KR100854995B1 - 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정챔버 내부에 공급되는 공급가스의 분포가 균일해 질 수 있도록 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 노즐 본체와, 노즐 본체의 내부에 상하 방향으로 형성되는 가스공급유로와, 노즐 본체 하면에 부착되는 노즐 커버와, 공정챔버 내의 반도체 기판 쪽으로 균일하게 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 노즐 커버에 형성되는 복수의 가스유입구를 포함하는 상부 가스공급노즐을 구비한다. 특히 본 발명의 여러 실시예는 공정가스의 균일한 분배를 위한 다양한 형태의 노즐 구조를 개시한다. 이와 같은 구성에 의해 본 발명은 반도체 기판(W) 상에서 막 증착 공정 등과 같은 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
HDP CVD, 상부 노즐, 가스 분배, 반도체 제조

Description

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치{HIGH DENSITY PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 나타나 있는 반도체 기판(W)를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 공정챔버 11 : 챔버 본체
12 : 챔버 덮개 30 : 측방 가스공급노즐
40 : 상부 가스공급노즐 41 : 노즐 본체
44 : 가스공급유로 50 : 노즐 커버
51 : 커버 바닥 52 : 커버 측벽
53 : 가스유입공간 54 : 노즐 캡
60 : 가스유입구 70 : 클리닝 가스유로
71 : 진공채널
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 기판 쪽으로 공급되는 공정가스를 균일하게 분사할 수 있도록 가스공급노즐의 구조를 개선한 고밀도 플라즈마 화확 기상 증착 장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착(CVD)은 반도체 공정기술의 하나로 화학반응을 이용하여 웨이퍼 표면 위에 단결정의 반도체막이나 절연막등을 형성하는 방법을 말한다. 그런데 CVD 방법은 증착 공정 이후에 웨이퍼를 높은 온도에서 열처리하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 높은 온도에 의해 웨이퍼의 반도체 소자가 열화되는 문제가 발생된다. 또한 최근 반도체 제조 기술의 급속한 발달로 반도체 소자가 고집적화되고, 금속 배선들 간의 간격이 점차 미세화됨에 따라 CVD 방법은 금속 배선들 사이의 갭을 완전히 메우는 데는 한계가 있다.
이에 따라 금속배선들 사이의 갭을 채우는 능력을 극대화할 수 있는 층간 절연막 공정이 개발되었는데, 그 중의 하나가 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD) 방법이다. HDP CVD는 종래의 플라즈마 CVD(PE CVD)보다 높은 이온화 효율을 갖도록 전기장과 자기장을 인가하여 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성, 소스 가스를 분해하여 웨이퍼 상에 절연막을 증착하는 방식으로, 플라즈마를 발생시키는 소스 전원과 함께 웨이퍼 상에 증착된 층간 절연막을 에칭시키는 바이어스 전원을 층간 절연막이 증착되는 중에 인가함으로써 층간 절연막의 증착과 층간 절연막의 스퍼터 에칭을 동시에 진행한다.
이러한 공정들을 수행할 때는 반응실 내부로 공급되는 공정가스가 웨이퍼 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 반도체 기판 표면의 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 또 식각공정을 수행할 때도 공정가스의 분포가 균일할 때 전체적으로 스퍼터링(sputtering)이 균일해지면서 소망하는 식각을 수행할 수 있게 된다.
그런데 이러한 공정은 3-10mTorr 정도의 매우 낮은 압력에서 이루어지기 때문에 반응실 내부의 공정가스의 분포는 역학적으로 매우 민감하게 변화하게 되고, 이러한 이유로 인해 웨이퍼 주위에 공정 가스가 균일하게 분포되도록 하기 위해서 는 가스를 분배하는 장치 역시 매우 정밀하게 설계될 것이 요구된다.
