KR20020074923A - A nozzle suppling reaction gas for semiconductor processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부로 반응가스를 공급하는 공급노즐의 구조를 개선한 반도체 제조장치의 반응가스 공급노즐에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a reaction gas supply nozzle of a semiconductor manufacturing apparatus having an improved structure of a supply nozzle for supplying a reaction gas into a chamber.
일반적으로 반도체 제조장치의 플라즈마 증착설비는 챔버 내부에 상부전극과 하부전극으로 RF(Radio Frequency) 발진기에 의해 RF 파워를 인가하고, 동시에 챔버 내부로 반응가스를 투입하여 이때 챔버 내부에 발생한 플라즈마 이온들이 웨이퍼의 상면에 부착되도록 함으로써 웨이퍼에 원하는 박막층이 형성되도록 하는 것이다.In general, a plasma deposition apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus applies RF power to an upper electrode and a lower electrode by an RF (Radio Frequency) oscillator inside a chamber, and simultaneously inputs a reaction gas into the chamber, whereby plasma ions generated in the chamber By attaching to the upper surface of the wafer, a desired thin film layer is formed on the wafer.
이러한 플라즈마 증착설비에서 챔버에는 반응가스를 챔버 내부로 공급하기 위하여 다수의 반응가스 공급노즐이 설치되어 있다.In the plasma deposition apparatus, the chamber is provided with a plurality of reaction gas supply nozzles to supply the reaction gas into the chamber.
종래의 반응가스 공급노즐은 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(미도시)의 상부에 마련된 세라믹 재질의 돔(10) 상측에 돔(10)을 관통하여 설치되는 것으로, 그 구성은 돔(10) 상측에 설치된 히터(11)에 체결볼트(12)로 결합되며 내부에 중공(21)이 형성된 노즐 하우징(20)과 이 노즐 하우징(20)의 중공(21)에 하부로부터 삽입되어 노즐 하우징(20)의 중공(21) 내부와 나사 결합되는 노즐관(22)을 구비한다.The conventional reaction gas supply nozzle is installed through the dome 10 above the ceramic dome 10 provided in the upper portion of the chamber (not shown), as shown in FIG. The nozzle housing 20 is coupled to the heater 11 installed on the upper side and inserted into the nozzle housing 20 having the hollow 21 formed therein and the hollow 21 of the nozzle housing 20. It is provided with a nozzle tube (22) screwed with the inside of the hollow (21).
또한, 노즐 하우징(20)의 상측으로는 외부의 가스 공급관(23)이 중공(21)의상단으로 나사 결합되도록 되어 있으며, 노즐관(22)의 상단과 중공(21) 내부의 단차부분 및 노즐 하우징(20)과 돔(10) 상부 사이에는 밀폐를 위한 오링(24)이 설치되어 있는 구성이다.In addition, the upper side of the nozzle housing 20 is an external gas supply pipe 23 is screwed to the upper end of the hollow 21, the top of the nozzle tube 22 and the stepped portion and the nozzle inside the hollow 21 An O-ring 24 for sealing is installed between the housing 20 and the upper portion of the dome 10.
이러한 종래의 반응가스 공급노즐에서 노즐관(22)은 세라믹 재질로 되어 있고, 노즐 하우징(20)은 알루미늄 재질로 되어 있다.In such a conventional reaction gas supply nozzle, the nozzle tube 22 is made of a ceramic material, and the nozzle housing 20 is made of aluminum.
그런데, 알루미늄과 세라믹은 열에 의한 그 팽창계수가 서로 다르다. 따라서 플라즈마 증착설비의 작동시 노즐 하우징(20)과 노즐관(22)은 모두 상당한 고열에 의하여 가열되게 되는데, 노즐관(22)과 노즐 하우징(20)이 함께 같은 온도로 가열되더라도 서로 그 팽창계수가 다르기 때문에 노즐관(22)과 노즐 하우징(20)의 나사 결합부분에 상당한 팽창력이 가해지게 된다.However, aluminum and ceramic have different coefficients of expansion due to heat. Therefore, the nozzle housing 20 and the nozzle tube 22 are both heated by a considerable heat during the operation of the plasma deposition apparatus. Even if the nozzle tube 22 and the nozzle housing 20 are heated together at the same temperature, their expansion coefficients are mutually increased. Because of the different, a significant expansion force is applied to the screw coupling portion of the nozzle tube 22 and the nozzle housing 20.
