KR100465764B1 - Nozzle apparatus used in process chamber for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조공정에 사용되는 노즐장치에 관한 것으로, 내부의 중앙에 홀이 형성된 노즐 하우징, 상기 홀의 내부에 삽입되고 유통로를 갖는 노즐관, 상기 노즐관과 연결되어 상기 유통로로 반응가스를 공급하는 가스공급관으로 구성된다. 그리고 상기 노즐관은 상기 유통로로 열이 전달되는 것을 최소화 하기 위하여 상기 노즐관의 외벽과 상기 유통로 사이에 유통로를 감싸는 환형의 홈이 형성된다. 바람직하게는, 상기 홈에 단열재를 더 구비하여 반응가스에 전달되는 열 차단효과를 더욱 높일 수 있다.The present invention relates to a nozzle apparatus used in a semiconductor manufacturing process, comprising: a nozzle housing having a hole formed in the center of the inside thereof, a nozzle tube inserted into the hole and having a flow path, and connected to the nozzle pipe to react gas into the flow path. It consists of a gas supply pipe for supplying. And the nozzle tube is formed with an annular groove surrounding the flow path between the outer wall of the nozzle tube and the flow path in order to minimize the heat transfer to the flow path. Preferably, the groove may further include a heat insulating material to further increase the heat shielding effect delivered to the reaction gas.
Description
본 발명은 반도체 제조공정에 사용되는 장치로, 더 상세하게는 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 공급노즐을 열적 차단수단을 가지는 구조로 개선한 노즐장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to a nozzle apparatus having a structure in which a supply nozzle for supplying a reaction gas into a chamber has a thermal blocking means.
일반적으로 반도체 제조를 위한 노즐장치는, 내부의 중앙에 홀이 형성된 노즐 하우징과 홀 내부에 삽입되고 유통로를 갖는 노즐관 및 노즐관과 연결되어 유통로로 가스를 공급하는 가스공급관으로 이루어진다. 반도체 제조장치의 증착설비는 챔버 내부에 상부전극과 하부전극으로 RF(Radio Frequency) 발진기에 의해 고주파 파워를 인가한다. 동시에 챔버 내부로 반응가스를 투입하여 챔버 내부에 발생한 플라즈마 이온들이 웨이퍼의 상면에 부착되도록 힘으로써 웨이퍼에 원하는 박막층을 형성한다. 이러한 플라즈마 증착설비에서 챔버내부로 반응가스를 공급하기 위해 반응가스 공급노즐이 설치되어 있다.In general, a nozzle apparatus for semiconductor manufacturing includes a nozzle housing having a hole formed in the center of the inside thereof, a nozzle pipe inserted into the hole, and a gas supply pipe connected to the nozzle pipe and supplying gas to the flow path. The deposition apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus applies high frequency power to the upper electrode and the lower electrode by an RF (Radio Frequency) oscillator inside the chamber. At the same time, the reaction gas is introduced into the chamber to form the desired thin film layer on the wafer by forcing the plasma ions generated inside the chamber to adhere to the upper surface of the wafer. In such a plasma deposition apparatus, a reaction gas supply nozzle is installed to supply a reaction gas into the chamber.
도 1에 도시된 바와 같이, 노즐 하우징(11)은 챔버(미도시)의 상측에 마련된 세라믹 재질의 돔(14) 윗면에 설치된 히터(13)에 체결볼트(미도시)로 결합된다. 노즐 하우징(11)은 상측으로는 가스공급관(12)과 연결되고 내부의 중앙에 홀(17)이 형성되어 있다. 노즐관(15)은 내부에 가스의 유통로(16)를 가지며 노즐 하우징(11)내 홀(17)에 삽입되어 챔버(미도시)의 상부에 마련된 돔(14)을 관통하여 설치된다. 가스공급관(12)은 노즐하우징(11)내에 삽입된 노즐관(15)에 연결되고 유통로(16)를 통하여 챔버(미도시)내부로 가스를 공급하는 역활을 한다.As illustrated in FIG. 1, the nozzle housing 11 is coupled to the heater 13 installed on the upper surface of the ceramic dome 14 provided above the chamber (not shown) by a fastening bolt (not shown). The nozzle housing 11 is connected to the gas supply pipe 12 upward and has a hole 17 formed in the center thereof. The nozzle tube 15 has a gas flow passage 16 therein and is inserted into a hole 17 in the nozzle housing 11 to penetrate the dome 14 provided above the chamber (not shown). The gas supply pipe 12 is connected to the nozzle pipe 15 inserted into the nozzle housing 11 and serves to supply gas into the chamber (not shown) through the channel 16.
