KR100532358B1 - 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스를 이온입자로 광분해하여 공정챔버에 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반도체 제조설비의 가스공급장치는, 공정챔버에 가스를 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치에 있어서, 일측에 가스투입관이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버와 연결되는 가스배출관이 설치되며, 내부에 일정량의 가스가 수용되도록 형성되는 챔버 및 상기 챔버에 설치되고, 상기 챔버 내부에 수용된 가스를 이온입자로 광분해시키도록 광원을 구비하여 상기 가스에 빛을 조사하는 램프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 반도체 제조설비의 가스공급방법은, 가스가 투입되어 광분해되고, 분해된 가스의 이온이 상기 공정챔버로 공급되어 박막을 형성하는 단계들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 가스의 분해율을 향상시키고, 에너지를 절약하며, 실온에서 일산화이질소가스의 분해를 가능하게 하여 양질의 웨이퍼를 가공할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법

본 발명은 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스를 이온입자로 광분해하여 공정챔버에 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라서 반도체 소자상에 막을 이루고 절연의 역할을 하는 산화막 등 절연막의 두께가 점차로 얇아지는 추세이다.

따라서, 반도체 소자의 게이트 등에서 얇아진 상기 절연막에 불순물이 침투되어 반도체 소자의 전기적인 특성을 저하시키는 현상이 발생하였다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 산화막 등의 절연막에 질소(N)이온을 침적시켜서 질화막(Oxynitride)을 형성시키는 방법이 개발되어 사용되고 있다.

이러한 질화막을 형성시키는 방법으로는 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 일산화이질소(N2O) 등의 가스를 이용한 산화방법이 있다.

이것들 중에서 공정상 취급이 용이하고 산화성이 우수한 일산화이질소(N2O)가스가 널리 이용되고 있다.

이러한 일산화이질소를 이용하여 질화막을 형성하는 종래의 방법은 실온에서는 산화속도가 느리기 때문에 질소이온의 농도를 높이기 위해서 부득이 산화온도를 높여주게 되는 데 이때 산화온도가 지나치게 상승하면 반도체 소자의 게이트에 열긴장(Thermal Stress)상태가 형성되어 웨이퍼의 불량을 야기시키는 원인이 되었다.

따라서, 최근에는 공정챔버에 투입되기 직전의 일산화이질소가스를 미리 예열시켜서 상기 공정챔버로 열분해된 질소이온을 공급하는 가스예열공급장치가 사용되고 있다.

그러나, 이러한 가스예열공급장치의 사용에도 불구하고, 현저한 질소이온의 농도향상을 기대하기 어렵고 에너지의 손실이 막대하며, 가스의 취급이 용이한 실온에서 일산화이질소가스의 분해가 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 가스의 분해율을 향상시키고, 에너지를 절약하며, 실온에서 일산화이질소가스의 분해를 가능하게 하여 양질의 웨이퍼를 가공할 수 있는 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 가스공급장치는, 공정챔버에 가스를 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치에 있어서, 일측에 가스투입관이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버와 연결되는 가스배출관이 설치되며, 내부에 일정량의 가스가 수용되도록 형성되는 챔버; 및 상기 챔버에 설치되고, 상기 챔버 내부에 수용된 가스를 이온입자로 광분해시키도록 광원을 구비하여 상기 가스에 빛을 조사하는 램프;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스배출관에 상기 가스배출관을 선택적으로 개폐할 수 있는 밸브를 설치하고, 상기 가스로부터 상기 램프가 보호되도록 상기 램프는 상기 챔버의 외부에 설치되며, 상기 챔버의 일측벽에 투명한 석영재질의 윈도우를 설치하여 상기 윈도우를 통해 상기 램프의 빛이 상기 챔버의 내부로 투과되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스는 일산화이질소(N2O)가스를 사용하고, 이때 상기 램프의 상기 광원은 200 nm 이하의 파장을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 가스공급방법은, 공정챔버에 가스를 공급도록 일측에 가스투입관이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버와 연결되는 가스배출관이 설치되며, 내부에 일정량의 가스가 수용되는 챔버 및 상기 챔버 내부에 수용된 가스를 이온입자로 광분해하도록 상기 가스에 빛을 조사하는 램프를 구비하여 이루어지는 반도체 제조설비의 가스공급장치를 이용하는 가스공급방법에 있어서, 상기 가스투입관을 통해 상기 챔버의 내부로 가스가 투입되는 가스투입단계와; 상기 챔버의 내부로 투입된 상기 가스에 램프로 빛을 조사하는 가스광분해단계와; 광분해된 상기 가스가 상기 가스배출관을 통해 상기 공정챔버에 공급되는 광분해가스공급단계; 및 상기 광분해가스의 이온입자가 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 표면에 적층되어 박막을 형성하는 박막형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 반도체 제조설비의 가스공급장치는, 공정챔버(1)에 질소이온을 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치로서, 일측에 가스투입관(11)이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버(1)와 연결되는 가스배출관(12)이 설치되며, 내부에 일정량의 일산화이질소가스가 수용되도록 형성되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)에 설치되고, 상기 챔버(10) 내부에 수용된 일산화이질소가스를 질소이온입자로 광분해시키도록 광원을 구비하여 상기 일산화이질소가스에 빛을 조사하는 램프(20) 및 모터에 의해 회전하는 팬을 구비하여 상기 램프(20)에 의해 광분해된 상기 질소이온이 다시 질소산화물로 재결합하는 2차반응이 일어나지 않도록 섞어주는 교반기(30)를 구비하여 이루어진다.

