KR101110635B1 - Device for making semiconductor - Google Patents

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    • A47G19/02—Plates, dishes or the like
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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면에 증착되는 막의 두께를 균일화할 수 있도록 하는 반도체 제조장치를 개시한다.The present invention discloses a semiconductor manufacturing apparatus which enables to equalize the thickness of a film deposited on the surface of a wafer.

개시한 반도체 제조장치는 웨이퍼의 지지를 위해 반응실 내에 회전 가능하게 설치되는 지지부재와, 웨이퍼 상부로 공정가스를 분산 공급하기 위한 가스공급장치를 포함하며, 가스공급장치는 웨이퍼의 회전중심으로부터의 이격거리가 상호 다른 위치에 형성되는 다수의 가스출구들을 갖춘 가스분배판을 포함하는 것이다.The disclosed semiconductor manufacturing apparatus includes a support member rotatably installed in a reaction chamber for supporting a wafer, and a gas supply apparatus for distributing and supplying process gas to the upper portion of the wafer, wherein the gas supply apparatus is provided from a center of rotation of the wafer. It is to include a gas distribution plate having a plurality of gas outlets formed in different positions of the separation distance.

Description

반도체 제조장치{DEVICE FOR MAKING SEMICONDUCTOR}Semiconductor Manufacturing Equipment {DEVICE FOR MAKING SEMICONDUCTOR}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 2은 본 발명에 따른 반도체 제조장치 제2가스분배판에 형성된 가스출구의 배치구조를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the arrangement of the gas outlet formed in the second gas distribution plate semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장치 제2가스분배판에 형성된 가스출구의 배치구조를 나타낸 상세도이다.Figure 3 is a detailed view showing the arrangement structure of the gas outlet formed on the second gas distribution plate of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

11: 몸체, 12: 덮개,11: body, 12: cover,

13: 반응실, 14: 지지부재,13: reaction chamber, 14: support member,

19: 진공펌프, 20: 압력제어장치,19: vacuum pump, 20: pressure control device,

30: 가스공급장치, 31: 제1가스분배판,30: gas supply device, 31: the first gas distribution plate,

33: 제2가스분배판, 34: 가스출구.33: second gas distribution plate, 34: gas outlet.

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 쪽으로 공급하는 공정가스를 고르게 분사할 수 있는 가스공급장치를 갖춘 반도체 제조장치 에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a semiconductor manufacturing apparatus having a gas supply device capable of evenly injecting a process gas supplied to a wafer.

반도체를 제조하는 과정에서 통상의 증착공정을 수행할 때는 진공상태의 반응실 내부로 반응성 공정가스를 공급한 후, 고주파전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 해리되도록 함과 동시에 화학적 반응이 생기도록 함으로써 웨이퍼 표면에 증착이 이루어지도록 한다.In the process of manufacturing a semiconductor, a typical deposition process is performed by supplying a reactive process gas into a reaction chamber in a vacuum state and applying a high frequency power to dissociate the process gas into a plasma state and to generate a chemical reaction. As a result, deposition is performed on the wafer surface.

이러한 공정을 수행할 때는 반응실 내부로 공급되는 공정가스가 웨이퍼 주위에 균일하게 분포할 때 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있다. 따라서 통상적인 반도체 제조장치는 공정가스를 웨이퍼 표면에 고르게 공급하기 위한 가스공급장치를 구비한다. 그 일예는 대한민국 공개특허공보 2004-0085164호(2004년 10월 7일 공개)에 개시되어 있다. In this process, when the process gas supplied into the reaction chamber is uniformly distributed around the wafer, the deposition becomes uniform, thereby obtaining an excellent film. Therefore, a conventional semiconductor manufacturing apparatus has a gas supply device for evenly supplying process gas to the wafer surface. An example thereof is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0085164 (published October 7, 2004).

위 공보에 개시된 반도체 제조장치는 웨이퍼의 증착면에 얼룩이나 줄무늬가 생기는 현상을 줄일 수 있도록 한 가스분배 샤워헤드를 갖추고 있다. 또 가스분배 샤워헤드는 다수의 슬롯 또는 홀형태의 가스출구를 구비하는 가스분배면판을 갖추고 있다. 이는 가스분배면판에 다수의 슬롯이나 홀형태의 가스출구를 형성시켜 웨이퍼 상면으로 공급되는 가스의 분포가 균일해질 수 있도록 한 것이다.The semiconductor manufacturing apparatus disclosed in the above publication is equipped with a gas distribution shower head to reduce the phenomenon of spots or streaks on the deposition surface of the wafer. The gas distribution shower head is also provided with a gas distribution face plate having a gas outlet in the form of a plurality of slots or holes. This is to form a plurality of slots or hole gas outlets on the gas distribution face plate so that the distribution of the gas supplied to the upper surface of the wafer can be uniform.

