面及びトップハウジング130の底面の共面との間に形成される。
第二仕切板142はトップカバー部材110の凸部112に連結され、且つ凸部112の底面は第一中空部材120Aの底面に突出される。第二ガス出力層143Bは第二仕切板142の上面と第一仕切板141の底面との間に形成される。なお、本実施形態で提供される着脱可能なガス噴射装置100の他の技術的特徴は前述の実施形態に係る着脱可能なガス噴射装置100について記載する技術的特徴と相似するため、再述は省く。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
100 ガス噴射装置
110 トップカバー部材
112 凸部
114A 第一吸気通路
114B 第二吸気通路
114C 第三吸気通路
120 中空部材
120A 第一中空部材
120B 第二中空部材
130 トップハウジング
132 中心穴
134 冷却ユニット
136 冷却液
140 ガス出力ユニット
141 第一仕切板
141A フローガイドブロック
141B フローガイド仕切板
141C フローガイド通路
142 第二仕切板
143A 第一ガス出力層
143B 第二ガス出力層
143C 第三ガス出力層
144 フローガイドカバー
144A フローガイド溝
145 ボルト部材
145A スルーホール
150A 第一反応ガス
150B 第二反応ガス
150C 第三反応ガス
160A 第一伝達経路
160B 第二伝達経路
162A 第一フローガイドプレート
162B 第二フローガイドプレート
164A 第一フローガイド穴
164B 第二フローガイド穴
170 ヒートスプレッダ

Claims (20)

  1. 凸部と、第一反応ガスを入力するために用いられる第一吸気通路と、第二反応ガスを入力するために用いられる第二吸気通路と、第三反応ガスを入力するために用いられる第三吸気通路とを含むトップカバー部材であって、前記凸部は前記トップカバー部材の下底面に設置され、且つ前記第三吸気通路は前記凸部内に延設されるトップカバー部材と、
    前記凸部に被装される中空部材であって、且つ前記中空部材の上面は前記トップカバー部材の下底面に連結され、前記中空部材の内側壁と前記凸部の外側壁との間に第一伝達経路が形成され、且つ前記第一吸気通路に連通される中空部材と、
    中心穴を有し、前記中空部材を収容するために用いられるトップハウジングであって、且つ前記トップカバー部材の上蓋壁が前記トップハウジングの上面に設置され、前記中空部材の外側壁と前記中心穴の内側壁との間に第二伝達経路が形成され、且つ前記第二吸気通路に連通されるトップハウジングと、
    前記中空部材の底面に連結され、第一仕切板及び第二仕切板を含み、前記第二反応ガスを垂直出力させるために用いられる第一ガス出力層と、前記第一反応ガスを垂直出力させるために用いられる第二ガス出力層と、前記第三反応ガスを垂直出力させるために用いられる第三ガス出力層とが形成されるガス出力ユニットとを備えることを特徴とする、
    半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  2. 前記第一伝達経路及び前記第二伝達経路は第一フローガイドプレート及び第二フローガイドプレートをそれぞれ備え、且つ前記第一フローガイドプレート及び前記第二フローガイドプレートは複数の第一フローガイド穴及び第二フローガイド穴をそれぞれ有し、前記第一伝達経路及び前記第二伝達経路の横断面に均一に分布するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  3. 前記トップハウジングは、冷却液を前記中心穴の周囲に伝送させて循環させるために用いられる冷却ユニットを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  4. 前記第一仕切板は前記中空部材の底面に連結され、且つ前記中空部材の底面は前記トップハウジングの底面に突出され、前記第一ガス出力層は前記第一仕切板の上面と前記トップハウジングの底面との間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  5. 前記第二仕切板は前記トップカバー部材の前記凸部に連結され、且つ前記凸部の底面は前記中空部材の底面に突出され、前記第二ガス出力層は前記第二仕切板の上面と前記第一仕切板の底面との間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  6. 前記第一仕切板及び前記第二仕切板の内の少なくとも1つは複数のフローガイドブロックまたはフローガイド仕切板を有し、前記第一仕切板或いは/及び前記第二仕切板の中心領域に等間隔で周設され、複数のフローガイド通路が形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  7. 前記ガス出力ユニットは前記第三吸気通路に連結される出力口が設けられるフローガイドカバーを更に備え、且つ前記フローガイドカバーの上面は前記第二仕切板の底面に連結され、前記第三反応ガスの導流に用いられることを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  8. 前記フローガイドカバーはヒートスプレッダに嵌設され、且つ前記第三ガス出力層は前記第二仕切板の底面と前記ヒートスプレッダの上面との間に形成されることを特徴とする請求項7に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  9. 