여기서, 상기 가스배출관(12)에는 작업자 또는 설비의 제어부에 의해 제어되어 상기 가스배출관(12)을 선택적으로 개폐할 수 있는 밸브(40)를 설치한다.

이러한 밸브(40)의 개폐시기 및 개폐량은 공정의 종류, 공급가스의 양, 상기 공정챔버(1) 및 상기 가스배출관(12)의 형상 등에 따라 최적화되어 결정될 수 있는 것이다.

또한, 상기 일산화이질소가스로부터 상기 램프(20)가 보호되도록 상기 램프(20)는 상기 챔버(10)의 외부에 설치되고, 상기 챔버(10)의 일측벽에 투명한 석영재질의 윈도우(50)를 설치하여 상기 윈도우(50)를 통해 상기 램프(20)의 빛이 상기 챔버(10)의 내부로 투과되도록 한다.

여기서, 상기 윈도우(50)는 상기 챔버(10)에 간단한 체결구 등으로 조립되도록 하여 필요시에 착탈이 용이하도록 함으로써 상기 윈도우(50)에 대한 세척작업을 간편하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 일산화이질소가스의 광분해에 적합한 200 nm 이하의 파장을 갖는 광원을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 이미 상용화되어 시중에서 구입이 가능한 파장이 대략 184.9 nm 인 저압수은램프(Low Pressure Hg Lamp)를 사용하는 것이 가능하다.

따라서, 상기 일산화이질소가스가 상기 가스투입관(11)을 통해 상기 챔버(10)의 내부로 투입되면, 상기 일산화이질소가스는 상기 램프(20)의 광원에서 발생한 빛에 의해 조사되고, 이때 상기 일산화이질소가스는 빛에너지에 의해 광분해된다. 이를 화학식으로 표현하면,

N2O + hv → NO +1/2 N2 이다. 여기서, h는 플랭크(Planck)상수이고, v는 광자의 진동수이다.

이어서, 광분해된 상기 질소이온은 분해된 상기 일산화질소(NO)와 재결합되지 않도록 상기 교반기(30)에 의해 상기 챔버(10)의 내부를 순환하다가 상기 밸브(40)가 개방되면 상기 가스배출관(12)을 통해 상기 공정챔버(1)로 공급된다.