가스를 분배하는 장치와 관련하여 미국특허 6,486,081호에는 HDP CVD 프로세싱 챔버의 내부에 공정가스들을 공급하기 위한 가스공급노즐의 설치구조가 개시되어 있다. 개시된 장치는 측면 둘레부분에 설치되어 프로세싱 챔버 내부로 공정가스를 공급하는 다수의 측방 가스공급노즐들과, 프로세싱 챔버의 상부 중앙부분에 설치되어 반도체 기판의 상부로 공정가스를 공급하는 상부 가스공급노즐을 포함한다. 측방 가스공급노즐들은 제1공정가스와 제2공정가스를 반응실 내에 공급할 수 있도록 제1가스공급원과 제2가스공급원에 각각 연결되는 제1 및 제2가스공급노즐들로 구성되어 있고, 상부 가스공급노즐은 제3공정가스와 제4공정가스가 반응실 내에 공급될 수 있도록 제3가스공급원과 연결되는 제3가스공급통로와 제4가스공급원과 연결되는 제4가스공급통로를 구비하고 있다.
그러나 종래 장치에서는 프로세싱 챔버 내부로 공정가스를 공급하는 상부 가스공급노즐의 공정가스 주입구가 수직 방향으로만 하나만 형성되어 있어 상부 가스공급노즐을 통하여 공급되는 공정가스가 상대적으로 웨이퍼의 중심부분에 집중될 수 밖에 없고 이로 인해 웨이퍼 상에 전체적으로 막을 균일하게 증착하는데 한계가 있다. 또한 막의 균일성을 향상시키기 위해 측방 가스공급노즐을 사용하더라도 통상 측방 노즐에서 주입되는 공정가스는 웨이퍼의 가장자리부터 약 5-7cm 이상 떨어져 있는 부분까지는 균일하게 전달되지 않아서 이 역시 한계가 있다.
더욱이 차세대 반도체 기술은 종래에 사용해오던 직경이 200mm 인 웨이퍼 대신에 직경이 300mm인 웨이퍼를 필요로 하기 때문에 이와 같이 직경이 큰 웨이퍼에 종래의 장치를 적용하게 되면 상부 가스공급노즐의 직접적인 영향을 받는 중심부 또는 측방 가스노즐의 영향을 받는 가장자리부와 이를 제외한 웨이퍼 부분 사이의 불균형이 더욱 심화되게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가스공급노즐로부터 웨이퍼 상부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해지도록 함으로써 원하는 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정챔버와; 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하기 위하여 상기 공정챔버의 상부에 마련되는 상부 가스공급노즐;을 포함하고, 상기 상부 가스공급노즐은 판상의 수평부와 상기 수평부로부터 상방으로 연장된 수직부를 가지는 노즐 본체;와 상기 노즐 본체의 내부에 상하 방향으로 형성되는 가스공급유로;와 상기 노즐 본체 수평부의 하면에 부착되는 노즐 커버;와 상기 공정챔버 내의 반도체 기판 쪽으로 균일하게 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 노즐 커버에 형성되는 복수의 가스유입구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 노즐 커버는 커버 바닥;과 수직 방향에 대하여 일정한 각도의 경사를 가지도록 상기 커버 바닥으로부터 연장 형성된 원추형의 커버 측벽;을 포함하고, 상기 복수의 가스유입구는 방사형으로 반도체 기판에 공정가스를 분사할 수 있도록 상기 커버 측벽에 원주방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 가스공급노즐은 상기 노즐 커버의 중앙 하면에 부착되는 노즐 캡(cap)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 노즐 캡을 더 포함하는 경우 상기 커버 바닥에는 상기 가스공급유로와 같은 중심축을 가지면서 상기 커버 바닥을 관통하는 커버 유로가 형성되며, 상기 노즐 캡에는 상기 커버 유로와 연통되는 한편 수평 방향에 대하여 소정각도 경사를 가지는 복수의 가스유입구가 형성되어 상기 커버 측벽에 형성된 가스유입구들과는 별개로 상기 노즐 캡에 형성된 가스유입구들을 통해 반도체 기판의 중심부근에 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 노즐 커버는 그 외측 바닥면이 볼록한 구면 형상, 즉 샤워 헤드 형상(shower-head)이나 평편한 디스크 형상을 가지도록 