前記フローガイドカバーは前記第三反応ガスを前記第三ガス出力層に均等に伝送させるために用いられる複数のフローガイド溝を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  10. 前記ガス出力ユニットは前記第三吸気通路に連結されるための出力口が設けられるボルト部材を更に備え、且つ前記ボルト部材の底部には、前記第三吸気通路を真空にするために使用される穴を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  11. 部と、第一反応ガスを入力するために用いられる第一吸気通路と、第二反応ガスを入力するために用いられる第二吸気通路と、第三反応ガスを入力するために用いられる第三吸気通路とを含むトップカバー部材であって、前記凸部は前記トップカバー部材の下底面に設置され、且つ前記第三吸気通路は前記凸部内に延設されるトップカバー部材と、
    前記凸部に被装される第一中空部材であって、且つ前記第一中空部材の上面は前記トップカバー部材の下底面に連結され、前記第一中空部材の内側壁と前記凸部の外側壁との間に第一伝達経路が形成されると共に前記第一吸気通路に連通される第一中空部材と、
    前記第一中空部材に被装される第二中空部材であって、且つ前記第二中空部材の上面は前記トップカバー部材の下底面に連結され、前記第二中空部材の内側壁と前記第一中空部材の外側壁との間に第二伝達経路が形成されると共に前記第二吸気通路に連通される第二中空部材と、
    中心穴を有し、前記第二中空部材を収容するために用いられるトップハウジングであって、且つ前記トップカバー部材の上蓋壁が前記トップハウジングの上面に設置されるトップハウジングと、
    前記第一中空部材及び前記第二中空部材の底面に連結され、第一仕切板及び第二仕切板を含み、前記第二反応ガスを垂直出力させるために用いられる第一ガス出力層と、前記第一反応ガスを垂直出力させるために用いられる第二ガス出力層と、前記第三反応ガスを垂直出力させるために用いられる第三ガス出力層とが形成されるガス出力ユニットとを備えることを特徴とする、
    半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  12. 前記第一伝達経路及び前記第二伝達経路は第一フローガイドプレート及び第二フローガイドプレートをそれぞれ備え、且つ前記第一フローガイドプレート及び前記第二フローガイドプレートは複数の第一フローガイド穴及び第二フローガイド穴をそれぞれ有し、前記第一伝達経路及び前記第二伝達経路の横断面に均一に分布するように配置されることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  13. 前記トップハウジングは、冷却液を前記中心穴の周囲に伝送させて循環させるために用いられる冷却ユニットを備えることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  14. 前記第一仕切板は前記第一中空部材の底面に連結され、且つ前記第一中空部材の底面は前記トップハウジングの底面に突出され、前記第二中空部材の底面は前記トップハウジングの底面と共面であり、前記第一ガス出力層は前記第一仕切板の上面と前記第二中空部材の底面及び前記トップハウジングの底面の共面との間に形成されることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  15. 前記第二仕切板は前記トップカバー部材の前記凸部に連結され、且つ前記凸部の底面は前記第一中空部材の底面に突出され、前記第二ガス出力層は前記第二仕切板の上面と前記第一仕切板の底面との間に形成されることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  16. 前記第一仕切板及び前記第二仕切板の内の少なくとも1つは複数のフローガイドブロックまたはフローガイド仕切板を有し、前記第一仕切板或いは/及び前記第二仕切板の中心領域に等間隔で周設され、複数のフローガイド通路が形成されることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  17. 前記ガス出力ユニットは前記第三吸気通路に連結される出力口が設けられるフローガイドカバーを更に備え、且つ前記フローガイドカバーの上面は前記第二仕切板の底面に連結され、前記第三反応ガスの導流に用いられることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  18. 前記フローガイドカバーはヒートスプレッダに嵌設され、且つ前記第三ガス出力層は前記第二仕切板の底面と前記ヒートスプレッダの上面との間に形成されることを特徴とする請求項17に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  19. 前記フローガイドカバーは、前記第三反応ガスを前記第三ガス出力層に均等に伝送させるために使用される複数のフローガイド溝を有することを特徴とする請求項17に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
  20. 前記ガス出力ユニットは前記第三吸気通路に連結されるための出力口が設けられるボルト部材を更に備え、且つ前記ボルト部材の底部には穴を有し、前記第三吸気通路を真空にするために使用されることを特徴とする請求項11に記載の半導体設備に適用される着脱可能なガス噴射装置。
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