KR100629990B1 - 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐에 관한 것으로, 가스 노즐은 다수의 관통된 홀이 갖는 통로가 보다 길게 형성됨으로 플라즈마 가스가 공정 진행중 역으로 유입되는 더욱더 차단할 수 있어서 불순물이 가스 노즐의 내부에 증착되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 다수의 관통된 홀들은 전단으로 집중되거나 스파이럴 구조와 같이 형성됨으로 분사되는 가스가 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 균일하게 확산될 수 있게 한다. 그럼으로 본 발명의 가스 노즐은 그 내측으로 플라즈마 가스가 유입되는 것을 더욱 효과적으로 막아 가스 노즐의 내부에 불순물이 증착되는 것을 더욱 방지하여 프로세스 챔버의 세정 시간을 단축시켜 공정 수율을 향상시키며, 공정 진행시 분사되는 가스가 더욱 고르게 확산되도록 하는 효과가 있다.
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 플라즈마 프로세스 챔버의 수직 및 수평 단면도;
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도 3a 및 도 3b는 도 1a의 플라즈마 프로세스 챔버에 장착된 가스 노즐의 일 예를 보여주는 단면도 및 정면도;
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도 10a 및 도 10b는 본 발명의 기본 실시예에 따른 가스 노즐의 단면도 및 정면도;
도 11a 및 도 11b는 도 10a의 가스 노즐의 일 변형예의 단면도 및 정면도;
도 12a 및 도 12b는 도 10a의 가스 노즐의 다른 변형예의 사시도 및 정면도이다.
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본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐에 관한 것으로, 구체적으로는 공정 진행시 가스 노즐의 오염을 방지하도록 가스 노즐의 구조를 개선하여 플라즈마 프로세스 챔버의 세정 공정 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐에 관한 것이다.
플라즈마는 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있으며 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 예컨대, 세정(cleaning), 식각(etching), 증착(deposition) 등에 사용되고 있다. 반도체 장치의 제조 공정에서 플라즈마 프로세스 챔버는 작업 공정과 세정 공정이 교대적으로 진행된다. 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP)를 이용한 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정에서 플라즈마 프로세스 챔버는 통상 6매 정도의 웨이퍼를 가공하고 20분 내지 30분가량 소요되는 세정 공정을 교대적으로 진행한다.
세정 공정에서 프로세스 챔버의 내부와 가스 노즐의 내측을 세정하게 되는데 상당 시간이 가스 노즐을 세정하는데 소요되고 있어 공정 수율을 저하시키는 주요 원인이 되고 있다. 이러한 원인은 가스 노즐의 구조적 취약점에 기인한 것으로, 프로세스 챔버의 내부에 장착되는 가스 노즐은 플라즈마 가스가 노즐의 내측으로 유입될 수밖에 없는 구조를 갖고 있기 때문이다. 이러한 원인에 의해 가스 노즐의 내측으로 불순물이 증착되어 가스 노즐이 막히게 된다.
가스 노즐의 세정 시간을 단축할 수 있는 가스 노즐이 제공된다면 플라즈마 프로세스 챔버의 전체적인 세정 공정 시간을 단축할 수 있어 공정 수율을 혁신적으로 향상 시킬 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 가스 노즐의 불순물 증착에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되어 챔버 내부에 공정 가스를 분사하는 다수의 가스 노즐은: 소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성되되 다수의 관통된 홀들의 통로는 전체적으로 노즐의 중심축으로 집중되도록 형성된다.
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본 발명의 다른 특징에 의하면, 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되어 챔버 내부에 공정 가스를 분사하는 다수의 가스 노즐은: 소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성되되 다수의 관통된 홀들의 통로는 전체적으로 스파이럴(spiral) 구조로 형성된다.
(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.
본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐이 플라즈마 가스가 역으로 유입되는 것을 방지하여 가스 노즐의 내측으로 불순물이 증착되는 것을 억제하여 결과적으로 플라즈마 프로세스 챔버의 세정 공정 시간을 단축시켜 공정 수율을 혁신적으로 향상 시킬 수 있도록 한다. 본 발명자는 이와 관련된 기술을 2003년 4월 19일자 국내 특허 출원 제10-2003-0024937호 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착 챔버 및 이를 위한 가스 노즐을 출원한 바 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 플라즈마 프로세스 챔버의 수직 및 수평 단면도이다.