형성되고, 상기 노즐 커버에는 수직 방향에 대하여 경사지도록 형성되는 여러 열의 가스유입구가 노즐 커버의 중심축으로부터 반경방향으로 형성되어 반도체 기판의 중앙과 인접한 중간부에 공정가스를 고르게 분사할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 노즐 커버에 반경 방향을 따라 여러 열의 가스유입구가 형성되어 있는 경우 상기 가스유입구는 노즐 커버의 중심축으로부터 멀어짐에 따라 수직 방향에 대하여 경사진 각도가 점점 커지거나 그 직경이 점점 커지도록 하여 보다 효과적으 로 공정가스를 고르게 분배할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가스공급유로는 중간부재에 의해 내,외곽으로 분리된 제1공급유로와 제2공급유로를 포함하여, 상기 두 개의 공급유로를 통해 서로 다른 공정가스를 공정챔버 내부로 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타나 있는 반도체 기판(W)를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 각 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 가스공급노즐을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(W)의 가공공정을 수행하기 위한 공정챔버(10)는 상부가 개방된 원통형의 챔버 본체(11)와, 챔버 본체(11)의 개방된 상부를 덮는 챔버 덮개(12)를 포함한다. 여기서 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치(이하 ‘HDP CVD’라 장치한다)를 통해 수행하는 가공공정이란 반도체 기판(W) 상에 박막을 형성시키는 증착 공정과, 반도체 기판(W) 표면에 형성된 막을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 식각 공정을 포함한다.
공정챔버(10)의 내부에는 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 척(13)이 설치된다. 척(13)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(W)을 고정할 수 있는 정전 척으로 이루어진다. 한편, 싱기 척(13)에는 플라즈마 상태의 공정가스를 반도체 기판(W)으로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가된다.
챔버 덮개의(12) 상부에는 공정챔버(10) 내부로 공급되는 공정가스를 플라스마 상태로 만들기 위한 전자기장을 형성하도록 유도코일(14)이 설치되고, 유도코일(14)에는 고주파전원(15)이 연결된다. 한편 챔버 덮개(12)는 고주파 에너지가 전달되는 절연체 재료, 바람직하게는 산화 알루미늄과 세라믹 재질로 만들어진다.
또한 챔버 덮개(12)의 하단부분과 상측 중앙부에는 공정챔버(10) 내에서 증착 또는 식각공정을 수행할 수 있도록 공정챔버(10) 내부로 공정가스를 공급하기 위한 다수의 가스공급노즐들(30,40)이 설치된다.
챔버 본체(11) 하부 쪽에는 공정챔버(10) 내부의 반응 부산물 및 미 반응가스를 배출시키기 위한 배출구(16)가 형성되고, 배출구(16)와 연결된 배출관(17)에는 공정챔버(10) 내부를 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(18) 및 압력제어장치(19)가 설치된다.
이러한 HDP CVD 장치를 이용해 증착공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내부의 척(13)에 반도체 기판(W)을 고정시키고, 증착을 수행하기 위한 공정가스가 가스공급노즐들(30,40)을 통해 공정챔버(10)의 내부로 공급되도록 한다. 또 진공펌프(18)와 압력제어장치(19)의 동작에 의해 공정챔버(10)의 내부가 진공상태로 유지되도록 하며, 유도코일(14)에 전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 되도록 한다. 이렇게 하면 공정가스가 해리되고 화학반응이 생기면서 반도체 기판(W) 표면에 증착에 의한 박막이 형성된다.