이러한 이유로 공급노즐을 장기간 사용한 상태에서 공급노즐의 청소 또는 수리를 위하여 돔(10)으로부터 공급노즐을 분해할 때 노즐 하우징(20)과 노즐관(22)의 나사 결합부분이 쉽게 분해되지 않거나 또는 그 결합부분이 파손되게 되는 문제점이 발생하게 된다.For this reason, when disassembling the supply nozzle from the dome 10 for the cleaning or repair of the supply nozzle while the supply nozzle is used for a long time, the threaded portion of the nozzle housing 20 and the nozzle tube 22 is not easily disassembled, or The problem is that the coupling portion is broken.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 반응가스 공급노즐의 결합구조를 개선하여 노즐 하우징과 노즐관의 서로 다른 팽창계수에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한 반도체 제조장치의 반응가스 공급노즐을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a reaction gas supply nozzle of a semiconductor manufacturing apparatus which is capable of preventing damage caused by different expansion coefficients of a nozzle housing and a nozzle tube by improving a coupling structure of a reaction gas supply nozzle. It is to.
도 1은 종래의 반도체 제조장치에 설치된 반응가스 공급노즐을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a reaction gas supply nozzle installed in a conventional semiconductor manufacturing apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 반응가스 공급노즐이 설치된 반도체 제조장치를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor manufacturing apparatus in which a reaction gas supply nozzle according to the present invention is installed.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 설치된 반응가스 공급노즐을 확대 도시한 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of a reaction gas supply nozzle installed in a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 설치된 반응가스 공급노즐을 도시한 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating a reaction gas supply nozzle installed in a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
50...챔버50.Chamber
51...돔51.Dome
100...공급노즐100.Supply Nozzle
120...지지판120 ... support plate
130...가스 공급관130 gas supply pipe
140...노즐관140.Nozzle tube
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 반응가스공급노즐은 내부에 중공이 형성된 노즐 하우징; 상기 중공 내부로 삽입되는 노즐관; 상기 중공의 입구측에 설치되어 상기 노즐관이 상기 중공 내부에서의 설치상태가 지지되도록 하는 지지판; 상기 지지판에 관통 결합되어 상기 노즐관으로 반응가스를 공급하는 가스 공급관을 구비한 것이다.Reaction gas supply nozzle of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object is a nozzle housing hollow formed therein; A nozzle tube inserted into the hollow; A support plate installed at the inlet side of the hollow to support the installation state of the nozzle tube in the hollow; It is provided with a gas supply pipe that is coupled through the support plate to supply the reaction gas to the nozzle pipe.
그리고 바람직하게 상기 중공에는 걸림턱이 형성되고, 상기 노즐관의 외주에는 상기 걸림턱이 지지되는 걸림돌기가 형성된다.And preferably the locking jaw is formed in the hollow, the locking projection is formed on the outer circumference of the nozzle tube is supported.
또한 바람직하게 상기 공급관과 상기 지지판 사이와; 상기 지지판과 상기 노즐 하우징 사이와; 상기 지지판과 상기 노즐관 사이에는 반응가스의 밀폐를 위한 오링이 설치된 것을 특징으로 한다.Also preferably between the supply pipe and the support plate; Between the support plate and the nozzle housing; An O-ring for sealing the reaction gas is installed between the support plate and the nozzle tube.
이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, one preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 반응가스 공급노즐은 플라즈마 화학기상증착설비에 설치된 것이다.The reaction gas supply nozzle of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is installed in a plasma chemical vapor deposition apparatus.
여기서 플라즈마 화학기상증착설비는 도 2에 도시된 바와 같이 알루미늄 재질로 된 챔버(50)와 이 챔버(50) 상부에 설치되며 세라믹 재질로 된 돔(51)을 구비한다.As shown in FIG. 2, the plasma chemical vapor deposition apparatus includes a chamber 50 made of aluminum and a dome 51 made of ceramic.
