KR20010077236A - 가스 분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착장비의 가스분사장치에 관한 것으로 오존과 공정가스를 웨이퍼에 분사될때까지 서로 혼합되지 않도록 노즐플레이트와 가스라인의 구조를 변경하여 가스라인 내의 반응물 생성을 방지한 것이다.

이를 위해 본 발명은 다수개의 관통홀이 형성되고 다수개의 관통홀 일부에는 자체 상면에 형성된 홈부와 통하도록 연결통로가 형성된 노즐플레이트와, 노즐플레이트가 다수개 접착되어 구성되고 양 측면에 위치하는 노즐플레이트에는 와이라인이 연결되어 공정가스 및 오존을 공급받아 웨이퍼 표면에 고루 분산시켜 공급하는 헤드부로 이루어진 가스 분사 장치에 있어서, 와이라인은 공정가스를 헤드부내로 공급하기위해 좌측면 노즐플레이트 및 우측면 노즐플레이트의 소정의 관통홀에 연결된 제1와이라인과, 각 좌,우측면 노즐플레이트의 제1와이라인이 연결되지 않은 나머지 관통홀에 연결되어 헤드부 내로 오존을 공급하는 제2와이라인으로 이루어지며, 헤드부는 제1,제2 와이라인 으로부터 따로 공급된 공정가스와 오존이 섞이지 않게 웨이퍼에 공급할 수 있도록 된 다수개의 노즐플레이트로 구성된다.

Description

가스 분사 장치{AN APPARATUS FOR DISPERSING GAS}

본 발명은 상압기상증착장비내의 가스분사장치에 관한 것으로 특히, 오존과 공정가스를 웨이퍼에 분사될때까지 서로 혼합되지 않도록 노즐플레이트와 가스 라인의 구조를 변경하여 오존과 공정가스가 미리 반응하여 반응물을 생성하는 것을 방지한 가스분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반응가스와 웨이퍼 표면을 서로 화학반응시켜 폴리실리콘막, 산화실리콘막, 질화실리콘막 등을 웨이퍼 표면에 증착시키기 위해 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하 CVD)이 이용된다.

이러한 화학기상증착(CVD)은 생성압력, 여기에너지, 장치의 방식 등에 따라 여러가지 종류로 구분되는데 그 중에서 반응챔버내의 생성압력의 차이에 따라 저압화학기상증착(Low Pressure CVD : 이하 LPCVD) 또는 상압화학 기상증착(Atomospheric Pressure CVD : 이하 APCVD)으로 분류한다.

저압화학 기상증착(LPCVD)은 반응챔버의 압력을 0.1 ~ 10 torr의 압력 하에서 유지시킨후 반응가스와 웨이퍼를 화학반응을 일으켜 웨이퍼 표면에 증착 하고, 상압화학 기상증착(APCVD)은 반응챔버의 압력을 상압 하에서 유지시킨 후 반응가스와 웨이퍼를 화학반응 일으켜 증착을 하는 것이다.

이러한 화학기상증착장비 내에서 웨이퍼 표면에 박막을 증착하기 위해 반응가스를 공급하는 것이 가스 분사 장치 이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래의 가스 분사 장치의 구성 및 동작을 설명한다.

도1은 종래의 가스 분사 장치의 전체 구성도이고, 도2a는 종래 장치의 제 2형 노즐플레이트의 투시도이며 도2b는 종래 장치의 헤드부 우측 사시도이고, 도2c는 종래 장치의 제1형,제2형 노즐플레이트 각각의 정단면도이다.

종래의 가스 분사 장치는 상압화학기상증착(APCVD)장비 내에 설치되어 오존 및 공정가스를 서셉터에 진공흡착된 웨이퍼로 공급한다.

종래의 가스 분사 장치는 노즐플레이트(8)가 다수개 서로 접착되어 이루어지며 웨이퍼(2) 표면에 오존 및 공정가스의 혼합기체를 고루 분산하여 공급하는 헤드부(1)와, 공정가스와 오존이 혼합되고 이 혼합기체를 분기하여 헤드부 양 측면의 노즐플레이트(8-1,8-2)로 공급하는 와이라인(Y-LINE)(3)과, 와이라인이 양쪽으로 분기되기 전의 위치에 연결되며 오존, 공정가스, 라인퍼지를 위한 N2 가스등을 각각 공급하는 다수개의 가스라인(10)으로 구성된다.