이러한 가공공정이 수행될 때 공정가스가 반도체 기판(W) 주위에 균일하게 분포하고 공정가스의 밀도가 높을 때 원하는 공정을 균일하게 수행할 수 있게 되는 데, 본 발명은 기판(W) 상부의 반응영역에 공정가스가 고르게 공급될 수 있도록 공정챔버(10)의 측방 둘레부분에 설치되는 다수의 측방 가스공급노즐들(30)과, 챔버 덮개(12)의 상측 중앙부에 설치되는 상부 가스공급노즐(40)을 구비한다.
측방 가스공급노즐들(30)은 챔버 덮개(12)의 하단에 결합되는 원형의 가스 분배링(20) 내측에 상호 등 간격을 이루도록 설치된다. 그리고 가스 분배링(20)에는 측방 가스공급노즐들(30)로 공정가스를 공급할 수 있도록 가스안내홈(21)이 형성되고, 가스안내홈(21)은 제1공정가스를 공급하는 제1가스공급부(22)와 배관(23)을 통해 연결된다. 이는 제1가스공급부(22)로부터 공급되는 제1공정가스가 다수의 측방 가스공급노즐들(30)을 통하여 공정챔버(10)의 내부로 공급될 수 있도록 한 것이다.
그러나 측방 가스공급노즐들(30)은 반도체 기판(W)의 중간부(W1)(도 2 참조)에 공정가스를 균일하게 공급하는데 있어 한계를 가지고, 또한 방향성이 단순한 하나의 가스유입구만을 가지는 상부 가스공급노즐 역시 같은 한계를 가지므로 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 다음과 같은 개선된 형태의 상부 가스공급노즐을 구비한다.
도 1, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10)의 상부에 마련되는 상부 가스공급노즐(40)은 노즐 본체(41), 가스공급유로(44), 노즐 커버(50), 복수의 가스유입구(60)를 포함하여 형성된다.
노즐 본체(41)는 판상의 수평부(42)와, 수평부(42)로부터 상방으로 연장되어 형성되는 수직부(43)를 포함하고, 상기 수직부(43)는 챔버 덮개(12)의 상부에 고정 된다. 노즐 본체의 수평부(42)는 바람직하게는 평편한 디스크 형태를 가진다.
가스공급유로(44)는 그 중심축과 반도체 기판(W)의 중심축이 일치하도록 상기 노즐 본체의 내부에 상하 방향으로 마련되고, 이 가스공급유로(44)에는 제2공정가스를 공급하는 제2가스공급부(45)가 배관(46)을 통해 연결된다.
노즐 커버(50)는 그 중심이 반도체 기판(W)의 중심과 일치하도록 상기 노즐 본체 수평부의 하면에 부착되며, 상기 노즐 커버(50)에는 공정챔버(10) 내의 반도체 기판(W) 쪽으로 균일하게 제2공정가스를 공급할 수 있도록 설계된 복수의 가스유입구(60)가 형성된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)의 노즐 커버(50)는 수평 방향으로 형성되는 커버 바닥(51)과, 이 커버 바닥(51)의 가장자리에서 수직 방향에 대하여 일정한 각도의 경사를 가지도록 상부로 연장 형성된 커버 측벽(52)을 가진다. 이 때 커버 바닥(51)은 디스크 형상을 가지도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 경우 노즐 커버(50)는 전체적으로 상부가 개방된 절단된 원추형을 가지게 된다. 이러한 노즐 커버(50)는 상기 노즐 본체(41)의 하면에 부착되는데, 이 때 상기 상부로 연장 형성된 커버 측벽(52)에 의해 노즐 본체(41)의 하면과 커버 바닥(51)의 사이에는 가스공급유로(44)와 연통되는 가스유입공간(53)이 생기게 된다.
한편, 상기 커버 측벽(52)에는 방사상으로 제2공정가스를 균일하게 분사할 수 있도록 원주방향을 따라 복수의 가스유입구(60)가 형성되어 있다. 이 때 커버 측벽(52)이 수직 방향에 대하여 θ 만큼 기울어져 있다고 하면, 가스유입구(60)들 을 상기 커버 측벽(52)에 수직한 방향으로 형성할 경우 상기 가스유입구(60)들은 수평방향에 대하여 역시 θ 만큼 기울어져서 반도체 기판(W)에 제2공정가스를 공급하게 된다.