그리고 돔(51)의 상부에는 1.8 - 2.0㎒의 RF가 공급되는 상부전극(52)이 설치되고, 돔(51)의 주변에는 2.0 - 2.2㎒의 RF가 공급되는 유도코일(54)이 설치된다. 그리고 챔버(50) 내부중의 상부전극(52) 하측에는 웨이퍼(미도시)가 안착되며 13.56㎒ 바이어스 RF가 제공되는 정전척(53)이 설치되고, 챔버(50)의 하부에는 내부의 진공상태 형성을 위한 진공펌프(55)가 설치되어 있다.In addition, an upper electrode 52 for supplying an RF of 1.8 to 2.0 MHz is provided on the upper part of the dome 51, and an induction coil 54 for supplying an RF of 2.0 to 2.2 MHz is provided around the dome 51. . In addition, a wafer (not shown) is disposed below the upper electrode 52 in the chamber 50 and an electrostatic chuck 53 provided with a 13.56 MHz bias RF is installed. The vacuum pump 55 for the formation is provided.
한편, 챔버(50) 내부에는 플라즈마 기상증착 반응을 위하여 SiH4, O2, Ar 등의 반응가스를 공급하는 반응가스 공급노즐(100)이 다수개 설치되어 있다.On the other hand, inside the chamber 50, a plurality of reaction gas supply nozzles 100 for supplying a reaction gas such as SiH 4 , O 2 , Ar for the plasma vapor deposition reaction is provided.
이 반응가스 공급노즐(100)은 웨이퍼의 주변부로 반응가스를 공급하도록 챔버(50)의 측부에 설치된 것과, 웨이퍼의 상측으로 반응가스를 공급하도록 돔(51)의 상부에 설치된 것이 있다.The reaction gas supply nozzle 100 is provided on the side of the chamber 50 to supply the reaction gas to the periphery of the wafer, and the upper part of the dome 51 to supply the reaction gas to the upper side of the wafer.
이 반응가스 공급노즐(100)의 구성은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 대략 역삼각뿔 형태로 마련되며 알루미늄 재질로 되고, 내부에 상하로 관통한 중공(111)이 형성된 노즐 하우징(110)을 구비한다.The reaction gas supply nozzle 100 is configured in the form of an inverted triangular pyramid, as shown in FIGS. 3 and 4, and is made of aluminum, and has a hollow housing 111 penetrating up and down inside. It is provided.
이 노즐 하우징(110)은 돔(51)의 상측에 적층된 히터(56)에 체결볼트(112)에 의하여 고정 결합되도록 다수의 체결홀(114)이 형성된 체결턱(113)을 구비하고, 돔(51)의 상면과 접촉하는 부분에는 반응가스가 그 접촉부분으로 누설되지 않도록 하는 제 1오링(115)이 설치된다.The nozzle housing 110 has a fastening jaw 113 formed with a plurality of fastening holes 114 to be fixedly coupled to the heater 56 stacked on the dome 51 by the fastening bolt 112. At the portion in contact with the upper surface of the 51, a first O-ring 115 is provided to prevent the reaction gas from leaking into the contact portion.
그리고 노즐 하우징(110)의 내부에 형성된 중공(111)에는 후술할 노즐관(140)이 끼워지는 입구부에 제 1걸림턱(116)이 형성되고, 노즐관(140)이 관통하는 출구부에 제 2걸림턱(117)이 형성되어 있다.In the hollow 111 formed inside the nozzle housing 110, a first catching jaw 116 is formed at an inlet at which the nozzle tube 140 to be described later is fitted, and an outlet portion at which the nozzle tube 140 penetrates. The second catching jaw 117 is formed.
이 걸림턱(116)(117) 중 노즐관(140)이 진입하는 입구부에 형성된 제 1걸림턱(116)에는 중공(111)에 끼워진 노즐관(140)의 상단을 지지하도록 하는 지지판(120)이 안착 설치된다.The support plate 120 to support the upper end of the nozzle tube 140 fitted in the hollow 111 in the first locking jaw 116 formed in the inlet portion of the locking jaw 116, 117 to enter the nozzle tube 140. ) Is seated and installed.