가스 분사 장치는 반응에 적절한 온도를 유지시키는 히터(미도시) 및 히터 하부에 설치되어 웨이퍼(2)를 진공흡착하는 서셉터(Susceptor)(9) 하부에 설치된다.

와이라인(3)에 연결된 오존라인(10-1) 및 공정가스라인(10-2)에서 각각 공급되는 오존과 공정가스는 와이라인 분기지점(3-1)에 이르기 전에 만나 혼합된다.

또, 가스라인(10)에는 라인 퍼지를위해 N2가스를 공급하는 N2가스라인(10-3) 및 밴트(VENT)라인(10-4)도 연결되어 각 가스라인 및 헤드부(1)에 오존과 공정가스의 반응생성물이 증착되는 것을 방지한다.

각 가스라인(10)에는 밸브가 설치되어 공정에 따라 개폐되며 가스공급 및 퍼지,밴트등의 동작이 이루어진다.

즉, 증착 공정이 진행시에는 N2가스라인의 밸브(4-4)와 밴트라인의 밸브(4-1)가 잠기고 나머지 가스라인의 밸브(4-2,4-3,4-5)는 열려 오존, 공정가스등이 헤드부(1)로 유입되고, 대기시에는 오존라인의 밸브(4-2) 및 공정가스 라인의 밸브(4-3)가 열리고, 와이라인 밸브(4-5)및 밴트라인의 밸브(4-1)가 개방되어 밴트라인(10-4)을 통해 외부로 배출되고, N2가스라인(10-3)을 통해 N2가스가 헤드부(1)로 유입되어 헤드부를 퍼지한다.

가스라인에서 공급된 오존 및 공정가스는 와이라인(3)에서 혼합되어 일부는 반응생성물을 만들고 나머지는 양쪽으로 분기되어 헤드부(1) 양 측면에 위치한 노즐플레이트(8-1,8-2)로 공급된다.

헤드부(1)는 서셉터(9) 하부에 설치되는데 노즐플레이트(8)가 다수개 서로 접착하여 구성된다. 각각의 노즐플레이트에는 다수개의 관통홀(5)이 형성되며 헤드부(1)의 양 측면에 위치한 노즐플레이트(8-1,8-2)에는 와이라인(3)에서 분기된 다수개의 라인(3-2)이 각각 관통홀(5)에 연결되어 오존 과 공정가스가 혼합된 혼합가스를 공급한다.

노즐플레이트(8)에 형성된 각각의 관통홀(5)의 위치는 각 노즐플레이트 마다 동일하므로 각 노즐플레이트(8)가 서로 접착하면 관통홀(5)끼리 서로 통하게 되어 가스 이동이 가능하다.

또, 노즐플레이트(8)의 상측내부에는 홈부(6)가 형성되어 있으며, 홈부는관통홀(5)에 연결통로(7)를 통해 연결되어 관통홀을 통해 흐르던 가스가 연결통로를 통해 홈부(6)에서 고루 퍼져 웨이퍼(2) 표면으로 공급된다.

그런데, 연결통로(7)가 노즐플레이트(8)의 모든 관통홀(5)과 홈부(6) 사이에 형성된 것은 아니다. 정면 좌측에서 홀수번째의 관통홀(5-1)에만 연결통로(7)가 형성된 제 1형 노즐플레이트(8-3)와 짝수번째의 관통홀(5-2)에만 연결통로가 형성된 제 2형 노즐플레이트(8-4)로 나뉘며 헤드부(1)는 각 노즐플레이트는 제1형 노즐플레이트(8-3)과 제 2형 노즐플레이트(8-4)가 번갈아 위치되도록 접착하여 구성한다.