그러므로, 상기 공정챔버(1)에서는 웨이퍼 상에 산화막 등의 절연막을 형성하는 데 있어서, 광분해된 상기 질소이온을 산화막에 침적시킴으로써 질화막(Oxynitride)을 형성하여 절연막의 절연효과를 향상시키게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 반도체 제조설비의 가스공급방법은, 본 발명의 반도체 제조설비의 가스공급장치를 이용하는 가스공급방법으로서, 도2에 도시된 바와 같이, 도1의 상기 가스투입관(11)을 통해 상기 챔버(10)의 내부로 일산화이질소가스가 투입되는 일산화이질소가스투입단계와, 상기 챔버(10)의 내부로 투입된 상기 일산화이질소가스에 상기 램프(20)로 빛을 조사하는 일산화이질소가스광분해단계와, 광분해된 상기 질소이온이 상기 가스배출관(12)을 통해 상기 공정챔버(1)에 공급되는 광분해가스공급단계 및 상기 광분해된 질소이온입자가 상기 공정챔버(1) 내부의 웨이퍼 표면에 적층되어 박막을 형성하는 질화막형성단계를 구비하여 이루어진다.

여기서, 상기 광분해가스공급단계를 수행하기 전에 상기 가스광분해단계에서 광분해된 상기 질소이온이 이차반응에 의해 다시 재결합되는 것을 방지하도록 상기 교반기(30)를 이용하여 지속적으로 섞어주는 교반단계를 더 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 질소이온의 농도를 현저하게 향상시키는 것이 가능하고, 다루기 어려운 열에너지가 아닌 빛에너지를 이용하여 에너지를 절감하며, 가스의 취급이 용이한 실온에서 일산화이질소가스의 분해가 가능하여 웨이퍼상에 불필요한 열긴장을 초래하지 않는 이점이 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 가스공급장치 및 가스공급방법에 의하면, 가스의 분해율을 향상시키고, 에너지를 절약하며, 실온에서 일산화이질소가스의 분해를 가능하게 하여 양질의 웨이퍼를 가공할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 제조설비의 가스공급장치를 나타낸 개략도이다.

도2는 본 발명의 반도체 제조설비의 가스공급방법을 나타내는 블록도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 공정챔버 10: 챔버

11: 가스투입관 12: 가스배출관

20: 램프 30: 교반기

40: 밸브 50: 윈도우

Claims (4)

1. 공정챔버에 가스를 공급하는 반도체 제조설비의 가스공급장치에 있어서,

   일측에 가스투입관이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버와 연결되는 가스배출관이 설치되며, 내부에 일정량의 가스가 수용되도록 형성되는 챔버; 및

   상기 챔버에 설치되고, 상기 챔버 내부에 수용된 가스를 이온입자로 광분해시키도록 광원을 구비하여 상기 가스에 빛을 조사하는 램프를 포함하되,

   상기 가스는 일산화이질소(N20)가스이며, 상기 광원은 175 내지 200 nm의 파장을 갖는 광원이고, 상기 램프는 저압수은램프(Low Pressure Hg Lamp)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 가스공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정챔버는 웨이퍼 상에 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 제조설비의 가스공급장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   모터에 의해 회전하는 팬을 구비하여 상기 램프에 의해 광분해된 상기 가스를 섞어주는 교반기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 제조설비의 가스공급장치.
4. 공정챔버에 가스를 공급도록 일측에 가스투입관이 설치되고, 타측에 상기 공정챔버와 연결되는 가스배출관이 설치되며, 내부에 일정량의 가스가 수용되는 챔버 및 상기 챔버 내부에 수용된 가스를 이온입자로 광분해하도록 상기 가스에 빛을 조사하는 램프를 구비하여 이루어지는 반도체 제조설비의 가스공급장치를 이용하는 가스공급방법에 있어서,

   상기 가스투입관을 통해 상기 챔버의 내부로 가스가 투입되는 가스투입단계;

   상기 챔버의 내부로 투입된 상기 가스에 램프로 빛을 조사하는 가스광분해단계;

   광분해된 상기 가스이온이 상기 가스배출관을 통해 상기 공정챔버에 공급되는 광분해가스공급단계; 및

   상기 광분해가스의 이온이 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 표면에 적층되어 박막을 형성하는 박막형성단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 가스공급방법.