KR200295666Y1 - 상압화학기상증착장비의반응가스분사장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치를 개시한다. 개시된 본 고안은 반응 가스 라인(4,21,31)에 연결된 분사 튜브(8)가 반응 가스 라인측에서 반대측으로 가면서 점진적으로 직경이 길어지는 형상으로 이루어져 상기 분사 튜브(8) 내에 분포되는 반응 가스의 압력이 균일해진다. 또한, 웨이퍼(W) 상으로 반응 가스를 분사하도록 다수개의 노즐(71)이 상기 분사 튜브(8)에 설치되는데, 이 노즐들(71)은 분사 튜브(8)의 중앙보다 양단측에 더 조밀하게 배열되어서 상기 웨이퍼(W)의 중앙보다 가장자리로 더 많은 양의 반응 가스를 분사하게 된다. 따라서, 웨이퍼(W)에 증착되는 절연막의 두께가 균일해진다.

Description

상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치

본 고안은 상압화학기상증착(이하, APCVD로 표기함) 장비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 절연막 형성을 위해 상압하에서 웨이퍼 상으로 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조함에 있어서, 금속 배선을 형성하기 전에 폴리실리콘층간을 절연시키기 위해 APCVD 장비를 이용해서 웨이퍼 상에 절연막을 증착시킨다. APCVD 공정은 질소 및 오존 가스와 액체 반응 가스 각각이 웨이퍼 상에 분사됨으로써 절연막이 웨이퍼 상에 증착되는 공정이다.

따라서, APCVD 장비에는 반응 가스를 분사하는 장치가 마련되어 있고, 도 1에 종래의 분사 장치가 사시도로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 분사 블럭(1)에 오존 가스 라인(2)과 액체 반응 가스 라인(3) 및 질소 가스 라인(4)이 각기 병렬로 연결되어 있다. 또한, 분사 블럭(1)을 냉각시키기 위한 2개의 냉각수 라인(5)도 분사 블럭(1)에 연결되어 있다. 특히, 오존 가스 라인(2)과 액체 반응 가스 라인(3)의 중간은 직각으로 구부러져 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 분사 블럭의 밑면에 일정한 직경을 갖는 분사 튜브(6)가 배치되어 있고, 이 분사 튜브(6)의 일단에 오존 가스 라인(2)이나 액체 반응 가스 라인(3) 또는 질소 가스 라인(4)이 연결되어 있다.

분사 튜브(6)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수개의 분사공(61)이 일정 간격으로 형성되어 있고, 각 분사공(61)에 반응 가스를 웨이퍼(W) 상으로 분사하는 노즐(7)이 끼워져 있다. 특히, 종래의 분사공(61)은 상하 전체의 지름이 동일하고,노즐(7)도 지름이 모두 동일한 원통체 형상이다.

상기와 같이 구성되어서, 각 반응 가스 라인(2,3,4)을 통해 반응 가스가 분사 튜브(6) 내로 유입되면, 분사 튜브(6)의 밑으로 천천이 이동되는 웨이퍼(W) 상에 각 노즐(7)을 통해 반응 가스가 분사됨으로써, 상압하에서 서로간에 화학 반응을 일으켜서, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 소정 두께의 절연막이 형성된다.

이때, 반응 가스의 분사 상태 및 조건에 따라 절연막의 두께 균일도와 평탄화 정도가 결정된다. 특히, 현재 반도체 소자가 점진적으로 고집적화됨에 따라, 단위 셀당 점유 면적이 반대로 작아지는 반면 고층화가 되므로, 이로 인해 단차가 커지게 되어 절연막의 평탄화 정도가 후속 공정인 포토리소그래피 공정이나 식각 공정의 성공 여부를 좌우하게 된다. 즉, 절연막의 평탄화가 우수하면 굴절율이 낮아지게 되므로, 포토리소그래피 공정이나 식각 공정을 매우 용이하게 실시할 수가 있다.