그리고, 와이라인(3)은 헤드부 우측면에 위치한 노즐플레이트이자 제 2형노즐플레이트인 노즐플레이트(8-2,8-4)의 홀수번째의 관통홀(5-1)과 연결되며 헤드부 좌측면에 위치한 노즐플레이트이자 제 1형 노즐플레이트인 노즐플레이트(8-1,8-3)의 짝수번째 관통홀(5-2))과 연결되어 혼합가스를 공급한다.

따라서, 제 2형노즐플레이트이자 헤드부(1) 우측에 위치한 노즐플레이트(8-2,8-4)를 통해 공급된 혼합가스는 헤드부(1) 내의 각 제 1형 노즐플레이트(8-3)를 통해 웨이퍼(2) 표면으로 공급되고, 제 1형 노즐플레이트 이자 헤드부(1) 좌측에 위치한 노즐플레이트(8-1,8-4)를 통해 공급된 혼합가스는 헤드부 내의 각 제 2형 노즐플레이트(8-4)를 통해 웨이퍼로 공급되므로써 전체적으로 균일한 분포를 가진 혼합가스가 웨이퍼로 공급되게 한다.

그런데 이러한 종래의 가스 분사 장치는 오존과 공정가스가 와이라인에서 이미 혼합되어버리므로 반응을 일으켜 반응생성물이 발생한다. 이러한 반응생성물은 파우더 형태로 와이라인 및 헤드부 내부에 계속 잔존하게되어 내부 막힘등의 문제를 발생시키는데, 물론 퍼지 및 밴트등을 통해서 일부 개선할 수 있으나 근본적으로 반응물이 계속 생성될 수밖에 없는 상황에서는 주기적인 반복 세정 및 헤드오버홀(HEAD OVERHAUL)등의 작업 수반되어야 하므로 공정시간을 연장시키고 불필요한 공정이 계속 이루어져야 한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 오존과 공정가스가 혼합되지 않은 상태에서 웨이퍼로 공급되도록 장치를 구성하고 웨이퍼 상에서만 오존과 공정가스의 반응이 일어나도록 하여 가스라인 및 헤드부 내에서 오존과 공정가스의 반응 생성물이 발생하는 것을 근본적으로 방지하는 가스 분사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 다수개의 관통홀이 형성되고 다수개의 관통홀 일부에는 자체 상면에 형성된 홈부와 통하도록 연결통로가 형성된 노즐플레이트와, 노즐플레이트가 다수개 접착되어 구성되고 양 측면에 위치하는 노즐플레이트에는 와이라인이 연결되어 공정가스 및 오존을 공급받아 웨이퍼 표면에 고루 분산시켜 공급하는 헤드부로 이루어진 가스 분사 장치에 있어서, 와이라인은 공정가스를 헤드부내로 공급하기위해 좌측면 노즐플레이트 및 우측면 노즐플레이트의 소정의 관통홀에 연결된 제1와이라인과, 각 좌,우측면 노즐플레이트의 제1와이라인이 연결되지 않은 나머지 관통홀에 연결되어 헤드부 내로 오존을 공급하는 제2와이라인으로 이루어지며, 헤드부는 제1,제2 와이라인 으로부터 따로 공급된 공정가스와 오존이 섞이지 않게 웨이퍼에 공급할 수 있도록 된 다수개의 노즐플레이트로 구성된 것이 특징이다.

도1은 종래의 가스 분사 장치의 전체 구성도

도2a는 종래 장치의 제 2형 노즐플레이트의 투시도

도2b는 종래 장치의 헤드부 우측 사시도

도2c는 종래 장치의 제1형,제2형 노즐플레이트 각각의 정단면도

도3은 본 발명에 의한 가스 분사 장치의 전체 구성도

도4는 본 발명의 D형 노즐플레이트의 투시도

도5a는 본 발명의 헤드부 우측 사시도

도5b는 본 발명의 헤드부 좌측 사시도

도6은 본 발명에 의한 A형,B형,C형,D형 노즐플레이트 각각의 정단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21:헤드부 22:웨이퍼 25:관통홀

26:홈부 27:연결통로 28:노즐플레이트

28-1:좌측면 노즐플레이트 28-2:우측면 노즐플레이트

28-3:A형 노즐플레이트 28-4:B형 노즐플레이트

28-5:C형 노즐플레이트 28-6:D형 노즐플레이트 29:서셉터

30:가스라인 33:제1 와이라인(Y-Line) 34:제2와이라인

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 의한 가스 분사 장치의 전체 구성도이고, 도4는 본 발명의 D형 노즐플레이트의 투시도이며, 도5a는 본 발명의 헤드부 우측 사시도이고, 도5b는 본 발명의 헤드부 좌측 사시도이며, 도6은 본 발명에 의한 A형,B형,C형,D형 노즐플레이트 각각의 정단면도이다.

