KR100689833B1 - 반도체 제조용 가스 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 가스 공급 장치에 대해 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치는 몸체와, 몸체에 고정되되 몸체에서부터 반도체 웨이퍼 방향으로 돌출되어 공정가스를 공급하는 복수개의 노즐과, 각 노즐을 에워싸되 상기 몸체와 일체형이고, 각 노즐을 통한 가스가 반도체 웨이퍼에 공급되도록 하는 복수개의 인젝터를 포함한다.

따라서, 본 발명은 인젝터가 몸체와 일체형으로 제작됨으로써, 인젝터의 파손을 방지할 뿐만 아니라 기존의 분리형 구조에 비해 박막 두께, 박막 두께의 평균값 및 박막 증착비 등의 데이타 변동을 최소화할 수 있다. 또한, 노즐이 몸체로부터 돌출되고 인젝터의 내구경을 기존에 비해 크게 제작됨으로써, 가스 공급시간을 단축하고 반도체 웨이퍼 전 표면에 공정가스를 균일하게 분포시켜 반도체 웨이퍼의 박막 균일도를 향상시킨다.

Description

반도체 제조용 가스 공급 장치{GAS SUPPLYING SYSTEM FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURE}

도 1은 종래기술에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치의 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 인젝터를 확대하여 도시한 사시도.

도 3은 도 1의 몸체를 확대하여 도시한 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치의 개략적인 단면도.

도 5는 도 4의 몸체를 확대하여 도시한 평면도.

도 6은 도 4의 인젝터를 확대하여 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

31. 몸체 32. 노즐

33. 인젝터

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 웨이퍼 상의 박막 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 제조용 가스 공급 장치에 관한 것이다.

노벨러스(Novellas) HDP(High density plasma) CVD 설비와 같은 플라즈마 화학기상증착설비는 반도체 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 상부에 특정 박막을 형성하는데 이용된다. 상기 특정 박막은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에서 트랜치 갭필(gap fill) 위한 산화막을 포함한다. 상기 플라즈마 화학기상증착설비는 다수의 반도체 웨이퍼를 동시에 처리하는 배치식이 주로 이용되었으나, 최근에는 반도체 웨이퍼의 처리를 자동화함으로써 단일 반도체 웨이퍼를 공정의 한 단위로 하는 매엽식 설비도 많이 사용되고 있다. 이 매엽식 설비는 반도체 웨이퍼를 척(chuck)에 고정하고 그 상부에서 박막 형성용 가스를 분사하는 방식을 채택하고 있는데, 이때 가스를 분사하는 가스 공급 장치는 인젝터를 포함한다.

도 1은 종래기술에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 인젝터를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 몸체를 확대하여 도시한 평면도이다.

도 1, 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치(20)는 몸체(21)와, 몸체 내에 소정깊이로 삽입설치되며 공정가스가 공급되는 각 노즐(22)과, 몸체 내의 각 노즐(22)과 연결되면서 상기 몸체(21) 상에 고정되며 상기 각 노즐(22)을 통한 가스가 반도체 웨이퍼에 공급되도록 하는 인젝터(23)을 포함한다.

상기 노즐(22) 및 인젝터(23)는 각각 2개씩 설치된다. 각 노즐(22)로 공급되는 가스는 공정에 따라 박막 형성용 가스 또는 세정용 가스일 수도 있다. 박막 형성용 가스는 SiH4및 He혼합가스와 O2가스를 들 수 있다. 각 노즐(22)로 공급되는 가스가 박막 형성용 가스일 경우, 하나의 노즐을 통해 SiH4및 He을 공급하고, 또 다른 노즐을 통해서 O2가스를 공급하도록 한다. 세정용 가스는 박막 형성 공정이 완료된 후에 공급하는 것으로서, O2 및 H2가스를 들 수 있다. 각 노즐(22)로 공급되는 가스가 세정용 가스일 경우, 하나의 노즐을 통해 O2가스를 공급하고, 또 다른 노즐을 통해 H2가스를 공급하도록 한다.

상기 각 인젝터(23)는 하부에 몸체(21) 내로 삽입되는 삽입부(23a)를 포함한다. 상기 각 인젝터(23)는 삽입부(23a)를 몸체(21) 내로 삽입하는 방식으로 몸체(21)에 고정된다. 상기 각 인젝터(23)는 상부에 다수개의 홀들(24)이 배치된다. 노즐(22)에서 분사된 가스는 이들 홀들(24)을 통해 반도체 웨이퍼에 공급된다.