여기서 지지판(120)은 원판형상이며, 중심부분에 관통홀(121)이 형성되어 있고, 관통홀(121)의 주변부분이 노즐 하우징(110)의 제 1걸림턱(116)에 체결볼트(122)로 체결되도록 체결홀(114)이 형성되어 있다. 그리고 지지판(120)과 제 1걸림턱(116) 사이에는 제 2오링(123)이 설치되어 있다.Here, the support plate 120 is a disk shape, the through hole 121 is formed in the central portion, the peripheral portion of the through hole 121 is fastening bolt 122 to the first locking jaw 116 of the nozzle housing 110 Fastening hole 114 is formed to be fastened to the). The second O-ring 123 is installed between the support plate 120 and the first catching jaw 116.
또한, 지지판(120)의 관통홀(121)에는 외부로부터 연장되어 반응가스가 중공(111)으로 공급될 수 있도록 하는 가스 공급관(130)이 나사 결합되도록 되어 있으며, 지지판(120)과 가스 공급관(130) 사이에는 제 3오링(131)이 설치되어 있다.In addition, the through hole 121 of the support plate 120 is screwed to the gas supply pipe 130 extending from the outside so that the reaction gas is supplied to the hollow 111, the support plate 120 and the gas supply pipe ( The third O-ring 131 is installed between the 130.
그리고 지지판(120)의 관통홀(121)을 관통하여 결합된 가스 공급관(130)의 하단은 노즐 하우징(110)의 중공(111) 내부에 삽입된 노즐관(140)의 상단과 접하도록 되어 있고, 이 노즐관(140)과 가스 공급관(130) 사이에는 제 4오링(132)이 설치되어 있다.The lower end of the gas supply pipe 130 coupled through the through hole 121 of the support plate 120 is in contact with the upper end of the nozzle pipe 140 inserted into the hollow 111 of the nozzle housing 110. The fourth O-ring 132 is provided between the nozzle pipe 140 and the gas supply pipe 130.
한편, 노즐관(140)은 세라믹 재질로 되며, 내부에 가스 유통유로(142)가 형성된 원통형상으로 마련된다. 그리고 노즐관(140)의 외주에는 노즐 하우징(110)의 중공(111) 내부로 삽입되면 노즐 하우징(110)의 중공(111) 하측에 형성된 제 2걸림턱(117)에 걸리도록 걸림돌기(141)가 형성되어 있다.On the other hand, the nozzle tube 140 is made of a ceramic material, it is provided in a cylindrical shape having a gas flow passage 142 therein. In addition, when inserted into the hollow 111 of the nozzle housing 110 on the outer circumference of the nozzle tube 140, the locking protrusion 141 is caught by the second catching jaw 117 formed below the hollow 111 of the nozzle housing 110. ) Is formed.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 반응가스 공급노즐의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation state of the reaction gas supply nozzle of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention configured as described above will be described.
본 발명에 따른 반응가스 공급노즐(100)은 먼저 노즐 하우징(110)을 돔(51) 상측에 마련된 히터(56)에 노즐 하우징(110)의 체결턱(113)을 다수의체결볼트(112)로 체결하여 결합시킨다. 이때 노즐 하우징(110)의 하단과 돔(51)의 상면 사이에는 제 1오링(115)을 동시에 설치한다.In the reaction gas supply nozzle 100 according to the present invention, a plurality of fastening bolts 112 are fastened to the fastening jaw 113 of the nozzle housing 110 to the heater 56 provided on the nozzle housing 110 above the dome 51. Fasten with and join. At this time, the first O-ring 115 is simultaneously installed between the lower end of the nozzle housing 110 and the upper surface of the dome 51.
그런 다음 노즐 하우징(110)의 중공(111) 내부로 노즐관(140)을 삽입하면, 노즐관(140)의 외주에 형성된 걸림돌기(141)는 노즐 하우징(110)의 중공(111)에 형성된 제 2걸림턱(117)에 걸려서 그 안착위치가 맞추어 지게된다.Then, when the nozzle tube 140 is inserted into the hollow 111 of the nozzle housing 110, the locking protrusion 141 formed on the outer circumference of the nozzle tube 140 is formed in the hollow 111 of the nozzle housing 110. It is caught by the second catching jaw 117 and its seating position is adjusted.