본 발명의 가스 분사 장치는 상압화학기상증착(APCVD)장비 내에 설치되어 오존 및 공정가스를 서셉터(29)에 진공 흡착된 웨이퍼(22)에 공급한다.

다수개의 노즐플레이트(28)가 서로 접착된 형태로 이루어지며 웨이퍼(22) 표면에 오존 및 공정가스를 분산시켜 공급하는 헤드부(21)와, 헤드부에 공정가스를 공급하는 제1와이라인(33)과, 헤드부(21)에 오존을 공급하는 제2와이라인(34)과, 제 1와이라인(33)에 연결된 공정가스라인(30-2) 및 라인 퍼지용 N2가스라인(30-3)과 밴트라인(30-4) 및 제 2와이라인(34)에 연결된 오존라인(30-1)등의 다수개의 가스라인(30)으로 구성되어 있다.

가스 분사 장치는 반응에 적절한 온도를 유지시키는 히터(미도시) 및 히터 하부에 설치되어 웨이퍼(22)를 진공흡착하는 서셉터(29) 하부에 설치된다.

제1와이라인(33)에는 N2가스 라인(30-3), 밴트라인(30-4)등이 연결되어 라인 및 헤드의 퍼지,밴트등의 동작을 한다.

또, 제1와이라인(33)에는 공정가스라인(30-2)이 연결되어 있어 공정가스를 공급받아 양쪽으로 분기된 라인을 따라 헤드부(21) 양 측면의 제1,제2노즐 플레이트(28-1,28-2)에 구성된 관통홀(25)을 통해 헤드부(21)로 공정가스를 공급한다.

제2와이라인(34)에는 오존라인(30-1)이 연결되어 있다.

오존 라인(30-1)에서 공급된 오존은 제2와이라인의 분기지점(34-1)에서 양쪽으로 분기되어 역시 헤드부 양 측면에 위치한 제1,제2노즐플레이트(28-1,28-2)의 관통홀(25-1,25-2)을 통해 헤드부내로 공급된다.

이때, 제 1와이라인(33)의 좌측으로 분기된 라인은 다시 다수개 분기되어 헤드부 의 좌측면 노즐플레이트(28-1)에 형성된 다수개의 관통홀 중 좌측에서 홀수번째에 해당하는 관통홀(25-1)들과 각각 연결되며 우측으로 분기된 라인 역시 다시 다수개로 분기되어 헤드부의 우측면 노즐플레이트(28-2)에 형성된 다수개의 관통홀 중 좌측에서 홀수번째에 해당하는 관통홀(25-1)과 각각 연결된다.

제2와이라인(34)도 제1와이라인(33)과 마찬가지로 좌측면 노즐플레이트(28-1) 및 우측면 노즐플레이트(28-2)에 연결되는데 단, 제1와이라인(33)이 연결되어 있지않은 관통홀 즉, 좌측에서 짝수번째에 해당하는 관통홀(25-2)들에 연결된다.

제1와이라인(33)에 연결된 다수개의 가스라인(30) 중에는 N2가스라인(30-3)과 밴트라인(30-4)이 포함되어 있는데 이는 박막증착 공정이 진행되고 있지 않을 때 라인 및 헤드부내의 퍼지 및 밴트 동작을 한다.

즉, 증착 공정이 진행시에는 N2가스라인의 밸브(24-4)와 밴트라인의 밸브(30-4)가 잠기고 공정가스라인의 밸브(24-3),오존라인의 밸브(24-2),제 2와이라인의 밸브(24-5)는 열려 공정가스는 제1와이라인으로, 오존은 제2와이라인으로 유입된다.