또한, 상기 각 인젝터(23)는 몸체(21)로부터 분리가능하다. 따라서, 해당 증착 공정을 진행한 후, 각 인젝터(23)를 분리하고 습식 세정을 진행하여 공정 진행 중에 발생한 파티클(particle)을 제거한다. 상기 각 인젝터(23) 내구경(a)은 4.5∼5.0mm를 갖도록 제작되도록 한다. 상기 각 인젝터(23)의 폭(b)은 6.4∼7.6mm으로 제작되도록 한다. 상기 각 인젝터(23)의 길이(d+e)는 30∼35mm를 갖도록 제작되도록 한다. 상기 삽입부(23a)는 몸체(21) 내로의 삽입이 용이하도록 인젝터(23)의 상부 폭보다 작게 제작되도록 한다. 상기 삽입부(23a)의 길이(e)는 7∼8mm를 갖도록 제작되도록 한다.

한편, 도 2에서 미설명된 도면부호 c는 상기 각 인젝터(23)의 두께에 해당하며, 1.6mm로 제작되도록 한다.

상술한 종래기술에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치는 인젝터를 몸체로부 터 분리 가능함에 따라, 습식 세정을 통해 공정 진행 중에 발생된 파티클을 제거할 수 있다. 그러나, 종래의 반도체 제조용 가스 공급 장치를 습식 세정하게 되면, 박막 두께, 박막 두께의 평균값 및 박막 증착비 등이 최초 세팅된 값과 다르게 변화한다. 그 결과 재세팅에 따른 시간 손실 및 설비 가동률이 저하되는 문제가 있다.

또한, 종래 기술에서는 노즐이 구비된 몸체 내로 인젝터를 삽입하는 방식을 적용함으로써, 인젝터를 안정적으로 고정하기 어렵게 때문에 인젝터가 파손되기 쉽다. 게다가, 기존의 인젝터는 내구경이 작기 때문에 노즐에서 공급된 가스가 인젝터를 통해 반도체 웨이퍼에 도달하기까지의 시간이 지연되며, 아울러 반도체 웨이퍼 전 표면에 가스가 균일하지 않게 분포되어 반도체 웨이퍼의 박막 균일도가 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결하고자, 본 발명은 인젝터를 몸체에 안정적으로 고정시켜 인젝터 파손을 방지하고 반도체 웨이퍼 전 표면에 가스를 균일하게 분포시킬 수 있는 할 수 있는 반도체 제조용 가스 공급 장치를 제공하려는 것이다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치는 몸체와, 몸체에 고정되되 몸체에서부터 반도체 웨이퍼 방향으로 돌출되어 공정가스를 공급하는 복수개의 노즐과, 각 노즐을 에워싸되 상기 몸체와 일체형이고, 각 노즐을 통한 가스가 반도체 웨이퍼에 공급되도록 하는 복수개의 인젝터를 포함한다.

상기 각 노즐에는 서로 다른 박막 형성용 가스가 공급된다. 상기 박막 형성 용 가스는 SiH4, He혼합가스 및 O2가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 각 노즐에는 세정용 가스가 공급된다. 상기 세정용 가스는 H2가스 및 O2가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 각 노즐은 몸체로부터 15∼20mm 돌출된 것이 바람직하다.

상기 각 인젝터의 길이는 35∼40mm인 것이 바람직하다.

상기 각 인젝터의 내구경은 8mm인 것이 바람직하다.

상기 각 노즐은 상기 몸체에 적어도 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 반도체 제조용 가스공급장치의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치의 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4의 몸체를 확대하여 도시한 평면도이고, 도 6은 도 4의 인젝터를 확대하여 도시한 사시도이다.

도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치는 몸체(31)와, 가스를 공급하는 복수개의 노즐(32)과, 노즐을 통한 가스가 반도체 웨이퍼에 공급되도록 하는 복수개의 인젝터(33)로 구성된다.

상기 각 노즐(32)은 몸체(31)에 내장되되 상부가 몸체(31)로부터 반도체 웨 이퍼 방향으로 돌출된 형태를 가진다. 상기 각 노즐(32) 길이(d)는 몸체(31)로 부터 15∼20mm, 바람직하게는 19mm만큼 돌출되도록 제작된 것이 바람직하다. 상기 각 노즐(32) 폭(e)은 7∼8mm을, 바람직하게는 7.7mm를 갖도록 제작된다.