일반적으로 플라즈마 증착설비의 공정은 고온의 상태에서 진행된다. 이러한고온의 열은 노즐관으로 전달되고 노즐관의 온도도 자연히 상승되어 고온이 된다. 이같은 온도 상승은 노즐관과 유통로의 반응가스를 과열시키게 된다. 이러한 과열은 부품의 부식과 유통로내 반응가스의 화학반응을 야기하여 파티클을 유발하게 된다. 파티클은 공급되는 반응가스와 함께 챔버(미도시) 내부로 유입되어 공정의 결함요인으로 작용한다. 이러한 요인들은 반도체 소자 제조를 위한 해당 공정진행에 불리하게 작용하며 설비효율저하, 원가상승, 제품특성변화의 요인으로 작용하게 된다.In general, the plasma deposition process is performed at a high temperature. This high temperature heat is transferred to the nozzle tube and the temperature of the nozzle tube naturally rises to high temperature. This increase in temperature will overheat the reaction gas in the nozzle tube and the flow path. This overheating causes particles to corrode and cause chemical reactions of the reaction gases in the flow path. Particles are introduced into the chamber (not shown) together with the supplied reaction gas to act as a defect in the process. These factors adversely affect the process progress for the semiconductor device manufacturing, and will act as a factor of lowering equipment efficiency, cost increase, and product characteristic change.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 챔버내부로 공급되는 반응가스가 고온의 열에 의해 유통로 내에서 미리 예열되는 것을 최소화 하기 위한 반도체 제조에 사용되는 반응가스 공급노즐장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a reaction gas supply nozzle apparatus used in semiconductor manufacturing to minimize the pre-heating of the reaction gas supplied into the chamber by the high temperature heat in the distribution path There is this.
도 1은 일반적인 노즐장치의 단면도;1 is a cross-sectional view of a typical nozzle device;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐장치가 챔버에 결합되는 개략적인 모습을 보여주는 단면도;Figure 2 is a cross-sectional view showing a schematic view of the nozzle device is coupled to the chamber according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치의 단면도;3 is a sectional view of a nozzle device according to an embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에 표시된 노즐관의 평면도;4 is a plan view of the nozzle tube shown in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 노즐 장치의 단면도;5 is a sectional view of a nozzle apparatus according to a modification of the present invention;
도 6은 도 5에 표시된 노즐관의 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of the nozzle tube shown in FIG. 5. FIG.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110 :챔버 120 :노즐 하우징110: chamber 120: nozzle housing
130 :돔 140 :히터부130: Dome 140: Heater part
121 :홀 122 :노즐관121: Hole 122: Nozzle tube
123 :유통로 124 :홈123: Distribution channel 124: Home
125 :가스공급관 126 :단열재125: gas supply pipe 126: insulation
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 반응가스 공급노즐 장치는, 내부의 중앙에 홀이 형성된 노즐 하우징, 상기 홀 내부에 삽입되고 유통로를 갖는 노즐관, 상기 노즐관과 연결되어 상기 유통로로 반응가스를 공급하는 가스공급관을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 노즐관은 상기 유통로와 상기 노즐관의 외벽 사이에 상기 유통로를 감싸는 환형의 홈이 형성되어 상기 반응가스에 열이 전달되는 것을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치이다. 바람직하게는 유통로를 감싸는 환형의 상기 홈에는 단열재를 더 구비한다. 상기 챔버 내부에서 발생되는 열은 이와 같은 상기 홈 구조로 인하여 상기 유통로로 직접 전달되지 않는다. 