대기 공정시에는 오존라인의 밸브(24-2) 및 공정가스라인의 밸브(24-3)및 밴트라인의 밸브(24-1)가 개방되고 제 2와이라인의 밸브(24-5)가 닫혀 밴트라인(30-4)을 통해 외부로 배출되고, N2가스라인의 밸브(30-3)가 열려 N2가스가 제1와이라인(33)을 통해 헤드부(21)로 유입되어 헤드부를 퍼지한다.

헤드부(21)는 서셉터(29) 하부에 설치되는데 다수개의 노즐플레이트(28)가 밀착된 형태의 구성을 가진다.

즉, 헤드부는 좌측면 노즐플레이트(28-1)와 우측면 노즐플레이트(28-2) 사이에 78개의 노즐플레이트가 서로 접착되어 구성된다.

각각의 노즐플레이트(28)에는 상면에 홈부(26)가 형성되어 있고 측면 하단에 16개의 관통홀(25)이 형성되어 있다.

각각의 노즐플레이트(28)가 접착될 때 각 노즐플레이트에 형성된 관통홀(25) 끼리는 서로 연결되어 가스가 흐를 수 있게 되어있다.

또, 좌측면 노즐플레이트(28-1)와 우측면 노즐플레이트(28-2)의 관통홀(25)에는 제1와이라인(33) 및 제2와이라인(34)에서 분기된 다수개의 관들과 연결되어 공정가스 또는 오존을 공급받는다.

그리고, 노즐플레이트(28)에는 관통홀(25)과 홈부(26) 사이에는 연결통로(27)를 형성하여 관통홀(25)을 통해 흐르는 공정가스 및 오존이 홈부(26)를 통해 웨이퍼(22) 표면에 공급될 수 있도록하는데 연결통로(27)가 노즐플레이트 정면 좌측에서 몇번째 관통홀에 형성되었는가에 따라 노즐플레이트를 네 부류로 분류한다.

즉, 노즐플레이트의 정면 좌측에서부터 1,5,9,13번째 관통홀에 연결통로가 구성된것은 A형노즐플레이트(28-3)라 하고, 2,6,10,14번째 관통홀에 연결통로가 구성된 것은 B형노즐플레이트(28-4)라 하며, 3,7,11,15 번째 관통홀에 연결통로가 구성된 것을 C형노즐플레이트(28-5), 4,8,12,16 번째 관통홀에 연결통로가 구성된 D형노즐플레이트(28-6)라 한다.

헤드부(21)는 좌측에서부터 A형,B형,C형,D형,A형,B형,C형,D형... 의 순서로 노즐플레이트를 부착하여 구성된다.

따라서, 헤드부(21)의 좌측면 노즐플레이트(28-1)는 A형 노즐플레이트(28-3)를 사용하며 헤드부(21)의 우측면 노즐플레이트(28-2)는 D형 노즐플레이트(28-6)를 사용한다.

이하, 본 발명의 가스 분사 장치의 동작을 설명한다.

공정가스는 공정가스라인(30-2)을 통해 제1와이라인(33)으로 유입되어 흐르다가 양쪽으로 분기되어 각각 헤드부(21) 좌,우측에 위치한 좌측면 노즐플레이트(28-1)와 우측면 노즐플레이트(28-2)의 홀수번째 관통홀(25-1)을 통해 헤드부 내로 들어간다.

오존역시 오존라인(30-1)을 통해 제2와이라인(34)으로 유입되어 흐르다가 양쪽으로 분기되어 각각 헤드부(21)의 좌,우측에 위치한 제1,제2노즐플레이트(28-1,28-2)의 짝수번째 관통홀(25-2)을 통해 유입된다.

그런데, A형노즐플레이트(28-3)에는 좌측에서 1,5,9,13번째 관통홀에 연결통로(27)가 형성되어있고, C형노즐플레이트(28-5)에는 3,7,11,15번째 관통홀에 연결통로(27)가 형성되어 있으므로 홀수번째 관통홀(25-1)을 따라 흐르는 공정가스는 연결통로를 통해 홈부(26)로 빠져 나갈 수 있다.