도면을 참조하여, 고밀도 플라즈마(High Density Plasma; HDP) 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 챔버(이하, 'HDP CVD 챔버'라 약칭함)(10)는 챔버 상부(12)의 외측에 인덕터 코일(16)이 수회 감겨져 있다. 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 가스 노즐(30)이 일정 간격을 두고 다수개가 장착된다. 가스 노즐(30)은 가스 공급원(미도시)으로부터 제공되는 공정 가스를 챔버(10)의 내부로 고르게 분사한다. HDP CVD 챔버(10)의 하단 일측 모서리 부분에는 가스 배출구(34)가 마련된다. 가스 배출구(34)는 배기 시스템(미도시)과 연결된다. 도면에서 참조부호 32는 세정 가스 분사구이며 이는 원격 플라즈마 발생기(RPG)에 연결된다.
가스 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 작업편(work piece)(24) 예컨대 웨이퍼 상에 HDP CVD 공정이 진행된다. 여기서, 가스 노즐(30)은, 첨부도면 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 공정이 진행되면서 플라즈마 가스가 역으로 유입되어 불순물이 증착되는 것을 방지하기 위한 구조를 갖는다.
도 3a 및 도 3b는 도 1a의 플라즈마 프로세스 챔버에 장착된 가스 노즐의 일 예를 보여주는 단면도 및 정면도이다.
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도 3a 및 도 3b를 참조하여, 가스 노즐(40)은 소정 길이를 갖는 관(40a)으로 전단(40b)이 막혀 있되 다수의 관통된 홀(40c)이 형성되고 후단이 개방되어 있다. 관통된 홀(80c)의 직경은 예컨대 0.2mm에서 3mm의 간격을 갖는다.
이와 같이, 가스 노즐(40)이 좁은 간격을 통해 공정 가스를 배출하게 되는 경우, 이 좁은 간격으로는 플라즈마 가스가 역으로 유입되지 않아 불순물이 가스 노즐의 내측으로 증착되는 것을 방지한다. 가스 노즐(30 or 40)은 전기적 절연체 예컨대, 세라믹 또는 알루미나 등으로 구성할 수 있다.
본 발명은 상술한바와 같은 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐의 구조를 좀더 발전시켜 불순물의 증착을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 가스 노즐을 제공한다. 본 발명의 가스 노즐은 상술한 HDP CVD 챔버뿐만 아니라 그 외에도 가스 노 즐을 사용하는 모든 종류의 플라즈마 프로세스 챔버에 모두 적용가능하다.
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도 10a 및 도 10b는 본 발명의 기본 실시예에 따른 가스 노즐의 단면도 및 정면도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 기본 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 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. 특히, 가스 노즐(80)의 전단(80b) 부분을 소정의 두께(80d)를 갖도록 하여 다수의 관통된 홀(80c)이 소정 길이 예컨대 1mm 내지 10mm 범위의 통로를 형성하도록 한다.
다수의 관통된 홀(80c)이 갖는 통로가 보다 길게 됨으로 플라즈마 가스가 공정 진행중 역으로 유입되는 더욱더 차단할 수 있어서 불순물이 가스노즐(80)의 내부에 증착되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
다수의 관통된 홀(80c)이 갖는 통로가 보다 길게 됨으로 플라즈마 가스가 공정 진행중 역으로 유입되는 더욱더 차단할 수 있어서 불순물이 가스노즐(80)의 내부에 증착되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 11a 및 도 11b는 도 10a의 가스 노즐의 일 변형예의 단면도 및 정면도이다.