그런데, 종래의 반응 가스 분사 장치에 의한 절연막은 평탄화 정도가 우수하지 못하다는 단점이 있다.

그 이유는, 첫째, 반응 가스 라인(2,3)이 직각으로 구부러져 있기 때문에, 반응 가스의 흐름이 방해된다. 특히, 비중이 무거운 액체 반응 가스의 흐름이 가장 큰 영향을 받게 된다. 즉, 반응 가스가 가스 라인(2,3)의 직각으로 구부러진 부분에 부딪히면서 반응 가스에 강한 와류 및 난류가 형성되고, 이렇게 반응 가스가 와류 및 난류된 상태로 웨이퍼(W) 상에 분사되면, 절연막이 웨이퍼(W) 상에 균일하게 증착될 수가 없다.

둘째, 종래의 분사 튜브(6)의 직경은 모두 동일하기 때문에 각 노즐(7)에서 분사되는 반응 가스의 분사량 및 압력이 서로 상이하게 된다. 즉, 반응 가스 라인(2,3,4)에 인접한 노즐(7)에서 분사되는 반응 가스의 분사량 및 압력이 그 반대측 노즐(7)에서 분사되는 반응 가스의 분사량 및 압력보다 많으면서 높게 된다. 이로 인해, 많은 분사량과 높은 압력의 반응 가스가 분사되는 웨이퍼(W) 부분에 증착되는 절연막이 다른 부분보다 두껍게 됨으로써, 절연막의 평탄화를 저하시키게 된다.

셋째, 종래의 각 노즐(7)은 일정 간격으로 배열되어 있기 때문에 원형의 웨이퍼(W)의 중심 부분과 가장자리 부분간에 절연막의 두께가 차이가 난다. 즉, 중심 부분에 증착된 절연막 두께가 가장자리 부분에 증착된 절연막 두께보다 더 두껍게 된다. 이는, 전체 노즐(7)에서 분사되는 반응 가스의 분사량이 일정하기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙 부분은 분사된 반응 가스가 그대로 머무르게 되지만, 가장자리 부분에 분사된 반응 가스는 웨이퍼(W)에서 흘러내리게 됨으로써 가장자리 부분에 증착되는 절연막 두께가 중앙 부분의 절연막 두께보다 얇아지게 된다.

따라서, 본 고안은 종래의 반응 가스 분사 장치로 인한 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 반응 가스의 흐름이 안정적으로 유지되도록 하고, 웨이퍼 전체에 걸쳐서 균일하게 절연막이 증착되도록 반응 가스를 분사할 수 있는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 반응 가스 분사 장치를 나타낸 사시도

도 2는 종래의 분사 튜브를 확대해서 나타낸 도면

도 3은 종래의 분사공과 노즐 형상을 확대해서 나타낸 상세 단면도

도 4는 종래의 장치 동작을 나타낸 동작 설명도

도 5는 본 고안에 따른 반응 가스 분사 장치를 나타낸 사시도

도 6은 본 고안의 주요부인 분사 튜브를 상세하게 나타낸 도면

도 7은 본 고안의 주요부인 분사공과 노즐의 형상을 확대해서 나타낸 상세 단면도

도 8은 본 고안의 동작 설명도

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 분사 블럭 4 - 질소 가스 라인

5 - 냉각수 라인 8 - 분사 튜브

21 - 오존 가스 라인 31 - 액체 반응 가스 라인

71 - 노즐 81 - 분사공

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은 다음과 같은 구성을 갖는다.

다수개의 반응 가스 라인이 소정의 각도로 구부러지면서 분사 튜브에 연결된다. 반응 가스 라인의 구부러진 부분은 완만한 형상이 되도록 라운딩(rounding) 처리된다. 분사 튜브에는 다수개의 분사공이 형성되고, 각 분사공에 반응 가스를 웨이퍼상을 분사시키는 다수개의 노즐이 설치된다. 분사 튜브는 반응 가스 라인측에서 반대측으로 가면서 점진적으로 직경이 길어지는 형상을 갖는다. 반응 가스 라인측과 그 반대측 부분의 분사공들이 중앙 부분의 분사공들보다 조밀한 간격으로 배열된다. 또한, 각 분사공은 직경이 점진적으로 좁아지는 등변 사다리꼴 단면 형상이고, 각 노즐도 분사공의 형상과 대응되는 등변 사다리꼴 단면 형상을 갖는다.