그러나 이러한 반도체 제조장치의 가스공급장치는 각 가스출구가 위치하는 쪽에 증착이 집중되는 현상이 생기기 때문에 웨이퍼에 증착되는 막의 두께를 전체적으로 균일화하는데 한계가 있었다. 특히 증착공정에서는 웨이퍼의 표면과 가스공급장치 사이의 거리가 가까울수록 증착이 빠르고 막의 성질이 양호해질 수 있는데, 종래의 가스공급장치는 웨이퍼의 표면과 가스공급장치 사이의 거리를 가깝게 할수 록 가스출구가 위치하는 부분에 증착이 집중됨으로 인해 전체적으로 막 두께를 균일화하기 어려운 문제가 있었다.However, the gas supply device of the semiconductor manufacturing apparatus has a limitation in uniformizing the thickness of the film deposited on the wafer because the phenomenon that the deposition is concentrated on the side where each gas outlet is located. In particular, in the deposition process, the closer the distance between the wafer surface and the gas supply device, the faster the deposition and the better the properties of the film. In the conventional gas supply device, the gas outlet can be made closer to the distance between the wafer surface and the gas supply device. Due to the concentration of deposition in the portion where is located, there is a problem that it is difficult to uniformize the film thickness as a whole.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공정가스가 웨이퍼 표면 전체에 균일하게 공급되도록 하여 웨이퍼 표면의 가공공정을 전체적으로 균일화할 수 있도록 하는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that allows the process gas to be uniformly supplied to the entire surface of the wafer so that the overall processing of the wafer surface can be uniform.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 웨이퍼의 지지를 위해 반응실 내에 회전 가능하게 설치되는 지지부재와, 상기 웨이퍼 상부로 공정가스를 분산 공급하기 위한 가스공급장치를 포함하며, 상기 가스공급장치는 상기 웨이퍼의 회전중심으로부터의 이격거리가 상호 다른 위치에 형성되는 다수의 가스출구들을 갖춘 가스분배판을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object includes a support member rotatably installed in the reaction chamber for supporting the wafer, and a gas supply device for distributing and supplying the process gas to the upper portion of the wafer, The gas supply device is characterized in that it comprises a gas distribution plate having a plurality of gas outlets are formed in a position where the separation distance from the center of rotation of the wafer is different from each other.

또한 상기 다수의 가스출구는 스파이럴(Spiral)형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plurality of gas outlets are characterized in that arranged in a spiral (Spiral) type.

또한 본 발명은 상기 다수의 가스출구 중 상기 웨이퍼의 회전중심부에 위치하는 가스출구들의 직경이 그 외곽 쪽에 위치되는 가스출구들의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the diameter of the gas outlets located in the rotation center of the wafer of the plurality of gas outlets is formed smaller than the diameter of the gas outlets located on the outer side.

또한 본 발명은 상기 웨이퍼의 회전중심부와 근접한 가스출구들의 직경이 그 외곽 쪽에 위치하는 가스출구들의 직경의 1/2인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the diameter of the gas outlets close to the center of rotation of the wafer is 1/2 of the diameter of the gas outlets located on the outer side thereof.

또한 상기 다수의 가스출구는 스파이럴 방향의 이격거리가 상호 다르게 된 것을 특징으로 한다.In addition, the plurality of gas outlets are characterized in that the separation distance in the spiral direction are different from each other.