이로 인해상기 유통로로 흐르는 상기 반응가스는 직접 가열되지 않아 상기 노즐관 내에서 미리 예열되는 현상을 최소화 시킬 수 있다.In order to achieve the above object, the reaction gas supply nozzle apparatus of the present invention, a nozzle housing having a hole formed in the center of the inside, a nozzle tube inserted into the hole and having a flow path, connected to the nozzle pipe to the flow path It comprises a gas supply pipe for supplying a reaction gas. And the nozzle tube is a nozzle device characterized in that the annular groove surrounding the flow path is formed between the flow path and the outer wall of the nozzle tube to minimize the transfer of heat to the reaction gas. Preferably the annular groove surrounding the flow path further comprises a heat insulating material. The heat generated inside the chamber is not transferred directly to the flow path due to the groove structure. As a result, the reaction gas flowing into the flow passage is not directly heated, thereby minimizing the preheating phenomenon in the nozzle tube.
이하 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 6을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자 에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.
도 2 내지 도 6은 노즐장치의 구성과 특징을 개략적으로 보여주는 도면이다.2 to 6 schematically show the configuration and features of the nozzle apparatus.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 반도체 제조공정에 사용되는 노즐 장치는, 내부의 중앙에 홀(121)이 형성된 노즐 하우징(120), 상기 홀(121)에 삽입되고 유통로(123)를 갖는 노즐관(122), 상기 노즐관(122)과 연결되어 상기 유통로(123)로 반응가스를 공급하는 가스공급관(125)으로 구성된다. 그리고 상기 노즐관(122)은 내부에 상기 유통로(123)를 구비하며, 상기 노즐관(122)의 외벽과 상기 유통로(123) 사이에 상기 유통로(123)를 감싸는 환형의 홈(124)을 갖는다. 상기 노즐 하우징(120)은 내부의 중앙에 홀(121)이 형성되고 챔버(110)의 상부에 위치한 세라믹 재질의 돔(130) 상측에 상기 돔(130)을 관통하여 설치된다. 상기 노즐 하우징(120)은 상측으로는 상기 챔버(110) 외부의 상기 가스공급관(125)과 연결되고 상기 챔버(110)의 상기 돔(130) 상측의 히터부(140)에 고정결합된다. 반도체 제조장치의 플라즈마 증착설비는 상기 챔버(110) 내부에 상부전극(미도시)과 하부전극(미도시)으로 고주파 발진기에 의해 고주파 파워를 인가하고, 동시에 상기 챔버(110)내부로 반응가스를 투입한다. 이때 상기 챔버(110) 내부에 발생한 플라즈마 이온들이 웨이퍼의 상면에 부착되어 웨이퍼에 원하는 박막층이 형성된다. 이와 같은 공정이 진행될때 상기 챔버(110)내부는 고온의 상태가 유지된다. 상기 가스공급관(125)은 상기 홀(121)의 내부에 삽입된 상기 노즐관(122)에 결합되고 반응가스를 상기 노즐관(122)으로 공급한다. 상기 노즐관(122)은 상기 홀(121)에 하부로 부터 삽입된다. 상기 홈(124)은 본 발명의 중요한 특징이다. 공정이 진행되면 상기 챔버(110) 내부의 온도는 고온상태가 되고 상기 노즐관(122)에도 고온의 열이 전달된다. 상기 열은 상기 노즐관(122)의 내부를 흐르는 반응가스를 미리 예열하여 화학반응을 일으키게 되며, 이로 인해 파티클을 발생시키게 된다. 본 발명의 노즐장치는 상기 열이 상기 유통로(123)로 전달되는 것을 최소화 하기 위해 상기 노즐관(122)의 외벽과 상기 유통로(123) 사이에 상기 홈(124)을 형성시킨다. 상기 홈(124)은 반응가스가 상기 유통로(123) 내에서 미리 예열되어 화학반응을 일으켜 파티클이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.2 to 6, the nozzle apparatus used in the semiconductor manufacturing process includes a nozzle housing 120 having a hole 121 formed at the center thereof, and a flow path 123 inserted into the hole 121. The nozzle pipe 122 and the nozzle pipe 122 is connected to the gas supply pipe 125 for supplying the reaction gas to the flow path 123. In addition, the nozzle tube 122 includes the flow passage 123 therein, and an annular groove 124 surrounding the flow passage 123 between the outer wall of the nozzle tube 122 and the flow passage 123. Has The nozzle housing 120 has a hole 121 formed in the center thereof and is installed through the dome 130 above the ceramic dome 130 located above the chamber 110. The nozzle housing 120 is connected to the gas supply pipe 125 outside the chamber 110 to the upper