즉, 노즐플레이트의 홀수번째 관통홀(25-1)을 따라 흐르던 공정가스는 A형노즐플레이트(28-3)와 C형노즐플레이트(28-5)의 홈부(26)로 빠져나와 웨이퍼(22)상에 공급된다.

이와같은 방식으로 오존은 B형 노즐플레이트(28-4)와 D형 노즐플레이트(28-6)의 홈부(26)를 통해 웨이퍼(22)상에 공급된다.

따라서, 오존과 공정가스는 중간에 만나 혼합되지 않고 각 노즐플레이트의 홈부를 통과하여 웨이퍼 상에 공급될 때 비로소 혼합되어 반응 하게된다.

이상에서 설명한 바 와같이 본 발명은 별도의 와이라인을 추가하여 오존과 공정가스가 서로 섞이지 않은 상태에서 헤드부내로 유입되게도록 하고 헤드부를 이루는 노즐플레이트도 연결통로 형성을 각각 달리하여 오존과 공정가스가 가스 분사 장치를 흐르는 도중에 섞이지 않도록 장치를 구성 하므로써 와이라인 및 헤드부 내부에 오존과 공정가스의 반응생성물이 잔존하는 것을 방지하여 헤드부 오버홀등의 공정이 필요없어져 공정시간을 단축하며, 노즐플레이트를 형태에 따라 규칙적으로 배열하므로써 오존과 공정가스가 웨이퍼 표면 전체에 고루 공급되게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 다수개의 관통홀이 형성되고 상기 다수개의 관통홀 일부에는 자체 상면에 형성된 홈부와 통하도록 연결통로가 형성된 노즐플레이트와, 상기 노즐플레이트가 다수개 접착되어 구성되고 양 측면에 위치하는 노즐플레이트에는 와이라인이 연결되어 공정가스 및 오존을 공급받아 웨이퍼 표면에 고루 분산시켜 공급하는 헤드부로 이루어진 가스 분사 장치에 있어서,

   상기 와이라인은 공정가스를 상기 헤드부내로 공급하기위해 상기 좌측면 노즐플레이트 및 우측면 노즐플레이트의 소정의 관통홀에 연결된 제1와이라인과,

   상기 각 좌,우측면 노즐플레이트의 제1와이라인이 연결되지 않은 나머지 관통홀에 연결되어 상기 헤드부 내로 오존을 공급하는 제2와이라인으로 이루어지며,

   상기 헤드부는 상기 제1,제2 와이라인 으로부터 따로 공급된 공정가스와 오존이 섞이지 않게 웨이퍼에 공급할 수 있도록 된 다수개의 노즐플레이트로 구성된 것이 특징인 가스 분사 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1와이라인은 상기 좌측면 노즐플레이트 및 우측면 노즐플레이트의 정면 좌측에서부터 짝수번째 관통홀과 연결되고,

   상기 제2와이라인은 상기 좌측면 노즐플레이트 및 우측면 노즐플레이트의 정면 좌측에서부터 홀수번째 관통홀과 연결되어 있는 것이 특징인 가스 분사 장치.
3. 청구항 1에있어서,

   상기 헤드부는 4개 간격의 관통홀마다 연결관이 형성된 A형 노즐플레이트와,

   상기 A형 노즐플레이트의 연결관이 형성된 각 관통홀 다음 위치에 해당하는 관통홀마다 연결관이 형성된 B형 노즐플레이트와,

   상기 B형 노즐플레이트의 연결관이 형성된 각 관통홀 다음 위치에 해당하는 관통홀마다 연결관이 형성된 C형 노즐플레이트와,

   상기 C형 노즐플레이트의 연결관이 형성된 각 관통홀 다음 위치에 해당하는 관통홀마다 연결관이 형성된 D형 노즐플레이트가 순서대로 다수개 접착되어 이루어져 관통홀을 통해 흐르는 오존 혹은 공정가스를 분리하여 웨이퍼에 공급하도록 한 것이 특징인 가스 분사 장치.