이와 같이 상부 가스공급노즐(40)을 형성하면, 제2가스공급부(45)에서 공급된 제2공정가스가 가스공급유로(44)를 통해 가스유입공간(53)에 유입된 후, 커버 측벽(52)에 형성되어 있는 가스유입구(60)들을 통해서 반도체 기판(W)에 공급되는데, 가스유입구(60)들은 원주방향으로 모든 방향에 걸쳐 형성되어 있고, 공급되는 제2공정가스의 확산이 원활이 이루어질 수 있도록 하방으로 경사져 있으므로 반도체 기판(W)의 중간부(W1)에 제2공정가스가 균일하게 분배된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)은 제1실시예의 경우와 유사하나, 다음과 같은 점에서 차이가 있다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)은 상기 커버 바닥(51)의 중앙 하면에 부착되는 노즐 캡(cap)(54)을 더 포함하며, 상기 커버 바닥(51)에는 가스공급유로(44)와 같은 중심축을 가지면서 상기 커버 바닥(51)을 관통하는 커버 유로(51a)가 형성되어 있다. 노즐 캡(54)은 상기 노즐 커버(50)와 유사하게 절단된 원추 형상을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 특히 노즐 캡(54)은 노즐 커버(50)와 마찬가지로 측벽 쪽을 관통하도록 형성된 복수의 가스유입구(60)들을 포함하는데, 이 가스유입구(60)들 역시 일정한 간격을 두고 원주방향으로 여러 개 배치될 수 있다. 또한 이러한 가스유입구(60)들은 상기 커버 유로(51a)와 연통 되어 있다.
따라서 제2가스공급부(45)에서 공급되어 가스공급유로(44)를 통해 가스유입공간(53)에 유입된 제2공정가스는 커버 측벽(52) 및 노즐 캡(54)에 형성되어 있는 가스유입구(60)들을 통해서 반도체 기판(W)에 공급되는데, 커버 측벽(52)에 형성된 가스유입구들과는 별개로 노즐 캡(54)에 형성된 가스유입구들을 통해 반도체 기판의 중심부(W2)에 제2공정가스가 골고루 분배되므로, 이와 같은 반응 영역의 균일성을 보다 강화할 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)은 제1실시예의 경우와 유사하나, 다음과 같은 점에서 차이가 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)의 가스공급유로(44)는 중심부에 위치하여 상기 커버 유로(51a) 쪽으로 제2공정가스를 공급하는 제1공급유로(44a)와, 이 제1공급유로(44a)의 외곽에 위치하여 노즐 커버의 커버 측벽(52)에 형성된 가스유입구(60)들에 제3공정가스를 공급하는 제2공급유로(44b)로 구분된다. 이 때 도 1에서는 도시되지 않았으나, 제2공급유로(44b)에는 제3공정가스를 공급하는 제3가스공급부가 배관을 통해 연결된다. 상기 제1공급유로(44a)와 제2공급유로(44b)는 그 하단이 노즐 커버의 커버 바닥(51)에 맞닿아 있고 상기 두 유로를 따라 상기 두 유로의 사이에 마련되는 중간부재(44c)에 의해 서로 격리된다.