또한 본 발명은 상기 가스분배판의 중심과 상기 웨이퍼의 회전중심이 일치하도록 마련되며, 상기 가스분배판의 중심으로부터 상기 각 가스출구 사이의 이격거리가 모두 다르게 된 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is provided so that the center of the gas distribution plate and the center of rotation of the wafer coincides with each other, the separation distance between each gas outlet from the center of the gas distribution plate is different.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 반도체 제조장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 가공공정을 수행하기 위한 반응실(13)을 형성하는 것으로 상부가 개방된 원통형의 몸체(11)와, 몸체(11)의 개방된 상부를 덮는 덮개(12)를 포함한다. 여기서 웨이퍼의 가공공정이란 웨이퍼(W) 상에 막을 형성시키는 증착공정 뿐 아니라 웨이퍼(W) 표면에 형성된 막을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 식각공정일 수 있다.As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention forms a reaction chamber 13 for performing a process of processing a wafer W, and has a cylindrical body 11 having an open top and a body ( A lid 12 covering the open top of 11). Herein, the processing of the wafer may be an etching process of forming a specific pattern by etching a film formed on the surface of the wafer W as well as a deposition process of forming a film on the wafer W.

몸체(11)의 내부의 반응실(13)에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지부재(14)가 설치된다. 지지부재(14)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있으며, 가공공정이 진행되는 동안 그 상면에 탑재되는 웨이퍼(W)를 회전시킬 수 있도록 회전 가능한 축(15)을 통해 지지된다.In the reaction chamber 13 inside the body 11, a support member 14 for supporting the wafer W is installed. The support member 14 may fix the wafer W by using electrostatic force, and is supported by the rotatable shaft 15 to rotate the wafer W mounted on the upper surface of the wafer W during the machining process. .

몸체(11) 하부 쪽에는 반응실(13) 내부의 반응 부산물 및 미 반응가스를 배출시키기 위한 배출구(16)가 형성되고, 배출구(16)와 연결된 배출관(17)에는 반응실(13) 내부를 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(19) 및 압력제어장치(20)가 설치된다. A discharge port 16 for discharging the reaction by-products and the unreacted gas in the reaction chamber 13 is formed at the lower side of the body 11, and the reaction pipe 13 is connected to the discharge pipe 17 connected to the discharge port 16. A vacuum pump 19 and a pressure control device 20 that can maintain a vacuum state are installed.

덮개(12)에는 반응실(13) 내부로 공급되는 공정가스를 플라스마 상태로 만들 기 위한 전기장을 형성하도록 유도코일(21)이 설치되고, 유도코일(21)에는 고주파전원(22)이 연결된다. 그리고 반응실(13) 내부의 지지부재(14)에는 플라즈마 상태의 공정가스를 웨이퍼(W)쪽으로 유도할 수 있도록 바이어스 전원(23)이 인가된다. 또 덮개(12)에는 가스공급부(25)로부터 반응실(13) 내부로 공급되는 공정가스가 웨이퍼(W)의 상면에 고루 분배되어 공급될 수 있도록 하는 가스공급장치(30)가 설치된다.The cover 12 is provided with an induction coil 21 so as to form an electric field for making the process gas supplied into the reaction chamber 13 into a plasma state, and the high frequency power supply 22 is connected to the induction coil 21. . In addition, a bias power source 23 is applied to the support member 14 inside the reaction chamber 13 to guide the process gas in the plasma state toward the wafer W. In addition, the cover 12 is provided with a gas supply device 30 so that the process gas supplied from the gas supply unit 25 into the reaction chamber 13 can be evenly distributed to the upper surface of the wafer W.

이러한 반도체 제조장치를 이용해 증착공정을 수행할 때는 반응실(13) 내부의 지지부재(14)에 웨이퍼(W)을 고정시키고, 공정가스가 가스공급장치(30)를 통해 반응실(13) 내부로 공급되도록 한다. 또 진공펌프(19)와 압력제어장치(20)의 동작에 의해 반응실(13) 내부가 진공상태로 유지되도록 하며, 유도코일(21)에 전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 되도록 한다. 이렇게 하면 공정가스가 해리되고 화학반응이 생기면서 웨이퍼(W) 표면에 막이 증착된다.When the deposition process is performed using the semiconductor manufacturing apparatus, the wafer W is fixed to the support member 14 inside the reaction chamber 13, and the process gas is inside the reaction chamber 13 through the gas supply device 30. To be supplied. In addition, the inside of the reaction chamber 13 is maintained in a vacuum state by the operation of the vacuum pump 19 and the pressure control device 20, and power is applied to the induction coil 21 so that the process gas is in a plasma state. This dissociates the process gas and causes a chemical reaction to deposit a film on the wafer W surface.