이때 중공(111)의 내경은 노즐관(140)의 외경보다 크기 때문에 노즐 하우징(110)이 외부에서 제공된 열에 의하여 팽창 및 수축하더라도 노즐관(140)에 그때의 팽창 변형력이 전달되는 것을 최소화하게 된다.At this time, since the inner diameter of the hollow 111 is larger than the outer diameter of the nozzle tube 140, even if the nozzle housing 110 is expanded and contracted by heat provided from the outside, the expansion strain at that time is transmitted to the nozzle tube 140 to be minimized. .
그리고 노즐관(140)이 삽입된 상태에서 지지판(120)의 관통홀(121)에 가스 공급관(130)을 체결시킨다. 이때 가스 공급관(130)과 지지판(120) 사이에 제 3오링(131)을 개재시켜 이들을 결합시키고, 이후 지지판(120)을 다수의 체결볼트(122)로 노즐 하우징(110)의 제 1걸림턱(116)에 체결시킨다.In addition, the gas supply pipe 130 is fastened to the through hole 121 of the support plate 120 while the nozzle pipe 140 is inserted. At this time, a third O-ring 131 is interposed between the gas supply pipe 130 and the support plate 120, and then the support plate 120 is fastened to the first catching jaw of the nozzle housing 110 with a plurality of fastening bolts 122. To (116).
이때 지지판(120)과 제 1걸림턱(116) 사이, 그리고 가스 공급관(130)과 노즐관(140) 사이에는 각각 제 2오링(123)과 제 4오링(132)을 개재시킴으로써 이들의 결합부분에서의 밀봉 상태의 유지가 보다 효과적으로 이루어지도록 한다.At this time, between the support plate 120 and the first catching jaw 116, and between the gas supply pipe 130 and the nozzle pipe 140 through the second O-ring 123 and the fourth O-ring 132, respectively, the coupling portion thereof Maintaining the sealed state at the is made more effective.
그리고 이와 같이 지지판(120)을 결합시킴으로써 노즐관(140)은 가스 공급관(130)에 의하여 중공(111) 내부에 눌려져서 노즐 하우징(110)에 견고히 지지 설치되게 된다.In this way, by coupling the support plate 120, the nozzle tube 140 is pressed into the hollow 111 by the gas supply pipe 130 to be firmly supported by the nozzle housing 110.
이상과 같이 반응가스 공급노즐(110)의 설치가 완료되면 이후 반응가스가 챔버(50) 내부로 공급노즐(100)을 통하여 공급되고, 또한 공급된 반응가스를 반응시켜 플라즈마 증착 작용이 이루어지도록 상부전극(52)과 정전척(53) 그리고 유도코일(54)에 RF가 공급되어 정전척(53)에 안착된 웨이퍼에 대한 플라즈마 증착 작용이 수행되게 된다.As described above, when the installation of the reaction gas supply nozzle 110 is completed, the reaction gas is supplied into the chamber 50 through the supply nozzle 100, and the reaction gas is reacted with the upper part so as to effect plasma deposition. RF is supplied to the electrode 52, the electrostatic chuck 53, and the induction coil 54 to perform plasma deposition on a wafer seated on the electrostatic chuck 53.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 제조장치에 설치된 반응가스 공급노즐은 노즐관이 노즐 하우징 내부에 눌려서 설치될 수 있도록 함으로써 종래에 노즐관과 노즐 하우징의 직접 결합으로 인하여 이들의 서로 다른 팽창계수에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한다는 것이다.As described above, the reaction gas supply nozzle installed in the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention may be installed by pressing the nozzle tube inside the nozzle housing, and thus, due to the direct coupling between the nozzle tube and the nozzle housing, the reaction gas supply nozzles may have different expansion coefficients. It is to prevent damage caused by.
이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 반응가스 공급노즐은 노즐관이 노즐 하우징에 설치될 때 노즐관이 노즐하우징의 일측으로 조립되는 부품들에 의하여 노즐하우징 내부에 눌려서 설치될 수 있도록 함으로써 노즐 하우징과 노즐관의 서로 다른 재질에 의한 다른 팽창 변형력으로 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.The reaction gas supply nozzle of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention as described above, when the nozzle tube is installed in the nozzle housing so that the nozzle tube is pressed into the nozzle housing by the components assembled to one side of the nozzle housing by the nozzle There is an effect that can be prevented from being broken by different expansion deformation forces by different materials of the housing and the nozzle tube.
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