side and fixedly coupled to the heater 140 above the dome 130 of the chamber 110. The plasma deposition apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus applies high frequency power to the upper electrode (not shown) and the lower electrode (not shown) inside the chamber 110 by applying a high frequency power to the chamber 110 and simultaneously supplying reaction gas into the chamber 110. Input. At this time, the plasma ions generated in the chamber 110 are attached to the upper surface of the wafer to form a desired thin film layer on the wafer. When such a process is performed, the inside of the chamber 110 is maintained at a high temperature. The gas supply pipe 125 is coupled to the nozzle pipe 122 inserted into the hole 121 and supplies a reaction gas to the nozzle pipe 122. The nozzle tube 122 is inserted into the hole 121 from the bottom. The groove 124 is an important feature of the present invention. As the process progresses, the temperature inside the chamber 110 becomes a high temperature state, and high temperature heat is transferred to the nozzle tube 122. The heat causes a chemical reaction by preheating the reaction gas flowing in the nozzle tube 122 in advance, thereby generating particles. The nozzle apparatus of the present invention forms the groove 124 between the outer wall of the nozzle tube 122 and the flow passage 123 to minimize the transfer of heat to the flow passage 123. The groove 124 may minimize the generation of particles by the reaction gas is preheated in the flow passage 123 to cause a chemical reaction.
본 발명에 따른 변형예의 형태를 설명한다.The form of the modification which concerns on this invention is demonstrated.
도 5와 도 6을 참조하면, 상기 노즐장치는 상기 노즐관(122)의 외벽과 상기 유통로(123) 사이에 상기 유통로(123)를 감싸는 환형의 상기 홈(124)에 단열재(126)를 더 구비한다. 이러한 상기 단열재(126)는 열 팽창계수가 상기 노즐관(122)보다 작은 것 일수록 더욱 바람직하다.5 and 6, the nozzle device includes a heat insulating material 126 in the annular groove 124 that surrounds the flow passage 123 between the outer wall of the nozzle tube 122 and the flow passage 123. It is further provided. The heat insulating material 126 is more preferable that the coefficient of thermal expansion is smaller than the nozzle tube 122.
이상에서는 바람직한 실시예들을 예시하고 그것을 통해서 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 거기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 기술적 범위를벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다.The present invention has been described above by way of example and the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, and various embodiments and modifications may be made without departing from the spirit and technical scope of the present invention.
본 발명인 노즐장치는, 노즐관의 외벽과 유통로 사이에 유통로를 감싸는 환형의 홈이 형성되어 유통로 내부에 전달되는 열을 차단하여 반응가스가 유통로에서 미리 예열되어 화학반응을 일으키는 것을 최소화 시킬 수 있다.The nozzle device of the present invention is formed between the outer wall of the nozzle tube and the flow path to form an annular groove surrounding the flow path to block the heat transferred to the inside of the flow path to minimize the reaction gas is preheated in the flow path to cause a chemical reaction You can.
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