웨이퍼(W)의 상부의 가스공급장치(30)는 덮개(12)의 내측에 결합되며 다수의 가스출구들(32)이 형성된 제1가스분배판(31)과, 제1가스분배판(31)의 외측을 덮으며 제1가스분배판(31)의 가스출구들(32)보다 작은 크기의 다수의 가스출구들(34)이 형성된 제2가스분배판(33)을 포함한다. 가스공급부(25)와 연결되는 가스공급배관(26)의 출구는 덮개(12)의 중앙부에 연결된다. 이러한 구성은 가스공급부(25)로부터 공급되는 공정가스가 제1가스분배판(31)을 통과하면서 1차로 분산되고, 제1가스분배판(31)을 거친 공정가스가 제2가스분배판(33)을 통과하면서 2차로 분산된 후 반응실(13) 내부로 유입됨으로써 공정가스의 고른 공급이 이루어질 수 있도록 한 것이다.The gas supply device 30 on the upper portion of the wafer W is coupled to the inside of the cover 12 and has a first gas distribution plate 31 having a plurality of gas outlets 32 and a first gas distribution plate 31. The second gas distribution plate 33 covering the outer side of the first gas distribution plate 31 has a plurality of gas outlets 34 having a smaller size than the gas outlets 32 of the first gas distribution plate 31. An outlet of the gas supply pipe 26 connected to the gas supply part 25 is connected to the center portion of the cover 12. In this configuration, the process gas supplied from the gas supply unit 25 is first dispersed while passing through the first gas distribution plate 31, and the process gas passing through the first gas distribution plate 31 is the second gas distribution plate 33. After passing through the secondary is dispersed into the reaction chamber 13 is to be evenly supplied with the process gas.

제2가스분배판(33)에 형성된 가스출구들(34)은 반응실(13) 내에 더욱 고른 가스분포를 유도할 수 있도록 제1가스분배판(31)의 가스출구들(32)보다 높은 밀도로 형성된다. 또 제2가스분배판(33)의 가스출구들(34)은 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 그 중심(실질적으로 회전하는 웨이퍼의 회전중심)으로부터 각 가스출구들(34) 사이의 이격거리(r1,r2,r3,...)가 모두 다르게 배치되고, 다수의 가스출구들(34)이 스파이럴형으로 배치된다. The gas outlets 34 formed in the second gas distribution plate 33 have a higher density than the gas outlets 32 of the first gas distribution plate 31 so as to induce more even gas distribution in the reaction chamber 13. Is formed. Also, as shown in FIGS. 2 and 3, the gas outlets 34 of the second gas distribution plate 33 are disposed between the gas outlets 34 from the center thereof (the rotation center of the substantially rotating wafer). The separation distances r1, r2, r3, ... are all arranged differently, and the plurality of gas outlets 34 are arranged in a spiral shape.

이는 증착공정을 수행하는 과정에서 지지부재(14)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 회전을 할 때 각 가스출구(34)를 통하여 웨이퍼의 상부로 공급되는 공정가스의 고른 분포를 유도할 수 있도록 한 것이다. 그리고 이를 통해 웨이퍼 표면에 증착되는 막의 두께가 전체적으로 균일해질 수 있도록 한 것이다. 즉 스파이럴형으로 배치되는 다수의 가스출구들은 회전하는 웨이퍼(W)의 상면에 공정가스가 공급될 때 웨이퍼 상면의 특정영역에 공정가스가 집중하는 현상을 방지함으로써 웨이퍼 상면의 막 두께가 전체적으로 균일해질 수 있도록 한다. 특히 이러한 가스출구 배치구조는 웨이퍼와 제2가스분배판(33) 사이의 간격을 가깝게 하여 막의 증착속도와 성질을 높이더라도 웨이퍼에 증착되는 막의 두께를 고르게 유지할 수 있게 한다.This may induce an even distribution of the process gas supplied to the upper portion of the wafer through each gas outlet 34 when the wafer W rotates by the rotation of the support member 14 during the deposition process. It is. In this way, the thickness of the film deposited on the wafer surface may be uniform. In other words, the plurality of gas outlets arranged in a spiral shape prevent the process gas from concentrating on a specific area of the upper surface of the wafer when the process gas is supplied to the upper surface of the rotating wafer W so that the film thickness of the upper surface of the wafer becomes uniform. To help. In particular, such a gas outlet arrangement allows the gap between the wafer and the second gas distribution plate 33 to be close to maintain the thickness of the film deposited on the wafer even if the deposition rate and properties of the film are increased.