상기된 본 고안의 구성에 의하면, 반응 가스 라인의 구부러진 부분이 라운딩 처리됨으로써 반응 가스에 와류 및 난류가 형성되지 않게 되고, 분사 튜브의 직경이 반응 가스 라인으로부터 점진적으로 길어지게 됨으로써 반응 가스 라인의 반대측 분사 튜브의 크기가 더 커지게 되어 분사 튜브 전체에 걸쳐서 반응 가스의 압력 및 유량이 균일하게 되며, 또한 가장자리의 분사공들이 중앙의 분사공들보다 조밀하게 배열되어 그 수가 많아지게 됨으로써 웨이퍼의 가장자리 부분과 중앙 부분간에 절연막 두께차를 줄일 수가 있다.

(실시예)

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 고안에 따른 반응 가스 분사 장치를 나타낸 사시도이고, 도 6은본 고안의 주요부인 분사 튜브를 상세하게 나타낸 도면이며, 도 7은 본 고안의 주요부인 분사공과 노즐의 형상을 확대해서 나타낸 상세 단면도이고, 도 8은 본 고안의 동작 설명도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 분사 블럭(1)에 오존 가스 라인(21)과 액체 반응 가스 라인(31) 및 질소 가스 라인(4)이 각기 병렬로 연결된다. 또한, 분사 블럭(1)을 냉각시키기 위한 한 쌍의 냉각수 라인(5)이 분사 블럭(1)에 연결된다. 오존 가스 라인(21)과 액체 반응 가스 라인(31)은 일직선상으로 분사 블럭(1)에 연결되는 것이 아니라, 중간에서 소정 각도로 구부러지는데, 이 구부러진 부분 전체가 라운딩 처리되어, 완만한 형상을 이루게 된다.

분사 블럭(1)내에는, 도 6에 도시된 분사 튜브(8)가 설치된다. 즉, 각 반응 가스 라인(4,21,31)들이 분사 튜브(8)의 일단에 연결된다. 분사 튜브(8)의 직경은 반응 가스 라인(4,21,31)측으로부터 반대측으로 가면서 점진적으로 늘어나게 된다. 따라서, 반응 가스 라인(4,21,31)의 반대측 분사 튜브(8)의 내부 공간 크기가 반응 가스 라인(4,21,31)측 내부 공간 크기보다 커지게 된다. 그러므로, 분사 튜브(8) 내부로 유입된 반응 가스의 압력 및 유량이 분사 튜브(8) 전체에 균일하게 된다.

또한, 웨이퍼상으로 반응 가스를 분사하는 다수개의 노즐(71)이 분사 튜브(8)에 설치된다. 특히, 분사 튜브(8)의 양단측 노즐(71)들이 중앙측 노즐들(71)보다 조밀한 간격으로 배열된다. 따라서, 웨이퍼의 가장자리로 중앙보다 더 많은 반응 가스가 분사된다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 노즐(71)이 끼워지도록 분사 튜브(8)에형성된 분사공(81)은 동일한 직경으로 이루어진 것이 아니라, 출구측으로 갈수록 점진적으로 직경이 짧아지는 등변 사다리꼴 단면 형상을 갖는다. 따라서, 분사공(81)에 끼워지는 노즐(71)도 등변 사다리꼴 단면 형상을 갖는다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 도 8을 참고로 하여 상세히 설명한다.