도면을 참조하여, 일 변형예에 따른 가스 노즐(80-1)은 소정 길이를 갖는 관(80-1a)의 전단(80-1b)이 막혀 있되 다수의 관통된 홀(80-1c, 80-1e)들의 통로는 그 전단이 전체적으로 가스 노즐(80-1)의 중심축으로 집중되도록 형성된다. 예를 들어, 중심부에 형성된 하나의 홀(80-1c)과 이를 중심으로 그 주변에 형성된 홀들(80-1e)의 통로가 기울어져 형성되어 전체적으로 가스 노즐(80-1)의 중심축으로 향하도록 형성된다.
이와 같이 함으로서 가스 노즐(80-1)의 다수의 관통된 홀(80-1c,80-1e)을 통해서 분사되는 가스는 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 넓고 균일하게 확산된다.
이와 같이 함으로서 가스 노즐(80-1)의 다수의 관통된 홀(80-1c,80-1e)을 통해서 분사되는 가스는 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 넓고 균일하게 확산된다.
도 12a 및 도 12b는 도 10a의 가스 노즐의 또 다른 변형예의 사시도 및 정면도이다.
도면을 참조하여, 또 다른 변형예에 따른 가스 노즐(80-2)은 소정 길이를 갖는 관(80-2a)의 전단(80-2b)이 막혀 있되 다수의 관통된 홀(80-2c)이 전체적으로 스파이럴(spiral) 구조로 형성된다.
이와 같이 함으로서 가스 노즐(80-1)의 다수의 관통된 홀(80-1c,80-1e)을 통해서 분사되는 가스는 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 넓고 균일하게 확산된다.
이와 같이 함으로서 가스 노즐(80-1)의 다수의 관통된 홀(80-1c,80-1e)을 통해서 분사되는 가스는 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 넓고 균일하게 확산된다.
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이상과 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐은 다수의 관통된 홀이 갖는 통로가 보다 길게 됨으로 플라즈마 가스가 공정 진행중 역으로 유입되는 더욱더 차단할 수 있어서 불순물이 가스 노즐의 내부에 증착되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 다수의 관통된 홀들은 전단으로 집중되거나 스파이럴 구조와 같이 가스 분사 방향과 다른 방향으로 형성됨으로 분사되는 가스가 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 보다 균일하게 확산될 수 있게 된다.
상술한 가스 노즐은 전기적 절연체 예컨대, 세라믹 또는 알루미나 등으로 구성할 수 있다. 본 발명의 가스 노즐은 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되는데 그 장착 위치는 본 발명에 있어서 한정적인 요소가 아님으로 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 가스 노즐은 전기적 절연체 예컨대, 세라믹 또는 알루미나 등으로 구성할 수 있다. 본 발명의 가스 노즐은 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되는데 그 장착 위치는 본 발명에 있어서 한정적인 요소가 아님으로 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하며 각 실시예들은 상호 복합적으로 응용하여 구성이 가능함은 물론이다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명의 가스 노즐은 그 내측으로 플라즈마 가스가 유입되는 것을 더욱 효과적으로 막아 가스 노즐의 내부에 불순물이 증착되는 것을 더욱 방지하여 프로세스 챔버의 세정 시간을 단축시켜 공정 수율을 향상시키며, 공정 진행시 분사되는 가스가 더욱 고르게 확산 되는 효과가 있다.
Claims (14)
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- 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되어 챔버 내부에 공정 가스를 분사하는 다수의 가스 노즐에 있어서:소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성되되 다수의 관통된 홀들의 통로는 전체적으로 노즐의 중심축으로 집중되도록 형성되며,다수의 관통된 홀들의 통로는 각기 직경이 0.2mm 이상 3mm 이하의 범위에서 선택되며 길이가 1mm 이상 10mm 이하의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐.
- 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 장착되어 챔버 내부에 공정 가스를 분사하는 다수의 가스 노즐에 있어서:소정 길이를 갖고 전단이 막혀 있되 다수의 관통된 홀이 형성되고 후단이 개방된 관으로 구성되되 다수의 관통된 홀들의 통로는 전체적으로 스파이럴(spiral) 구조로 형성되며,다수의 관통된 홀들의 통로는 각기 직경이 0.2mm 이상 3mm 이하의 범위에서 선택되며 길이가 1mm 이상 10mm 이하의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 챔버의 가스 노즐.
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