제2가스분배판(33)에 형성되는 가스출구들(34)은 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 회전중심부에 위치하는 가스출구들(34a)의 직경(d1)이 외곽 쪽에 위치하는 가스출구들(34b)의 직경(d2)보다 작게 형성되고, 중심부의 가스출구들(34b) 위치가 웨이퍼(W)의 회전중심과 일치하지 않도록 배치된다. As shown in FIG. 3, the gas outlets 34 formed in the second gas distribution plate 33 are gas having a diameter d1 of the gas outlets 34a located at the rotational center of the wafer. It is formed smaller than the diameter d2 of the outlets 34b, and is disposed so that the positions of the gas outlets 34b at the center thereof do not coincide with the center of rotation of the wafer W.

이는 웨이퍼 중심부의 증착을 균일화하기 위함이다. 본 실시 예는 웨이퍼의 회전중심부와 근접하는 3개 가스출구들(34a) 직경(d1)을 외곽 쪽 가스출구들(34b) 직경(d2)의 1/2로 하였다. 또 본 실시 예는 웨이퍼 상면의 증착이 전체적으로 균일해지도록 하기 위해 상호 인접하는 가스출구들의 스파이럴방향 이격거리(L)를 상호 다르게 하였다.This is to uniformize the deposition in the center of the wafer. In the present embodiment, the diameters d1 of the three gas outlets 34a proximate to the center of rotation of the wafer are 1/2 of the diameter d2 of the outer gas outlets 34b. In addition, in this embodiment, in order to make the deposition on the upper surface of the wafer uniform as a whole, the spiral spacing distances L of adjacent gas outlets are different from each other.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 웨이퍼의 회전중심으로부터 각 가스출구들 사이의 이격거리가 모두 다르고, 다수의 가스출구들이 스파이럴(Spiral)형으로 배치되기 때문에 웨이퍼 상면의 특정영역에 공정가스가 집중하는 현상을 방지하여 웨이퍼 상면에 증착되는 막의 두께가 전체적으로 균일해질 수 있도록 하는 효과가 있다. As described in detail above, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, since the separation distances between the gas outlets are all different from the rotational center of the wafer, and the plurality of gas outlets are arranged in a spiral shape, There is an effect that the thickness of the film deposited on the upper surface of the wafer is uniformed by preventing the phenomenon of concentration of the process gas in the region.

특히 본 발명은 웨이퍼와 제2가스분배판 사이의 간격을 가깝게 하더라도 웨이퍼에 증착되는 막의 두께를 고르게 유지할 수 있는 효과가 있다.In particular, the present invention has the effect of maintaining the thickness of the film deposited on the wafer evenly close to the gap between the wafer and the second gas distribution plate.

Claims (6)

웨이퍼의 지지를 위해 반응실 내에 회전 가능하게 설치되는 지지부재와, 상기 웨이퍼 상부로 공정가스를 분산 공급하기 위한 가스공급장치를 포함하며,A support member rotatably installed in the reaction chamber for supporting the wafer, and a gas supply device for distributing and supplying the process gas to the upper portion of the wafer, 상기 가스공급장치는 상기 웨이퍼의 회전중심으로부터의 이격거리가 상호 다른 위치에 형성되는 다수의 가스출구들을 갖춘 가스분배판을 포함하고,The gas supply device includes a gas distribution plate having a plurality of gas outlets formed at positions different from each other at a distance from the center of rotation of the wafer, 상기 다수의 가스출구 중 상기 웨이퍼의 회전중심부에 위치하는 가스출구들의 직경이 그 외곽 쪽에 위치하는 가스출구들의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.And a diameter of the gas outlets positioned in the rotational center of the wafer among the plurality of gas outlets is smaller than the diameter of the gas outlets located at the outer side thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다수의 가스출구는 스파이럴(Spiral)형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.The plurality of gas outlet is a semiconductor manufacturing apparatus, characterized in that arranged in a spiral (Spiral) type. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 웨이퍼의 회전중심부와 근접한 가스출구들의 직경이 그 외곽 쪽에 위치하는 가스출구들의 직경의 1/2인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.And a diameter of the gas outlets close to the rotational center of the wafer is one-half the diameter of the gas outlets located at the outer side thereof. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 다수의 가스출구는 스파이럴 방향의 이격거리가 상호 다르게 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.The plurality of gas outlets are semiconductor manufacturing apparatus, characterized in that the separation distance in the spiral direction are different from each other. 삭제delete
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