상기 각 노즐(32)은 상기 몸체(31)에 적어도 2개 이상 제작된다. 상기 각 노즐(32)로 부터 공급되는 가스는 플라즈마 공정이 진행되는 동안 박막 형성용 가스에 해당되고, 플라즈마 공정이 완료된 시점에서는 세정용 가스에 해당된다. 상기 각 노즐(32)로 부터 공급되는 가스가 박막 형성용 가스일 경우, 하나의 노즐에서는 SiH4 및 He의 혼합가스를 공급하며 다른 노즐에서는 O2가스를 공급한다.

한편, 상기 각 노즐(32)로부터 공급되는 가스가 세정용 가스일 경우, 하나의 노즐에서는 O2가스를 공급하며, 다른 노즐에서는 H2가스를 공급한다.

상기 각 인젝터(33)는 상기 각 노즐(32)을 에워싸되 상기 몸체(31)와 일체형으로 제작된다. 상기 인젝터(33)는 각 노즐(32)의 개수와 동일하며, 노즐과 마찬가지로 적어도 2개 이상 제작된다. 상기 각 인젝터(33)는 상부에 다수개의 홀들(34)이 배치된다. 노즐(32)에서 분사된 가스는 이들 홀들(34)을 통해 반도체 웨이퍼에 공급된다.

상기 각 인젝터(33)는 각 노즐(32)을 에워싸며, 적어도 각 노즐(32)의 길이보다는 길게 제작된다. 상기 각 인젝터(33) 길이(f)는 35∼40mm를, 바람직하게는 38mm를 갖도록 제작된다. 또한, 상기 각 인젝터(33) 내구경은 기존의 4∼6mm보다도 크게 제작하여 반도체 웨이퍼로의 가스 공급 시간을 단축하고 가스가 더욱 균일하게 공급되도록 한다. 바람직하게는, 상기 각 인젝터(33) 내구경(g)은 8mm으로 제작 되도록 한다. 한편, 본 발명에서 상기 각 인젝터(33)는 폭(h)을 11.2mm로, 두께(i)를 1.6mm으로 제작되도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치가 장착된 공정챔버의 단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 구성을 가진 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치(30)는 공정챔버(40) 내부, 자세하게는 공정챔버(40) 상부에 다수 개 장착된다. 상기 공정챔버(40)는 내부에 반도체 웨이퍼(41)가 위치하고, 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치(30)로부터 가스를 제공받는다. 상기 가스는 박막 형성용 가스로서, SiH4 및 He의 혼합가스 및 O2가스에 해당된다. 상기 가스는 공정챔버(40) 내에서 플라즈마 상태로 되어 반도체 웨이퍼(41) 상에 증착하며, 그 결과 박막(42)이 형성된다. 도 7에서 미설명된 도면부호 43은 반도체 웨이퍼가 안착되는 척을 나타낸 것이다.

한편, 상기 가스가 세정가스인 경우, 공정챔버(40)는 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 공급 장치(30)를 통해 O2가스 및 H2가스를 제공받으며, 상기 가스에 의해 반도체 웨이퍼(41)는 세정처리된다.

이상과 같이 본 발명은 도시된 특정 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따르면, 인젝터가 몸체와 일체형으로 제작됨으로써, 인젝터의 파손을 방지할 수있다. 뿐만 아니라, 기존의 분리형 구조에 비해 장치를 다시 셋팅해야 하는 번거로움이 없으므로, 박막 두께, 박막 두께의 평균값 및 박막 증착비 등이 변화하는 문제를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 노즐이 몸체로부터 돌출된 형태를 가지고 인젝터의 내구경이 기존에 비해 크게 제작됨으로써, 가스 공급시간을 단축하고 반도체 웨이퍼 전 표면에 공정가스를 균일하게 분포시켜 반도체 웨이퍼의 박막 균일도를 향상시킨다.

Claims (9)

1. 반도체 웨이퍼의 상부에서 가스를 분사하는 반도체 제조용 가스 공급 장치에 있어서,

   몸체와,

   상기 몸체에 고정되되 상기 몸체에서부터 상기 반도체 웨이퍼 방향으로 돌출되어 공정가스를 공급하는 복수개의 노즐과,

   상기 각 노즐을 에워싸되 상기 몸체와 일체형이고, 상기 노즐을 통한 가스가 상기 반도체 웨이퍼에 공급되도록 하는 복수개의 인젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각 노즐에는 서로 다른 박막 형성용 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 박막 형성용 가스는 SiH4, He혼합가스 및 O2가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 각 노즐에는 세정용 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 세정용 가스는 H2가스 및 O2가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 각 노즐은 상기 몸체로부터 15∼20mm 돌출된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 각 인젝터의 길이는 35∼40mm인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 각 인젝터의 내구경은 8mm인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 각 노즐은 상기 몸체에 적어도 2개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 가스 공급 장치.

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