KR100520980B1

KR100520980B1 - 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버 및 이를 위한가스 노즐

Info

Publication number: KR100520980B1
Application number: KR10-2003-0024937A
Authority: KR
Inventors: 위순임
Original assignee: 위순임
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2005-10-13
Also published as: KR20040091218A

Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 챔버에 관한 것으로, 공정 가스 분사 노즐의 오염을 방지하도록 세정 가스 분사 노즐의 구조를 개선한다. 공정 가스 분사 노즐은 좁은 간격을 통해 공정 가스를 배출하며, 이 좁은 간격으로는 플라즈마 가스가 역으로 유입되지 않아 불순물이 공정 가스 분사 노즐의 내측으로 증착되는 것을 방지한다. 본 발명의 HDP CVD 챔버는 세정 공정에 있어서 원격 플라즈마 발생기로부터 플라즈마 가스를 제공받고 세정 가스 분사 노즐을 통해 챔버 내부로 플라즈마 가스를 분사한다. 세정 가스 분사 노즐은 타원형 구조를 갖게 됨으로 플라즈마 가스의 분사시 챔버 내부에 고르게 플라즈마 가스를 확산시킨다.

Description

고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버 및 이를 위한 가스 노즐{HIGH DENSITY PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER AND GAS NOZZLE THEREFOR}

본 발명은 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 챔버에 관한 것으로, 구체적으로는 공정 가스 분사 노즐의 오염을 방지하도록 세정 가스 분사 노즐의 구조를 개선하여 챔버의 세정 공정 효율을 향상할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버에 관한 것이다.

일반적인 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버(이하 HDP CVD 챔버로 약칭함)(10)의 수직 단면도와 수평 단면도가 첨부도면 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 HDP CVD 챔버(10)는 챔버 상부(12)의 외측에 인덕터 코일(16)이 수회 감겨져 있으며, 인덕터 코일(16)은 제1 주파수 발생기(20)로부터 발생되는 RF 신호를 매칭 네트웍(18)을 통해 제공받아 HDP CVD 챔버(10)의 내부로 플라즈마 이온화 에너지를 제공한다.

HDP CVD 챔버(10)의 몸체(14)의 내측으로 다수의 공정 가스 분사 노즐(30)이 일정 간격을 두고 다수개가 장착된다. 가스 분사 노즐(30)은 공정 가스 공급원(미도시)으로부터 제공되는 공정 가스가 챔버의 내부에 고르게 분사되게 한다. HDP CVD 챔버(10)의 하단 일측 모서리 부분에는 가스 배출구(34)가 마련된다. 가스 배출구(34)는 배기 시스템(미도시)과 연결된다.

가스 분사 노즐(30)을 통해 공정 가스가 분사되고, 인덕터 코일(16)로부터 플라즈마 이온화 에너지가 공급되면 플라즈마가 발생된다. 이와 함께 제2 주파수 발생기(28)로부터 발생된 바이어스 전원이 서셉터(susceptor)(22)로 인가되어 웨이퍼(24)의 CVD 공정이 진행된다.

이와 같은 HDP CVD 공정은 대략 6매 정도를 가공하고 20분 내지 30분 가량이 소요되는 세정 공정이 반복적으로 진행된다. 세정 공정에서는 세정 가스 분사 노즐(32)을 통해 HDP CVD 챔버(10) 내부로 세정 가스가 공급되고 이와 함께 제2 주파수 발생기(28)로부터 발생된 바이어스 전원이 인덕터 코일(16)로 제공된다. 이에 따라 인더턱 코일(16)로부터 플라즈마 이온화 에너지가 공급되어 플라즈마가 발생되어 세정 공정이 진행된다.

그런데 세정 공정에 소요되는 많은 시간이 공정 가스 분사 노즐을 세정하는데 대부분의 소요되며 이는 공정 수율을 저하시키는 주요 원인이 되고 있다. 이러한 원인은 공정 가스 분사 노즐의 구조적 취약점에 따른 것이다. 첨부 도면 도 3 및 도 4에 공정 가스 분사 노즐의 일 예들을 보여주는 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 공정 가스 분사 노즐(30)은 소정 길이를 갖고 양단이 개방된 관으로 구성되며 공정 가스 공급 라인(36)에 연결되어 챔버(10)의 내측으로 돌출 구성된 가스 분사구(38)에 삽입된다. 다른 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 공정 가스 분사 노즐(40)은 전단이 막혀있고 후단이 개방된 소정 길이를 갖는 관으로 구성되되 전단 일 측면이 개방된 분사구(42)를 갖으며, 분사구(42)는 챔버(10)의 상부를 향하도록 가스 분사구(38)에 장착된다.

이와 같은 형상을 갖는 가스 분사 노즐(30 or 40)은 HDP CVD 공정이 진행됨에 따라 관의 내부에 불순물이 증착되게 된다. 일정 횟수의 공정이 진행된 후에는 막혀가는 공정 가스 분사 노즐(30 or 40)을 세정시켜야 하며 이에 따른 세정 시간은 공정 수율을 저하시키는 주요 원인으로 작용하고 있다.