이와 같은 구성에 의해 제1공급유로(44a)를 통해 공급되는 제2공정가스는 노즐 캡(54)에 형성되어 있는 가스유입구들을 통해 공정챔버(10) 내부로 주입되고, 제2공급유로(44b)를 통해 공급되는 제3공정가스는 커버 측벽(52)에 형성되어 있는 가스유입구들을 통해 공정챔버(10)의 내부로 주입된다. 이와 같이 본 실시예는 공정가스를 격리하여 챔버 내부로 공급할 수 있으므로 서로 독립하여 가스 유량을 제어하는 것과 같은 방법에 의해 증착되는 막의 균일성을 위한 최적화된 형태로 반도체 기판(W)에 공정가스가 공급될 수 있도록 제어할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 실란가스나 산소 등과 같은 서로 다른 종류의 공정가스를 반도체 기판의 중간부(W1)로 공급할 수 있는데, 이는 산화막 증착의 화학양론(stoichiometry)을 향상시킨다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)의 노즐 커버는(50) 그 외측 바닥면이 볼록한 구면 형상, 즉 샤워 헤드(shower-head) 형상을 가지도록 형성된다. 또한 상기 노즐 커버(50)에는 수직 방향에 대하여 경사지도록 형성되는 여러 열의 가스유입구(60)들이 노즐 커버(50)의 중심축으로부터 방사상으로 형성된다.
위와 같이 노즐 커버(50)에 형성되어 있는 가스유입구(60)들은 노즐 커버의 중심축으로부터 멀어짐에 따라 수직 방향에 대하여 경사진 각도가 점점 커지거나 그 직경이 점점 커지도록 할 수 있다. 예를 들어, 만약 노즐 커버(50)에 중심축으로부터 10mm 떨어진 위치에 있는 제1세트의 가스유입구들, 15mm 떨어진 위치에 있는 제2세트의 가스유입구들 및 20mm 떨어진 위치에 있는 제3세트의 가스유입구들이 있다면, 상기 제1세트 내지 제3세트의 가스유입구들은 수직방향에 대하여 각각 15도, 20도, 30도 기울어지도록 하거나 그 직경이 각각 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm가 되도 록 할 수 있다. 이와 같이 가스유입구(60)들의 위치에 따라 기울어진 각도와 직경을 변화시키면, 노즐 커버(50)에 형성되어 있는 가스유입구(60)들이 가지는 위치상의 차이로 인하여 생길 수 있는 불균형을 완화하여 보다 균일하게 반도체 기판(w)에 막을 증착할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 경우 상기 노즐 커버(50)에 가스유입구(60)들이 형성되어 있는 영역에 대응하는 노즐 본체 수평부(42)의 하부면은 안쪽으로 일정 깊이만큼 패어져 있는데, 이는 가스공급유로를 통과한 제2공정가스가 상기 가스유입구(60)들로 분배되기 위하여 요구되는 가스유입공간(53)을 형성하기 위함이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 상부 가스공급노즐(40)은 그 노즐 커버(50)의 형상이 평편한 디스크 형상인 것을 제외하고는 제4실시예의 경우와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10)의 내부로 NF3와 같은 클리닝 가스가 공급될 수 있도록 상부 가스공급노즐(40)의 둘레에 클리닝 가스유로(70)가 더 마련될 수 있다. 이와 같은 경우 상기 노즐 본체의 수평부(42)가 공정챔버의 챔버 덮개(12)와 일정한 거리만큼 이격되도록 하면 상기 수평부(42)와 챔버 덮개(12) 사이에 상기 클리닝 가스유로(70)와 연통되는 진공채널(71)이 공정챔버(10)의 내부에 형성된다. 따라서 상기 클리닝 가스유로(70)를 통과한 클리닝 가스가 진공채널 (71)에서 본체 수평부(42)에 의해 굴절되어 공정챔버(10)의 내부면 쪽으로 공급됨으로써, 클리닝 공정에서 공정챔버(10)의 내부면을 효과적으로 클리닝 할 수 있게 된다. 한편, 상기 클리닝 가스유로(70)에는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스공급부(72)가 배관(73)을 통해 연결된다
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 공정챔버 내부로 공정가스를 균일하게 분배할 수 있도록 설계된 상부 가스공급노즐을 구비하여 반도체 기판(W) 상에서 막 증착 공정 등과 같은 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