오존 가스와 액체 반응 가스 및 질소 가스가 각 반응 가스 라인(21,31,4)을 통해 분사 튜브(8)로 유입된다. 이때, 오존 가스 라인(21)과 액체 반응 가스 라인(31)의 구부러진 부분이 라운딩 처리되었으므로, 반응 가스에 와류 및 난류가 형성되지 않고 안정된 상태로 분사 튜브(8)로 유입될 수가 있다.

분사 튜브(8)로 유입된 반응 가스는 분사 튜브(8)내에 균일한 압력으로 분포된다. 이는 압력이 높은 반응 가스 라인측 분사 튜브(8)의 내부 공간보다 반대측 분사 튜브(8)의 내부 공간이 더 넓기 때문에 반대측 분사 튜브(8)에 보다 많은 양의 반응 가스가 플로우됨에 의해 가능하다.

이렇게 균일한 압력으로 분포된 반응 가스가 각 노즐(71)을 통해 웨이퍼(W)상으로 분사된다. 웨이퍼(W)는 분사 튜브(8)의 하부에서 이동되면서, 그 상부에 반응 가스가 분사되어진다. 이때, 분사 튜브(8) 중앙 부분의 노즐(71)들보다 양단의 노즐들(71)이 조밀하게 배열되어 그 수가 더 많기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙보다 가장자리로 더 많은 양의 반응 가스가 분사된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 중앙과 가장자리에 증착되는 절연막의 두께를 균일화시킬 수가 있다.

또한, 노즐(71)이 출구측이 입구측보다 좁아지는 형상이므로, 반응 가스가점점 좁아지는 노즐(71)을 통과하면서 안정된 상태로 보다 균일하게 웨이퍼(W) 상에 분사될 수가 있다.

상기된 바와 같이 본 고안에 의하면, 반응 가스 라인의 구부러진 부분이 라운딩 처리되어 완만한 형상을 이루게 됨으로써, 반응 가스에 와류 및 난류가 형성되지 않게 된다. 따라서, 반응 가스가 보다 안정된 상태로 웨이퍼에 분사될 수가 있다.

또한, 분사 튜브의 직경을 위치에 따라 상이하게 함과 아울러 노즐의 배열 간격도 상이하게 함으로써 웨이퍼의 전체 영역에 걸쳐서 절연막이 균일한 두께로 증착될 수가 있게 된다.

그러므로, 본 고안에 따른 분사 장치를 사용하면, 절연막을 균일한 두께로 증착시킬 수가 있게 되어 굴절율이 감소하게 됨으로써 후속 공정인 포토리소그래피 공정이나 식각 공정에서 촛점을 설정하기가 매우 용이해진다.

한편, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

1. 다수개의 반응 가스 라인과, 상기 각 반응 가스 라인이 연결된 분사 튜브와, 및 상기 분사 튜브에 설치되어 상기 분사 튜브의 하부에서 한 방향으로 이동되는 웨이퍼 상에 반응 가스를 분사하는 다수개의 노즐을 포함하며, 상압하에서 상기 웨이퍼상에 여러 종류의 반응 가스를 분사하여 각 반응 가스의 화학 반응으로 상기 웨이퍼 상에 소정 두께의 절연막을 증착시키는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치에 있어서,

   상기 노즐들은, 웨이퍼의 중앙보다 가장자리로 반응 가스의 분사량이 많도록 분사 튜브의 중앙 부분보다 양단에 더 조밀하게 배열된 것을 특징으로 하는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분사 튜브는, 전체에 걸쳐서 반응 가스의 압력이 균일하게 분포되도록, 반응 가스 라인측에서 반대측으로 가면서 점진적으로 직경이 길어지는 형상인 것을 특징으로 하는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각 노즐은 입구에서 출구측으로 가면서 직경이 점진적으로 줄어드는 형상인 것을 특징으로 하는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 노즐은 등변 사다리꼴 단면 형상인 것을 특징으로 하는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 가스 라인의 중간이 소정 각도로 구부러지고, 이 구부러진 부분이 완만한 형상이 되도록 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 상압화학기상증착 장비의 반응 가스 분사 장치.