한편, 세정 가스가 분사되는 세정 가스 분사 노즐(32)은 원형의 관형상을 갖고 구조적으로 가스 배출구(34)의 바로 위에 위치하도록 하고 있다. 세정 가스 분사 노즐(32)의 형상이나 그 위치는 분사된 세정 가스가 고르게 챔버(10)의 내부에 확산되도록 하기 어려워 세정 시간을 지연 시키는 또 다른 원인으로 작용하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 세정 시간을 단축시켜 공저 수율을 향상 시킬 수 있는 HDP CVD 챔버와 이를 위한 공정 가스 분사 노즐과 세정 가스 분사 노즐을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버는: 챔버 외측에 감겨진 인덕터 코일; 챔버 내측벽에 형성된 다수의 가스 분사구에 결합되는 다수의 공정 가스 분사 노즐; 웨이퍼가 놓여지는 서셉터; 그리고 챔버의 내측 모서리에 형성시킨 가스 배출구와 다른 위치에 설치되는 세정 가스 분사 노즐을 포함하고, 세정 가스 분사 노즐은 원격 플라즈마 발생기로부터 공급되는 플라즈마 가스를 챔버 내부로 분사한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 세정 가스 분사 노즐은 가스 배출구와 대칭되는 반대편 위치의 챔버 내측 하단 모서리에 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 세정 가스 분사 노즐은 타원형 관구조를 갖고, 분사구는 챔버 상부를 향하도록 챔버 내측 모서리에 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공정 가스 분사 노즐은 소정 길이를 갖고 전단과 후단이 모두 개방된 외관과 외관의 내측에 매입봉이 설치되되 매입봉은 외관과 소정 간격을 갖도록 다수의 지지부재에 의해 지지된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 매입봉은 외관의 길이보다 짧은 길이를 갖고 전단은 외관과 일치되게 매입 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 매입봉의 후단은 경사를 갖는 원뿔형상을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공정 가스 분사 노즐은 소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공정 가스 분사 노즐 및 세정 가스 분사 노즐은 각각 전기적 절연체로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기적 절연체는 세라믹 또는 알루미나 중 어느 하나로 구성된다.

(실시예)

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버의 수직 단면도이고, 도 6은 도 5의 챔버의 수평 단면도이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 HDP CVD 챔버(50)는 챔버 상부(52)의 외측에 인덕터 코일(56)이 수회 감겨져 있다. 인덕터 코일(56)은 제1 주파수 발생기(60)로부터 발생되는 RF 신호를 매칭 네트웍(58)을 통해 제공받아 HDP CVD 챔버(50)의 내부로 플라즈마 이온화 에너지를 제공한다.

HDP CVD 챔버(50)의 몸체(54)의 내측으로 다수의 공정 가스 분사 노즐(70)이 일정 간격을 두고 다수개가 장착된다. 공정 가스 분사 노즐(70)은 공정 가스 공급원(미도시)으로부터 제공되는 공정 가스가 챔버(50)의 내부에 고르게 분사되게 한다. HDP CVD 챔버(50)의 하단 일측 모서리 부분에는 가스 배출구(74)가 마련된다. 가스 배출구(74)는 배기 시스템(미도시)과 연결된다.

공정 가스 분사 노즐(70)을 통해 공정 가스가 분사되고, 인더턱 코일(56)로부터 플라즈마 이온화 에너지가 공급되면 플라즈마가 발생된다. 이와 함께 제2 주파수 발생기(68)로부터 발생된 바이어스 전원이 서셉터(susceptor)(62)로 인가되어 웨이퍼(64)의 HDP CVD 공정이 진행된다.

본 발명에 따른 공정 가스 분사 노즐(70)은 HDP CVD 공정이 진행되면서 플라즈마 가스가 유입되어 불순물이 증착되는 것을 방지하기 위한 구조를 갖는다. 도 7a 및 도 7b는 도 5의 공정 가스 분사 노즐의 단면도 및 정면도이고, 도 8a 및 도 8b는 공정 가스 분사 노즐의 다른 실시예를 보여주는 단면도 및 정면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하여, 공정 가스 분사 노즐(70)은 소정 길이를 갖고 전단과 후단이 모두 개방된 외관(70a)과 외관(70a)의 내측에 매입봉(70b)이 설치된다. 매입봉(70b)은 외관(70a)과 소정 간격(70e) 예컨대 0.2mm에서 3mm의 간격을 갖도록 다수의 지지부재(70c)에 의해 지지된다. 매입봉(70b)은 외관(70a)의 길이보다 짧은 길이를 갖고 전단은 외관(70a)과 일치되게 매입 설치된다. 그리고 매입봉(70b)의 후단은 경사(70d)를 갖는 원뿔형상을 갖는다.