특히 본 발명은 측방 노즐에서 공급되는 공정가스가 닿지 않는 반도체 기판의 중간부(W1)와 다른 반응영역 사이의 불균형을 해소하여 전체적인 균일성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 반도체 기판의 크기가 커질수록 반응영역 사이의 불균형은 더욱 커지게 되므로 본 발명의 위와 같은 효과는 직경이 300mm인 웨이퍼에 대해서는 더욱 효과적으로 작용하여 반도체 제조 공정이 보다 경제적이고 효율적으로 이루어질 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 공정챔버와; 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하기 위하여 상기 공정챔버의 상부에 마련되는 상부 가스공급노즐;을 포함하고, 상기 상부 가스공급노즐은
    판상의 수평부를 가지는 노즐 본체;와
    상기 노즐 본체의 내부에 형성되는 가스공급유로;와
    상기 노즐 본체에 부착되고, 커버 바닥을 가지는 노즐 커버;와
    상기 공정챔버 내의 반도체 기판 쪽으로 균일하게 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 노즐 커버에 형성되는 복수의 가스유입구;와
    상기 노즐 커버의 중앙 하면에 부착되는 노즐 캡(cap);을 포함하고,
    상기 커버 바닥에는 상기 가스공급유로와 같은 중심축을 가지면서 상기 커버 바닥을 관통하는 커버 유로가 형성되며, 상기 노즐 캡에는 상기 커버 유로와 연통되는 한편 수평 방향에 대하여 소정각도 경사를 가지는 복수의 가스유입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서, 상기 가스공급유로는 중심부에 배치되어 상기 커버 유로에 공정가스를 공급하는 제1공급유로와, 상기 제1공급유로의 외곽에 위치하여 상기 노즐 커버에 형성된 가스유입구에 공정가스를 공급하는 제2공급유로와, 상기 제1공급유로와 제2공급유로를 구분하는 중간부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1공급유로와 제2공급유로에는 실란 가스나 산소 등과 같은 서로 다른 종류의 공정가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  10. 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정챔버와; 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하기 위하여 상기 공정챔버의 상부에 마련되는 상부 가스공급노즐과; 상기 공정챔버의 내부로 클리닝 가스가 공급될 수 있도록 상기 상부 가스공급노즐의 둘레에 마련되는 클리닝 가스유로를 포함하고, 상기 상부 가스공급노즐은
    판상의 수평부를 가지는 노즐 본체;와
    상기 노즐 본체의 내부에 상하 방향으로 형성되는 가스공급유로;와
    상기 노즐 본체 수평부의 하면에 부착되는 노즐 커버;와
    상기 공정챔버 내의 반도체 기판 쪽으로 균일하게 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 노즐 커버에 형성되는 복수의 가스유입구;를 포함하며,
    상기 노즐 본체의 수평부는 상기 공정챔버의 챔버 덮개와 일정한 거리만큼 이격되어 있어 상기 수평부와 챔버 덮개 사이에 상기 클리닝 가스유로와 연통되는 진공채널이 형성됨으로써, 상기 클리닝 가스유로를 통과한 클리닝 가스가 상기 진공채널에서 상기 본체 수평부에 의해 굴절되어 공정챔버의 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 상기 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  11. 공정챔버와, 상기 공정챔버의 상부에 마련되는 상부 가스공급노즐을 포함하고, 상기 상부 가스공급노즐은
    노즐 본체;와
    상기 노즐 본체의 내부에 형성되는 가스공급유로;와
    상기 노즐 본체의 하부에 배치되는 커버 바닥을 가지는 노즐 커버;와
    상기 노즐 커버의 하부에 배치되는 노즐 캡;을 포함하고,
    상기 노즐 커버는 상기 가스공급유로로부터 공급되는 가스를 상기 공정챔버의 내부로 공급하는 복수의 가스유입구와 상기 커버 바닥을 관통하는 커버 유로를 포함하며, 상기 노즐 캡은 상기 커버 유로에 연통되는 복수의 가스유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
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