다른 예로서, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 공정 가스 분사 노즐(80)은 소정 길이를 갖는 관(80a)으로 전단(80b)이 막혀 있되 다수의 관통된 홀(80c)이 형성되고 후단이 개방되어 있다. 관통된 홀(80c)의 직경은 예컨대 0.2mm에서 3mm의 간격을 갖는다. 이 실시예에서, 상기 가스 분사 노즐(70 or 80)의 형상을 원통형으로 하였으나 사각, 육각, 삼각 등 다양한 형태로 변형 가능함을 이 분야의 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

이와 같이, 공정 가스 분사 노즐(70)은 좁은 간격을 통해 공정 가스의 배출되며, 이 좁은 간격으로는 플라즈마 가스가 역으로 유입되지 않아 불순물이 공정 가스 분사 노즐(70)의 내측으로 증착되는 것을 방지한다.

도 9는 도 5의 세정 가스 분사 노즐의 확대 사시도이다.

도면을 참조하여, 세정 가스 분사 노즐(72)은 가스 배출구(74)와 다른 위치에 설치되는데 바람직하게는 가스 배출구(74)와 대칭되는 반대편 위치의 챔버 내측 하단 모서리에 설치된다. 세정 가스 분사 노즐(72)은 타원형 관구조를 갖고, 분사구는 챔버 상부를 향하도록 위치한다. 이 실시예에서, 세정 가스 분사 노즐(72)의 형상을 타원형 관구조로 하였으나, 플라즈마 가스의 분사시 확산 효율을 증가시키는 구조 예를들어, 직사각형, 폭이 긴 육각형등으로 변형 가능함을 이 분야의 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

본 발명의 HDP CVD 챔버(50)는 세정 공정에 있어서 원격 플라즈마 발생기(RPG)로부터 플라즈마 가스를 제공받고 세정 가스 분사 노즐(72)을 통해 챔버(50) 내부로 플라즈마 가스가 분사된다. 세정 가스 분사 노즐(72)은 타원형 구조를 갖게 됨으로 플라즈마 가스의 분사시 챔버(50) 내부에 고르게 확산된다. 또한, 세정 가스 분사 노즐(72)의 상대편에 가스 배출구(74)가 배치됨으로서 플라즈마 가스가 챔버 내부로 더욱 고르게 확산된다.

공정 가스 분사 노즐(70 or 80) 및 세정 가스 분사 노즐(72)은 각각 전기적 절연체로 구성되며, 예컨대 세라믹 또는 알루미나 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 HDP CVD 챔버의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였으나, 이는 일예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명의 HDP CVD 챔버는 공정 가스 분사 노즐의 내부로 플라즈마 가스가 유입되는 것을 막아 내부에 불순물이 증착되는 것을 방지하고, 세정 가스 분사 노즐의 구조를 개선하여 세정 시간 및 효율 향상 시켜 공정 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버의 수직 단면도;

도 2는 도 1의 챔버의 수평 단면도;

도 3 및 도 4는 공정 가스 분사 노즐의 일 예들을 보여주는 단면도;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버의 수직 단면도;

도 6은 도 5의 챔버의 수평 단면도;

도 7a 및 도 7b는 도 5의 공정 가스 분사 노즐의 단면도 및 정면도;

도 8a 및 도 8b는 공정 가스 분사 노즐의 다른 실시예를 보여주는 단면도 및 정면도; 그리고

도 9는 도 5의 세정 가스 분사 노즐의 확대 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 50: HDP CVD 챔버 16, 56: 인덕터 코일

30, 70: 공정 가스 분사 노즐 32, 72: 세정 가스 분사구

18, 26, 58, 66: 매칭 네트웍

Claims

챔버 외측에 감겨진 인덕터 코일;

챔버 내측벽에 형성된 다수의 가스 분사구에 결합되는 다수의 공정 가스 분사 노즐, 공정 가스 분사 노즐은 ;

웨이퍼가 놓여지는 서셉터;

세정 가스를 공급받아 플라즈마를 발생하여 세정 가스 분사 노즐을 통해 챔버로 원격 공급하는 원격 플라즈마 발생기 및;

타원형 관구조를 갖고, 분사구는 챔버 상부를 향하도록 챔버 내측 모서리에 설치되어 원격 플라즈마 발생기로부터 제공되는 플라즈마 가스를 챔버 내부로 분사하는 세정 가스 분사 노즐을 포함하는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 공정 가스 분사 노즐은 소정 길이를 갖고 전단과 후단이 모두 개방된 외관과 외관의 내측에 매입봉이 설치되되 매입봉은 외관과 소정 간격을 갖도록 다수의 지지부재에 의해 지지되는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
제4항에 있어서,

상기 매입봉은 외관의 길이보다 짧은 길이를 갖고 전단은 외관과 일치되게 매입 설치되는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
제5항에 있어서,

매입봉의 후단은 경사를 갖는 원뿔형상을 갖는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
제1항에 있어서,

상기 공정 가스 분사 노즐은 소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성되는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
제1항에 있어서,

상기 공정 가스 분사 노즐 및 세정 가스 분사 노즐은 각각 전기적 절연체로 구성되는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.
제8항에 있어서,

상기 전기적 절연체는 세라믹 또는 알루미나 중 어느 하나로 구성되는 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버.